microRNAs與結(jié)直腸癌

謝學(xué)成 邱海 綜述 覃宇周審校

作者單位：530021 南寧△廣西醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院胃腸外科；廣西醫(yī)科大學(xué)研究生學(xué)院

綜述

microRNAs與結(jié)直腸癌

謝學(xué)成 邱海 綜述 覃宇周△審校

作者單位：530021 南寧△廣西醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院胃腸外科；廣西醫(yī)科大學(xué)研究生學(xué)院

microRNAs（miRNAs）是一類長度為18~24 nt的內(nèi)源性非編碼單鏈RNA，研究證實miRNAs的表達(dá)失調(diào)與多種類型腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及預(yù)后密切相關(guān)，其中在結(jié)直腸癌（colorectal cancer，CRC）中表現(xiàn)尤為突出。本文就miRNAs作為生物標(biāo)志物與CRC診斷、預(yù)后評估、療效評價及新治療靶點等進(jìn)展作一綜述。

結(jié)腸腫瘤；直腸腫瘤；microRNAs；生物標(biāo)志物

結(jié)直腸癌（colorectal cancer，CRC）是世界上第四大常見癌癥相關(guān)死亡原因［1］。目前CRC的治療已取得了較大進(jìn)展，但療效仍未十分滿意，因此識別新的生物標(biāo)志物尤為重要。microRNAs（miRNAs）是具有調(diào)控基因表達(dá)功能的微?。ㄩL度為18～24 nt）非編碼RNA。研究發(fā)現(xiàn)miRNAs具有癌基因或抑癌基因作用，在腫瘤生物學(xué)過程中，包括腫瘤形成、進(jìn)展、侵襲、轉(zhuǎn)移等均發(fā)揮重要作用［2］，可能成為CRC新的診斷和預(yù)后評估生物標(biāo)志物［3］。本文將簡要闡述miRNAs在CRC的表達(dá)及其相關(guān)靶基因，并討論miRNAs作為生物標(biāo)志物在CRC診斷、預(yù)后評估、療效評價中的作用及其作為新治療靶點的前景，以期闡明miRNAs與CRC的關(guān)聯(lián)，指導(dǎo)CRC早期診斷及治療。

1 miRNAs的生成、功能及作用機(jī)制

miRNAs的合成過程較復(fù)雜。最初，miRNA在細(xì)胞核內(nèi)通過RNA聚合酶Ⅱ或Ⅲ轉(zhuǎn)錄成初級miRNA（primiRNA），隨后pri-miRNA在核酸酶Drosha和其他輔助因子DGCR8/Pasha的作用下剪切成約70 nt、具有莖環(huán)結(jié)構(gòu)的前體miRNA（pre-miRNA），它從細(xì)胞核運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞質(zhì)且被專一的核糖核酸內(nèi)切酶（Dicer酶）裝飾成約22 nt、不成熟的雙鏈miRNA［4］。最終，pre-miRNA中的一條鏈被降解，而另一條鏈則變?yōu)槌墒烨揖哂泄δ艿膍iRNA。

在各類小分子RNA中，miRNAs具有最廣泛的基因調(diào)節(jié)功能，通常一種miRNA可以調(diào)控多種mRNAs靶點，而一種mRNA亦可受多種miRNAs共同作用，人類約30%的蛋白質(zhì)編碼基因受到miRNAs調(diào)控［5］。miRNAs通過細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)狀調(diào)控體系參與調(diào)節(jié)細(xì)胞周期、凋亡、分化、發(fā)育、代謝及免疫調(diào)控等重要的生物學(xué)過程，在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中起著關(guān)鍵的癌基因或致癌基因作用［2］。

成熟的miRNAs主要以RISC復(fù)合體形式結(jié)合于靶基因mRNA而發(fā)揮基因表達(dá)負(fù)性調(diào)控作用［6］。主要有兩種機(jī)制：⑴在植物中，如果miRNA與靶基因mRNA完全互補(bǔ)或幾乎完全互補(bǔ)，miRNA可引導(dǎo)具有核酸內(nèi)切酶活性的阿格蛋白-2（Ago-2）對靶基因mRNA進(jìn)行特異性切割。⑵在人體中，miRNA主要通過與靶基因mRNA的3′端非編碼區(qū)（3′UTR）不完全互補(bǔ)結(jié)合抑制mRNA的翻譯。

2 miRNAs在CRC中的表達(dá)及其靶基因

近年來，許多基于CRC組織的miRNAs表達(dá)譜及相關(guān)研究，試圖明確其在CRC發(fā)生、發(fā)展中的作用（見表1）。Michael等［7］報道相對正常組織，miR-143和miR-145在CRC組織中表達(dá)降低（P＜0.05）。Chen等［8］通過基因芯片和實時熒光定量PCR（qRT-PCR）發(fā)現(xiàn)41個miRNAs的表達(dá)上調(diào)（SAM＞2），31個miRNAs的表達(dá)下降（SAM＜-2），并驗證miR-143可通過抑制Kras基因翻譯而抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞生長。Nagel等［9］研究發(fā)現(xiàn)miR-135a在結(jié)直腸腺瘤和癌中高表達(dá)（P＜0.001，P=0.02），并可作用于APC基因的3′端非編碼區(qū)抑制其表達(dá)，誘導(dǎo)其下游Wnt信號通路活性。Liu等［10］發(fā)現(xiàn)miR-137在結(jié)直腸癌中表達(dá)下調(diào)，通過熒光素酶報告系統(tǒng)確認(rèn)miR-137直接作用于Cdc42 3′端非編碼區(qū)抑制其活性，增強(qiáng)miR-137的表達(dá)可減少Cdc42蛋白表達(dá)水平（P=0.013），且在抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞增殖、侵襲方面與敲除Cdc42作用相似。

Reid等［11］使用包含621個人類miRNAs探針的微陣列及qRT-PCR測定40例CRC和相應(yīng)正常組織中的miRNAs表達(dá)譜，發(fā)現(xiàn)共有23個miRNAs在CRC組織中差異表達(dá)（P＜0.05），其中miR-31的表達(dá)水平與CA199呈正相關(guān)（r=0.39，P=0.018），miR-1可以作為腫瘤抑制因子直接下調(diào)癌基因METmRNA和蛋白的表達(dá)水平（P均＜0.05）。Ng等［12］研究表明在結(jié)直腸癌中miR-143的表達(dá)下降水平最顯著（P＜0.001），并靶向作用于DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMT）3A而抑制癌細(xì)胞生長（P均＜0.05）。越來越多的研究［13～20］證明miRNA在結(jié)直腸癌中差異表達(dá)，且通過作用于相關(guān)靶點起著癌基因或者抑癌基因的作用。

表1 microRNAs在CRC中的差異表達(dá)情況、意義及其相關(guān)靶基因

（續(xù)表）

3 miRNAs作為診斷CRC的標(biāo)志物

結(jié)腸鏡檢查和糞便隱血試驗（fecaloccultblood test，F(xiàn)OBT）是CRC主要的兩種篩查方法。結(jié)腸鏡檢查是CRC檢查的金標(biāo)準(zhǔn)，可在檢查過程中摘除癌前息肉，但該法操作復(fù)雜，具有侵入性，費(fèi)用較高；FOBT是早期發(fā)現(xiàn)結(jié)腸癌且使用較為廣泛的方法，但敏感性和特異性均較低，因此亟待探尋新的篩查方法及診斷標(biāo)志物，以更好地對患者進(jìn)行早期個體化治療。

循環(huán)miRNAs可在血清或血漿中檢測到，在血漿樣品中穩(wěn)定存在。Ng等［21］發(fā)現(xiàn)5個miRNAs在CRC患者血漿中高表達(dá)，其中miR-17-3p和miR-92差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.001）。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，miR-92能夠產(chǎn)生88.5%的ROC面積，在相對RNU6B核內(nèi)小RNA表達(dá)的臨界值為240時，敏感性為89.0%，特異性為70.0%。Wang等［22］發(fā)現(xiàn)，miR-601和miR-760在CRC和高危腺瘤血漿中的表達(dá)水平較正常對照組顯著下降（P=0.002，P＜0.001），可能成為早期診斷CRC的新標(biāo)志物，敏感性分別為83.3%和72.1%，特異性分別為69.1%和62.1%。有研究［23］報道循環(huán)血漿中的miR-378是CRC可靠的早期診斷標(biāo)志物，且不受血漿樣本中血紅蛋白水平差異的影響。

Koga等［24］通過對比197例CRC患者和119名健康者，證實了從糞便分離的結(jié)腸癌細(xì)胞中分析miRNAs的表達(dá)可能為CRC有效的篩查方法，聯(lián)合檢測miR-17-92群、miR-21以及miR-135的表達(dá)水平，其在CRC患者中的綜合靈敏性為74.1%，在健康者中的綜合特異性為79.0%。Kalimutho等［14］發(fā)現(xiàn)在28例CRC糞便樣本中有21例（75%）miR-34b/c的啟動子甲基化陽性，在12例高度異型增生組糞便樣本中有2例（16.7%）miR-34b/c的啟動子甲基化陽性，而在39名健康組糞便樣本中只有5例（13%）陽性，提示在糞便分離的DNA中檢測miRNAs甲基化水平可能成為CRC的一種篩查方法。在糞便中檢測miRNAs診斷CRC為一種非侵入性方法，且miRNAs在糞便樣本中大量存在，檢測方便，具有可重復(fù)性。此外結(jié)腸黏膜細(xì)胞不斷地從腸道和腫瘤組織處脫落，可能攜帶重要的基因和表觀遺傳信息。但是在糞便中檢測miRNAs的表達(dá)或甲基化水平是否為CRC有效的篩查方法，單獨還是聯(lián)合FOBT檢測等問題還需進(jìn)一步驗證。

4 miRNAs作為CRC預(yù)后評估的標(biāo)志物

越來越多的證據(jù)表明，miRNAs生物標(biāo)志物的使用可以細(xì)化CRC患者預(yù)后的評估，改善患者個體化治療方案。其中，miR-21是所有在CRC表達(dá)失調(diào)的miRNAs中研究最多的miRNA之一。Schetter等［25］報道m(xù)iR-21的表達(dá)升高與CRC預(yù)后密切相關(guān)。Xia等［26］通過納入7個研究共1 174例患者進(jìn)行Meta分析，證明了Ⅲ期或Ⅳ期CRC患者中miR-21的高表達(dá)提示較差的總生存率（HR=2.32；95%CI：1.82～2.97，P＜0.001）。除了miR-21，其他的miRNAs也表明與腫瘤生長、轉(zhuǎn)移及患者的生存相關(guān)。Qian等［27］報道m(xù)iR-16低表達(dá)組較高表達(dá)組的5年生存率差（31.2%vs 58.3%；P=0.0012），可作為CRC一個獨立的預(yù)后因素（HR=1.67；95%CI：1.22～2.54；P=0.018）。Li等［17］發(fā)現(xiàn)miR-429的表達(dá)與CRC患者腫瘤大小、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及預(yù)后不良相關(guān)，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)miR-429過度表達(dá)可通過直接作用于靶基因SOX2而抑制腫瘤細(xì)胞凋亡。Davalos等［19］研究發(fā)現(xiàn)miR-200家族，尤其是miR-200c在結(jié)直腸癌中可通過作用靶點轉(zhuǎn)錄抑制因子ZEB1抑制腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移，miR-200c的表達(dá)水平降低提示預(yù)后不良。

5 miRNAs作為CRC療效評價的標(biāo)志物

臨床上常通過檢測CRC患者Kras基因突變狀態(tài)以評估患者是否受益于西妥昔單抗治療。miRNAs作為生物標(biāo)志物在篩選適合的患者及療效評價中也可能起重要作用。Ragusa等［28］發(fā)現(xiàn)miR-17的表達(dá)上調(diào)可作為西妥昔單抗耐藥的標(biāo)志物。Della等［29］研究發(fā)現(xiàn)在局部進(jìn)展期直腸癌應(yīng)用新輔助放化療后，有13種miRNAs的表達(dá)與病理完全緩解明顯相關(guān)，并認(rèn)為這些miRNAs可能為直腸癌患者預(yù)測新輔助放化療反應(yīng)的標(biāo)志物。Qian等［18］研究發(fā)現(xiàn)，miR-143過表達(dá)可直接作用靶標(biāo)胰島素樣生長因子1受體（insulin-like growth factor 1 receptor，IGF-1R），提高IGF-1R依賴的CRC細(xì)胞對奧沙利鉑（oxaliplatin，L-OHP）的敏感性。最近研究［30］顯示，循環(huán)血漿中miRNAs（miR-20a、miR-130、miR-145、miR-216及miR-372）的表達(dá)水平可預(yù)測化療療效，進(jìn)一步支持了miRNAs作為療效評價生物標(biāo)志物的可能性。

6 miRNAs作為CRC新治療靶點的前景

從臨床的角度看，許多miRNAs的失調(diào)是CRC重要的診斷和預(yù)后評估因素，miRNAs有望成為治療CRC的一種新方法。臨床前模型已驗證了兩種常規(guī)的策略，即抑制作為致癌基因的miRNAs和恢復(fù)miRNAs的腫瘤抑制功能。第一種，研究人員在活體小鼠中通過反義寡核苷酸技術(shù)對目標(biāo)miRNAs進(jìn)行直接抑制。有研究［31］發(fā)現(xiàn)，miR-21拮抗劑不僅可以通過沉默致癌因子miR-21產(chǎn)生抗腫瘤效應(yīng)，而且可以抑制與血管生成相關(guān)的致癌因子miR-30的表達(dá)而產(chǎn)生協(xié)同作用。第二種，恢復(fù)miRNAs包括重新合成miRNA模擬物或者表達(dá)能產(chǎn)生miRNA的載體。該策略已在臨床前的小鼠模型中看到了希望，在CRC模型中，重新合成miR-145和miR-33a可以產(chǎn)生抗腫瘤效應(yīng)［32］。

7 結(jié)語

綜上，以miRNAs為基礎(chǔ)指導(dǎo)CRC診斷、預(yù)后評估、療效評價及新治療靶點具有較大的發(fā)展?jié)摿?，但目前大多?shù)有關(guān)miRNAs與CRC的研究均為回顧性的歷史隊列研究，兩者間的相關(guān)性，還需大規(guī)模、多中心的前瞻性研究驗證。另外，目前尚缺乏統(tǒng)一的miRNAs檢測方法及有效的傳遞機(jī)制，CRC中最好的miRNA靶點也還未確定。今后還需進(jìn)行長期深入研究，以期闡明miRNAs與CRC的關(guān)聯(lián)，早日應(yīng)用miRNAs為治愈CRC提供新策略。

［1］ Jemal A，Bray F，Center MM，et al.Global cancer statistics［J］.CA Cancer J Clin，2011，61（2）：69-90.

［2］ Xi JJ.MicroRNAs in Cancer［J］.Cancer Treat Res，2013，158：119-137.

［3］ Schee K，F(xiàn)odstad O，F(xiàn)latmark K.MicroRNAs as biomarkers in colorectal cancer［J］.Am J Pathol，2010，177（4）：1592-1599.

［4］ Siomi H，Siomi MC.Posttranscriptional regulation of microRNA biogenesis in animals［J］.Mol Cell，2010，38（3）：323-332.

［5］Lewis BP，Burge CB，Bartel DP.Conserved seed pairing，often flanked by adenosines，indicates that thousands of human genes are microRNA targets［J］.Cell，2005，120（1）：15-20.

［6］ Rana TM.Illuminating the silence：understanding the structure andfunction of small RNAs［J］.Nat Rev Mol Cell Biol，2007，8（1）：23-36.

［7］ Michael MZ，O'Connor SM，van Holst Pellekaan NG，et al.Reduced accumulation of specific microRNAs in colorectal neoplasia［J］. Mol Cancer Res，2003，1（12）：882-891.

［8］ Chen X，Guo X，Zhang H，et al.Role of miR-143 targeting KRAS in colorectal tumorigenesis［J］.Oncogene，2009，28（10）：1385-1392.

［9］ Nagel R，le Sage C，Diosdado B，et al.Regulation of the adenomatous polyposis coli gene by the miR-135 family in colorectal cancer［J］. Cancer Res，2008，68（14）：5795-5802.

［10］Liu M，Lang N，Qiu M，et al.miR-137 targets Cdc42 expression，induces cell cycle G1 arrest and inhibits invasion in colorectal cancer cells［J］.Int J Cancer，2011，128（6）：1269-1279.

［11］ Reid JF，Sokolova V，Zoni E，et al.miRNA profiling in colorectal cancer highlights miR-1 involvement in MET-dependent proliferation［J］. Mol Cancer Res，2012，10（4）：504-515.

［12］Ng EK，Tsang WP，Ng SS，et al.MicroRNA-143 targets DNA methyltransferases 3A in colorectal cancer［J］.Br J Cancer，2009，101（4）：699-706.

［13］Slattery ML，Wolff E，Hoffman MD，et al.MicroRNAs and colon and rectal cancer：differential expression by tumor location and subtype［J］. Genes Chromosomes Cancer，2011，50（3）：196-206.

［14］ Kalimutho M，Di Cecilia S，Del Vecchio Blanco G，et al.Epigenetically silenced miR-34b/c as a novel faecal-based screening marker for colorectal cancer［J］.Br J Cancer，2011，104（11）：1770-1778.

［15］Earle JS，Luthra R，Romans A，et al.Association of microRNA expression with microsatellite instability status in colorectal adenocarcinoma［J］.J Mol Diagn，2010，12（4）：433-440.

［16］Pu XX，Huang GL，Guo HQ，et al.Circulating miR-221 directly amplified from plasma is a potential diagnostic and prognostic marker of colorectal cancer and is correlated with p53 expression［J］.J Gastroenterol Hepatol，2010，25（10）：1674-1680.

［17］Li J，Du L，Yang Y，et al.MiR-429 is an independent prognostic factor in colorectal cancer and exerts its anti-apoptotic function by targeting SOX2［J］.Cancer Lett，2013，329（1）：84-90.

［18］Qian X，Yu J，Yin Y，et al.MicroRNA-143 inhibits tumor growth and angiogenesis and sensitizes chemosensitivity to oxaliplatin in colorectal cancers［J］.Cell Cycle，2013，12（9）：1385-1394.

［19］Davalos V，Moutinho C，Villanueva A，et al.Dynamic epigenetic regulation of the microRNA-200 family mediates epithelial and mesenchymal transitions in human tumorigenesis［J］.Oncogene，2012，31（16）：2062-2074.

［20］Gaedcke J，Grade M，Camps J，et al.The rectal cancer microRNAome-microRNA expression in rectal cancer and matched normal mucosa［J］.Clin Cancer Res，2012，18（18）：4919-4930.

［21］Ng EK，Chong WW，Jin H，et al.Differential expression of microRNAs in plasma of patients with colorectal cancer：a potential marker for colorectal cancer screening［J］.Gut，2009，58（10）：1375-1381.

［22］ Wang Q，Huang Z，Ni S，et al.Plasma miR-601 and miR-760 are novel biomarkers for the early detection of colorectal cancer［J］. PLoS One，2012，7（9）：e44398.

［23］ Zanutto S，Pizzamiglio S，Ghilotti M，et al.Circulating miR-378 in plasma：a reliable，haemolysis-independent biomarker for colorectal cancer［J］.Br J Cancer，2014，110（4）：1001-1007.

［24］Koga Y，Yasunaga M，Takahashi A，et al.MicroRNA expression profiling of exfoliated colonocytes isolated from feces for colorectal cancer screening［J］.Cancer Prev Res（Phila），2010，3（11）：1435-1442.［25］Schetter AJ，Leung SY，Sohn JJ，et al.MicroRNA expression profiles associated with prognosis and therapeutic outcome in colon adenocarcinoma［J］.JAMA，2008，299（4）：425-436.

［26］Xia X，Yang B，Zhai X，et al.Prognostic role of microRNA-21 in colorectal cancer：a meta-analysis［J］.PLoS One，2013，8（11）：e80426.

［27］Qian J，Jiang B，Li M，et al.Prognostic significance of microRNA-16 expression in human colorectal cancer［J］.World J Surg，2013，37（12）：2944-2949.

［28］Ragusa M，Majorana A，Statello L，et al.Specific alterations of microRNA transcriptome and global network structure in colorectal carcinoma after cetuximab treatment［J］.Mol Cancer Ther，2010，9（12）：3396-3409.

［29］Della Vittoria Scarpati G，F(xiàn)alcetta F，Carlomagno C，et al.A specific miRNA signature correlates with complete pathological response to neoadjuvant chemoradiotherapy in locally advanced rectal cancer［J］. Int J Radiat Oncol Biol Phys，2012，83（4）：1113-1119.

［30］Zhang J，Zhang K，Bi M，et al.Circulating microRNA expressions in colorectal cancer as predictors of response to chemotherapy［J］.Anticancer Drugs，2014，25（3）：346-352.

［31］Song MS，Rossi JJ.The anti-miR21 antagomir，a therapeutic tool for colorectal cancer，has a potential synergistic effect by perturbing an angiogenesis-associated miR30［J］.Front Genet，2014，4：301.

［32］Ibrahim AF，Weirauch U，Thomas M，et al.MicroRNA replacement therapy for miR-145 and miR-33a is efficacious in a model of colon carcinoma［J］.Cancer Res，2011，71（15）：5214-5224

［2014-02-27收稿］［2014-08-12修回］［編輯 羅惠予］

R 735.3+5、735.3+7

A

1674-5671（2014）03-05

10.3969/j.issn.1674-5671.2014.03.21

廣西教育廳科研基金資助項目（201012MS038）

覃宇周。E-mail：qyz402@126.com