miR-181b-5p在恶性肿瘤发生发展中的作用研究进展

黄俊辉综述 何迎春审校

微小RNA(microRNA,miRNA)是一类单链形式的内源小非编码RNA,长度为19～25个核苷酸,参与转录后基因水平的调节,靶向结合信使RNA的3′ UTR,抑制其表达。miRNA的生成经历了细胞核和细胞质中的一系列切割,产生两条成熟miRNA。一条链与Argonaute结合,称为引导链,形成miRNA诱导的沉默复合物,发挥识别和抑制蛋白质的功能;而另一条称为乘客链的miRNA则被清除和降解[1]。在人类基因组中,miR-181b-5p属于miR-181家族,主要在神经元、血液和淋巴组织中表达[2]。miR-181b-5p是一个高度保守的单链非编码miRNA,通过与靶mRNA的3’UTR序列互补结合来调节基因表达,干扰致癌或肿瘤抑制靶基因的表达,调控肿瘤的增殖、凋亡、迁移和侵袭等,在某些肿瘤中,miR-181b-5p的表达与生存率和预后密切相关,本文对miR-181b-5p在恶性肿瘤发生发展中的作用进行综述,为进一步研究和临床诊断治疗提供参考。

1 miR-181b-5p概述

miR-181b-5p在恶性肿瘤中被认为是一种重要的预后指标和治疗靶点,在许多癌症中表达异常,在胆管细胞癌、肺鳞癌、肾细胞癌、乳腺癌等癌症中高表达[3-6],发挥促癌作用;而在前列腺癌、星形细胞瘤、肺癌等肿瘤中低表达[7-9]。在某些肿瘤中,miR-181b-5p的表达与生存率和预后密切相关,因此被认为是一种重要的预后生物标志物和治疗靶点。血清miR-181b-5p的水平可以作为结肠癌、非小细胞肺癌等的诊断标志物[4,10],miR-181b-5p与胶质瘤的化疗敏感性密切相关[11]。迄今为止,基于 miRNA 诊断的生物标志物和疗法的已步入临床试验[12]。

2 miR-181b-5p与恶性肿瘤的关系

2.1 前列腺癌 前列腺癌(prostate cancer)是全球男性第二大常见癌症和第五大癌症死亡原因。局限性前列腺癌多无症状,当症状出现时,通常已是晚期并出现转移而难以治愈[13],因此前列腺癌的早筛查和早诊断尤为重要。Han等[7]证实miR-181b-5p靶向抑癌素M(OSM) 3‘非编码区,过表达miR-181b-5p抑制抑癌素M的mRNA表达,进而降低白介素6(IL-6)和双向调节素(amphiregulin,AREG),增加破骨细胞抑制因子(osteoclastogenesis inhibitory factor,OPG),抑制前列腺癌细胞的增殖、迁移和侵袭,而OSM的过表达可以显著逆转miR-181b-5p过表达的作用,表明miR-181b-5p介导的前列腺癌的抑制作用可能与靶向OSM及其下游分子相关。Peika等[14]对23例前列腺癌和22例良性前列腺增生的样本对比分析,发现miR-181b-5p在前列腺癌组织和邻近组织中的表达较低,miR-181b-5p水平与Gleason评分呈负相关,而ROC曲线分析显示miR-181b-5p的AUC为0.875,证实miR-181b-5p在前列腺癌具有较高的诊断价值,检测前列腺癌患者中miR-181b-5p的表达水平是值得进一步研究的诊断方法。另外,在紫杉烷存在的情况下,miR-217和miR-181b-5p的模拟物显著促进转移性去势抵抗前列腺癌细胞的凋亡,miRNAs模拟物下调了至少1 000种不同的转录本,这些转录本富含细胞增殖和焦点黏附功能的基因,合成的miR-181b-5p可能通过调节紫杉烷反应的基因,最大限度地减少紫杉烷耐药的代偿机制[15-16]。miR-181b-5p表达水平越高,前列腺癌的恶性程度越低,miR-181b-5p模拟物与紫杉烷的联合治疗或将有助于改善前列腺癌的化疗反应。

2.2 肺癌 肺癌病理类型分为非小细胞肺癌(NSCLC)及小细胞肺癌(SCLC),其中非小细胞肺癌占肺癌的85%,是全球癌症死亡的主要原因[17]。筛查高风险人群和早期诊断尤为重要,肺癌患者的预后与疾病分期密切相关,然而大多数肺癌患者(>75%)确诊时已处于Ⅲ期或Ⅳ期,迫切需要新的生物标志物[18]。

血清和组织中的miR-181b-5p可能成为非小细胞肺癌组织学分型的有效标志物。有学者对血清和组织样本中miRNAs进行了测序和生物信息学靶标预测,发现miR-181b-5p的表达在肺鳞癌组织中显著增加,而Ras相关区域家族1(RASSF1)表达减少,RASSF1家族基因对肺癌的肿瘤发生、发展、转移、耐药性和复发过程发挥重要作用[19-20],上调的miR-181b-5p可能通过抑制RASSF1促进细胞周期蛋白D1的积累和细胞周期进展,促进细胞增殖,减少细胞凋亡。Li等[9]从无血清培养基中培养的A549细胞中分离出CD133 / CD326细胞亚级,这些细胞过度表达干性相关基因,显示出较高的致瘤性,被视为肿瘤干细胞样细胞。他们的研究证实miR-181b-5p通过抑制正常肺癌人类肺泡基底上皮A549细胞和具有肿瘤干细胞样细胞特征的CD133 / CD326细胞中的E-钙黏蛋白表达,介导TGF-β1诱导细胞EMT,并且,NSCLC患者外周血中miR-181b-5p的水平升高,特别是在Ⅱ/Ⅲ/Ⅳ期患者中。miR-181b-5p参与了NSCLC的肿瘤进展,可能是NSCLC的临床分期诊断指标。然而,另一项研究发现,let-7c-5p和miR-181b-5p在A549细胞来源的外泌体中表达降低,21例健康者和37例NSCLC患者血清miRNA对比分析也得了同样的结果,利用A549细胞的外泌体处理正常肺上皮细胞BEAS-2B后,细胞迁移和侵袭以时间和剂量依赖显著增强;let-7c-5p和miR-181b-5p抑制剂分别转染BEAS-2B细胞后,细胞迁移和侵袭显示出轻微的增强,而两个miRNAs共转染的组合则显著增强了细胞迁移和侵袭,提示let-7c-5p和miR-181b-5p促进了细胞发展为恶性肿瘤,miR-181b-5p和let-7c-5p可能存在协同作用[21]。综上,血清中miR-181b-5p具有对肺癌分期区分和肿瘤转移的诊断潜力,为肺癌的分期管理提供分子依据,但是目前研究中miR-181b-5p的表达有所差异,这可能是由于肺癌类型的差异、组织细胞和血清中miR-181b-5p表达量不同导致的,阐明miR-181b-5p在肺癌中的机制仍然是研究重点。

2.3 胆道肿瘤 胆囊癌(GBC)是最常见的胆道恶性肿瘤之一,占胆道恶性肿瘤的70%以上[22]。有研究发现miR-181b-5p在GBC中显著上调,miR-181b-5p抑制剂可以通过上调丙酮酸脱氢酶激酶(PDHX),损害缺氧下GBC细胞的线粒体功能,并抑制GBC细胞能量代谢、增殖、迁移和侵袭。PDHX是调控恶性肿瘤细胞由三羧酸循环途径向糖酵解途径转换的关键调控酶,丙酮酸脱氢酶激酶信号通路是癌症药物开发和靶点治疗重要研究方向[23-24],miR-181b-5p可能是胆囊癌丙酮酸脱氢酶激酶信号通路的关键调节因子。人参皂苷Rg3具有抑制肿瘤细胞增殖和迁移、血管生成和逆转耐药性的作用[25],进一步研究miR-181b的药理作用发现,人参皂苷Rg3给药降低了GBC-SD细胞系和裸鼠皮下瘤中miR-181b的表达,免疫荧光显示GBC细胞自噬增加,而外源性miR-181b过表达逆转了人参皂苷Rg3的抗肿瘤作用,结果表明,miR-181b通过CREBRF/CREB3信号通路促进自噬,人参皂苷Rg3调节miR-181b信号通路发挥抗GBC作用[26]。这些结果表明,miR-181b-5p在胆囊癌中发挥促癌因子的作用,干扰miR-181b-5p的表达可以抑制胆囊癌的发生发展,机制与PDHX、CREBRF和CREB3相关,并且miR-181b-5p是药物的作用靶点,阐明miR-181b-5p的作用机制和明确其功能学意义将有助于靶点治疗和临床药物开发。

此外,胆管癌(CCA)是一种高度致死的肝胆系统腺癌,其病因和发病机制尚未明确,患者在癌症早期通常无症状,进展至晚期时才会出现症状或体征[27]。研究发现miR-181b-5p在CCA患者血清、组织和细胞系中高表达,miR-181b-5p的高表达与淋巴结转移和临床分期显著相关,基于miR-181b-5p在CCA患者血清和组织中的表达进行ROC曲线分析,结果显示,ROC曲线下面积为0.828,其敏感度为0.762,特异度为0.765,生存曲线显示miR-181b-5p高表达组总生存期较miR-181b-5p低表达组更短,多因素COX回归分析显示,他们的研究证实了miR-181b-5p在血清和组织中的表达水平是预测CCA预后的独立因素。致癌的PI3K-AKT通路是人类癌症最活跃的信号通路之一,另一项研究发现,过表达miR-181b-5p激活了PTEN/PI3K/AKT信号通路,显著促进胆管癌细胞系的增殖、迁移和侵袭,miR-181b-5p抑制CAA的机制可能与PI3K-AKT通路有关[13]。综上,CCA患者血清和组织中miR-181b-5p具有较高的诊断和预后价值,列入分期管理,并有可能成为CCA新的生物标志物。

2.4 脑肿瘤 星形细胞瘤是中枢神经系统中最常见的原发性脑肿瘤,通常预后不良[28]。Zhi等[8]对星形细胞瘤组和癌旁正常组织进行分析,发现随着miR-181b-5p表达降低,星形细胞瘤从WHO分级Ⅰ级逐渐变为Ⅳ级,过表达的miR-181b-5p直接靶向抑制神经肿瘤腹侧抗原1(neuro-oncological ventral antigen 1,NOVA1),进而抑制星形细胞瘤细胞增殖、迁移和侵袭,促进细胞凋亡。miR-181b-5p对星形细胞瘤调控作用可能与剪接机制有关。进一步研究对比星形细胞瘤患者和健康对照者血清miRNAs,发现miR-181b-5p在星形细胞瘤患者血清中上调超过2倍;对手术切除肿瘤的患者术前和术后血清样品分析,术后样本miR-181b-5p的水平显著降低;根据肿瘤分级对样品进行分层时,随着miR-181b-5p的表达增加,WHO分级从Ⅱ级增加到Ⅳ级,表明miR-181b-5p的上调与星形细胞瘤的临床晚期密切相关;前瞻性随访数据进行Kaplan-Meier生存分析显示,miR-181b-5p的高表达与患者生存率低显著相关[29]。他们的研究初步揭示了miR-181b-5p在星形细胞瘤中的分子机制,验证了血清miR-181b-5p作为星形细胞瘤分期诊断和预后的无创生物标志物的可能性。

多形性胶质母细胞瘤(glioblastoma multiforme,GBM)是成人常见的原发颅内肿瘤,根据世界卫生组织的分类,GBM是最致命和最具侵袭性人类癌症之一,化疗是脑胶质瘤术后和辅助治疗的主要手段。替莫唑胺固有的或获得性耐药的机制相当复杂,Zhan等[11]将miR-181b-5p模拟物导入胶质瘤细胞并用替莫唑胺处理,TMZ和miR-181b-5p联合处理的细胞早期和晚期凋亡水平比单用替莫唑胺分别增加了55.61%和40.37%,G1期细胞百分率下降,而S期细胞百分率分别增加至20.16%(替莫唑胺)、29.73%(miR-181b-5p模拟物)、41.34%(miR-181b-5p模拟物+替莫唑胺),miR-181b-5p模拟物和TMZ单用组及联用组均能抑制细胞增殖、迁移和侵袭,促进细胞凋亡,阻滞细胞周期在S期,且联合处理组效果均作用优于单用组,双荧光素酶报告基因分析表明miR-181b-5p特异性地靶向Bcl-2的3’-UTR区,表明miR-181b-5p通过靶向Bcl-2抑制GBM增殖、迁移和侵袭,并提高TMZ的化疗敏感性。另一项研究证实了miR-181b-5p在化疗药物利多卡因中的作用,miR-181b-5p在胶质瘤组织和细胞中表达下调,CircEZH2是miR-181b-5p的海绵,利多卡因通过抑制CircEZH2的表达上调miR181b-5p的表达,进而抑制脑胶质瘤的增殖、迁移、侵袭,促进细胞分化,抑制肿瘤生长[13]。综上,miR-181b-5p在胶质瘤发病机制中与Bcl-2、CircEZH2相关,miR-181b-5p的模拟物与化疗药物结合,靶向化疗药物,可能为常规化疗和分子靶向治疗开发新的疗法,有助于解决当前胶质瘤化疗耐药相关的问题。

2.5 乳腺癌 乳腺癌的耐药性仍然是当前治疗的主要问题,并且容易导致复发和转移[30-31]。Tamoxifen主要用于治疗雌激素受体阳性乳腺癌,Behringer等[32]构建了Tamoxifen耐药的MCF-7细胞,证实miR-181b-5p的表达在4-OH-Tamoxifen治疗后的3个MCF-7细胞系中显著上调。三阴性乳腺癌中化疗耐药与miR-181b-5p的上调相关,这可能是三阴性乳腺癌逃避化疗、早期复发和高死亡风险的部分原因[33]。炎性乳腺癌(IBC)是一种罕见但侵袭性强的乳腺癌变体,伴有进展迅速和预后不良,由于没有明显的肿块,常常被误诊为乳腺炎,多数患者进展至ⅢB-C或Ⅳ期才被诊断[34],早诊断是当前炎性乳腺癌的研究重点。Fahim等[35]对IBC患者和非IBC患者组织样本分析显示,IBC 中 miR-181b-5p 表达升高,通过受试者工作特征曲线分析评估,miR-181b-5p的曲线下面积为0.724,区分IBC与非IBC患者的敏感度为0.770,特异度为0.705。这与Ahmed等[6]研究中血浆小细胞外囊泡miR-181b-5p结果相同,miR-181b-5p在血浆小细胞外囊泡中表达水平显著上调(>2倍),ROC分析评估AUC为0.826,灵敏度为0.739,特异度为0.853。这些研究揭示了miR-181b-5p作为炎性乳腺癌诊断生物标志物的可能性,还需要全面深入研究miR-181b-5p基因靶标和相关信号通路,以及大量前瞻性的IBC患者研究,验证将其用作为非侵入性血液循环生物标志物的可能性。

2.6 肾癌 肾细胞癌(RCC)占肾癌(KC)病例的绝大多数(90%),早期诊断治疗的患者预后通常良好[36]。miR-181b-5p参与的RNAs网络有助于提高诊断准确性和治疗效果。Li等[5]对108例RCC患者和112例正常对照者血清中miRNAs进行分析、训练和验证,包括miR-181b-5p在内的6个miRNAs表达水平显著降低,选其中4个miRNAs(miR-18a-5p、miR-181b-5p、miR-138-5p和miR-141-3p)构建miRNAs组合诊断模型后,4-miRNAs组合的 AUC 为 0.908,灵敏度为0.808,特异度为0.889,4-miRNAs组合可能是筛选和诊断RCC的非侵入性和新型生物标志物。另外,miR-181b-5p与其他miRNAs形成miRNAs调控反馈网络共同介导了RCC的发生发展,Hanusek等[37]发现TGF-β1上调了786-O和CAKI-2细胞miR-181a-5p、miR-181b-5p和miR-125b-5p的表达,抑制了细胞中miR-155-5p和miR-30c-5p的表达,TGF-β1对miRNAs的影响是由TGFBR1a介导的,加入TGFBR1抑制剂后逆转了TGF-β1诱导的miRNAs的异常表达,进一步研究发现,上调的miR-181b-5p抑制Smad3的表达,miR-181a-5p的过表达下调TGFBR1、TGFBR3、Smad3和Smad7的表达,miR-155-5p过表达抑制TGFBR1和Smad1的表达,共同调节RCC细胞的增殖[13]。针对肾癌转TGF-β1信号通路的药物和miRNA相关的诊疗指标目前已进入临床试验[38-39],检测miR-181b-5p的表达水平可应用于区分对此类治疗效果较好的患者。另外,亚型肾透明细胞(ccRCC)是最具侵袭性和抗药性的肾癌[40],有研究表明,在ceRNA网络(RP11-478C19.2/hsa-miR-181b-5p,has-miR-181a-5p和has-miR-181c-5p/E2F7)中,靶向miR-181b-5p有助于提高亚型肾透明细胞免疫治疗成功率[13]。

2.7 其他肿瘤 胰腺导管腺癌患者术前放化疗具有较高的应用前景,然而放化疗的耐药性仍然是目前胰腺导管腺癌治疗的主要难题之一[41-42]。Tomihara等[43]通过放疗照射胰腺导管腺癌细胞,证实辐射诱导miR-181b-5p下调,抑制的miR-181b-5p诱导胰腺导管腺癌细胞中的c-Met转录因子ETS-1表达,上调的ETS-1增强了c-Met转录。c-Met表达与PDAC患者的总生存期相关,在术前CRT期间应用靶向c-Met通路靶点、miR-181b-5p抑制剂调节c-Met的表达,为PDAC提供新的多学科治疗策略。

miRNAs在黑色素瘤免疫治疗、靶向治疗、肿瘤微环境、诊断和预后分层中发挥着重要作用[44]。夏利等[45]发现与人表皮黑素细胞相比,黑色素瘤细胞高表达PLEK mRNA和蛋白,miR-181b-5p低表达,干扰miR-181b-5p后PLEK的mRNA和蛋白表达水平显著升高,黑色素瘤细胞增殖和侵袭能力增强,过表达miR-181b-5p后结果相反,并且,敲低PLEK后,干扰miR-181b-5p促进的黑色素瘤细胞增殖和侵袭均被逆转,荧光素酶报告基因实验证实miR-181b-5p和PLEK靶向结合,因此,miR-181b-5p在黑色素瘤中充当肿瘤抑制因子,通过靶向下调PLEK抑制黑色素瘤细胞的增殖和侵袭能力。

3 小结与展望

综上,miR-181b-5p通过直接或间接影响上下游癌症相关因子和信号通路,参与前列腺癌、肺癌、乳腺癌、胆囊癌等多种肿瘤的发生发展、转移、复发和远处转移等,其调控机制与多个靶点多基因作用相关,是网络化相互影响的。miR-181b-5p的这些机制在多种肿瘤诊断分期、分层治疗和预后判断等方面具有一定指导意义和应用潜力。目前,miR-181b-5p尚未在临床肿瘤管理中进行试验和应用,仍然需要进一步完善miR-181b-5p在肿瘤中的分子机制,为miR-181b-5p的临床诊断和治疗的开发应用奠定基础。