miRNA與消化系統(tǒng)腫瘤的關(guān)系

陳春曉（綜述），張宇忠（審校）

（北京中醫(yī)藥大學基礎(chǔ)醫(yī)學院，北京 100029）

microRNA（miRNA）是一類新的內(nèi)源性的長度為19～25個核苷酸的非編碼小分子RNA，由高等真核生物基因組編碼。繼1993年在果蠅中發(fā)現(xiàn)第一個miRNA以來，現(xiàn)已有15172個miRNAs相繼在脊椎動物、果蠅、蠕蟲、植物和病毒等142個物種中被發(fā)現(xiàn)，估計在人類基因組中可能存在約1000個miRNAs［1］。miRNA 參 與生命過程中一系列重要進程，包括發(fā)育、細胞增殖、分化和凋亡。近期研究發(fā)現(xiàn)，不同類型腫瘤有不同組合的異常miRNA表達譜，miRNA可通過類似癌基因和抑癌基因的作用參與腫瘤發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)歸過程［2，3］。繼 miRNA-15 和 miRNA-16首次被Calin等［4］證實為具有抑癌基因作用以來，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了大量與消化系腫瘤密切相關(guān)的miRNA?，F(xiàn)就常見消化系統(tǒng)腫瘤miRNA的研究進展予以綜述。

1 miRNA的概述

1.1 miRNA的基因結(jié)構(gòu)和定位 miRNA是一種小的內(nèi)源性非編碼RNA分子，由19～25個核苷酸組成，廣泛存在于真核生物中。大多數(shù)人類的miRNA位于蛋白編碼或非蛋白編碼基因的內(nèi)含子區(qū)域，其余的 miRNA位于基因組的轉(zhuǎn)錄本之間，或者在mRNA 3'非編碼區(qū)。此外，也有幾個miRNA聚集在一起，成為一個miRNA基因簇，如19號染色體上有54個miRNA組成的一個基因簇［5］。

1.2 miRNA的生物合成和基因表達調(diào)控 miRNA的生成過程起始于初期miRNA的產(chǎn)生，它在細胞核內(nèi)由編碼miRNA的基因轉(zhuǎn)錄生成，長度為幾百到幾千個核苷酸不等。miRNA的生成過程如下:首先miRNA基因由RNA聚合酶Ⅱ介導，轉(zhuǎn)錄成初期miRNA，在核內(nèi)經(jīng)RnaseⅢ Drosha和雙鏈RNA結(jié)合蛋白Pasha加工，形成具3'端突出莖環(huán)結(jié)構(gòu)、長約70 nt的前體miRNA分子，然后經(jīng)RNA-GTP依賴的轉(zhuǎn)運子exportin5轉(zhuǎn)運到胞質(zhì)。在胞質(zhì)內(nèi)，另一個RnaseⅢDicer將其剪切成長度約22 nt的miRNA雙鏈。這種雙鏈很快被引導進入miRNA誘導的基因沉默復合物中，并保留在這一復合物中。miRNA的5'末端結(jié)構(gòu)在miRNA進入miRNA誘導的基因沉默復合物的過程和在其保持穩(wěn)定性方面是非常重要的，而且對于其生物學功能也相當關(guān)鍵［6］。

miRNA的功能主要是調(diào)控mRNA的代謝。成熟的miRNA結(jié)合到與其互補的mRNA位點，根據(jù)兩者序列互補性分別通過兩種機制負調(diào)控基因表達。當miRNA與mRNA不完全互補時，miRNA在蛋白質(zhì)翻譯水平上抑制其表達;如果miRNA與位點完全互補，那么這些miRNA的結(jié)合往往引起mRNA降解［5］。

1.3 miRNA在腫瘤中的作用 miRNA在正常的生理過程中具有廣泛的細胞功能，包括細胞增殖、分化、凋亡，miRNA是人類腫瘤的主要參與者，miRNA與腫瘤細胞的增殖和凋亡有關(guān)。腫瘤細胞與正常細胞中miRNA表達譜具有明顯差異，且大約50%的已知miRNA在基因組定位于與腫瘤相關(guān)的脆性位點，這些位點中miRNA通?？梢种颇[瘤細胞的表達［7］。miRNA基因高頻率出現(xiàn)在這些與腫瘤密切相關(guān)的易變基因組中，miRNA通過mRNA的3'非編碼區(qū)在轉(zhuǎn)錄調(diào)控后發(fā)揮其調(diào)控作用。完全互補堿基配對導致mRNA降解，而不互補堿基配對抑制功能蛋白的翻譯［8］。

2 miRNA與幾種常見的消化系統(tǒng)腫瘤

消化系腫瘤發(fā)病率、病死率約占全部腫瘤的30%，特別是肝癌、胃癌和結(jié)腸癌的發(fā)病率位居惡性腫瘤發(fā)病率前五位［9］。在我國及大多數(shù)發(fā)展中國家，消化系腫瘤發(fā)病及病死率更占全部腫瘤的50%以上［9］。深入了解miRNA參與消化器官腫瘤發(fā)生和發(fā)展的機制，將有助于消化器官腫瘤的早期發(fā)現(xiàn)、診斷和治療。

2.1 miRNA與肝細胞癌 目前至少發(fā)現(xiàn)有兩類miRNA與肝細胞癌的關(guān)系密切，其中一類在肝癌組織中表達下調(diào)，如miRNA-193b，另一類在肝癌組織中表達上調(diào)，如 miRNA-21。Xu等［10］采用定量實時聚合酶鏈反應(yīng)（quantitative real-time polymerase chain reaction，qRT-PCR）技術(shù)研究miRNA-193b在肝癌組織及癌旁正常組織中的表達情況，發(fā)現(xiàn)miRNA-193b在肝癌組織表達明顯下調(diào)，miRNA-193b直接調(diào)控細胞周期蛋白D1和癌基因EST1的表達，通過作用于癌基因通路抑制肝細胞癌的發(fā)展，因而具有抑癌基因的作用。Meng等［11］采用基因芯片技術(shù)分析肝細胞癌中miRNA的表達譜，發(fā)現(xiàn)miRNA-21在肝細胞癌組織中過度表達，并且能下調(diào)抗癌基因張力蛋白同源10號染色體缺失的磷酸酶的表達，抑制腫瘤細胞增殖、浸潤和轉(zhuǎn)移。張力蛋白同源10號染色體缺失的磷酸酶基因可作為miRNA-21的靶基因，miRNA-21通過介導張力蛋白同源10號染色體缺失的磷酸酶基因依賴途徑導致肝細胞癌的發(fā)展和擴散。

2.2 miRNA與胃癌 目前發(fā)現(xiàn)與胃癌密切相關(guān)的miRNA主要有具有癌基因作用的miRNA-21和miRNA-155，具有抗癌基因作用的有 miRNA-145、miRNA-221和 miRNA-126。Liu 等［12］采用 qRT-PCR技術(shù)測定胃癌組織及癌旁正常組織石蠟標本中miRNA-21、miRNA-145和 miRNA-155的表達水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)癌組織中miRNA-21和miRNA-155的表達明顯升高，而癌組織中miRNA-145表達下調(diào)，結(jié)果表明miRNA-21和 miRNA-155具有癌基因作用，而miRNA-145具有抗癌基因作用。韓彥龍等［13］采用熒光qPCR技術(shù)研究miRNA-221在51例胃腺癌組織及癌旁正常組織中的表達，發(fā)現(xiàn)miRNA-211在癌組織中的表達高于正常組織。另外，采用生物信息技術(shù)預(yù)測miRNA-221調(diào)控p53和p27靶基因的表達情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)miRNA-221在胃腺癌組織表達上調(diào)可能是通過調(diào)控p53和p27等抑癌基因的表達而發(fā)揮作用的。Feng等［14］在研究胃癌SGC-7901細胞株中miRNA-126的表達時發(fā)現(xiàn)，miRNA-126的表達增強可有效抑制細胞周期G0/G1，從而抑制腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移。

2.3 miRNA與結(jié)直腸癌 近期研究發(fā)現(xiàn)，miR-145和miRNA-195結(jié)直腸癌中具有抗癌作用。Arndt等［15］利用MirVana miRNA Bioarrays檢測8個結(jié)直腸癌細胞系模型和45個不同分期的結(jié)直腸癌組織及癌旁正常組織的miRNA表達譜，結(jié)果從中鑒定出了37個差異表達的 miRNAs，其中有11個差異表達miRNAs共存于CRC和正常結(jié)腸組織及CRC細胞系中。使用基因組富集分析鑒定與信號通路相關(guān)差異表達的miRNA分析轉(zhuǎn)移和非轉(zhuǎn)移性同源細胞系基因的表達，發(fā)現(xiàn)參與細胞周期和神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白通路的miR-145在轉(zhuǎn)移性細胞系中顯著下調(diào)。Liu等［16］比較81例結(jié)直腸癌組織及癌旁正常組織中miRNA-195的表達，發(fā)現(xiàn)其在癌組織中表達下調(diào)，在結(jié)直腸癌HT-29和LoVo細胞系中miRNA-195的復原可以降低細胞活性，促進細胞的凋亡和抑制腫瘤活性，可作為miRNA-195的靶基因。

2.4 miRNA與胰腺癌 miRNA-155和miRNA-21在胰腺癌中的過表達可能成為胰腺癌的早期信號。Habbe等［17］采用qRT-PCR技術(shù)測定15例導管內(nèi)乳頭狀黏液性腫瘤（即非浸潤性胰腺癌的癌前病變）組織及癌旁正常組織中miRNA-155和miRNA-21的表達，結(jié)果顯示癌組織顯著性過表達;采用鎖定的核酸原位雜交技術(shù)對64例導管內(nèi)乳頭狀黏液性腫瘤登記病例、10例外科切除導管內(nèi)乳頭狀黏液性腫瘤患者和5例非腫瘤性胰膽功能障礙患者（疾病控制）的胰液標本中miRNA-155和miRNA-21進行檢測，發(fā)現(xiàn)64例導管內(nèi)乳頭狀黏液性腫瘤患者中有83%出現(xiàn)miR-155的異常表達，81%出現(xiàn)miR-21的異常表達;對照組中有7%出現(xiàn)miR-155異常表達，miR-21的過表達有2%。miR-155和miRNA-21的異常表達是胰腺癌多階段進展的早期信號。Moriyama等［18］采用qRT-PCR技術(shù)測定25例胰腺癌患者的癌組織和周圍正常組織中miRNA-21表達，發(fā)現(xiàn)癌組織表達明顯增加。通過轉(zhuǎn)染miRNA-21前體或抑制劑，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)染了miRNA-21前體的癌細胞增殖、浸潤和對抗腫瘤藥物的耐藥性均增強，相反轉(zhuǎn)染了其抑制劑后則發(fā)揮抑制作用。

2.5 miRNA與食管癌 miRNA-21與食管癌的關(guān)系也很密切。Feber等［19］采用芯片分析技術(shù)，比較食管鱗狀細胞癌組織與正常上皮組織中miRNA表達情況，發(fā)現(xiàn)miRNA-203和miRNA-205在癌組織中的表達是正常上皮組織中的1/11～1/6，而miRNA-21的表達則高3～5倍，miRNA表達譜的差異可以把食管腫瘤組織和正常組織區(qū)分開，其可能成為食管鱗狀細胞癌確診的一個指標。Hiyoshi等［20］采用 qRTPCR Taqman探針和原位雜交技術(shù)測定20個食管鱗狀細胞癌組織及癌旁正常組織和7種鱗狀細胞癌細胞系中miRNA-21的表達，結(jié)果顯示有90%的癌組織miRNA-21過表達，在鱗狀細胞癌細胞中程序性細胞死亡基因4表達水平與miRNA-21呈負相關(guān)，miRNA-21在轉(zhuǎn)錄后以程序性細胞死亡基因4為靶基因調(diào)控細胞的增殖和浸潤，可能成為食管鱗狀細胞癌新的治療靶點。

3 展望

越來越多的研究是在尋找miRNA的作用靶點或靶基因，目的在于發(fā)現(xiàn)miRNA在腫瘤中的作用機制，以期將miRNA應(yīng)用于腫瘤的早期診斷和早期治療，提高消化系統(tǒng)腫瘤患者的生存率。檢測miRNA表達的方法主要有miRNA芯片技術(shù)、qRT-PCR和核酸原位雜交等技術(shù)。雖然現(xiàn)有的生物分子技術(shù)已發(fā)現(xiàn)了一些miRNA，但仍有很多miRNA未被發(fā)現(xiàn)，miRNA在消化系統(tǒng)的腫瘤作用也只發(fā)現(xiàn)了一小部分，尚有很大的領(lǐng)域有待進一步研究。目前對miRNA在消化系統(tǒng)腫瘤中的作用及其作用靶點研究還處于初級水平。結(jié)合臨床以miRNA與消化系腫瘤的關(guān)系作為基石，將miRNA發(fā)展成為腫瘤早期發(fā)現(xiàn)、診斷及治療的重要醫(yī)療手段。

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