結(jié)直腸腫瘤相關(guān)miRNA研究進(jìn)展

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(1 南京中醫(yī)藥大學(xué)第三附屬醫(yī)院，全國中醫(yī)肛腸診療中心 江蘇南京 210001；2 南京中醫(yī)藥大學(xué)第三附屬醫(yī)院中心實(shí)驗(yàn)室)

微小RNA(miRNA，microRNA)是動(dòng)植物中一類大小約為21～25個(gè)核苷酸、單鏈、內(nèi)源性、高度保守、非蛋白質(zhì)編碼的小分子RNA，由Lee等[1]于1993年在秀麗新小桿線蟲(C-elegans)中首次發(fā)現(xiàn)。目前研究認(rèn)為miRNA可以通過干擾mRNA的翻譯而下調(diào)靶基因的表達(dá)，從而參與體內(nèi)許多重要生命活動(dòng)，如細(xì)胞發(fā)育、增殖、分化以及凋亡等，與腫瘤的發(fā)生、進(jìn)展、轉(zhuǎn)移關(guān)系密切[2、3]，這些發(fā)現(xiàn)擴(kuò)展了結(jié)直腸腫瘤的發(fā)病機(jī)制，顯示出miRNA可以作為一種新型的診斷標(biāo)記物、預(yù)后預(yù)測的指標(biāo)及潛在的治療靶點(diǎn)[4～7]，目前是結(jié)直腫瘤分子生物學(xué)方面研究的熱點(diǎn)，本文對miRNA在結(jié)直腸腫瘤中的研究進(jìn)展作一綜述。

1 MicroRNA的結(jié)構(gòu)與功能

生物體中存在兩種主要的小RNA，即微小RNA和小干擾RNA(siRNA)，其中miRNA來自于體內(nèi)具有短小發(fā)夾結(jié)構(gòu)的RNA，而siRNA則合成于長雙鏈RNA，它們的功能有相似之處，即均可以與其靶基因結(jié)合從而干擾它們的表達(dá)[8]。人類的miRNA主要位于除Y染色體之外幾乎所有染色體上編碼蛋白質(zhì)或非編碼蛋白質(zhì)的內(nèi)含子區(qū)域。miRNA的合成過程包含了2個(gè)重要分解過程和2個(gè)關(guān)鍵RNaseⅢ和RNA結(jié)合蛋白復(fù)合物Drasha-DGCR8和Dicer-TRBP[9、10]。首先，在細(xì)胞核中miRNA的原始轉(zhuǎn)錄本(pri-miRNA)在Drasha-DGCR8的微切割作用下形成長約70個(gè)核苷酸的帶有莖環(huán)結(jié)構(gòu)的miRNA的前體(pre-miRNA)，隨后pre-miRNA很快在依賴Ran-GTP的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白Exportin-5的作用下轉(zhuǎn)移到細(xì)胞漿中，在Dicer-TRBP的作用下切割成具有22個(gè)核苷酸左右的雙鏈miRNA，最終產(chǎn)生具有生物學(xué)活性的單鏈miRNA結(jié)合到靶基因中發(fā)揮調(diào)控靶基因表達(dá)的功能[11]。成熟miRNA通過其5’端識(shí)別并與靶mRNA的3’非翻譯區(qū)域(3’-untranslated regions，3’-UTRs)結(jié)合。根據(jù)配對程度的不同可出現(xiàn)二種不同的作用機(jī)制。當(dāng)miRNA與靶mRNA的3’-UTR完全或近似完全配對時(shí)，miRNA與RNA誘導(dǎo)切割復(fù)合物(RNA-induced silencing complex，RISC)一起進(jìn)入細(xì)胞漿中P小體中引起靶mRNA的降解，從而抑制其翻譯，這個(gè)過程類似于siRNA介導(dǎo)的基因沉默(RNAi)，該機(jī)制多見于植物中，是因?yàn)橹参镏衜iRNA往往與其靶RNA完全配對。另一種機(jī)制在動(dòng)物中較為常見，即當(dāng)miRNA與靶mRNA的3’-UTR不完全互補(bǔ)時(shí)，miRNA可以通過抑制靶RNA翻譯時(shí)的啟動(dòng)和延長階段達(dá)到抑制翻譯的作用[12]。現(xiàn)有研究認(rèn)為在哺乳動(dòng)物中超過30%的基因被miRNA所調(diào)控[13]。而根據(jù)miRNA進(jìn)化的高度保守特性，目前通過計(jì)算機(jī)和生物信息學(xué)預(yù)測發(fā)現(xiàn)每個(gè)miRNA可以調(diào)控上百個(gè)靶基因，每個(gè)靶基因也可以被許多miRNA調(diào)控。但是目前僅有少數(shù)的靶基因被鑒定和實(shí)驗(yàn)證實(shí)。

2 miRNA與結(jié)直腸腫瘤的診斷

結(jié)直腸腫瘤是一種常見的嚴(yán)重危害人類健康的消化道惡性腫瘤。近年來，其發(fā)病率和死亡率在世界大多數(shù)國家和地區(qū)呈逐年上升趨勢。在我國，已有研究顯示上海、廣州、北京等城市結(jié)直腸腫瘤的發(fā)病率也在逐年上升，結(jié)直腸腫瘤的發(fā)病率和死亡率分別位居惡性腫瘤的第3位、第4位。隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，早期結(jié)直腸腫瘤患者5年生存率可達(dá)90%，但晚期的和轉(zhuǎn)移性患者的總體生存率仍無明顯提高，僅為7%左右。[14]但是國內(nèi)由于早期診斷率相對較低，有超過三分之一的患者較早死于進(jìn)展期腫瘤。因此早期診斷成為提高結(jié)直腸腫瘤患者生存率的有效途徑。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多種miRNA在結(jié)直腸腫瘤組織中異常表達(dá)，一部分在癌細(xì)胞中較正常細(xì)胞表達(dá)明顯下降如miR-143、miR-145、let-7、miR-34a等，一部分則升高如miR-31、miR-21等[15～17]。Schetter等[18]利用miRNA芯片檢測了197例結(jié)腸腺癌患者腫瘤組織和非腫瘤組織中miRNA的水平，發(fā)現(xiàn)兩者表達(dá)譜明顯不同，miR-20a、miR-21、miR-106a、miR-181b和miR-203在腫瘤組織中明顯高表達(dá)。Yamamichi等[6]認(rèn)為miR-21可作為觀察結(jié)直腸腫瘤發(fā)展的生物標(biāo)志。Ng等[19]通過檢測5例結(jié)直腸腫瘤患者血漿和組織發(fā)現(xiàn)miR17-3p和miR-92明顯升高，在進(jìn)一步檢測了90例結(jié)直腸腫瘤患者、20例胃癌患者及20例炎性腸病和50例健康人血漿后，發(fā)現(xiàn)miR-92在結(jié)直腸腫瘤患者中的表達(dá)明顯不同于其他組別，其診斷結(jié)直腸腫瘤的敏感性為89%，特異性為70%。另外，有學(xué)者收集了健康人及結(jié)直腸腫瘤患者的糞便樣本，利用TaqMan定量PCR法檢測了其miRNA的表達(dá)譜，發(fā)現(xiàn)健康人糞便樣本的表達(dá)譜相似，而在結(jié)直腸腫瘤患者糞便樣本中miR-21和miR-106a高表達(dá)，[20]該方法從糞便中提取和檢測miRNA簡單且重復(fù)性好。這些優(yōu)點(diǎn)使miRNA可能成為結(jié)直腸腫瘤無創(chuàng)性篩查的一個(gè)候選方法[21、22]。Aslam 等[23]認(rèn)為組織、血液中miRNA表達(dá)譜具有早期診斷結(jié)直腸腫瘤的作用。

3 miRNA與結(jié)直腸腫瘤的發(fā)生、發(fā)展

結(jié)直腸腫瘤的發(fā)生是一個(gè)涉及多因素，多階段的復(fù)雜過程，是多種癌基因、抑癌基因共同作用的結(jié)果。miRNA通過轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因的表達(dá)，參與機(jī)體生長、增殖、凋亡等多種生理及病理過程。Calin等[24]通過對186種miRNA進(jìn)行基因組定位分析，發(fā)現(xiàn)98種miRNA(52.5%)定位于腫瘤發(fā)生相關(guān)的基因組區(qū)域或者脆性位點(diǎn)。Lu 等[25]研究發(fā)現(xiàn)了miRNA 的表達(dá)水平在不同類型的腫瘤組織中較正常組織有顯著差異, 上述兩點(diǎn)共同支持了miRNA在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中可能發(fā)揮著原癌基因或抑癌基因的作用。由于一個(gè)miRNA可以調(diào)控多個(gè)靶基因的表達(dá)，一個(gè)miRNA分子的表達(dá)異常就可導(dǎo)致數(shù)百個(gè)靶基因的表達(dá)改變，進(jìn)而引起相應(yīng)蛋白質(zhì)的差異表達(dá)。因此，miRNA在細(xì)胞內(nèi)具有廣泛的靶點(diǎn)，可以通過多種途徑調(diào)控其他基因發(fā)揮致癌或抑癌作用。Wnt/β-catenin信號(hào)通路在結(jié)直腸腫瘤的早期發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，而APC基因的失活也是結(jié)直腸腫瘤形成的早期重要事件，其失活能夠激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路，導(dǎo)致腫瘤形成。Nagel等[26]發(fā)現(xiàn)，miR-135a和miR-135b能靶向調(diào)控APC基因，抑制其表達(dá)，并誘導(dǎo)其下游Wnt信號(hào)通路的活性。Yamamichi等[27]采用原位雜交技術(shù)發(fā)現(xiàn)miR-21的表達(dá)從癌前病變到晚期癌逐漸增加。Akao等[28]通過檢測63例癌癥組織和65例腺瘤及其配對的非癌組織后發(fā)現(xiàn)，miR-145和miR-143在腺瘤和癌組織中明顯下降，并且其表達(dá)情況與臨床特征無關(guān)。這種下調(diào)在腺瘤形成的早期階段即可觀察到，其表達(dá)下調(diào)可能是腫瘤早期形成的重要條件。Cummins等[29]證實(shí)與正常結(jié)腸組織相比，結(jié)腸癌組織中有1 8種miRNA表達(dá)上調(diào)(其中6種miRNA表達(dá)升高10倍)，32種miRNA表達(dá)降低或者沉默。在另一研究中，與對應(yīng)的正常組織相比，I期和II期結(jié)腸癌分別有28種和64種的miRNA表達(dá)有差異。隨著研究進(jìn)展的不斷深入，越來越多的研究結(jié)果表明miRNA在結(jié)直腸腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。miRNA分子的過度表達(dá)或者低表達(dá)反應(yīng)了腫瘤在生物分子水平的改變，癌癥從早期逐漸發(fā)展到晚期的過程中，某些miRNA的表達(dá)水平也會(huì)發(fā)生改變，這些均提示miRNA與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。

4 miRNA與結(jié)直腸腫瘤的轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)

結(jié)直腸腫瘤最常見的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移方式為血行轉(zhuǎn)移，其最常見的轉(zhuǎn)移靶位就是肝臟，20%的患者在確診為結(jié)直腸腫瘤的時(shí)候已經(jīng)存在肝轉(zhuǎn)移，50%的結(jié)直腸腫瘤患者即使原發(fā)灶切除后仍有異時(shí)的肝轉(zhuǎn)移發(fā)生，雖然10%左右的肝轉(zhuǎn)移結(jié)直腸腫瘤患者可能通過手術(shù)切除原發(fā)灶和肝轉(zhuǎn)移灶，但是大部分伴有肝轉(zhuǎn)移的結(jié)直腸腫瘤患者往往失去手術(shù)機(jī)會(huì)，或者即使切除了病灶仍有50%的患者術(shù)后又出現(xiàn)復(fù)發(fā),其極差的預(yù)后正是導(dǎo)致結(jié)直腸腫瘤總體生存率不能提高的關(guān)鍵原因。隨著研究的不斷深入，與腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)的miRNA被命名為metastamir[30]。Monzo等[31]研究發(fā)現(xiàn)miRNA通路在人結(jié)腸上皮細(xì)胞胚胎發(fā)育和腫瘤轉(zhuǎn)移中起主要作用。Schimanski等[32]發(fā)現(xiàn)miR-196a能夠抑制結(jié)腸癌細(xì)胞中Hox基因家族的HoxA7、HoxB8、HoxC8、HoxD8的表達(dá)，并能增強(qiáng)磷酸化的AKT表達(dá)從而激活A(yù)KT信號(hào)通路，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的分離、遷移和侵襲。Asangani等[33]首先報(bào)道了miR-21能夠通過負(fù)性調(diào)節(jié)腫瘤抑制因子PDCD4，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞侵襲、滲入血管和轉(zhuǎn)移。Biseaglia等[34]檢測了11例結(jié)腸癌患者的腫瘤組織及正常黏膜中miR-21的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)在50歲以上、有局部侵襲程度高且有轉(zhuǎn)移或淋巴結(jié)陽性的患者中miR-21高表達(dá)。

5 miRNA與結(jié)直腸腫瘤的預(yù)后

關(guān)于miRNA 表達(dá)譜與腫瘤預(yù)后的關(guān)系方面的研究目前并不多。Schepeler 等[35]利用微陣列描繪出正常結(jié)腸黏膜和O期結(jié)腸癌中315種miRNA的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)一些miRNA在正常組織和腫瘤組織中表達(dá)不同?；趍iRNA表達(dá)譜的生物標(biāo)志物可用于預(yù)測疾病的復(fù)發(fā)，其準(zhǔn)確率高達(dá)81%，其中miR2320和miR2498 等miRNA就屬于這類預(yù)測性分子標(biāo)志物。Xi等[36]檢測了24例結(jié)直腸腫瘤組織及其配對的非癌組織的10條前期篩選出來的miRNA，發(fā)現(xiàn)miR-200c在腫瘤組織中明顯高表達(dá)，并且miR-200c明顯高表達(dá)的患者生存期更短。Lee等[37]通過對426例手術(shù)治療的結(jié)直腸腺癌患者檢測了40條miRNA相關(guān)基因的單核苷酸多態(tài)性后，發(fā)現(xiàn)miR492 C/G和G/G基因型的患者的無進(jìn)展生存期明顯低于miR492 C/C型的患者。因此揭示了miRNA 在腫瘤預(yù)后臨床評(píng)價(jià)方面的作用。

6 展 望

理想的生物標(biāo)志物應(yīng)該易于檢測并且與腫瘤的臨床結(jié)果明顯相關(guān)，而理想的治療靶點(diǎn)應(yīng)該與腫瘤的發(fā)生相關(guān)[38、39]，并且易于進(jìn)行靶點(diǎn)治療干預(yù)和設(shè)計(jì)，而通過現(xiàn)有的研究人們發(fā)現(xiàn)miRNA的生物學(xué)特點(diǎn)同時(shí)符合這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，因此，miRNA有望成為結(jié)直腸腫瘤新的診斷標(biāo)志物、預(yù)后評(píng)估指標(biāo)及有效治療靶標(biāo)[40、41]。目前雖然miRNA在結(jié)直腸腫瘤中的研究取得了一定成績，但是仍面臨一些問題：miRNA分子之間如何調(diào)控? miRNA在結(jié)直腸癌細(xì)胞中上調(diào)或下調(diào)的機(jī)制是什么？ miRNA與細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的關(guān)系？是否有未知miRNA參與結(jié)直腸腫瘤的形成、發(fā)生發(fā)展與轉(zhuǎn)移？

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