乳腺癌相關(guān)microRNA研究進(jìn)展

涂 軼(綜述),梅金紅(審校)

(南昌大學(xué)a.研究生院醫(yī)學(xué)部2009級(jí);b.第一附屬醫(yī)院病理科,南昌330006)

乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤之一,WHO資料顯示全球每年約120萬(wàn)婦女發(fā)生乳腺癌。近年來(lái)我國(guó)乳腺癌的發(fā)病率呈逐年上升的趨勢(shì),目前已位居女性惡性腫瘤死亡率之首,嚴(yán)重危害廣大女性的健康。隨著分子生物學(xué)研究技術(shù)的發(fā)展,發(fā)現(xiàn)人體內(nèi)基因的表達(dá)異常與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān),腫瘤的基因治療成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。目前的研究證明,miRNA分子調(diào)控了人體基因組內(nèi)約1/3的基因表達(dá)[1],如何對(duì)調(diào)控腫瘤基因表達(dá)的特異性miRNA分子進(jìn)行調(diào)節(jié)為全世界腫瘤研究者所矚目。

microRNA(miRNA)是一種內(nèi)源性的大小在21～23個(gè)核苷酸的一類非編碼RNA,其通過(guò)下調(diào)靶基因的表達(dá)或翻譯而參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的發(fā)育、增殖、分化、凋亡。miRNA的這些生物學(xué)特性可能與包括人類腫瘤在內(nèi)的多種疾病有關(guān)。最近的研究表明,miRNA在人類腫瘤的發(fā)生和發(fā)展中扮演重要角色,發(fā)揮著癌基因或抑癌基因的作用。本文綜合目前的研究進(jìn)展,對(duì)miRNA與乳腺癌的關(guān)系作一綜述。

1 miRNA分子概述

miRNA存在于染色體的非編碼區(qū)域,在細(xì)胞核內(nèi),編碼miRNA的基因在RNA聚合酶Ⅱ的參與下生成pri-miRNA,并經(jīng)轉(zhuǎn)錄后修飾,增加5′-端帽結(jié)構(gòu)和3′-端尾結(jié)構(gòu),接著 pri-miRNA 在核酸內(nèi)切酶Drosha和輔助因子DGCR8/Pasha的作用下,形成約70nt、具有莖環(huán)結(jié)構(gòu)的miRNA前體pre-miRNA[2],在核膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白Exp5的協(xié)助下,從核內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)到胞質(zhì)中,在胞質(zhì)內(nèi)經(jīng)Dicer酶進(jìn)一步加工后與其互補(bǔ)序列相結(jié)合,形成miRNA,其作用是在轉(zhuǎn)錄后調(diào)控基因表達(dá)[3]。目前的研究認(rèn)為miRNA主要通過(guò)兩種機(jī)制進(jìn)行基因表達(dá)的調(diào)控[4],一是miRNA序列與靶基因mRNA的3'-UT R結(jié)合,如果兩者堿基序列完全互補(bǔ),miRNA則促使靶基因的mRNA發(fā)生降解[5];另一個(gè)作用機(jī)制是miRNA與靶基因mRNA的3′-UTR的結(jié)合,堿基序列不完全互補(bǔ),則阻止靶基因mRNA的翻譯,但不影響其穩(wěn)定性[6]。迄今為止,科學(xué)家在人類中鑒定出500多種miRNA,占人類已知基因的3%左右[4]。這些miRNA調(diào)節(jié)的靶基因的產(chǎn)物包括:轉(zhuǎn)錄因子、分泌蛋白、受體、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等。研究表明miRNA的表達(dá)失調(diào),可能引起大量相關(guān)基因的表達(dá)異常,導(dǎo)致細(xì)胞功能的紊亂,甚至出現(xiàn)癌變。

2 miRNA在乳腺癌中的異常表達(dá)

miRNA表達(dá)異常與人類腫瘤關(guān)系密切,在腫瘤發(fā)生過(guò)程中起癌基因或抑制癌基因的作用[4]。應(yīng)用miRNA芯片技術(shù)和實(shí)時(shí)定量PCR方法檢測(cè)乳腺癌及癌旁組織miRNA的差異性表達(dá),可發(fā)現(xiàn)一些與乳腺癌相關(guān)的miRNA,通過(guò)研究miRNA作用的靶基因,可進(jìn)一步闡明乳腺癌的發(fā)病機(jī)制。

2.1 促癌基因miRNA

1) miR-27:細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子ZBTB10/R INZF是一種調(diào)控細(xì)胞周期的特殊轉(zhuǎn)錄因子蛋白(SPl)的抑制物。miR-27作為一種腫瘤癌基因miRNA,通過(guò)調(diào)節(jié)ZBTB10表達(dá)后從而使SPl蛋白過(guò)度表達(dá),引起細(xì)胞癌變,miR-27也可使SP2和SP3過(guò)度表達(dá),這同樣具有引起細(xì)胞癌變的作用[7]。

2) miR-155:Iorio M.V.等[8]采用芯片技術(shù)發(fā)現(xiàn)乳腺癌組織中 miR-155的表達(dá)量顯著上調(diào)。miR-155可通過(guò)抑制 MAD1、MX11、ROX/MNT 等基因的表達(dá),增加MYC基因的活性,從而促進(jìn)細(xì)胞增殖,起到促癌基因的作用。

3) miR-21:2006年 Volinia S.等[9]就通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)miR-21在結(jié)腸癌、肺癌、胰腺癌、前列腺癌、胃癌、乳腺癌等多種實(shí)體腫瘤中表達(dá)上調(diào),提示其對(duì)腫瘤的作用可能具有普遍性。此后,Zhu S.等[10]在MCF-7乳腺癌細(xì)胞系中發(fā)現(xiàn)抑癌基因 Tropomyosin 1(TPM1)是miR-21的靶基因之一。在兩組細(xì)胞中分別導(dǎo)入miR-21質(zhì)粒和反義寡核苷酸(miR-21抑制劑),可以分別下調(diào)和上調(diào) TPM1蛋白表達(dá)的水平。最近,Frankel L.B.等[11]在乳腺癌細(xì)胞株中發(fā)現(xiàn)miR-21的另外一個(gè)靶基因:抑癌基因PDCD4。研究證實(shí)PDCD4在介導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞的凋亡中發(fā)揮著重要的作用[12]。以上研究結(jié)果表明miR-21在乳腺腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中通過(guò)下調(diào)多種抑癌基因而發(fā)揮作用。

2.2 抑癌基因miRNA

1) miR-20b處于低氧微環(huán)境中的腫瘤細(xì)胞,其血管生成和代謝方式的改變使之能在低氧環(huán)境中生存及增殖,這是腫瘤微環(huán)境的主要特征之一,其中血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子VEGF起著重要作用。Cascio S.D.等[13]通過(guò)模擬MCF-7乳腺癌細(xì)胞低氧環(huán)境,利用蛋白免疫印跡法和RT-PCR等方法發(fā)現(xiàn)miR-20b能夠通過(guò)調(diào)節(jié) HIF-1(低氧誘導(dǎo)因子 1)及STAT3(信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活子3)通路下調(diào)VEGF的表達(dá),從而抑制腫瘤細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移,起到抑癌基因的作用。

2) miR-195、miR-let7a有研究者在對(duì)比分析了7名正常女性與148名乳腺癌患者的血液標(biāo)本后發(fā)現(xiàn),乳腺癌患者外周血液中miR-195表達(dá)均高于正常人。此外,在乳腺癌術(shù)后miR-195及miR-let7a的含量明顯降低,與乳腺癌根治術(shù)后病情穩(wěn)定的乳腺癌患者外周血液中miRNA含量相當(dāng)[14]。此結(jié)果說(shuō)明miRNA可作為乳腺癌早期診斷的生物標(biāo)記,并能夠反映乳腺癌手術(shù)的治療效果。

3) miR-125研究表明高表達(dá)的 HER2基因及其蛋白產(chǎn)物可導(dǎo)致乳腺腫瘤惡化[15],miR-125a和miR-125b在SKBR3細(xì)胞中呈過(guò)表達(dá),能降低HER2和HER在蛋白水平上的表達(dá),因此可以抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)、增殖。此外,miR-125a和miR-125b還能通過(guò)下調(diào)PERK1/2和p-AKT水平來(lái)抑制腫瘤細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移[16]。

3 miRNA與乳腺癌生物學(xué)行為

腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移是導(dǎo)致惡性腫瘤患者死亡的主要原因,因此抑制乳腺癌轉(zhuǎn)移的發(fā)生具有重要意義。miRNA能夠在轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)基因的表達(dá),近年研究發(fā)現(xiàn)很多與乳腺癌侵襲轉(zhuǎn)移相關(guān)miRNA,人類的癌組織與正常組織相比較,其miRNA普遍被抑制。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中,人為恢復(fù)或上調(diào)相關(guān)miRNA的表達(dá)可通過(guò)不同的調(diào)節(jié)機(jī)制來(lái)抑制腫瘤細(xì)胞在體內(nèi)的轉(zhuǎn)移。

Tavazoie S.F.等[17]研究者用微陣點(diǎn)芯片檢測(cè)了多個(gè)具有高度轉(zhuǎn)移特性的乳腺癌MDA-MB-231衍生細(xì)胞系,發(fā)現(xiàn)miR-335與miR-126表達(dá)缺失,其中miR-335通過(guò)抑制轉(zhuǎn)錄因子SOX4和細(xì)胞外基質(zhì)成分tenascin C來(lái)抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)及轉(zhuǎn)移,miR-335調(diào)節(jié)一系列與腫瘤遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)移相關(guān)基因的表達(dá),然而恢復(fù)miR-335的表達(dá)只能抑制轉(zhuǎn)移細(xì)胞的入侵,而恢復(fù)miR-126的表達(dá)可以減少整個(gè)腫瘤的生長(zhǎng)和增殖。另外,這兩者表達(dá)缺失提示預(yù)后較差。這些研究結(jié)果給乳腺癌患者的治療提供了新的靶點(diǎn)。上皮細(xì)胞向間質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)變(EM T)是上皮細(xì)胞獲得遷移能力的有效方式,目前體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)均表明,EMT在乳腺癌、結(jié)腸癌、肺癌、前列腺癌、肝癌、胰腺癌等多種癌癥的原發(fā)性侵襲和繼發(fā)性轉(zhuǎn)移中有重要的作用。發(fā)生EMT常伴有E-鈣粘蛋白的表達(dá)缺失,而恢復(fù)腫瘤細(xì)胞中E-鈣粘蛋白的表達(dá)可以減少腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。Dykxhoorn D.M.等[18]用miRNA微陣列和RT-PCR技術(shù)在乳腺癌老鼠模型中發(fā)現(xiàn),miR-200家族可抑制轉(zhuǎn)錄抑制基因Zeb2的表達(dá)及增強(qiáng)E-鈣粘蛋白的表達(dá),從而促進(jìn)EMT,促進(jìn)了細(xì)胞的惡變,也增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞在轉(zhuǎn)移部位的定植。MUC1是由muc1基因表達(dá)的一種高糖基化蛋白。它在上皮更新與分化,維持上皮完整性和癌的發(fā)生與轉(zhuǎn)移等方面都起到重要的作用。最新研究表明miR-145能通過(guò)沉默muc1基因的表達(dá)來(lái)抑制乳腺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移,這在肺癌的動(dòng)物模型中也得到了同樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果[19]。因此,上調(diào)miR-145的表達(dá)可以減少乳腺癌及肺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。

然而,并不是所以miRNA在腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移中表達(dá)缺失,部分miRNA表達(dá)增加同樣可以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。HoxD10基因是同源異型盒基因家族成員之一,HoxD10基因的表達(dá)能夠抑制乳腺癌的轉(zhuǎn)移侵襲能力[20]。Ma L.等[21]發(fā)現(xiàn)在乳腺癌轉(zhuǎn)移細(xì)胞中miR-210b、miR-10b的表達(dá)升高,而這兩種miRNA的高表達(dá)可抑制HOXD10的表達(dá),從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)移基因RHOC的表達(dá)增加,引起腫瘤細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移。最新研究表明,Schmittgen T.[22]通過(guò)一系列體外實(shí)驗(yàn)證明乳腺癌細(xì)胞中miR-31表達(dá)水平與細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移相關(guān),miR-31表達(dá)水平升高,細(xì)胞轉(zhuǎn)移能力下降。隨后,在乳腺癌患者中的研究發(fā)現(xiàn),miR-31作用的靶基因表達(dá)水平下降,患者的生存期可延長(zhǎng)。這為乳腺癌轉(zhuǎn)移患者的治療提供了一條新的路徑。

綜上所述,miRNA可通過(guò)上調(diào)或下調(diào)基因的表達(dá)來(lái)影響腫瘤細(xì)胞的生物學(xué)行為,可用于臨床指導(dǎo)乳腺癌的治療和預(yù)后評(píng)價(jià)。

4 miRNA與乳腺癌多藥耐藥性(MDR)

腫瘤MDR是指腫瘤細(xì)胞對(duì)一種抗腫瘤藥物產(chǎn)生耐藥的同時(shí),對(duì)化學(xué)結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制完全不同的其他抗腫瘤藥物產(chǎn)生交叉、廣譜耐藥的現(xiàn)象。MDR是目前臨床上化療過(guò)程中面臨的一個(gè)難題。隨著對(duì)miRNA研究的不斷深入,表明miRNA與MDR存在密切的聯(lián)系。

4.1 miRNA相關(guān)的MDR產(chǎn)生機(jī)制

1) P-gp過(guò)度表達(dá)而引起的藥物外排是產(chǎn)生MDR的經(jīng)典機(jī)制之一。Kovalchuk O.等[23]通過(guò)研究表明,在耐阿霉素的乳腺癌細(xì)胞株MCF-7/DOX中miR-451表達(dá)水平下降,促使MDR1及P-gp表達(dá)的增加;進(jìn)而用擬miR-451寡核苷酸轉(zhuǎn)染細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)其對(duì)阿霉素的敏感性增強(qiáng),提示miR-451能負(fù)向調(diào)節(jié)乳腺癌MCF-7的耐藥性。耐藥的腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)為自發(fā)凋亡能力下降以及癌細(xì)胞的無(wú)限增殖。

2) Bcl-2是公認(rèn)的細(xì)胞凋亡抑制基因,也是腫瘤MDR的主要機(jī)制之一。有研究表明miR-21在惡性膠質(zhì)瘤、膽管癌和乳腺癌細(xì)胞中過(guò)表達(dá),具有抗凋亡作用,而在乳腺癌細(xì)胞株MCF-7中,miR-21能間接調(diào)節(jié)Bcl-2的水平,使Bcl-2的過(guò)表達(dá),從而增加細(xì)胞的凋亡和對(duì)化療藥物的敏感性[24]。因此筆者認(rèn)為miR-21可以作為化療藥物抗耐藥的靶基因。

4.2 近期發(fā)現(xiàn)與MDR相關(guān)的miRNA

多重耐藥相關(guān)蛋白(M RP)在多種腫瘤細(xì)胞的耐藥機(jī)制中起著關(guān)鍵作用,最近有研究表明[25],miR-326在MCF-7/VP細(xì)胞系中的表達(dá)下調(diào),且與MRP-1的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)。上調(diào)miR-326的表達(dá),能夠使MRP-1蛋白的含量降低,同時(shí)增強(qiáng)細(xì)胞對(duì)VP和多柔吡星的敏感性。這些異常表達(dá)的miRNA與細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞存活、DNA甲基化及侵襲力有關(guān)。其中 miR-146a、miR-10a、miR-221/222、miR-345、miR-200b和 miR-200c的表達(dá)顯著異常。而且,miR-345和miR-7也是通過(guò)作用于MRP1來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞耐藥性。最近,Mei M.等[26]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)下調(diào)miR-21可以增強(qiáng)乳腺癌細(xì)胞對(duì)紫杉醇的敏感性。這些結(jié)果為基于microRNA分子設(shè)計(jì)乳腺癌化療藥物提供了新的線索。

5 展望

miRNAs作為抑癌和促癌基因不僅與腫瘤的發(fā)生有關(guān),在調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移及耐藥中也發(fā)揮著重要作用。特異性腫瘤相關(guān)miRNA編碼基因的發(fā)現(xiàn)為腫瘤的基因治療提供了新的路徑,一些針對(duì)miRNA作用靶點(diǎn)的特異性藥物已進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段,miRNA的干擾技術(shù)也具有巨大的應(yīng)用前景,但目前對(duì)miRNAs的作用靶點(diǎn)、作用機(jī)制了解非常有限,利用特異性miRNA的檢測(cè)早期診斷乳腺癌、指導(dǎo)術(shù)前分期以及乳腺癌手術(shù)切除方式并制定術(shù)后的化療方案,在已發(fā)生侵襲轉(zhuǎn)移的患者中運(yùn)用miRNA靶向治療控制腫瘤發(fā)展等,這一系列基于miRNA的診療手段還需要更多、更詳細(xì)的研究。

[1]Lewis B P,Burge C B,Bartel D P,et al.Conserved seed pairing,often flanked by adenosines,indicates that thousands of human genes are microRNA targets[J].Cell,2005,120:15-20.

[2]Lee Y,Ahn C,Han J,et al.T he nuclear RNase IIIDrosha initiates mi-croRNA processing[J].Nature,2003,425(6956):415-419.

[3]Zamore P D,Haley B.Ribo-g nome:the big wo rld of small RNA s[J].Science,2005,309(5740):1519-1524.

[4]Bartel D P.MicroRNAs:genomics,biogenesis,mechanism and function[J].Cell,2004,116(2):281-297.

[5]Hornstein E,M ansfield J H,Yekta S,et al.The microRNA miR-196 acts upstream of Hoxb8 and Shh in limb development[J].Nature,2005,438(7068):671-674.

[6]Wightman B,Ha l,Ruvkun G.Posttranscriptional regulation of the heterochronic gene lin-14 by lin-4 mediates temporal pattern formation in C.elegans[J].Cell,1993,75(5):855-862.

[7]Abdelrahim M,Samudio I,Smith R,et al.Small inhibito r RNA duplexes for Spl mRNA block basal and oestrogen-induced gene expression and cell cycle p-rog ression in MCF-7 breast cancer cells[J].J Biol Chem,2002,277:28815-28822.

[8]Iorio M V,Ferracin M,Liu C G,et al.MicroRNA gene expression deregulation in human breast cancer[J].Cancer Res,2005,65(16):7065-7070.

[9]Volinia S,Calin G A,Liu C G,et al.A microRNA expression signature of human solid tumo rs defines cancer gene targets[J].Proc Natl Acad Sci USA,2006,103:2257-2261.

[10]Zhu S,SiM L,Wu H,et al.Micro RNA-21 targets the tumo r supp ressor gene tropomyosin 1(TPM1)[J].J Biol Chem,2007,282:14328-14336.

[11]Frankel L B,Christoffersen N R,Jacobsen A,et al.Programmed Cell Death 4(PDCD4)is an important functional target of the MicroRNA miR-21 in breast cancer cells[J].J Biol Chem,2008,283:1026-1033.

[12]Afonja O,Juste D,Das S,et al.Induction of PDCD4 tumor supp ressor gene expression by RAR agonists,antiestrogen and HER-2/neu antagonist in breast cancer cells evidence for a role in apoptosis[J].Oncogene,2004,23:8135-8145.

[13]Cascio S,D'Andrea A,Ferla R,et al.MiR-20b modulates VEGF expression by targeting HIF-1alpha and STA T3 in MCF-7 breast cancer cells[J].J Cell Phy siol,2010,224(1):242-249.

[14]Heneghan H M,Miller N,Lowery A J,et al.Circulating microRNAs as novel minimally invasive biomarkers for breast cancer[J].Ann Surg,2010,251(3):499-505.

[15]Ross J S,Fletcher J A.The HER-2/neu oncogne in breast cancer p rognostic factor,predictive factor,and target therapy[J].Oncologist,1998,3(4):237-252.

[16]Scott G K,Goga A,Bhaumik D,et al.Coordinate suppression of ERBB2 and ERBB3 by enfored expression of micro-RNA miR-125a or miR-125b[J].Journal of Biological Chenisty,2007,282(2):1479-1486.

[17]Tavazoie S F,Alarcon C,Oskarsson T,et al.Endogenous human microRNAs that suppress breast cancer metastasis[J].Nature,2008,451:147-152.

[18]Dykx hoorn D M,Wu Y,Xie H,et al.MiR-200 enhances mouse breast cancer cell colonization to form distant metastases[J].Plos One,2009,4(9):7181.

[19]Sachdeva M,Mo Y Y.MicroRNA-145 suppresses cell invasion and metastasis by directly targeting mucin 1[J].Cancer Res,2010,70(1):378-387.

[20]Carrio M,A rderiu G,Myers C,et al.Homeobox D10 induces phenoty pic reversion of breast tumor cells in a three-dimensional culture model[J].Cancer Res,2005,65:7177-7185.

[21]Ma L,Teruya-Feldstein J,Weinberg R A.Tumour invasion and metastasis initiated by micro RNA-10b in breast cancer[J].Natrue,2007,449(7163):682-688.

[22]Schmittgen T D.miR-31:a master regulator of metastasis[J].Future Oncol,2010,6(1):17-20.

[23]Kovalchuk O,Filkowski J,Meservy J,et al.Involvement of microRNA-451 in resistance of the MCF-7 breast cancer cells to chemotherapeutic drug doxorubicin[J].M ol Cancer T her,2008,7(7):2152-2159.

[24]Si M L,Zhu S,Wu H,et al.MiR-21-mediated tumor growth[J].Oncogene,2007,23(19):2799-2803.

[25]Liang Z,Wu H,Xia J,et al.Involvement of miR-326 in chemotherapy resistance of breast cancer through modulating expression of multidrug resistance-associated protein 1[J].Biochem Pharmacol,2010,79(6):817-824.

[26]Mei M,Ren Y,Zhou X,et al.Down regulation of miR-21 enhances chemotherapeutic effect of taxol in breast carcinoma cells[J].T echnol Cancer Res T reat,2010,9(1):77-86.