miRNA 在腫瘤轉(zhuǎn)移中的研究進(jìn)展

鄒 豐， 劉麗江

（江漢大學(xué) 醫(yī)學(xué)院病理學(xué)與病理生理學(xué)教研室， 湖北 武漢 430056）

microRNA（miRNA）是近些年發(fā)現(xiàn)的一類(lèi)具有高度保守特征、 長(zhǎng)度20～25 nt 的非蛋白質(zhì)編碼的單鏈小分子RNA， 其主要功能是通過(guò)兩種方式調(diào)控其靶基因的表達(dá)： 誘導(dǎo)靶向mRNA 的降解或者抑制靶向mRNA 的翻譯。 miRNAs 在人類(lèi)基因的總數(shù)預(yù)計(jì)超過(guò)1 000 個(gè)， 并調(diào)控約30% 的人類(lèi)基因。 現(xiàn)階段研究也顯示， miRNA 能扮演癌基因或抑癌基因的功能， 其表達(dá)失調(diào)在腫瘤的發(fā)生與轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要的作用， 已成為腫瘤學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。 筆者主要對(duì)miRNA 在腫瘤轉(zhuǎn)移中的作用及調(diào)控機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 miRNA 概述

1993 年， 美國(guó)著名遺傳學(xué)家Lee 等［1］首先在漂亮新小桿線蟲(chóng)（Caenorhabditis elegans）中發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)miRNA， 并命名為lin－4。 它能通過(guò)堿基配對(duì)的方式結(jié)合到靶mRNA， 從而抑制lin－4的翻譯，但并不影響其轉(zhuǎn)錄。 2000 年，Pasquinelli等又在對(duì)線蟲(chóng)發(fā)育調(diào)控研究中發(fā)現(xiàn)了let－7， 從而正式拉開(kāi)了miRNA 研究的序幕［2］。 不久后其他研究者在真核生物種例如擬南芥、 果蠅、 斑馬魚(yú)或人類(lèi)細(xì)胞等中也發(fā)現(xiàn)了大量類(lèi)似的miRNA。 到目前為止， 在人類(lèi)基因中就已發(fā)現(xiàn)的miRNAs 總數(shù)超過(guò)1 000 個(gè)。 研究顯示， 許多心血管疾病和腫瘤的發(fā)生發(fā)展都與miRNA 有著重要的聯(lián)系。miRNA 途徑也已經(jīng)證實(shí)是正常和疾病狀態(tài)下基因調(diào)節(jié)的一個(gè)新的機(jī)制。

miRNA 比較廣泛地存在于多種真核生物中，高度保守性、 組織表達(dá)特異性和時(shí)序表達(dá)特異性是其最重要的3 個(gè)生物學(xué)特性。 各物種之間的miRNA 序列結(jié)構(gòu)均存在高度的進(jìn)化保守性顯示，miRNA 雖然調(diào)控不同種類(lèi)的生物發(fā)育， 但卻有著相同的調(diào)控機(jī)制。 miRNA 的表達(dá)在同一物種的不同組織甚至是發(fā)育的不同階段也存在著明顯的差異。 以上研究結(jié)果顯示， 物種在發(fā)育過(guò)程中最終形成生理差別與miRNA 有著本質(zhì)的聯(lián)系。

miRNA 并不是由其相應(yīng)基因直接編碼形成的。 編碼miRNA 的基因通過(guò)RNA 聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄， 產(chǎn)生原始miRNA 轉(zhuǎn)錄本（pri－miRNA）。 通過(guò)與核糖核酸酶RNAse－Ⅲ酶Drosha 結(jié)合又產(chǎn)生60～70 nt 的呈發(fā)夾結(jié)構(gòu)（hairpin）的miRNA 前體（pre－miRNA）。 接著通過(guò)輸出蛋白（exportin）5 進(jìn)入細(xì)胞漿。 與siRNA 相似， 這些pre－miRNAs 最終被Dicer 裂解產(chǎn)生20～25 nt RNA 雙鏈體， 即成熟miRNA， 整合入RISC 樣復(fù)合物［3－5］。

在生物體內(nèi)， miRNA 調(diào)控其靶基因的表達(dá)主要通過(guò)以下兩種方式： 誘導(dǎo)靶向mRNA 的降解或者抑制靶向mRNA 的翻譯［6］。 對(duì)于絕大多數(shù)的植物來(lái)說(shuō)， miRNA 可以直接和其靶向mRNA 的3′端形成完全互補(bǔ)或幾乎完全互補(bǔ)的序列， 通過(guò)誘導(dǎo)產(chǎn)生靶向mRNA 的特異性位點(diǎn)的斷裂來(lái)減少其表達(dá)； 而對(duì)于動(dòng)物來(lái)說(shuō)， miRNA 并不能完全與mRNA 互補(bǔ)配對(duì)， 所以miRNA 就主要通過(guò)抑制其靶基因的翻譯來(lái)調(diào)控靶基因的作用。 不過(guò)至今為止， miRNA 與靶基因的具體作用機(jī)制和調(diào)控位點(diǎn)仍不清楚， 需要更進(jìn)一步的研究。

2 miRNA 在腫瘤中的研究進(jìn)展

現(xiàn)階段研究表明， 正常組織細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞之間的miRNA 的表達(dá)具有明顯差異。 對(duì)肺癌、胃癌、 結(jié)腸癌、 胰腺癌、 乳腺癌和前列腺癌等540 個(gè)腫瘤樣本進(jìn)行微陣列芯片的miRNA 表達(dá)譜分析發(fā)現(xiàn)， 腫瘤組織有與正常組織相比表達(dá)明顯增高的26 個(gè)miRNA 和表達(dá)明顯降低的17 個(gè)miRNA， 其中尤以miR－20a、 miR－21 和miR－106a 等差異明顯［7］。 miRNA 在腫瘤的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中可能扮演著類(lèi)似癌基因或抑癌基因的作用， 因其大多數(shù)miRNA 的基因定位于腫瘤的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中相關(guān)性脆性基因位點(diǎn)， 例如雜合性或純合性缺失區(qū)、 斷裂區(qū)或擴(kuò)增區(qū)等。 在腫瘤的發(fā)生中表達(dá)水平增多的miRNA 可視為癌基因，表達(dá)水平減少的miRNA 則可看作抑癌基因［8］。

研究表明， 大約50%的miRNA 在基因組上定位于與腫瘤發(fā)生相關(guān)的區(qū)域和脆性位點(diǎn)。 例如miR－15a 和miR－16－1 定位于人類(lèi)染色體的13q14 區(qū)域， 而超過(guò)50%的B 細(xì)胞慢性淋巴型白血病病人（CLL）中就存在這一區(qū)域的缺失。 后又有人證實(shí)， miR－15a 和miR－16－1 可以通過(guò)下調(diào)Bcl－2 蛋白的表達(dá)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡， 因此這兩個(gè)miRNA 的缺失或下調(diào)可以直接導(dǎo)致Bcl－2 蛋白表達(dá)水平升高， 從而促進(jìn)了白血病和淋巴瘤的發(fā)生［9］。 在其他腫瘤類(lèi)型中也存在著miRNA 的異常表達(dá)現(xiàn)象。 此外， 不僅組織和細(xì)胞中的miRNA的表達(dá)可作為疾病分型和診斷的標(biāo)志， 存在于血漿和血清中的miRNA 也可用于疾病的檢測(cè)。

3 miRNA 在腫瘤轉(zhuǎn)移中的調(diào)節(jié)機(jī)制

惡性腫瘤的重要生物學(xué)特征之一是腫瘤轉(zhuǎn)移， 這也是惡性腫瘤患者死亡的主要原因。 腫瘤轉(zhuǎn)移與大量蛋白酶、 黏附分子和細(xì)胞因子的表達(dá)及其相應(yīng)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路密切相關(guān)， 其具體過(guò)程包括以下幾個(gè)步驟： 首先腫瘤細(xì)胞必須降解細(xì)胞外基質(zhì)和基底膜， 這需要大量的基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）的參與； 接著腫瘤細(xì)胞可以依靠自身的一些運(yùn)動(dòng)和不同黏附分子產(chǎn)生的外力而慢慢脫離原來(lái)的組織， 然后向血管或淋巴管移動(dòng)并附壁；最后腫瘤細(xì)胞游出血管或淋巴管， 形成遠(yuǎn)處組織和器官的轉(zhuǎn)移灶。隨著對(duì)miRNA 研究的深入， 越來(lái)越多的研究揭示出上述許多與腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移的基因均能在不同程度上受到相關(guān)miRNA 的調(diào)控，從而導(dǎo)致腫瘤轉(zhuǎn)移活性的改變， 最終加快或減慢腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。

2004 年Calin 等第一次為miRNA 與腫瘤轉(zhuǎn)移的相關(guān)性提供了直接證據(jù)， 之后大量的miRNA 被報(bào)道與消化系統(tǒng)腫瘤、 呼吸系統(tǒng)腫瘤、泌尿系統(tǒng)腫瘤與乳腺癌及其轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。 目前許多研究顯示miR－21 在多種消化道腫瘤中高表達(dá)， 并參與腫瘤浸潤(rùn)轉(zhuǎn)移［10－11］。 miR－21 具有原癌基因活性， 其位于染色體的脆性區(qū)域17q23.2。程序細(xì)胞死亡蛋白4（PDCD4）能與轉(zhuǎn)錄起始因子eIF4A、 eIF4G 相互作用而抑制基因轉(zhuǎn)錄； 人類(lèi)第10 號(hào)染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因（PTEN）通過(guò)編碼磷酸化酯酶， 使3、 4、 5－三磷酸磷脂酰肌醇（PIP3）去磷酸化， 從而負(fù)性調(diào)控磷脂酰肌醇－3－激酶（PI3K）細(xì)胞通路來(lái)增加腫瘤細(xì)胞的凋亡來(lái)抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)［12］。 在極具侵襲性的肝癌細(xì)胞中， miR－21 的表達(dá)比正常肝細(xì)胞要多出9 倍， 與此伴隨的還有PTEN 表達(dá)的減少和PI3K 表達(dá)的增多。 在乳腺癌細(xì)胞中轉(zhuǎn)染低表達(dá)miR－21 的研究中發(fā)現(xiàn)， miR－21 的表達(dá)減少的腫瘤細(xì)胞的侵襲能力明顯要低于對(duì)照組的腫瘤細(xì)胞［13］。 因此miR－21 可以通過(guò)調(diào)控PDCD4 和PTEN 來(lái)介導(dǎo)腫瘤轉(zhuǎn)移的發(fā)生。

在過(guò)表達(dá)let－7 的鼠的肺癌細(xì)胞系中， 高遷移率組A 蛋白（HMGA2） 的表達(dá)水平明顯下調(diào)，提示let－7 可能通過(guò)HMGA2 靶基因調(diào)控肺癌細(xì)胞的遷移能力［14－15］； 另一方面， 通過(guò)上調(diào)非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞系A(chǔ)549 中的miR－200c 的表達(dá)水平后， 鋅指結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子8（TCF8）的作用缺失，E 鈣黏蛋白（E－cadherin） 的表達(dá)水平受到抑制，細(xì)胞形態(tài)改變， 黏附能力下降， 提示miR－200c具有調(diào)控肺癌細(xì)胞侵襲表型轉(zhuǎn)化的作用［16］； 信號(hào)接頭蛋白（Crk）是一種能整合蛋白等多種分子的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路而改變細(xì)胞的黏附、 擴(kuò)增和遷移能力的蛋白， 其介導(dǎo)肺癌細(xì)胞的黏附、 遷移和侵襲是由miR－126 參與調(diào)控的［17］。

在前列腺腫瘤的miRNA 研究中發(fā)現(xiàn)， miR－224 幾乎都在神經(jīng)管周?chē)那傲邢侔┘?xì)胞中表達(dá)。 其調(diào)控基因大部分都是編碼與細(xì)胞代謝相關(guān)的金屬硫蛋白和線粒體相關(guān)蛋白， 從而推斷miR－224 的表達(dá)是通過(guò)改變細(xì)胞代謝和線粒體的功能來(lái)影響腫瘤細(xì)胞的周?chē)窠?jīng)浸潤(rùn)［18］。 子宮頸癌的研究顯示， miR－127 的表達(dá)與腫瘤的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)［19］。 而膀胱癌的miRNA 研究揭示，miR－223、 miR－26b 和miR－221 的表達(dá)明顯上調(diào)， miR－20b 與腫瘤的分期與轉(zhuǎn)移呈負(fù)相關(guān)［20］。

miR－10b 位于同源框蛋白（HOXD）基因家族簇中， 在轉(zhuǎn)移性乳腺癌表達(dá)明顯增高［21］。 構(gòu)建過(guò)表達(dá)miR－10b 的乳腺癌細(xì)胞系SUM159， 并將其注射至小鼠乳房的脂肪細(xì)胞中， 形成的腫瘤的侵襲性要明顯高于注射對(duì)照SUM159 細(xì)胞組的小鼠。 利用miR－10b 抑制劑可以顯著降低miR－10b的表達(dá)和增加其靶基因HOXD－10 的表達(dá)， 雖然不能直接抑制小鼠乳腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)， 但卻能明顯抑制其向肺部的轉(zhuǎn)移， 提示miR－10b 的表達(dá)與腫瘤轉(zhuǎn)移是呈正相關(guān)的［22］。

現(xiàn)有研究顯示， 上皮－間質(zhì)轉(zhuǎn)化 （epithelialmesenchymal transition， EMT）是腫瘤轉(zhuǎn)移的重要機(jī)制之一。 其整個(gè)過(guò)程受機(jī)體發(fā)育過(guò)程的一系列轉(zhuǎn)錄因子， 如TWIST1、 Snail 和Slug 等的調(diào)控。EMT 發(fā)生后引起的重要改變就是E－鈣黏蛋白的損失。 作為細(xì)胞黏附的主要蛋白質(zhì)， E－cadherin在抑制腫瘤的浸潤(rùn)與轉(zhuǎn)移中發(fā)揮著及其重要的作用［23］。 一些鋅指蛋白的轉(zhuǎn)錄因子如Snail、 Slug、ZEB1 和ZEB2 等都參與了EMT 的發(fā)生。 miR－200 家族已被證實(shí)作為一個(gè)關(guān)鍵因子參與調(diào)控E－cadherin 的表達(dá)［24］。 鋅指蛋白ZEB 家族在侵襲的間質(zhì)細(xì)胞里高表達(dá)， 在無(wú)侵襲性的上皮細(xì)胞里， miR－200 可以抑制ZEB 的表達(dá)， 同時(shí)ZEB又能反過(guò)來(lái)抑制miR－200 的表達(dá)［25］。 通過(guò)調(diào)控E－cadherin 的表達(dá)已經(jīng)能夠作為腫瘤治療的一種新思路， 其中與miR－200 和ZEB 的關(guān)系密不可分。除了miR－200 外， miR－101 也在EMT 中扮演著主要的角色。 與前者不同的是， miR－101 的相關(guān)通路是EZH2 基因 （Enhancer of Zeste Homolog）。 EZH2 基因可以通過(guò)基因沉默機(jī)制（沉默E－cadherin） 改變細(xì)胞的記憶系統(tǒng)并調(diào)控轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)惡性腫瘤的形成［26］。 有文獻(xiàn)指出， miR－101能夠抑制EZH2 的表達(dá)， 并可在臨床上作為前列腺癌惡性度的標(biāo)志之一［27］。

4 結(jié)語(yǔ)

miRNA 作為一類(lèi)內(nèi)源性非編碼的小RNA，不僅參與機(jī)體的生長(zhǎng)發(fā)育等正常的生理過(guò)程， 還在多種病理過(guò)程尤其是腫瘤的發(fā)生、 發(fā)展和轉(zhuǎn)移中扮演重要的角色。 雖已證實(shí)miRNA 與腫瘤轉(zhuǎn)移及相關(guān)信號(hào)通路有關(guān)， 但其具體的調(diào)控機(jī)制包括靶基因的預(yù)測(cè)和被調(diào)控通路等均不完全清楚。相信隨著今后相關(guān)研究的深入， miRNA 可為腫瘤轉(zhuǎn)移的早期診斷、 預(yù)后監(jiān)測(cè)和生物分子標(biāo)記的靶向治療帶來(lái)一片廣闊的前景。

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