miR-221 在腫瘤中的研究進(jìn)展

邢慧慧 劉曉峰 劉長江 孫艾茜

microRNA(miRNA)為一種新型的基因調(diào)控因子，它能在轉(zhuǎn)錄后水平抑制靶基因的表達(dá)或蛋白質(zhì)翻譯，從而參與生物體內(nèi)多種生理、病理過程的調(diào)節(jié)，如細(xì)胞分化、增殖、凋亡、遷移和侵襲等［1］。Calin 等［2］最早報道了miRNA 的異常表達(dá)與癌癥相關(guān)，研究表明，miR-221 在多種腫瘤中異常表達(dá)，如肝癌、胃癌、乳腺癌、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤、前列腺癌等，提示其與腫瘤發(fā)生密切相關(guān)，這可能會為腫瘤的治療提供新的靶點(diǎn)［2 ～7］。

一、miR-221 的生物學(xué)功能

1.miR -221 的成熟過程及作用機(jī)制:與其他miRNA 的形成過程相同，編碼miR-221 的基因在核內(nèi)RNA 聚合酶Ⅱ的作用下轉(zhuǎn)錄成初級轉(zhuǎn)錄本(pri -miRNA)，由RNA 酶Ⅲ和接頭蛋白Dorsha 組成的核酸酶復(fù)合體剪切pri-miRNA 加工成前體miRNA(pre-miRNA)。pre-miRNAs 被Exportin -5 轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)，細(xì)胞質(zhì)中的Dicer 酶將其剪切成19 ～25 個核苷酸的雙鏈miRNA。解旋酶(Helicase)將雙鏈解開后，其中一條鏈與miRNP(miRNA-containing ribonucleoprotein particles)結(jié)合形成成熟的miRNA，成熟的miRNA 被引導(dǎo)進(jìn)入RNA 誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體(RNA -induced silencing complex，RISC)中，通過與其靶mRNA 結(jié)合調(diào)控基因表達(dá)，另一條互補(bǔ)鏈則被降解。miRNA 負(fù)向調(diào)控靶基因的表達(dá)是目前被普遍認(rèn)可的作用機(jī)制。miRNA 可引導(dǎo)miRNP 識別靶mRNA 的3端非翻譯區(qū)(3' -untranslated region，3' - UTR)，若miRNA 與靶mRNA 完全或接近完全互補(bǔ)則可引起靶mRNA 在互補(bǔ)區(qū)內(nèi)的特異性斷裂從引起基因序列的特異性“沉默”。如果是不完全互補(bǔ)，通常結(jié)合在mRNA 的3' -UTR 抑制蛋白質(zhì)的翻譯，近而對基因表達(dá)進(jìn)行調(diào)控。miR-221 亦是通過堿基互補(bǔ)配對原則與靶mRNA 結(jié)合，從而在轉(zhuǎn)錄后水平引起靶mRNA的降解或者抑制其翻譯成蛋白質(zhì)。

2.miR -221 的表達(dá):miR -221 是成簇分布的miRNA，它作為miRNA 家族內(nèi)的一員，串聯(lián)編碼于人、小鼠及大鼠的X 染色體上，在脊椎動物中具有高度的保守性。目前，許多研究已經(jīng)確定了miR -221的靶基因，如細(xì)胞周期蛋白G1(CyclinG1)、細(xì)胞周期抑制因子(p27Kip1)、Bcl -2 家族中BH3 -only 亞族的成員之一Bmf 基因，這些靶基因與miR-221 相互作用共同調(diào)控腫瘤的生長過程［8～10］。Chou 等［11］報道m(xù)iR-146b、miR-221、miR-222 的表達(dá)水平與甲狀腺癌的腺外侵襲、腫瘤分期等相關(guān)，這些異常表達(dá)的miRNAs 通過作用于其靶基因，調(diào)節(jié)與腫瘤發(fā)生相關(guān)的生物學(xué)過程［12］。

二、miR-221 在腫瘤發(fā)生中的作用

惡性腫瘤是目前造成人類死亡的主要原因之一，隨著分子生物學(xué)和人類基因組學(xué)的發(fā)展，人們對腫瘤的認(rèn)識已經(jīng)達(dá)到了一個新的高度，大量研究表明腫瘤的發(fā)生發(fā)展中伴有miRNA 的異常表達(dá)［13］。miRNA的表達(dá)具有組織特異性，即特定的腫瘤組織具有各自獨(dú)特的miRNA 表達(dá)譜。目前研究報道m(xù)iR -221 可以作為癌基因或抑癌基因參與腫瘤的形成過程。

1.miR-221 作為癌基因參與惡性腫瘤的進(jìn)展過程:腫瘤中某些miRNA 的表達(dá)可誘發(fā)或促進(jìn)腫瘤的發(fā)生，具有癌基因的特性，其表達(dá)通常表現(xiàn)為上調(diào)，此類miRNA 被稱為癌性miRNA。在許多腫瘤中，miR-221 具有癌基因的作用，促進(jìn)了惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)移。大量研究證實miR -221 在原發(fā)性肝細(xì)胞癌中過表達(dá)，但它在肝癌中的功能及作用機(jī)制目前尚不清楚。應(yīng)用RT -PCR 技術(shù)，Rong 等［14］檢測了肝癌與癌旁組織中miR -221 的表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，miR-221 在肝癌組織中表達(dá)明顯增高，將miR -221的抑制劑導(dǎo)入肝癌細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)miR -221 抑制劑能夠通過阻滯細(xì)胞G1/S 期進(jìn)展而抑制細(xì)胞增殖、促進(jìn)細(xì)胞凋亡;相反，導(dǎo)入miR -221 的類似物則可以促進(jìn)肝癌細(xì)胞生長。另外，CDKN1C/p57 屬于細(xì)胞周期依賴抑制因子(cyclin -dependent kinase inhibitors，CDKIs)家族，CDKN1C/p57 表達(dá)下降與肝癌的高侵襲性、低分化、門脈侵犯有關(guān)。Fornari 等［15］報道CDKN1C/p57 是miR-221 的靶基因，他們將miR -221轉(zhuǎn)染肝癌細(xì)胞Hep3B，發(fā)現(xiàn)CDKN1C/p57 較正常細(xì)胞表達(dá)降低1.8 倍。相反，將anti -miR -221 轉(zhuǎn)染SNU449 細(xì)胞，則CDKN1C/p57 蛋白水平較正常細(xì)胞增高1.3 倍，提示miR -221 與肝癌的惡性程度及進(jìn)展有關(guān)。PTEN 是一種抑癌基因，為人類第10 號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因，Ye 等［16］研究發(fā)現(xiàn)，miR-221 通過抑制PTEN 的表達(dá)，能夠促進(jìn)人表皮生長因子-2(human epidermal growth factor receptor 2，HER-2)陽性的乳腺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移并增加對曲妥珠單抗(trastuzumab)的耐藥性。

2. miR-221 抑制腫瘤形成:癌基因的活化和過表達(dá)是惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展的主要因素。miR -221 不僅能夠促進(jìn)腫瘤的發(fā)生，在某些情況下也可通過抑制相關(guān)癌基因的表達(dá)從而抑制腫瘤的形成。miR -221抑制腫瘤形成的機(jī)制多種多樣，主要包括抑制相關(guān)癌基因的表達(dá)、抑制腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)錄活性、阻滯腫瘤細(xì)胞周期、誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。Gordanpour 等［17］對170例前列腺癌切除術(shù)后放療的患者進(jìn)行隨訪，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在去除17 例失訪的患者中，有54.2 %的患者跨膜絲氨酸蛋白酶2 基因(TMPRSS2):ETS 轉(zhuǎn)錄因子家族成員相關(guān)基因(ERG)融合基因表達(dá)陽性，RT -PCR 顯示miR-221 在TMPRSS2:ERG 陽性的患者中表達(dá)下調(diào)。對隨訪超過5 年的患者，研究者應(yīng)用RT-PCR 對腫瘤的轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)情況進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)miR-221 在55 例轉(zhuǎn)移或復(fù)發(fā)患者中的表達(dá)水平明顯低于44 例沒有復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移的患者，提示前列腺癌的復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移與低表達(dá)的miR -221 相關(guān)。血小板源性生長因子(platelet-derived growth factor，PDGF)信號通路在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用，可以調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、凋亡、轉(zhuǎn)移、侵襲及細(xì)胞上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial - mesenchymal transition，EMT)。Su 等［18］的研究表明，miR -221 在胰腺癌的生長、侵襲及PDGF介導(dǎo)的EMT 中起重要作用，下調(diào)miR-221 可以提高其靶基因TRPS1 的表達(dá)水平，從而抑制胰腺癌細(xì)胞的增殖。

三、miR-221 與腫瘤治療

越來越多的證據(jù)表明，耐藥的腫瘤細(xì)胞與轉(zhuǎn)移癌細(xì)胞的抗凋亡和侵襲能力具有相似性，腫瘤細(xì)胞的耐藥性可能與某些miRNA 功能失調(diào)有關(guān)。膽管癌細(xì)胞對包括吉西他濱在內(nèi)的多種化療藥具有耐藥性。Okamoto 等［19］利用細(xì)胞活力分析實驗證實膽管癌細(xì)胞HuCCT1 對吉西他濱的敏感度明顯優(yōu)于HuH28 細(xì)胞，比較這兩種細(xì)胞治療組與非治療組的miRNA 表達(dá)譜，發(fā)現(xiàn)在HuH28 細(xì)胞中無差異表達(dá)的miRNA，而在HuCCT1 細(xì)胞中miR -1260 與miR -1280 表達(dá)下調(diào)，提示miRNA 參與細(xì)胞對吉西他濱的耐藥。應(yīng)用微陣列(microarray)技術(shù)比較這兩種細(xì)胞的miRNA表達(dá)譜，發(fā)現(xiàn)miR -221 在HuH28 細(xì)胞中表達(dá)降低，過表達(dá)miR -221 可以恢復(fù)細(xì)胞對吉西他濱的敏感度，表明miR-221 與膽管癌細(xì)胞HuH28 對吉西他濱的耐藥有關(guān)。

Zhang 等［20］利用脂質(zhì)體將miR -221 的抑制劑導(dǎo)入人結(jié)直腸癌細(xì)胞Caco2，檢測miR -221、PTEN mRNA 和PTEN 蛋白的表達(dá)水平，同時檢測了射線照射后細(xì)胞的死亡數(shù)目。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，miR-221 抑制劑組miR - 221 的表達(dá)明顯下降，PTEN 蛋白的表達(dá)增高，并且照射后的細(xì)胞死亡數(shù)目明顯增加，表明miR -221 的抑制劑可以通過上調(diào)PTEN 的表達(dá)增強(qiáng)結(jié)直腸癌對放射的敏感度。Zhao等［21］應(yīng)用RT-PCR 證實了miR-221 在骨肉瘤細(xì)胞系中的表達(dá)下調(diào)，因此，將miR -221 的類似物及抑制劑分別轉(zhuǎn)染入骨肉瘤細(xì)胞SOSP -9607 和MG63中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，下調(diào)miR -221 的表達(dá)能夠促進(jìn)細(xì)胞增殖、減少細(xì)胞凋亡并增加對順鉑的耐藥性，進(jìn)一步他們用熒光酶素報告分析及Western blot 法證實了PTEN 是miR-221 的靶基因，與miR-221 表達(dá)呈負(fù)相關(guān)。缺乏3' -UTR 的PTEN cDNA 或者磷脂酰肌醇3 -激酶的抑制劑LY294002 可以消除miR -221誘導(dǎo)的順鉑耐藥，因此，miR-221 可以作為骨肉瘤治療的一個新型靶標(biāo)。

四、展 望

miRNA 作為內(nèi)源性低分子RNA，可以通過多種機(jī)制參與生物體內(nèi)的生物學(xué)過程。目前，有關(guān)miRNA 功能的研究已成為科學(xué)研究領(lǐng)域中的前沿問題，miRNA 與腫瘤發(fā)生發(fā)展的關(guān)系及其潛在的診斷及治療價值越來越受到人們的重視，已有研究報道m(xù)iRNA 與miRNA 靶位點(diǎn)的多態(tài)性可作為腫瘤診斷及預(yù)后指標(biāo)。研究顯示miR -221 已經(jīng)作為異常表達(dá)的miRNA 出現(xiàn)在許多惡性腫瘤中，然而，miR -221 是否可以通過正負(fù)反饋機(jī)制調(diào)控自身的表達(dá)，是否可以通過調(diào)控其他各種類型的非編碼RNA(如長鏈非編碼RNA)從而間接調(diào)控某些基因的表達(dá)等方面還研究甚少。因此，通過深入研究腫瘤中miR -221 分子的調(diào)控機(jī)制及其功能靶點(diǎn)，有望為腫瘤的防治提供新的思路。

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