MicroRNA及其在黑素瘤中作用的新認(rèn)識(shí)

范芙蓉

黑素瘤（melanoma）又稱惡性黑素瘤（malignant melanoma，簡稱惡黑）是最具侵襲性的一種高度惡性、易遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的皮膚腫瘤[1]，起源于黑素細(xì)胞，多發(fā)生于皮膚，亦可見于皮膚黏膜交界處、眼球脈絡(luò)膜和軟腦膜等處，死亡率高。早期惡黑以手術(shù)治療為主，預(yù)后較好，晚期轉(zhuǎn)移性惡黑因?qū)Ψ暖?，化療及生物治療均不甚敏感，其中位生存?～9個(gè)月，5年生存率<5%[2]，預(yù)后差。近幾年來，其發(fā)病率逐年升高，年增長率約3%[3]。MicroRNA（miRNA）是一類長約18～22個(gè)核苷酸（nt）的非編碼單鏈小分子RNA，參與生物體一系列生物學(xué)過程，在細(xì)胞生成、繁殖、代謝、凋亡和腫瘤生成等方面廣泛、精確地調(diào)控靶基因并影響其表達(dá)。miRNA在人體最大的器官——皮膚中也起著重要作用[4]。miRNA的異常表達(dá)，被認(rèn)為與惡黑的發(fā)生、發(fā)展等密切相關(guān)。Worly等[5]在研究葡萄膜惡黑中認(rèn)為，miRNA的表達(dá)有可能成為預(yù)測(cè)其轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)的生物學(xué)指標(biāo)。

1 miRNA的生物學(xué)特征及其生成與作用機(jī)制

近年來，miRNA已成為生命科學(xué)研究的熱點(diǎn)，自1993年在果蠅中發(fā)現(xiàn)第一個(gè)miRNA以來，迄今已有15 172個(gè)miRNA相繼在脊椎動(dòng)物、蠕蟲、果蠅、植物和病毒等142個(gè)物種被發(fā)現(xiàn)，通過克隆技術(shù)（cloning technology）、深度測(cè)序（deep sequencing） 以及復(fù)雜的生物信息學(xué)和遺傳篩選等方法，發(fā)現(xiàn)并鑒定人類基因組織中可能存在約1000個(gè)miRNA，調(diào)節(jié)人類近30%基因表達(dá)。約有超過50%的miRNA定位于腫瘤相關(guān)的脆性位點(diǎn)（fragile site）[6-7]。參與生命過程中一系列重要進(jìn)程，包括發(fā)育、繁殖、分化和凋亡等。

1.1 miRNA的生物學(xué)特征 （1）是一組內(nèi)源性非編碼，長度為18～22 nt的單鏈小分子，廣泛存在于動(dòng)、植物及病毒等的真核細(xì)胞中，具有高度保守性，其本身不具有開放閱讀框架。（2）結(jié)構(gòu)上，miRNA為單鏈結(jié)構(gòu)，在3’端有1～2個(gè)堿基的長度變化，5’端有一磷酸基團(tuán)，3’端為羥基，該結(jié)構(gòu)所具有的特點(diǎn)使其與功能RNA的降解片段和大多數(shù)寡核苷酸保特區(qū)別。（3）miRNA具有較強(qiáng)的同源性，來自不同基因簇的RNA同源性較弱，其表達(dá)具有組織特異性和時(shí)序特異性[7]。

1.2 miRNA的生成及作用機(jī)制 MiRNA的生成過程包括轉(zhuǎn)錄、加工成熟及功能復(fù)合體裝配等主要程序。近期研究表明，miRNA的生成和作用大致經(jīng)歷兩個(gè)階段[8]，即RNA聚合酶2作用于miRNA基因，轉(zhuǎn)錄生成初級(jí)miRNA（pri-miRNA），再由RNA聚合酶3-Dorsha-DGCR8復(fù)合體切割形成前體miRNA（pri-miRNA），在細(xì)胞內(nèi)完成；聚合酶3、旋解酶及核酸酶Dicer（屬于Rnase3家族）共同作用于pre-miRNA，將其剪切為雙鏈miRNA，隨后雙鏈miRNA被降解，一條5’端不穩(wěn)定的鏈被結(jié)合到核蛋白復(fù)合體并參與形成由RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體（RNA-induced silencing compley， RLSC）[9]，另一條鏈隨即被降解，進(jìn)入RLSC的miRNA直接與Ago（Argonaute）家族的蛋白質(zhì)結(jié)合，作為“向?qū)А狈肿咏閷?dǎo)RLSC剪切靶基因mRNA使其降解或結(jié)合到靶基因mRNA的3，UTR（3’端非翻譯區(qū)）翻譯，從而在生物學(xué)過程中發(fā)揮多種功能[7]。

2 miRNA在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用

miRNA通過靶基因3’UTR序列結(jié)合，以抑制翻譯或降解miRNA的兩種方式，在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因表達(dá)，其與腫瘤的發(fā)生發(fā)展有著密切的關(guān)系。雖然大約逾半數(shù)的miRNA在基因組上定位于與腫瘤相關(guān)的脆性位點(diǎn)，但表觀遺傳學(xué)（epigenetics）的調(diào)控及miRNA的單核苷酸的多態(tài)性（SNP）均參與了腫瘤發(fā)生過程中miRNA的表達(dá)變化，亦是腫瘤發(fā)生發(fā)展的重要因素。研究表明，通過調(diào)控靶基因的表達(dá)，miRNA參與一系列生理病理過程，包括調(diào)節(jié)細(xì)胞自我更新、凋亡、干細(xì)胞分化和腫瘤的發(fā)生及轉(zhuǎn)移等[10]。miRNA在腫瘤中的異常表達(dá)有兩種表現(xiàn)，即上調(diào)和下調(diào)miRNA，從而發(fā)揮癌基因和抑癌基因的雙重作用。Calin等[11]認(rèn)為，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。具有癌基因作用的miRNA通常處于靜止或低表達(dá)狀態(tài)，其活化可導(dǎo)致癌變，在腫瘤組織中，某些miRNA表達(dá)水平明顯上調(diào)表現(xiàn)出癌基因的特征，如miR-21、miR-221、miR-222類似癌基因的功能[12]；具有抑癌基因作用的miRNA可抑制細(xì)胞的過度生長和繁殖，遏制腫瘤形成，如miR-143、miR-145類似于抑癌基因的功能[13]，其失活亦可導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。let-7是最早被證實(shí)與腫瘤形成相關(guān)的miRNA。近期的研究表明，let-7家族為miRNA的一種，許多腫瘤往往丟失let-7的表達(dá)調(diào)控作用，故被視為抑癌基因，恢復(fù)let-7家族的表達(dá)在癌癥治療中具有重要意義[14]。Trang等[15]在非小細(xì)胞肺癌小鼠模型內(nèi)導(dǎo)入外源性let-7結(jié)果中發(fā)現(xiàn)let-7可有效抑制腫瘤的發(fā)展。

3 miRNA在惡黑中的作用

3.1 惡黑與let-7 業(yè)已證實(shí)，let-7家族成員在惡黑發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，let-7家族中的5個(gè)成員在惡黑中顯著下調(diào)，let-7b可能是通過抑制惡黑周期過程而發(fā)揮負(fù)向調(diào)節(jié)惡黑細(xì)胞生長和繁殖，其表達(dá)可下調(diào)細(xì)胞周期蛋白依賴激酶4（cdk4）和周期素D1、D3、A的表達(dá)，從而明顯減少處于S期的惡黑細(xì)胞數(shù)量、增加處于G1期的惡黑細(xì)胞數(shù)量并減少惡黑細(xì)胞的依賴性增長[16]。Müller等[17]研究表明，整合素β3在惡黑進(jìn)展浸潤中具有重要作用，let-7通過與整合素β3的3’UTR結(jié)合而調(diào)節(jié)其表達(dá)，let-7a的表達(dá)缺失是調(diào)控整合素β3在惡黑細(xì)胞中表達(dá)增加的主要機(jī)制，而整合素β3表達(dá)增加可誘導(dǎo)惡黑進(jìn)展浸潤與侵襲。Let-7a的表達(dá)缺失通過增長整合素β3的表達(dá)參與了侵襲性惡黑的發(fā)生和發(fā)展。

3.2 惡黑與miR-221，miR-222 研究表明，在原代培養(yǎng)的惡黑細(xì)胞中，Dicer，Argo2及許多miRNA表達(dá)異常[18]。miR-221、miR-222在惡黑中均發(fā)揮類似癌基因作用[12]。它們可通過下調(diào)P27kip/cokNIB與C-KLT受體兩條信號(hào)通路，間接調(diào)控小眼球相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子（microphthalmia-associated transcription factor， MITF），保進(jìn)黑素細(xì)胞的惡化，而MIFT與黑素細(xì)胞的增殖、凋亡、成熟、黑素生成等相關(guān)，并能調(diào)節(jié)惡黑細(xì)胞凋亡抑制因子（ML-IAP）[19]。Felicetti等[20]研究表明，miR-221與miR-222可下調(diào)早幼粒白血病鋅指基因（premyelocytic leukemia zinc finger， PLZF）這個(gè)抑癌基因，該基因轉(zhuǎn)錄因子直接通過與miR-221與miR-222的調(diào)節(jié)區(qū)結(jié)合增加其下游的促癌因子如N-Ras、Ref、C-myc、cyclins D1/D3和cdk4的表達(dá)，促進(jìn)惡黑的生成和發(fā)展。

3.3 惡黑與miR-137、miR-182 miR-137在惡黑細(xì)胞中可靶向調(diào)節(jié)MITF，并下調(diào)MITF的表達(dá)，并證實(shí)后者是miR-137的靶基因，miR-137能抑制MITF表達(dá)，而后者是黑素細(xì)胞發(fā)育成熟、細(xì)胞凋亡和黑素沉著的主要調(diào)節(jié)因子[21]。Segura等[22]研究發(fā)現(xiàn)，miR-152的異位表達(dá)能增強(qiáng)惡黑細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)能力和轉(zhuǎn)移性，其表達(dá)下調(diào)則可阻礙惡黑細(xì)胞的侵襲和誘導(dǎo)凋亡。miR-182過表達(dá)可直接抑制MITF和人叉頭框蛋白03（FOX03），從而促進(jìn)惡黑細(xì)胞的生存和運(yùn)動(dòng)，相反，后兩者的增強(qiáng)表達(dá)可阻礙miR-182的作用。已經(jīng)證實(shí)，MITF和FOXO3是miR-182調(diào)控的靶基因，在人類組織中，miR-182的表達(dá)水平隨惡黑惡性程度增加而升高，而MITF和FOXO3水平則恰好相反。

目前，miRNAs在惡黑中的調(diào)控機(jī)制尚未完全闡明。與惡黑相關(guān)的主要表達(dá)譜及其靶基因與作用機(jī)理，通過基礎(chǔ)和臨床研究正在不斷更新。未來，尋找和研究在惡黑中用于早期診斷和鑒別診斷的miRNAs生物學(xué)標(biāo)志物將深入開展。Love等[23]指出，由于皮膚的易于吸收藥物的特性，因此闡明miRNAs信號(hào)通路的途徑必將開創(chuàng)下一個(gè)基于miRNAs藥物治療的新時(shí)代，可以相信，miRNAs做為惡黑診斷和治療新靶標(biāo)的前景將十分光明和誘人。

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