陳渝,夏曉夢(mèng)
(中南大學(xué)湘雅二醫(yī)院,湖南長沙410011)
子宮內(nèi)膜異位癥(endometriosis, EMT)是一種以子宮腔外存在子宮內(nèi)膜(覆蓋子宮腔的黏膜)樣組織為特征的疾病[1]。其能夠引起慢性炎癥反應(yīng),導(dǎo)致盆腔內(nèi)或其他部位形成瘢痕樣組織[2]。最新研究統(tǒng)計(jì),EMT 影響著全球大約10%的育齡女性[3]。該病為慢性疾病,常伴有嚴(yán)重的痛經(jīng)、性交痛、排便痛、排尿痛和慢性盆腔疼痛等臨床癥狀,嚴(yán)重降低了患者生活質(zhì)量[4]。EMT 的癥狀多樣、發(fā)病部位廣泛,很多患者對(duì)病情的認(rèn)知也十分有限,往往在臨床癥狀出現(xiàn)較長時(shí)間后才做出診斷。目前,EMT 尚無有效的治愈方法,治療手段通常旨在去除病灶,控制癥狀[5]。因此,EMT 的早期診斷對(duì)疾病的后續(xù)治療非常關(guān)鍵。
診斷EMT 的金標(biāo)準(zhǔn)為探查性腹腔鏡,這是一種侵入性檢查方法[6]。因此,找到非侵入性或無創(chuàng)的診斷方法,實(shí)現(xiàn)EMT 的早期診斷非常必要。學(xué)者們逐漸認(rèn)識(shí)到非編碼RNA 分子在人類健康和疾病病理生理過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在這些非編碼RNA 中,MicroRNA(miRNA)是真核生物中廣泛存在的一種由21~23 個(gè)核苷酸組成的RNA 分子,可調(diào)節(jié)其他基因表達(dá)[7]。miRNA 從DNA 轉(zhuǎn)錄而來,但無法進(jìn)一步翻譯成蛋白質(zhì)。miRNA 通過與目標(biāo)mRNA 結(jié)合,進(jìn)而抑制轉(zhuǎn)錄后的基因表達(dá),在調(diào)控基因表達(dá)和細(xì)胞周期方面起著重要作用。miRNA被認(rèn)為是一種廣泛的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)分子[8]。每個(gè)單獨(dú)的miRNA 分子都可能影響細(xì)胞途徑中的多種mRNA靶點(diǎn),目前已經(jīng)有超過2 600 個(gè)成熟的miRNA 被研究[9]。大多數(shù)細(xì)胞和體液中都發(fā)現(xiàn)了miRNA,其具有意想不到的高穩(wěn)定性。健康人群與患者循環(huán)中的miRNA 表達(dá)譜有明顯差異。在各種疾病如腫瘤、炎癥、心血管疾病、代謝和生殖系統(tǒng)疾病中,都觀察到特定的miRNA 表達(dá)水平差異[10]。目前,miRNA 被提議作為臨床診斷工具,用于識(shí)別和監(jiān)測各種惡性腫瘤,并有可能為其他疾病提供無創(chuàng)診斷。在女性生殖系統(tǒng)疾病中,如婦科惡性腫瘤(如宮頸癌、卵巢癌和子宮內(nèi)膜癌)、妊娠期相關(guān)疾?。ㄈ缦日鬃影B、早產(chǎn)等)、子宮肌瘤及EMT,都已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了miRNA 表達(dá)失調(diào)[11-13]。
根據(jù)病變部位的不同,EMT 主要分為4 種病理類型:淺表型、卵巢型、深部浸潤型及其他部位EMT,其臨床癥狀多種多樣,且隨著病灶對(duì)盆腔、卵巢、輸卵管或子宮的作用還會(huì)導(dǎo)致不孕。此外,子宮內(nèi)膜異位病變的程度與癥狀的嚴(yán)重性或持續(xù)時(shí)間幾乎沒有相關(guān)性。一些病灶明顯的患者,癥狀反而較輕;而病灶很小的患者,卻可能出現(xiàn)嚴(yán)重癥狀[14]。通常EMT 引起的疼痛會(huì)在絕經(jīng)后得到改善,但在某些情況下,慢性疼痛在絕經(jīng)后仍長時(shí)間持續(xù)存在。對(duì)患者和醫(yī)生來說,EMT 最大的挑戰(zhàn)之一是早期診斷。據(jù)報(bào)道,EMT 確診時(shí)間一般延遲6~12年[15],這種延遲是由社會(huì)和臨床因素造成的。例如,患者即使出現(xiàn)EMT 的癥狀,考慮到隱私問題,往往推遲就醫(yī)。目前25%~50%不孕癥由EMT 引起[16],一些女性盡管已經(jīng)有多年的慢性盆腔疼痛和不適,但是只有在妊娠失敗時(shí),才首次確診為EMT。因?yàn)镋MT 的癥狀可能是非特異性,可以與其他盆腔疾病重疊,對(duì)臨床醫(yī)生鑒別診斷經(jīng)驗(yàn)要求更高。值得注意的是,由于臨床專業(yè)知識(shí),以及適合篩查、簡便的無創(chuàng)性診斷方法缺乏,在貧困及醫(yī)療條件較差的地區(qū),EMT 的診斷時(shí)間往往會(huì)更長。
在腹腔鏡檢查明確診斷前,臨床醫(yī)生會(huì)根據(jù)患者癥狀進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)性治療。EMT 的一線藥物包括非甾體抗炎藥,口服避孕藥、地諾孕素、促性腺激素釋放激素激動(dòng)劑(gonadotropin releasing hormone agonist, GnRH-a)[17]。然而,這些藥物都不能根除EMT,服藥期間還會(huì)產(chǎn)生一定的副作用。當(dāng)治療停止后,EMT 相關(guān)癥狀還會(huì)重現(xiàn),即使進(jìn)行手術(shù),EMT 復(fù)發(fā)也很常見,50%患者在5年后需要再次手術(shù)[18]。
miRNA 可以通過抑制翻譯或刺激mRNA 降解來下調(diào)基因表達(dá)。在某些情況下,miRNA 還可以上調(diào)靶基因的表達(dá)。miRNA 影響從發(fā)育到致癌的多種細(xì)胞途徑。miRNA 參與多種人類疾病,使其成為潛在的診斷和預(yù)后生物標(biāo)志物。與腫瘤轉(zhuǎn)移類似,異位子宮內(nèi)膜具有黏附、增殖及浸潤細(xì)胞外基質(zhì)的能力。EMT 是一種多因素和多基因疾病,其病理機(jī)制涉及血管生成和蛋白水解,miRNA 表達(dá)失調(diào)可能與這些過程有關(guān)。在子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞(endometrial stromal cell, ESC)和上皮細(xì)胞中,LOGAN 等[19]發(fā)現(xiàn)與正常樣本比較,異位ESC 和上皮細(xì)胞有9 個(gè)和16 個(gè)差異表達(dá)的miRNA。有研究發(fā)現(xiàn),與EMT 有關(guān)的mRNA 靶點(diǎn)是血管內(nèi)皮生長因子A(vascular endothelial growth factor A, VEGFA),其受5 種miRNA 的調(diào)節(jié)。這些信號(hào)蛋白能夠刺激血管生成,并參與EMT 病灶的血管生成[20]。不同部位病灶中VEGF-A 表達(dá)水平有區(qū)別,腹膜和直腸陰道結(jié)節(jié)中表達(dá)水平比卵巢高,表明前者血管生成更為活躍。VEGF 受體拮抗劑和其他抗血管生成藥物是治療EMT 的藥物[21]。動(dòng)物模型證明,抗血管生成藥物可抑制異位內(nèi)膜的生長,減少或縮小異位病灶的數(shù)量和體積?;|(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases, MMPs)也被證實(shí)為EMT 相關(guān)的miRNA 靶點(diǎn),而且組織金屬蛋白酶抑制劑也受miRNA 的調(diào)節(jié)[22]。這些蛋白水解酶降解細(xì)胞外基質(zhì),有助于組織重塑和異位內(nèi)膜侵入腹膜。對(duì)分離培養(yǎng)的ESC 進(jìn)行mRNA 的表達(dá)分析,發(fā)現(xiàn)在EMT 患者中有幾個(gè)相同的mRNA 靶點(diǎn)被改變,即ZEB1、MMP-7 和TGF-β1[19],后者參與了EMT 上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)過程??傊?,細(xì)胞增殖、血管生成、細(xì)胞外基質(zhì)重塑、炎癥信號(hào)傳導(dǎo)及激素調(diào)節(jié)等過程在EMT 失調(diào)的miRNA 功能研究中均有涉及。
miRNA 的全局分析方法可以用來比較組織間所有miRNA 的表達(dá)。EMT 中最常見的是比較同一患者的在位內(nèi)膜與異位內(nèi)膜miRNA 的表達(dá)差異,但也有研究將異位內(nèi)膜與健康人群子宮內(nèi)膜進(jìn)行對(duì)照分析。通常通過實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)(quantitative real-time polymerase chain reaction, qRTPCR)等技術(shù)確認(rèn)候選miRNA 的表達(dá)差異,不過即使miRNA 表達(dá)差異微小也可能產(chǎn)生不同的生物學(xué)的效應(yīng)。WEI 等[23]對(duì)2007年—2013年發(fā)表的12 項(xiàng)miRNA 表達(dá)譜研究進(jìn)行了薈萃分析,發(fā)現(xiàn)了134 個(gè)不同調(diào)控功能的miRNA。雖然個(gè)例通常只說明實(shí)驗(yàn)中的一組上調(diào)或下調(diào)的miRNA,但在多個(gè)研究中發(fā)現(xiàn)的miRNA 分子的數(shù)量正在增加,并逐步形成miRNA 調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。miRNA 在EMT 中的表達(dá)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),卵巢異位內(nèi)膜和在位內(nèi)膜活檢樣本中miR-200b 的關(guān)注度最高[24]。其他有關(guān)miR-200 家族的研究也表明,miR-200 在EMT 發(fā)病機(jī)制中起著關(guān)鍵調(diào)控作用[25]。還有一些研究報(bào)道m(xù)iRNA 在子宮內(nèi)膜病灶中上調(diào)或下調(diào),如miR-1、miR-29c、miR-34c、 miR-100、 miR-141、 miR-145、 miR-183、 miR-196b、 miR-200a、 miR-200b、 miR-200c、 miR-202、 miR-365 和miR-375[26]。 ZHAO等[27]通過高通量測序技術(shù)在8 例EMT 患者中確定了異位子宮內(nèi)膜與在位子宮內(nèi)膜中miRNA 的差異,鑒定出107 個(gè)差異表達(dá)的miRNA 和6 112 個(gè)差異表達(dá)的mRNA,并確定了一些參與EMT 發(fā)病的關(guān)鍵miRNA。RAJA 等[28]總結(jié)發(fā)現(xiàn),EMT 病灶中一系列功能失調(diào)的miRNA-126、miRNA-210、miRNA-21、miRNA-199a-5p 和miRNA-20A 參與了血管生成、細(xì)胞增殖、細(xì)胞黏附和侵襲,以及EMT 過程。
為了探究miRNA 調(diào)控細(xì)胞的機(jī)制,研究者使用生物信息學(xué)工具識(shí)別每個(gè)miRNA 序列的靶標(biāo),并將這些目標(biāo)基因的功能映射到細(xì)胞途徑中[23,29]。WEI 等[23]使用4 種miRNA 靶點(diǎn)預(yù)測工具(TargetScan、PicTar、miRanda 和miRDB),對(duì)幾項(xiàng)研究中一致發(fā)現(xiàn)的miRNA 進(jìn)行預(yù)測,然后通過GeneCodis 網(wǎng)絡(luò)工具預(yù)測這些基因參與的生物過程和途徑。該研究分析出9 882 個(gè)有關(guān)的miRNA 靶基因,通過KEGG和Panther 路徑富集分析,得出了主要的EMT 相關(guān)路徑、內(nèi)吞作用、Wnt 信號(hào)通路和血管生成靶基因[23]。QI 等[29]用Ingenuity Pathway Analysis 和Gene Ontology 等生物信息學(xué)軟件分析了EMT 中差異表達(dá)的miRNA,共鑒定了17 個(gè)顯著差異表達(dá)的miRNA和4 343 個(gè)參與EMT 的潛在miRNA。這些生物信息學(xué)分析為細(xì)胞培養(yǎng)的功能研究的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供信息,并能幫助EMT 患者確定新的治療方法。
細(xì)胞外miRNA 可以從大多數(shù)體液中分離出來。miRNA 參與體內(nèi)細(xì)胞與組織的壓力信號(hào)傳遞和交流。細(xì)胞外miRNA 要么被動(dòng)釋放,要么通過外泌體或微囊泡主動(dòng)從細(xì)胞中分泌出來,并與脂蛋白或RNA 結(jié)合蛋白結(jié)合。這些脂質(zhì)和蛋白質(zhì)復(fù)合物可以保護(hù)miRNA 不被內(nèi)源性RNAs 降解[30]。循環(huán)miRNA 可能介導(dǎo)異位內(nèi)膜的基因表達(dá)改變,也可能通過介導(dǎo)異位內(nèi)膜與周圍組織的交流來影響EMT 的發(fā)展。最新研究顯示,循環(huán)miRNA,如Let-7 家族的miRNA,與EMT 的炎癥信號(hào)改變之間存在關(guān)聯(lián)[31-32]。為進(jìn)一步探索EMT 中循環(huán)miRNA 潛在的作用,迄今已報(bào)道6 項(xiàng)有關(guān)EMT 患者與不同對(duì)照組的血液樣本全局基因表達(dá)譜分析結(jié)果;其中3 項(xiàng)研究采用血清miRNA 微陣列,2 項(xiàng)研究采用血漿miRNA 微陣列,另外1 項(xiàng)采用深度測序方法檢測血清miRNA 的差異表達(dá)[33]。除了分析來自不同血清與血漿的miRNA,miRNA 表達(dá)檢測在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上有巨大差異,使這些研究結(jié)果的比較變得復(fù)雜。這些差異包括miRNA 分析方法、受試者遺傳背景、EMT 所處的臨床階段、EMT 病理類型,以及對(duì)照組的設(shè)置。由于miRNA 在細(xì)胞中有許多靶點(diǎn),而一個(gè)特定的mRNA 轉(zhuǎn)錄會(huì)受到各種miRNA 的調(diào)控,同一途徑可能受到不同的miRNA 的調(diào)控,所以沒有檢測到一個(gè)特定的分子并不排除其參與EMT 的進(jìn)展。Solexa測序技術(shù)研究報(bào)告失調(diào)miRNA有108個(gè)候選miRNA,不過這些結(jié)果與其他報(bào)告的血清結(jié)果有大量重疊[34]。也有研究對(duì)EMT 患者腹腔液中的miRNA、細(xì)胞因子及其他蛋白質(zhì)進(jìn)行分析,確定了126 個(gè)不同表達(dá)的miRNA,其中6 個(gè)通過qRTPCR 驗(yàn)證??绐?dú)立數(shù)據(jù)集的表達(dá)水平變化的交叉驗(yàn)證結(jié)果表明,這6 個(gè)miRNA 與EMT 關(guān)系密切[35]。因此推測,這些在血液和子宮內(nèi)膜組織中表達(dá)改變的miRNA 有可能作為早期診斷EMT 的生物標(biāo)志物。
研究發(fā)現(xiàn)有5 個(gè)miRNA 經(jīng)過多次篩選被確定有異常表達(dá),體外實(shí)驗(yàn)也證明了其在EMT 中的作用[33-35]。目前,miR-125b、miR-451 和Let-7 家族被認(rèn)為最適合作為EMT 潛在的循環(huán)生物標(biāo)志物,而miR-199a 和miR-145 也有作為早期診斷EMT 的生物標(biāo)志物的潛力。
在EMT 中,miRNA 的一個(gè)主要功能是參與炎癥反應(yīng)。Let-7b 和miR-125b 均能調(diào)節(jié)炎癥細(xì)胞因子信號(hào),影響TNF-α、IL-6 和IL-1β 表達(dá)水平,這些因子在EMT 患者血液中明顯增加。一項(xiàng)前瞻性研究結(jié)果顯示,IL-1β 升高與EMT 患病風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān);IL-6 在EMT 相關(guān)的巨噬細(xì)胞中高度表達(dá),影響了EMT 進(jìn)展時(shí)的細(xì)胞遷移。伴隨著Let-7 與miRNA-125b 在炎癥信號(hào)傳導(dǎo)中的互補(bǔ)作用,這些miRNA 也因其在21 號(hào)染色體長臂(21q21.1)上的基因組位置而聚在一起[36]。Let-7、miR-125b 及miR-200 都參與了癌癥進(jìn)展,其中miR-125b 可以調(diào)控細(xì)胞凋亡和增殖。MOUSTAFA 等[37]使用miRNA 測試板作為檢測EMT 的非侵入性診斷方法,發(fā)現(xiàn)miR-125b 在EMT 受試者血清中表達(dá)水平顯著升高。據(jù)報(bào)道,在GnRH-a(醋酸亮丙瑞林)治療后,EMT 中miR-125b 轉(zhuǎn)錄發(fā)生改變,表明其有可能成為監(jiān)測療效的生物標(biāo)志物[38]。
CHENG 等[39]選擇47 例EMT 患者,miR-145 的表達(dá)水平高于對(duì)照,并且在非妊娠患者子宮內(nèi)膜組織中的表達(dá)水平顯著高于妊娠患者,其研究表明miR-145 表達(dá)上調(diào)可能在EMT 不孕癥患者中發(fā)揮重要作用。YANG 等[40]報(bào)道與在位內(nèi)膜比較,同一患者的異位內(nèi)膜miR-145-5p 表達(dá)水平更高,該過程伴隨VEGF-A 上調(diào)和EGFR2、PTEN 和CXCR4 水平下降。有研究發(fā)現(xiàn),Ⅰ/Ⅱ期EMT 患者的miR-145水平明顯高于Ⅲ/Ⅳ期。陶中娥等[41]通過對(duì)122 例EMT 合并不孕患者的研究發(fā)現(xiàn),術(shù)前miR-145 表達(dá)水平對(duì)術(shù)后妊娠結(jié)局有一定的臨床預(yù)測價(jià)值。BASHTI 等[42]收集了55 例EMT 患者,結(jié)果發(fā)現(xiàn)miR-145 在Ⅰ/Ⅱ期EMT 患者中過度表達(dá)。
Let-7 是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的人類miRNA。Let-7 家族的miRNA 由8 個(gè)相關(guān)序列(Let7a-i)組成,已知其參與人類和其他動(dòng)物的早期發(fā)育事件。Let-7 調(diào)控細(xì)胞分化的許多基本過程,并能抑制細(xì)胞的重新編程。由于對(duì)Ras 家族致癌基因的負(fù)向調(diào)控,其被歸類為腫瘤抑制因子,許多惡性腫瘤中都出現(xiàn)let-7 miRNA 家族表達(dá)下調(diào)。最近在EMT 患者中觀察到KRAS 的激活,并與EMT 發(fā)病和孕酮抵抗有關(guān)[31]。黃俊花等[43]分析文獻(xiàn)后也發(fā)現(xiàn)EMT 患者血清Let-7表達(dá)降低可作為臨床診斷標(biāo)志物。從切除的EMT樣本中獲取總RNA,分析發(fā)現(xiàn)EMT 患者與正常對(duì)照組的Let-7 表達(dá)存在顯著差異,表明Let-7 具有最佳的參數(shù)(敏感性、特異性、陽性和陰性結(jié)果的預(yù)測值),可用于EMT 的早期診斷[44]。
與miR-145 相似,miR-199a 過度表達(dá)降低了ESC 的黏附性、遷移性和侵襲性。目前學(xué)術(shù)界提出了一種機(jī)制,即在EMT 組織中下調(diào)這種miRNA,通過抑制PAK4、IKK/NF-κB 途徑和下調(diào)IL-8 來減弱細(xì)胞侵襲性。ZHU 等[45]研究發(fā)現(xiàn),miR-199a 在人子宮內(nèi)膜異位囊腫基質(zhì)細(xì)胞中的表達(dá)減弱,進(jìn)一步使用Transwell 實(shí)驗(yàn)、體外傷口愈合試驗(yàn)評(píng)估轉(zhuǎn)染miR-199a 對(duì)ESC 遷移、侵襲和收縮性的影響,結(jié)果表明miR-199a 通過抑制PAK4 mRNA 表達(dá)來抑制ESC 的遷移和侵襲,miR-199a 可能在EMT 中發(fā)揮腫瘤抑制因子的作用[45]。也有學(xué)者發(fā)現(xiàn),在來自卵巢的en-MSCs 中加入合成類固醇激素時(shí),miR-199a表達(dá)上調(diào),表明miR-199a 的作用與達(dá)那唑藥物相似,即破壞雌激素的信號(hào)傳導(dǎo)并抑制EMT 進(jìn)程;進(jìn)一步研究顯示,在缺氧條件下,miR-199a 能抑制ESC 中VEGF-A 和缺氧誘導(dǎo)因子1α,并減少血管生成[35]。在另一份報(bào)告中也發(fā)現(xiàn),中、重度EMT患者血清miR-199a 表達(dá)水平高于輕癥患者。袁琳等[46]研究發(fā)現(xiàn)EMT 患者血清miR-199a 表達(dá)顯著升高,提示miR-199a 具有成為診斷EMT 生物標(biāo)志物的潛力。
WANG 等[47]采用qRT-PCR 檢測EMT 和不孕癥患者血清、組織和細(xì)胞系中miR-451 和巨噬細(xì)胞抑制因子(macrophage migration inhibitory factor, MIF)表達(dá)水平,結(jié)果發(fā)現(xiàn)與健康人群相比,EMT 合并不孕癥患者組織和細(xì)胞系中miR-451 異常低,而MIF異常高;miR-451 表達(dá)水平與EMT 患者并發(fā)不孕癥呈負(fù)相關(guān)。LI 等[48]通過抑制miR-451 治療EMT 小鼠,結(jié)果發(fā)現(xiàn)miR-451a 抑制劑可減少EMT 病變大小,表明miR-451 抑制劑進(jìn)行全身治療是一種很有前景的治療方法。采用小鼠進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)miR-451 下調(diào)是通過抑制Wnt 信號(hào)通路來實(shí)現(xiàn)的,表明miR-451 在輔助生殖治療中可作為判斷卵母細(xì)胞和胚胎質(zhì)量的新型生物標(biāo)志物[48]。GAO 等[49]研究發(fā)現(xiàn),EMT 患者miR-451 表達(dá)水平低于健康對(duì)照組,并且miR-451 可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡并抑制細(xì)胞增殖。石瑾秋等[50]選取54 例EMT 患者,采用qRT-PCR 檢測發(fā)現(xiàn)EMT 患者血漿miR-451 水平減低,miR-451 可能通過抑制異位內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞增殖和遷移發(fā)揮作用。
miRNA 成為EMT 循環(huán)生物標(biāo)志物需要符合以下標(biāo)準(zhǔn):①在體液(血液、唾液等)中表達(dá)穩(wěn)定且具有十分明顯的表達(dá)差異;②存在于EMT 的不同亞型,并且參與支撐該病所有臨床表現(xiàn)的共同過程;③不受一天中取樣時(shí)間或月經(jīng)周期階段性的影響;④在不同種族背景的女性中表現(xiàn)出一致的表達(dá)模式。因此,建立這些循環(huán)生物標(biāo)志物的有效性仍舊需要從大量患者群體中獲得可重復(fù)的結(jié)果,并盡可能了解其表達(dá)與EMT 進(jìn)展的關(guān)系;同時(shí)開展縱向的臨床研究,進(jìn)一步分析哪些miRNA 與EMT病情進(jìn)展程度最相符,哪些與療效或復(fù)發(fā)明確相關(guān)。因此,通過對(duì)與EMT 病理生理相關(guān)的miRNA進(jìn)行研究,找到合適的生物標(biāo)志物作為早期診斷、預(yù)測療效的工具,以指導(dǎo)治療仍是臨床醫(yī)生未來努力的方向。