血清miRNAs在甲状腺乳头状癌诊断和预后评估中的研究进展

马震综述 王薇审校

全球甲状腺癌发病率逐年上升,甲状腺癌的总发病率为3.1/10万,中国甲状腺癌的发病率为1.4/10万[1]。分化型甲状腺癌包括甲状腺乳头状癌(PTC)和滤泡癌,其中PTC占甲状腺癌的85%[2]。PTC是一种恶性程度低、进展缓慢、复发率低、生存率高的惰性肿瘤。但在肿瘤发展的早期[3],仍存在一些影响PTC预后的高危因素,如肿瘤侵袭、淋巴结转移等。目前还没有有效的方法在早期将其与低风险PTC区分开来[4]。因此,PTC的术前诊断、疾病进展及预后评估一直是国内外学者研究的热点和难点。随着分子遗传学的发展,甲状腺癌的分子机制逐渐被阐明,其分子变化主要包括miRNAs的异常表达、基因突变、基因扩增、基因易位、表观遗传改变等[5]。其中miRNAs在甲状腺癌的发生发展中发挥着重要作用,在甲状腺癌的诊断、疾病进展和预后评估中具有重要价值。这些分子标志物产生于血液、尿液或身体组织中,可通过分子实验室检测进行鉴定[6-7]。文章对血清miRNAs在PTC诊断和预后判断中的价值进行综述。

1 miRNAs概述

miRNAs是一组长度为21～23个核苷酸的非编码RNA,与其专有的mRNA相互作用,从而破坏mRNA并且抑制翻译。miRNA基因在不同物种中约占基因组的1%,每个物种中有数百个靶基因。miRNA在基因的细胞核中转录并产生pri-miRNA,然后通过核内切核酸酶(RNase III Drosha)产生前miRNA,前miRNA通过Exportin 5蛋白转运至细胞质,而后被一种Dicer酶破坏,最终产生一个21～23的双链核苷酸序列。其中一条链被分解,另一条被置于沉默复合物(RNA-RISC)中。miRNA通过抑制mRNA的蛋白翻译或去整合位来发挥其调节基因表达的作用[8-10]。

2 miRNA与肿瘤的关系

在人类基因组中已经鉴定出超过2 500种miRNAs,它们调节30%的编码蛋白质的基因。这些小的调节分子在1993年首次被发现。其中大多数位于染色体脆性部位,包括癌症在内的各种疾病中易于发生染色体去除、移动和表观变化。miRNAs同时靶向多个基因,因此靶基因有时可以达到100个以上[11-12]。2002年研究发现miRNA失调与肿瘤之间的关系[13]。miRNAs及其在癌症中的表达模式为肿瘤学提供了一个新的广泛的论点。最近的研究表明,miRNAs在癌症中是成对的,在癌症的发生和发展中起着重要的作用[14-18]。因此,寻找此类分子作为癌症诊断、治疗或预后的靶点可以提供一种途径[19-20],认为这些miRNAs的鉴定可作为癌症治疗和预后策略。MRX34药物是一种miRNA模拟物,目前正在进行I期临床试验,用于治疗癌症[21]。迄今为止已鉴定出的许多miRNAs在癌症治疗中发挥作用。将肿瘤组织与正常组织进行比较表明,miRNAs位于人类基因组的脆弱位点,并可能在染色体重排过程中增加或去除。此外,遗传机制可能导致miRNA基因表达异常,从而导致靶mRNA表达调控发生重大变化。部分miRNA在癌症表型中具有致癌作用,且这些miRNA的调控缺陷常见于多种癌症中[22]。非共源性miRNA包括miRNA-155和miRNA-21,Let-7和miRNA-34家族成员即是抑制性miRNA[23]。不同的miRNAs影响癌症的不同阶段,如miRNA-10b在晚期恶性肿瘤中调节转移并显示高表达水平,miRNA-10b的抑制可以阻止一种新的癌症转移。miRNA-335的表达可抑制转移,但不能阻断肿瘤细胞增殖,对细胞凋亡率无影响。但可能有多种miRNAs能够抑制肿瘤细胞的增殖[24]。在多种人类癌症中报道了miRNA表达水平的变化,包括表达的增加和减少[25-26]。

3 miRNAs与甲状腺癌

近年来,人们对miRNA或miRNA组合作为诊断甲状腺癌的生物标志物的可行性非常感兴趣。最近的研究表明,miRNA在甲状腺癌中表达异常,并在疾病的发展和进程中发挥重要作用。在以前的研究中,对细针穿刺抽吸(FNA)样本中的miRNA进行了研究,最终认为一些miRNA在甲状腺癌的发病机制中发挥效应[27]。miRNA表达检测有潜力作为甲状腺癌中甲状腺球蛋白测量的替代方法。目前,正在对miRNAs进行研究,可将其作为癌症诊断、复发、生存评估和癌症分级的生物标记,以及监测病理进展的标记。

在许多与甲状腺癌相关的miRNA中,miRNA-221、miRNA-222和miRNA-181b已被深入研究。在甲状腺癌患者的miRNA表达谱中,miRNA-221、miRNA-222和miRNA-146的表达水平上调,是正常甲状腺组织的11～19倍[28]。miRNAs对甲状腺癌的术前诊断、肿瘤侵袭评估、淋巴结转移预测和预后有重要意义。尤其是作为甲状腺癌的分子标志物,miRNA对提高FNA的诊断率具有重要价值。

3.1 独立miRNA与甲状腺乳头状癌

3.1.1 miRNA-34a:甲状腺癌细胞中miRNA-34a表达的增加会导致PI3K/AKT/Bad通路的活性增加。实际上,它具有抗凋亡作用,其靶基因为GAS1蛋白,起肿瘤抑制基因的作用。该癌基因miRNA增加甲状腺癌细胞增殖,抑制细胞凋亡[29]。癌症基因组图谱数据库中的计算机生物信息学研究表明,miRNA-34a在甲状腺乳头状癌中过度表达[30]。

3.1.2 miRNA-Let-7:关于Let-7作用的研究表明,它降低Ras水平并作为肿瘤抑制因子。在具有RET突变的TPC-1细胞系中转染Let-7导致MAPK途径的抑制,阻止细胞增殖,并增加P21。由于Let-7是一种抑制肿瘤的miRNA,它在甲状腺癌中的表达可能减少[31]。Rs712序列位于KRAS基因3′-UTR突变体上,该突变体被Let-7靶向。已证实该区域的多态性与甲状腺癌的发病风险相关[32]。位于Let-7启动子区的rs10877887多态性可能存在患甲状腺癌的风险,位于Let-7启动子区的rs13293512多态性可能与甲状腺癌的淋巴结转移有关[33]。一项研究测量了106例甲状腺癌患者血清中Let-7的表达,并与95例良性腺体患者和45例无甲状腺问题的患者进行了比较,结果发现甲状腺癌中Let-7血清水平的表达与无甲状腺问题的良性腺体中的表达显著不同[34]。

3.1.3 miRNA-222-3p:Yu等[35]研究了中国南方人群中miRNA-222、miRNA-151-5p和let-7e的表达水平,发现PTC患者血清中3种miRNA的表达水平高于对照组。基于微阵列筛选的结果,Wang等[36]使用qRT-PCR研究了79例甲状腺乳头状癌患者和42例良性甲状腺疾病患者的血清miRNA水平,结果表明,PTC组血清中最有价值的miRNA-222-3p表达上调。

3.1.4 miRNA-155:miRNA-155在甲状腺癌细胞系和体外动物模型中的表达增加会增加肿瘤生长,表明这些miRNAs具有致癌作用。miRNAs靶向APC,其表达减少导致细胞生长增加。该miRNA激活β-catenin途径,进而激活下游途径,如C-MYC和TCF。miRNA-155似乎有潜力用于甲状腺癌的诊断,需要进一步研究[37]。

3.1.5 miRNA-375:2项独立的研究检测了FNA样本中miRNA-375的表达状态,结果表明miRNA-375表达增加抑制了乳头状癌细胞的增殖,并诱导细胞系凋亡。对动物模型和细胞系的研究表明,这种miRNA水平的增加会减少癌细胞的迁移和侵袭。当Ras MAPK和PI3K-AKT通路被激活时,ERBB2分子被激活,该分子的表达增加促进细胞增殖并减少凋亡。ERBB2被miRNA-375靶向,当它被该miRNA分解时,增殖受到抑制;因此,这种miRNA可能在其表达降低的甲状腺癌中发挥肿瘤抑制作用[38]。

3.1.6 miRNA-146b:对miRNA-146b在甲状腺乳头状癌细胞系(TPC1和BCPAP)中的活性和功能的研究表明,当其被抑制时,细胞系中的迁移和侵袭显著减少;当其表达增加时,迁移和侵袭也增加[39]。SMAD4是靶向和分解TGF-β(细胞迁移的抑制物)信号通路中的关键蛋白质。一种名为P27(kip1)的细胞周期调节蛋白通过与细胞周期蛋白的相互作用抑制细胞周期G1期的进展;该蛋白与miRNA-146b的表达水平之间存在负调节作用[40]。在BRAFT1799A突变的肿瘤中,这种miRNA的表达增加导致甲状腺癌周围组织的侵袭发生率增加。其过度表达与侵袭性甲状腺癌呈正相关,是甲状腺癌细胞迁移和侵袭的积极调节因子[41]。目前,肿瘤增大的常见预后因素包括肿瘤大小、淋巴结转移、甲状腺外侵,以及最近发现的BRAFT1799A突变。测量miRNA-146b的表达可以很好地替代甲状腺癌侵袭性测量方法。

3.2 miRNA组合与甲状腺乳头状癌 Yu等[35]研究了中国南方的PTC患者和良性甲状腺结节患者,发现检测miRNA-222、miRNA-151-5p和let-7e组合对甲状腺结节的敏感度为0.878。PTC的诊断特异度为0.884,联合的受试者工作特征曲线下面积AUC高达0.917。Zhang等[42]比较了东北地区106例PTC患者和35例良性甲状腺结节患者血清中miRNA-222、miRNA-221和miRNA-146b的表达水平,发现3种miRNA结合诊断PTC的能力增强,敏感度为0.800,特异度为0.975,AUC为0.903。在Zhang等[42]研究中,血清miRNA组合检测可作为甲状腺乳头状微癌的诊断和预后标志物。结果表明,联合检测血清miRNA-222、miRNA-221、miRNA-146b和miRNA-21后,AUC高达0.972,敏感度为0.868,特异度为0.943,高于检测单个独立的miRNA。3项研究都表明,miRNA组合在诊断甲状腺乳头状癌方面比单个miRNA更准确。在未来的研究中,可尝试探索特定的miRNA组合,以提高甲状腺乳头状癌的诊断效率,减少甲状腺癌不必要的手术创伤。

4 小 结

目前甲状腺癌的诊断技术通常包括组织活检和FNA检查。但由于FNA和组织活检技术采样相对不方便,所以针对血液中的生物标志物研究将成为下一步的重点。miRNA等分子肿瘤标志物研究的目的是通过血液检查来诊断不同的癌症。这种简单的血液检查不仅能在早期诊断癌症,而且还能降低病死率[43]。研究认为miRNAs可用于识别有肿瘤演化风险的患者。它们可以在其中一小部分组织受损的样本以及处于疾病早期阶段的样本中进行检测[44],因此,miRNAs被认为是合适的肿瘤标志物。可通过检查血清标志物的表达水平来诊断肿瘤或隐匿性转移。考虑到筛选甲状腺癌的最常用方法不能在早期诊断该疾病,鉴定血液中miRNAs水平成为早期诊断癌症的关键方法[45]。

综上所述,miRNAs在癌症的发生和发展中发挥重要作用,检测血清miRNAs水平可用作甲状腺癌诊断和预测预后的分子标志物,通过测定和比较甲状腺疾病患者血清样本中miRNA(miRNA-375、34a、146b、155、222、Let-7)的水平,可以预测甲状腺的多样性。这些miRNAs也可用作生物标志物,用于检查癌症复发、生存率、癌症分级以及甲状腺癌的浸润情况。