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實(shí)體腫瘤相關(guān)MicroRNA的研究熱點(diǎn)

2016-03-09 12:53:15李陽(yáng)默峰
河北醫(yī)藥 2016年6期
關(guān)鍵詞:機(jī)制腫瘤

李陽(yáng) 默峰

050051 石家莊市,河北省人民醫(yī)院

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·綜述與講座·

實(shí)體腫瘤相關(guān)MicroRNA的研究熱點(diǎn)

李陽(yáng)默峰

050051石家莊市,河北省人民醫(yī)院

【摘要】microRNA(miRNA)是在進(jìn)化上高度保守的一類小分子非編碼RNA,幾乎參與了細(xì)胞生物學(xué)調(diào)控的全過程。在腫瘤組織中,它的調(diào)節(jié)功能普遍異常。不同的miRNA在不同腫瘤組織中呈現(xiàn)癌基因或抑癌因子樣功能。此外一些特殊miRNA還調(diào)控著腫瘤的耐藥及預(yù)后。因此miRNA有望成為新型的腫瘤臨床生物標(biāo)志物。本文從miRNA的生物學(xué)性狀、作用機(jī)制及其與腫瘤的關(guān)系等方面進(jìn)行了綜述。

【關(guān)鍵詞】microRNA;腫瘤;機(jī)制

microRNA(miRNA)又稱為微小RNA,是一類內(nèi)源性的非編碼小分子單鏈RNA,長(zhǎng)約為22nt核苷酸。miRNA通過與靶基因mRNA的堿基配對(duì)而抑制mRNA的翻譯或使RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體(RNA-induced silencing complex,RISC)降解mRNA,從而調(diào)控蛋白表達(dá)。miRNA參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的多個(gè)生物學(xué)過程。在各種腫瘤組織中miRNA的表達(dá)水平有不同程度改變。miRNA的靶基因與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移、耐藥等密切相關(guān)。miRNA與腫瘤的發(fā)生發(fā)展的關(guān)系已成為腫瘤研究中最受關(guān)注的熱點(diǎn)之一。本文從miRNA的生物學(xué)性狀、作用機(jī)制及其與腫瘤的關(guān)系等方面進(jìn)行了綜述。

1miRNA的發(fā)現(xiàn)及合成

1993年,Lee等[1]在研究秀麗新小桿線蟲(c.elegans)的基因組構(gòu)成時(shí)最先發(fā)現(xiàn)了一種定時(shí)調(diào)控胚胎后期發(fā)育的非編碼 RNA,長(zhǎng)度為22nt,稱為lin4。2000年,線蟲中發(fā)現(xiàn)Let-7基因,由于該類小分子RNA的長(zhǎng)度短且作用時(shí)間短,因此最初命名為stRNA(Small TemPoral RNA)。隨著克隆技術(shù)的發(fā)展和模式物種cDNA文庫(kù)的建立,相繼在多種真核模式生物和細(xì)胞中找到了相似的小分子RNA,將其稱為miRNA。

miRNA的命名:(1)同源的miRNA在不同物種中用同一個(gè)名字;(2)microRNA簡(jiǎn)寫為miR-No,其基因?qū)懗蒻ir-No;(3)高度同源的miRNA在數(shù)字后加小寫英文字母(如miR-200a);(4)多基因拷貝的在字母后再加數(shù)字 (如miR-4a-1);(5)根據(jù)miRNA前體的兩個(gè)臂克隆實(shí)驗(yàn)結(jié)果,分為主要產(chǎn)物、次要產(chǎn)物,在次要產(chǎn)物后加“*”號(hào)。

miRNA合成的過程大致如下:首先細(xì)胞核內(nèi)的編碼miRNA基因在RNA聚合酶Ⅱ的作用下轉(zhuǎn)錄成初級(jí)轉(zhuǎn)錄本(pri-miRNA)被稱為pri-miRNA的前體分子。pri-miRNA被屬于RNaseⅢ家族的Drosha 酶在核中形成70~90個(gè)核苷酸的具有莖環(huán)結(jié)構(gòu)的雙鏈miRNA前體[2]。

后續(xù)pre-miRNA出細(xì)胞核,在胞質(zhì)中由Dicer酶加工為雙鏈RNA,其一條單鏈?zhǔn)浅墒斓膍iRNA[3],單鏈的miRNA與Argonaute蛋白形成RISC,最后作用于特異的mRNA的3'UTR(非編碼區(qū))直接降解mRNA或抑制翻譯過程的進(jìn)行。

2miRNA的生物學(xué)特性

目前報(bào)道最多的是miRNA通過與mRNA的3’-UTR互補(bǔ)配對(duì),從而抑制相應(yīng)蛋白合成或誘導(dǎo)mRNA的降解,進(jìn)而在轉(zhuǎn)錄后水平對(duì)目的基因的表達(dá)進(jìn)行負(fù)向調(diào)控。當(dāng)miRNA與靶基因不完全匹配時(shí),影響靶基因mRNA翻譯,此現(xiàn)象在哺乳動(dòng)物中非常常見。生物信息學(xué)研究認(rèn)為人類的基因組存在超過千種miRNA[4]。一些miRNA的表達(dá)水平具有保守性、空間特異性及組織時(shí)期的特異性。miRNA基因在進(jìn)化上呈保守性:在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的miRNA基中因約12%存在于生物整個(gè)進(jìn)化過程。這提示在生物的發(fā)育過程中,部分miRNA有相同的作用機(jī)制。miRNA與靶基因mRNA配對(duì)從而調(diào)控靶基因的翻譯或穩(wěn)定性。Lira等[5]發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入的某些miRNA能夠致使上百個(gè)基因mRNA水平的下調(diào),后續(xù)試驗(yàn)證實(shí)了單miRNA可以直接調(diào)控上百個(gè)基因的翻譯并間接影響更多基因的表達(dá)[6],同時(shí)也可通過多個(gè)miRNA共同精細(xì)調(diào)控單個(gè)基因的表達(dá)。miRNA基因的空間特異性:Ason等[7]發(fā)現(xiàn),不同物種間mRNA表達(dá)差異越大,生理差別越大,而不同物種間的差別主要是由miRNA表達(dá)的時(shí)期特異性和較小程度的空間特異性表達(dá)引起的。組織和時(shí)期特異性:指miRNA在不同物種中表達(dá)階段或組織存在差異,如miRNA-1在早期小鼠胚胎細(xì)胞中含量較少,而在晚期小鼠胚胎細(xì)胞中卻可見多個(gè),同時(shí)表達(dá)增多。這證明miRNA-1在小鼠胚胎發(fā)育的不同階段具有特異性,而另外的實(shí)驗(yàn)卻證明該miRNA僅在人類心肌細(xì)胞中,表現(xiàn)出組織特異性。

3miRNA調(diào)控與腫瘤

目前研究表明,已知人類miRNAs基因約1/2位于染色體上腫瘤相關(guān)區(qū)域[8]。且與正常組織細(xì)胞相比,腫瘤細(xì)胞的部分miRNA存在明顯表達(dá)差異。這些都提示miRNA在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中可能是類似于控制細(xì)胞增殖和調(diào)亡的癌基因和抑癌基因。最初的證據(jù)來(lái)自慢性淋巴細(xì)胞白血病(CLL)的分子學(xué)研究[9]。68%的患者染色13q14區(qū)域缺失,分析表明mRi-15a和mRi-16-a是最小共同缺失區(qū)域內(nèi)僅有的 2 個(gè)基因。后續(xù)研究表明mRi-15a和mRi-16-a在轉(zhuǎn)錄后水平對(duì)BCL2起負(fù)向調(diào)節(jié),在B細(xì)胞淋巴瘤的發(fā)生中它們可以被看作抑癌基因[10]。這提示miR-15a及miR-16a可治療BCL2過表達(dá)的慢性淋巴細(xì)胞白血病。隨后,Arora等[11]用對(duì)乳腺癌、肺、結(jié)腸、胰腺、胃及前列腺等6種器官的上百個(gè)腫瘤樣本的miRNA表達(dá)譜進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果顯示約60%(137/228)的 miRNA表達(dá)異常。miRNA的表達(dá)水平升高的26個(gè),表達(dá)水平降低的17個(gè)。這個(gè)結(jié)果證實(shí) miRNA 廣泛參與腫瘤的發(fā)病機(jī)制,并且以顯性或隱性癌基因或抑癌基因的形式存在。目前miRNA與實(shí)體腫瘤的關(guān)系已逐漸成為實(shí)體腫瘤的研究熱點(diǎn)。

3.1miRNA與甲狀腺癌Weber等[12]發(fā)現(xiàn)甲狀腺濾泡狀癌及腺瘤中miRNA及靶基因存在差異表達(dá),研究顯示miR-197及miR-346可能與甲狀腺濾泡狀癌的發(fā)生有一定相關(guān)性,miR-197及miR-346及其靶基因可能作為新的分子標(biāo)記物及干擾治療的新靶點(diǎn)。Nikiforova等[13]檢測(cè)甲狀腺腫瘤標(biāo)本,發(fā)現(xiàn)不同甲狀腺組織病理學(xué)類型,miRNA表達(dá)譜表現(xiàn)不同。其中miR-146b、miR-197、miR-187、miR-221、miR-222、miR-155及miR-224的表達(dá)在細(xì)針穿刺標(biāo)本中證實(shí)差異最明顯。

3.2miRNA與肺癌肺癌為常見的呼吸系統(tǒng)腫瘤。Takamizawa等[14]首次報(bào)道了Let-7為肺癌相關(guān)性miRNA,該研究顯示正常肺細(xì)胞系中Let-7高表達(dá),而肺癌細(xì)胞系中Let-7低表達(dá)的超過了80%,深入分析發(fā)現(xiàn)Let-7的表達(dá)水平與肺癌的預(yù)后也具有顯著的相關(guān)性,腫瘤組織中Let-7低表達(dá)的患者術(shù)后無(wú)疾病進(jìn)展及總生存均較短。Johnson等[15]也觀察到了發(fā)現(xiàn)與正常肺組織相比,癌組織的let-7水平顯著減低,而RAS水平增高,表明Let-7的靶點(diǎn)為RAS蛋白,兩者間負(fù)向調(diào)控,這可能是肺癌的發(fā)生機(jī)制。Kim等[16]發(fā)現(xiàn)肺癌細(xì)胞株轉(zhuǎn)染了miR-199a或miR-199a*后凋亡顯著,并與轉(zhuǎn)染量呈相關(guān)性,這兩種miRNA促凋亡機(jī)制有所不同,其中轉(zhuǎn)染了miR-199a*凋亡作用更明顯。Yanaihara等[17]報(bào)道單因素分析let-7家族,僅let-7a-2低表達(dá)與肺癌預(yù)后不良有關(guān),miR-155肺癌組織中低表達(dá)是獨(dú)立的預(yù)后因子。

3.3miRNA與乳腺癌miRNA表達(dá)譜分析結(jié)果顯示,在乳腺癌組織中表達(dá)超過癌旁組織的2倍的有9個(gè);而miR-497、miR-31、miR-355等7個(gè)miRNA在乳腺癌組織中的表達(dá)明顯低于正常組織,此外miRNA的表達(dá)還和乳腺癌的分期,雌、孕激素受體表達(dá)水平及血管浸潤(rùn)等生物病理學(xué)特征有關(guān)[18]。miRNA靶基因的分析在某種程度上解釋了乳腺癌發(fā)病、轉(zhuǎn)移及預(yù)后相關(guān)的分子機(jī)制。如miR-205認(rèn)為是乳腺癌的抑癌基因,它通過調(diào)控ErbB3和VEGF-A這兩個(gè)基因,從而抑制乳腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)、侵襲。Ma等[19]發(fā)現(xiàn)與乳腺癌無(wú)轉(zhuǎn)移組的細(xì)胞株對(duì)比分析,轉(zhuǎn)移組細(xì)胞株中miR-10b表達(dá)顯著增高。研究還發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄后的細(xì)胞株中轉(zhuǎn)移性基因RHOC的活性增強(qiáng),這提示miR-10b間接激活了RHOC基因,進(jìn)而導(dǎo)致乳腺癌的轉(zhuǎn)移。miR-21調(diào)控TPM1、PTEN、PDCD4等多種抑癌基因,miR-21高表達(dá)提示乳腺癌患者預(yù)后不良[20]。Ahmad等[21]在乳腺癌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn),miR-200家族表達(dá)含量減少,使得磷酸葡萄糖異構(gòu)酶(PGI)過表達(dá),促進(jìn)了ZEB1/ZEB2的轉(zhuǎn)錄,誘導(dǎo)了EMT的發(fā)生,促進(jìn)了肺部轉(zhuǎn)移瘤的形成。

3.4miRNA與胃癌胃癌中高表達(dá)的miRNA包括miR-21、miR-24-1、miR-25、miR-92-2、miR-107、miR-191、miR-223、miR-214、miR-221等。Chan等[22]對(duì)37例胃癌患者的腫瘤組織和癌旁正常組織的miR-21表達(dá)水平測(cè)定,進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析發(fā)現(xiàn),92%的胃癌樣本中miR-21過表達(dá)。但miR-21的過表達(dá)與患者的預(yù)后并沒有直接相關(guān)性,因此miR-21僅作為胃癌診斷的有效腫瘤標(biāo)記物,對(duì)判斷胃癌患者的預(yù)后意義不大。Du等[23]證實(shí)胃癌組織中miR-141表達(dá)下降,且過表達(dá)的miR-141可顯著抑制MGC-803胃癌細(xì)胞的生長(zhǎng)。王馳等[24]報(bào)道了miR-200b對(duì)MGC-803胃癌細(xì)胞的生長(zhǎng)有調(diào)節(jié)作用,提高miR-200b的表達(dá)量可抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng),他們認(rèn)為該抑制作用很可能與Bcl-2蛋白表達(dá)減少相關(guān)。Xia等[25]發(fā)現(xiàn)胃癌耐藥株出現(xiàn)了miR-16及miR-15b的低表達(dá),轉(zhuǎn)染miR-15b或miR-16后則增加了其對(duì)長(zhǎng)春瑞濱等抗癌藥物的敏感性。Motoyama等[26]研究了HMGA2表達(dá)與Let-7miRNA家族表達(dá)在胃癌組織中的關(guān)系,分析了110例胃癌病組織,結(jié)果顯示HMGA2的高表達(dá)與胃癌的侵襲性有關(guān),且是獨(dú)立預(yù)后因子。

3.5miRNA與胰腺癌Zhang 等[27]在胰腺癌組織中檢測(cè)與其相關(guān)的95個(gè)miRNA的表達(dá)情況,與正常胰腺組織相比,miR-221、miR-222、miR-200b、miR-196a、miR-15b、miR-190、miR-186及miR-95表達(dá)上調(diào)。Bloomston 等[28]研究發(fā)現(xiàn)miR-21和miR-155在胰腺癌組織中高表達(dá),在正常胰腺組織和胰腺炎組織中不表達(dá),因此推斷miR-21和miR-155 或許可作為胰腺癌診斷的參考指標(biāo)。Weiss等[29]發(fā)現(xiàn),抑制miR-10a的表達(dá)能夠抑制胰腺癌細(xì)胞侵襲及轉(zhuǎn)移能力,這提示miR-10a高表達(dá)可能促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移,進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),維A酸拮抗劑能有效抑制miR-10a的表達(dá),使腫瘤的侵襲能力下降,而敲除HOXB1 和 HOXB3 基因后,維A酸拮抗劑雖然仍能抑制miR-10a的表達(dá),但不能阻斷腫瘤侵襲、轉(zhuǎn)移。該研究提示miR-10a是通過調(diào)節(jié)其他靶基因參與胰腺癌的侵襲和轉(zhuǎn)移的。部分miRNA在腫瘤細(xì)胞中表達(dá)下調(diào)起到抑癌基因作用,主要是啟動(dòng)子的 CpG 甲基化。Yu 等[30]研究發(fā)現(xiàn)miR-96 在胰腺癌組織中的表達(dá)較癌旁正常組織下調(diào)將近 5 倍,并且在Panc-1、MIAPaCa-2和 BxPC-3 三系胰腺癌細(xì)胞株中表達(dá)同樣下調(diào)。進(jìn)一步對(duì)MIAPaCa-2、Panc-1 細(xì)胞株研究發(fā)現(xiàn),與對(duì)照組相比轉(zhuǎn)染了pre-miR-96 的胰腺癌細(xì)胞增長(zhǎng)數(shù)量明顯減少,并且能降低腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和侵襲能力。

3.6miRNA與結(jié)直腸癌結(jié)直腸癌的形成也與miRNA表達(dá)的變化相關(guān)。Asangan等[31]對(duì)cob206f結(jié)腸癌細(xì)胞系研究發(fā)現(xiàn)miR-21與PDCD4 呈負(fù)相關(guān),提示miR-21通過抑制PDCD4的表達(dá)進(jìn)而影響腫瘤細(xì)胞的浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移。Sayed等[32]在研究SW480結(jié)腸癌細(xì)胞系中,發(fā)現(xiàn)剔除miR-21后癌細(xì)胞的遷移能力下降,并進(jìn)一步證實(shí)該過程是通過下調(diào)miR-21靶基因SPRY2的表達(dá),使得細(xì)胞微絨毛活動(dòng)受限實(shí)現(xiàn)的結(jié)直腸癌細(xì)胞系中miRNA-200a、miR-200b、miR-200c表達(dá)上升,而Rossi等[33]進(jìn)一步研究證實(shí)在結(jié)直腸癌細(xì)胞系中miR-200b可使Src和Ras等癌基因失,5-Fu處理后miR-200b表達(dá)含量下降,而miR-141表達(dá)上升。Burk等[34]報(bào)道在結(jié)腸癌和胰腺癌中microRNA-200家族成員miR-141及mRi-200c與ZEB1間存在相互反饋回路,即ZEB1能直接下調(diào)miRNA的表達(dá),miRNA也能反過來(lái)下調(diào)ZEB1的表達(dá),該回路受EMT的影響,還參與癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。Paterson等[35]研究發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌間質(zhì)浸潤(rùn)早期miRNA-200 家族低水平表達(dá),相反在已經(jīng)發(fā)生轉(zhuǎn)移的部位miRNA-200 家族呈高水平表達(dá),這可能與 EMT 顯著相關(guān)。

3.7miRNA與其他腫瘤除以上幾種常見腫瘤外,miRNA還與其他多種腫瘤有相關(guān)性。Cuesta等[36]研究證實(shí),在神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞瘤中miR-181a受到抑制,影響p27mRNA的表達(dá),進(jìn)而改變神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞瘤的生長(zhǎng)周期,抑制腫瘤的生長(zhǎng)。Emdad等[37]研究發(fā)現(xiàn),低表達(dá)的miR-184通過上調(diào)下游的靶基因進(jìn)而促進(jìn)神經(jīng)膠質(zhì)瘤的侵襲性。國(guó)外還有相關(guān)文獻(xiàn)證實(shí),miR-184與神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖能力及生存能力呈負(fù)相關(guān)[38-40]。

Avissar等[41]檢測(cè)了頭頸部鱗癌和正常頭頸部上皮組織miRNA的表達(dá)譜,發(fā)現(xiàn)了miRNA具有差異表達(dá)的18個(gè),其中對(duì)包括miR-375、miR-221等在內(nèi)的6個(gè)miRNA采用qRT-PCR方法進(jìn)行了驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)miR-375、miR-221表達(dá)的比值用以區(qū)分腫瘤組織和正常組織敏感性達(dá)92%,特異性達(dá)93%,有著相當(dāng)重要的臨床診斷意義。

4miRNA與腫瘤中醫(yī)藥治療

周榮平等[42]研究華蟾素對(duì)胃癌細(xì)胞 miRNA表達(dá)譜的影響,結(jié)果顯示華蟾素誘導(dǎo)了33個(gè)miRNA 高表達(dá),12個(gè)低表達(dá)。提示華蟾素通過誘導(dǎo) miRNA表達(dá)改變參與抑制胃癌細(xì)胞增殖。劉偉峰等[43]發(fā)現(xiàn)肝癌HepG2細(xì)胞經(jīng)冬凌草甲素處理后,miR-125a高表達(dá)抑制EGFR途徑,下調(diào)VEGF表達(dá),進(jìn)而抑制肝癌細(xì)胞的增殖,促其凋亡。俞晨等[44]研究灌腸方聯(lián)合化療與單化療治療晚期腸癌患者外周血miR-31及VEGF表達(dá),發(fā)現(xiàn)使用灌腸方聯(lián)合化療與單化療患者血清VEGF水平比較,聯(lián)合治療患者血清VEGF水平降低更明顯,其機(jī)制與miR-31低表達(dá)有關(guān)。周昕欣等[45]研究miR-7介導(dǎo)加味四君子湯含藥血清對(duì)B16黑色素瘤細(xì)胞的抑制,證實(shí)miR-7介導(dǎo)加味四君子湯含藥血清促進(jìn)B16黑色素瘤細(xì)胞凋亡。

隨著miRNA的不斷發(fā)現(xiàn)及深入的研究,miRNA已成為腫瘤研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。人類對(duì)miRNA的特征及功能等有了一定了解,但完全闡明miRNA在惡性腫瘤生長(zhǎng)中的機(jī)制還需更進(jìn)一步研究。miRNA在惡性腫瘤的研究中逐漸成為熱點(diǎn),具有廣闊前景,將為攻克惡性腫瘤開辟新視野及突破口。

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(收稿日期:2015-08-27)

【中圖分類號(hào)】R 73

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】1002-7386(2016)06-0923-04

doi:10.3969/j.issn.1002-7386.2016.06.043 10.3969/j.issn.1002-7386.2016.06.044

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