肺癌侵襲轉(zhuǎn)移相關(guān)microRNAs的研究進(jìn)展

尤嘉琮 綜述 周清華 審校

肺癌侵襲轉(zhuǎn)移是肺癌的惡性標(biāo)志和特征，也是肺癌患者治療失敗和死亡的主要原因。肺癌侵襲轉(zhuǎn)移是一個多因素調(diào)控、多步驟、多階段、連續(xù)復(fù)雜的生物學(xué)過程，是癌細(xì)胞從原發(fā)部位轉(zhuǎn)移到遠(yuǎn)端部位形成腫瘤的過程[1,2]，主要包括腫瘤細(xì)胞脫離原發(fā)灶、進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)（血液循環(huán)與淋巴循環(huán)）、侵襲靶器官、遠(yuǎn)處克隆和血管生成形成轉(zhuǎn)移灶。肺癌侵襲轉(zhuǎn)移涉及多因素、多水平的調(diào)節(jié)。MicroRNA（miRNA）是一類高度保守、長度很短的非編碼調(diào)控單鏈RNA，約20 nt-24 nt，通過與目標(biāo)mRNA互補配對導(dǎo)致mRNA降解或抑制轉(zhuǎn)錄后翻譯誘導(dǎo)基因沉默。miRNA參與生命過程中一系列的重要進(jìn)程，包括發(fā)育、造血、器官形成、凋亡和細(xì)胞增殖、癌癥的發(fā)生和發(fā)展等。近年來大量研究[3,4]表明，miRNAs與人類多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及侵襲轉(zhuǎn)移存在著密切關(guān)系。迄今，有關(guān)miRNA與肺癌侵襲轉(zhuǎn)移相關(guān)的研究已有較多報道，但其確切機(jī)制尚未明確，隨著人們對miRNAs研究不斷深入，已證明 miRNAs在肺癌侵襲轉(zhuǎn)移調(diào)控中發(fā)揮著重要作用。

1 miRNAs調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移的分子機(jī)制

1.1 調(diào)節(jié)癌基因或抑癌基因表達(dá) miRNAs可通過下調(diào)抑癌基因表達(dá)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移。Asangani等[5]發(fā)現(xiàn)在結(jié)腸癌細(xì)胞cob206f中ΡDCD4為miR-21的靶基因，二者呈負(fù)相關(guān)，指出miR-21是通過抑制PDCD4的表達(dá)而影響腫瘤細(xì)胞浸潤轉(zhuǎn)移的。ΡDCD4已被證實為腫瘤抑制基因，PDCD4能與轉(zhuǎn)錄起始因子eIF4A和eIF4G相互作用而抑制基因轉(zhuǎn)錄。在66%的肺癌患者中，miR-21至少有2倍的上調(diào)[6]。抑癌基因ΡTEN和sprouty2（SΡRY2）也是miR-21的靶基因。Meng等[7]分析了正常肝細(xì)胞和肝癌細(xì)胞中197種miRNAs的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)肝癌細(xì)胞中miR-21的含量顯著高于正常肝細(xì)胞，揭示了miR-21下調(diào)PTEN的表達(dá)，進(jìn)而通過影響PI3K信號途徑而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移。Sayed等[8]在結(jié)腸癌細(xì)胞SW480中下調(diào)miR-21表達(dá)后，發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞的遷移能力顯著下降，并證實了這一過程是通過上調(diào)其靶基因SΡRY2的表達(dá)，使細(xì)胞微絨毛活動受限而實現(xiàn)的。miRNAs可通過下調(diào)癌基因表達(dá)而抑制腫瘤細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移。Li等[9]研究表明，在肝癌細(xì)胞中miRNA-34a可下調(diào)原癌基因c-MET的mRNA水平和蛋白水平的表達(dá)，從而降低c-MET誘導(dǎo)的細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶ERK1/2的活性，抑制腫瘤細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移。

1.2 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)移相關(guān)基因表達(dá) miRNAs通過調(diào)節(jié)SOX4、RDX、RhoA等腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)基因表達(dá)，調(diào)控腫瘤細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移。在乳腺癌細(xì)胞中miR-335通過靶向抑制轉(zhuǎn)錄因子SOX4和細(xì)胞外基質(zhì)成分鈣粘蛋白C的表達(dá)，調(diào)控腫瘤細(xì)胞的增殖，抑制乳腺癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移[10]。Cash以及Valastyan等[11,12]研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-31可通過抑制Fzd3、ITGA5、MMΡ16、RDX和RhoA等促進(jìn)轉(zhuǎn)移基因的表達(dá)水平，抑制乳腺癌細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移。Huang等[13]將高表達(dá)miRNA-373或miRNA-520c的非轉(zhuǎn)移乳腺癌細(xì)胞接種小鼠后，在小鼠的骨骼、腦和肺均產(chǎn)生了轉(zhuǎn)移灶，而對照組未發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移。研究證實，miRNA-373和miRNA-520c主要通過抑制其靶分子透明質(zhì)烷表面受體CD44蛋白的表達(dá)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移，CD44是一種腫瘤轉(zhuǎn)移抑制基因。在前列腺癌細(xì)胞中，也發(fā)現(xiàn)了miRNA-373和miRNA-520c可通過調(diào)節(jié)CD44而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[14]。

1.3 調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化 上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition, EMT）是上皮細(xì)胞在形態(tài)學(xué)上發(fā)生向成纖維細(xì)胞或間充質(zhì)細(xì)胞表型轉(zhuǎn)變，并獲得遷移的能力。一些研究[15-19]證明EMT是腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移的一個重要步驟，有許多miRNAs參與EMT調(diào)節(jié)。miRNA-200家族成員miRNA-200a、miRNA-200b、miRNA-200c、miRNA-141和miRNA-429是EMT的重要調(diào)節(jié)因子[20]。miR-200家族可靶向作用于E-cadherin抑制因子ZEB1、ZEB2、SIP1和轉(zhuǎn)錄因子8，從而抑制上皮間質(zhì)的轉(zhuǎn)化[21-23]。還有研究[24]發(fā)現(xiàn)ZEB1與miR-141及miR-200c之間存在著互反饋回路，即miRNA可下調(diào)ZEB1的表達(dá)，反過來ZEB1還可下調(diào)miR-141和miR-200c的表達(dá)，這一回路受到環(huán)境因子的影響，通過調(diào)控EMT過程參與腫瘤細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移。

1.4 調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞血管生成 腫瘤血管生成是指腫瘤細(xì)胞通過分泌促血管生成因子激活靜息狀態(tài)的內(nèi)皮細(xì)胞，使之增殖、遷移至腫瘤附近，并形成毛細(xì)血管網(wǎng)包繞腫瘤。腫瘤的生長有賴于新生血管提供血液灌注，為腫瘤組織提供氧氣和營養(yǎng)。新生的腫瘤血管管壁薄弱，基膜不完整，通透性高，是腫瘤組織發(fā)生轉(zhuǎn)移的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。Sufu和Fus-1在腫瘤轉(zhuǎn)移中具有抑制功能，microRNA-378可靶向抑制Sufu和Fus-1的表達(dá)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長與腫瘤血管生成，加速腫瘤轉(zhuǎn)移[25]。miR-130a可下調(diào)GAX （growth arrestspecific homeobox）和HOXA5（homeobox protein hox A5）的表達(dá)，Chen以及Rhoads等[26,27]通過反義寡核苷酸技術(shù)降低miR-130a表達(dá)后，HOXA5蛋白過表達(dá)，進(jìn)而下調(diào)VEGFR、HIF-1等促血管生成因子的表達(dá)，抑制腫瘤轉(zhuǎn)移。

1.5 調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞DNA甲基化模式 miRNAs可通過抑制DNA甲基化相關(guān)酶，改變腫瘤細(xì)胞的DNA甲基化狀態(tài)，從而調(diào)控腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移。Fabbri等[28]通過實驗證明，在肺癌細(xì)胞A549和H1299中miR-29家族通過下調(diào)甲基轉(zhuǎn)移酶3A（DNMT3A）和甲基轉(zhuǎn)移酶3B（DNMT3B）的表達(dá)，減少腫瘤抑制基因FHIT和WWOX啟動子甲基化，抑制腫瘤形成。Duursma等[29]研究發(fā)現(xiàn)，在乳腺癌細(xì)胞MCF-7中miR-148可抑制DNMT3B表達(dá)。同時，一些腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)miRNAs也受到甲基化調(diào)節(jié)。有研究發(fā)現(xiàn)miR-148a、miR-9家族的3個成員和miR-34b/c簇為超甲基化miRNA，它們呈現(xiàn)腫瘤特異性甲基化，這些miRNA的沉默可介導(dǎo)致癌基因和轉(zhuǎn)移相關(guān)基因的活化，如miR-34b/c可促使E3F3、C-MYC和CDK6激活，而miR-148a可促進(jìn)TGIF2活化。在人原發(fā)性腫瘤中，miR-34b/c的甲基化與癌基因的上調(diào)明顯相關(guān)，可見在體內(nèi)這些癌基因也是miRNA作用的靶標(biāo)，而且miRNA的表觀遺傳學(xué)沉默可導(dǎo)致其在腫瘤患者體內(nèi)高表達(dá)[30]。

1.6 調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞粘附力 miRNAs通過調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞粘附分子，改變細(xì)胞粘附力與侵襲力，實現(xiàn)調(diào)控腫瘤細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移。在黑色素瘤細(xì)胞中，let-7a可下調(diào)integrin β3的表達(dá)水平，同時抑制了腫瘤細(xì)胞的侵襲[31]。CD44也是介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)之間粘附的重要分子，在乳腺癌和前列腺癌細(xì)胞中均發(fā)現(xiàn) miRNA-373和miRNA-520c可抑制其靶基因CD44的表達(dá)，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移[13,14]。有研究發(fā)現(xiàn)，E-鈣粘蛋白為miR-9的靶基因，miR-9在肝癌細(xì)胞中高表達(dá)，可降低E-鈣粘蛋白的表達(dá)水平，抑制腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[32]。

2 肺癌侵襲轉(zhuǎn)移中miRNAs的調(diào)節(jié)功能

2.1 let-7 let-7是較早發(fā)現(xiàn)的與肺癌細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移相關(guān)的miRNA家族，也是目前研究最為詳細(xì)的microRNA之一。目前已發(fā)現(xiàn)的pre-let-7家族成員多達(dá)125種，人類含有11種pre-let-7（hsa-let-7a-1, 2, 3、hsa-let-7b、hsa-let-7c、hsalet-7d、hsa-let-7e、hsa-let-7f-1, 2、hsa-let-7g、hsa-let-7i），共產(chǎn)生8種Mat-let-7，它們彼此基因序列高度保守，功能相似。let-7可以調(diào)控Hmga2基因的表達(dá)，HMGA2蛋白是一種高遷移率組A蛋白，在90%以上的肺癌中都有表達(dá)，而且與肺癌患者的存活率呈負(fù)相關(guān)，let-7通過HMGA2這一靶基因而調(diào)控肺癌細(xì)胞的遷移能力[33]。抑制let-7在正常NIH3T3細(xì)胞中的表達(dá)，可以誘導(dǎo)細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化[34]。let-7通過多種途徑抑制腫瘤細(xì)胞增殖。Johnson等[35]首先發(fā)現(xiàn)Ras家族蛋白也是let-7的靶蛋白，Ras的3'UTR含有多個與let-7互補的位點，let-7低表達(dá)可上調(diào)Ras蛋白表達(dá)水平，進(jìn)而通過Ras蛋白這個膜相關(guān)GTPase信號蛋白調(diào)節(jié)細(xì)胞生長和分化。在K-ras突變的非小細(xì)胞肺癌（non-small cell lung cancer, NSCLC）細(xì)胞A549和Calu-1中誘導(dǎo)表達(dá)let-7g，發(fā)現(xiàn)可幾乎完全抑制腫瘤在體內(nèi)的形成，而未突變的NSCLC細(xì)胞H1650則只部分抑制了腫瘤的形成。重新過表達(dá)外源K-RasG12D又能拮抗let-7g引起的腫瘤抑制，而重新表達(dá)外源HMGA2則只能有限的影響let-7g抑制腫瘤的作用。let-7在腫瘤細(xì)胞中的過表達(dá)還可以改變細(xì)胞的細(xì)胞周期進(jìn)行，降低腫瘤細(xì)胞分裂并誘導(dǎo)腫瘤凋亡[36,37]。

2.2 miR-200 在NSCLC細(xì)胞系A(chǔ)549中，Hurteau等[21]通過上調(diào)miR-200c的表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)帶鋅指結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子8（TCF8, ZEB1）的作用缺失，進(jìn)而抑制了E鈣黏蛋白的表達(dá)，導(dǎo)致細(xì)胞形態(tài)改變，黏附力下降。E黏蛋白是EMT重要的誘導(dǎo)物，表明miR-200c通過調(diào)節(jié)EMT來抑制肺癌細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移。

2.3 miR-183 Wang等[38]研究發(fā)現(xiàn)，miR-183可以抑制肺癌細(xì)胞的遷移和侵襲能力。他們研究發(fā)現(xiàn)miR-183的表達(dá)水平與肺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移能力呈負(fù)相關(guān)。在肺癌細(xì)胞中將miR-183過表達(dá)，能夠抑制肺癌細(xì)胞的遷移和侵襲。進(jìn)一步研究其機(jī)制發(fā)現(xiàn)，VIL2編碼的蛋白Ezrin是miR-183的作用靶點，同時還發(fā)現(xiàn)miR-183可以調(diào)節(jié)其他與遷移和侵襲相關(guān)基因的表達(dá)水平，miR-183可能為一種腫瘤轉(zhuǎn)移抑制因子。

2.4 miR-125a-5p Wang等[39]近期研究發(fā)現(xiàn)，miR-125a-5p可以抑制肺癌細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移能力。EGFR（epidermal growth factor receptor, EGFR）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑和microRNA在肺癌的發(fā)生和發(fā)展中均起著重要的作用，為了研究miRNA在EGFR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的作用，他們應(yīng)用miRNA芯片檢測發(fā)現(xiàn)miR-125a-5p為EGFR信號途徑的下游作用因子。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，miR-125a-5p能夠抑制肺癌細(xì)胞的遷移和侵襲。此外，miR-125a-5p還可調(diào)節(jié)EGFR信號通路中多個下游基因的表達(dá)。檢測肺癌樣本中miR-125a-5p的表達(dá)水平，結(jié)果顯示miR-125a-5p抑制和肺癌的發(fā)生顯著相關(guān)。證明了miR-125a-5p是一個受EGFR信號途徑調(diào)節(jié)的腫瘤轉(zhuǎn)移抑制因子。

2.5 miR-126 Crawford等[40]研究發(fā)現(xiàn)，在肺癌細(xì)胞中Crk蛋白可能為miR-126的靶蛋白。Crk可通過參與調(diào)節(jié)受體酪氨酸激酶和整合蛋白等多種分子的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，而改變細(xì)胞的粘附、增殖和遷移能力，增加Crk的表達(dá)可以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲性。他們在肺癌細(xì)胞系中過表達(dá)miR-126后，抑制了Crk的蛋白表達(dá)水平，但對其mRNA表達(dá)水平無影響。過表達(dá)miR-126的肺癌細(xì)胞表現(xiàn)出粘附、遷移和侵襲能力的下降。證明了miR-126通過部分調(diào)節(jié)Crk抑制肺癌細(xì)胞的粘附、遷移和侵襲表型。

2.6 miR-221&222 Garofalo等[41]發(fā)現(xiàn)，在TNF相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體（TNF-related apoptosis-inducing ligand, TRAIL）抵抗的非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞中，miR-221和miR-222表達(dá)水平升高。最近的研究[42]發(fā)現(xiàn)，在非小細(xì)胞肺癌和肝癌細(xì)胞中，miR-221&222在侵襲性腫瘤細(xì)胞的表達(dá)水平顯著高于低侵襲性腫瘤細(xì)胞和/或正常細(xì)胞中的表達(dá)水平。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)MiR-221&222通過作用其靶基因腫瘤抑制因子PTEN和TIMP3，誘導(dǎo)TRAIL抵抗，并通過激活A(yù)KT通路和金屬蛋白酶促進(jìn)細(xì)胞遷移。還發(fā)現(xiàn)癌基因MET可通過調(diào)控c-Jun轉(zhuǎn)錄因子激活miR-221&222的表達(dá)。

2.7 miR-17-92 miR-17-92家族在肺癌尤其是小細(xì)胞肺癌中高表達(dá)，在肺癌發(fā)生發(fā)展中起到原癌基因的作用。將miR-17-92在A549細(xì)胞中過表達(dá)后，細(xì)胞的增殖能力顯著提高，而將它的成員如miR-18a、miR-19a、miR-20a單獨轉(zhuǎn)染至A549中并不能促進(jìn)細(xì)胞增殖，表明miR-17-92家族作為一個整體發(fā)揮作用[43]。目前，對于miR-17-92家族在肺癌細(xì)胞中的作用機(jī)制尚不完全清楚。Lewis等[44]推測抑癌基因ΡTEN和RB2可能為miR-17-92家族的靶基因，其塔腫瘤研究中發(fā)現(xiàn)miR-17-92家族能與癌基因Myc協(xié)同作用[45]。已有研究[46]證實，p-Akt的過表達(dá)和PTEN的低表達(dá)與非小細(xì)胞肺癌的遷移和侵襲密切相關(guān)，提示 miR-17-92可能通過調(diào)控PTEN的表達(dá)促進(jìn)肺癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。

2.8 miR-1 Nasser等[47]研究發(fā)現(xiàn)micro-RNA-1（miR-1）在正常肺組織中表達(dá)，而在人原發(fā)肺癌組織和肺癌細(xì)胞中低水平表達(dá)。原位雜交實驗結(jié)果顯示miR-1定位于支氣管上皮細(xì)胞，在肺癌細(xì)胞中，腫瘤抑制因子C/EBPα和組蛋白脫乙酰酶抑制劑可以重新活化的miR-1的表達(dá)，在肺癌細(xì)胞中miR-1表現(xiàn)為抑癌基因的作用。在不表達(dá)miR-1的A549和H1299細(xì)胞中過表達(dá)miR-1后，將穩(wěn)定轉(zhuǎn)染的肺癌細(xì)胞接種裸鼠，成瘤實驗顯現(xiàn)miR-1過表達(dá)后，A549 和H1299細(xì)胞的成瘤性、腫瘤生長和轉(zhuǎn)移性均受到了顯著的抑制。同時研究還發(fā)現(xiàn)，miR-1過表達(dá)可顯著下調(diào)原癌基因MET、Ρim-1、FoxΡ1和HDAC4的表達(dá)水平。

3 結(jié)語

闡明miRNAs的功能和作用機(jī)制，有助于在轉(zhuǎn)錄后水平上深入研究基因表達(dá)調(diào)控，而且有助于從新的角度和層面詮釋人類疾病發(fā)病機(jī)制，并由此尋求新的、更有效的診治方法。已有的研究結(jié)果表明miRNA作用機(jī)制的復(fù)雜性，如一個miRNA可以同時調(diào)控多個靶基因，一個靶基因也可以同時受到多個miRNA的調(diào)控，同時miRNA可以受到一些細(xì)胞因子及甲基化等表觀遺傳學(xué)機(jī)制的調(diào)控等。迄今為止，仍有許多與腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)的miRNAs未被發(fā)現(xiàn)，許多miRNAs的功能及其在腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移中的機(jī)制還有待研究。在臨床上，如何應(yīng)用miRNAs調(diào)控轉(zhuǎn)移表型理論與模式，對腫瘤轉(zhuǎn)移進(jìn)行早期診斷和治療仍存在許多未知有待深入探究。