微小RNA在肺癌中的研究進(jìn)展

脫磊 褚小帥 沙莎 張遜

肺癌是目前臨床上較為常見(jiàn)的一類實(shí)體惡性腫瘤，流行病學(xué)研究顯示，2013年北美肺癌發(fā)病人數(shù)22萬(wàn)人，死亡人數(shù)為15萬(wàn)人[1,2]。在我國(guó)，每年因肺癌死亡的人數(shù)高達(dá)數(shù)十萬(wàn)人，2008年衛(wèi)生部公布的居民死亡原因調(diào)查報(bào)告顯示，肺癌已成為我國(guó)發(fā)病率和死亡率最高的惡性腫瘤之一。但肺癌的發(fā)病原因目前仍未完全明了，大多數(shù)研究認(rèn)為與患者的遺傳背景和后天環(huán)境因素有關(guān)[3]。遺傳背景包括惡性腫瘤家族史、某些代謝酶基因多態(tài)性等[4]，后天因素主要與吸煙、環(huán)境污染等因素有關(guān)[5-7]。但肺癌發(fā)生的機(jī)制十分復(fù)雜，其確切發(fā)病分子機(jī)理仍不完全清楚[8]。因此，探尋肺癌的發(fā)生、發(fā)展、侵襲及轉(zhuǎn)移的分子機(jī)制，為肺癌進(jìn)一步治療提供新的思路和新的靶點(diǎn)成為研究熱點(diǎn)。近年來(lái)隨著測(cè)序技術(shù)及分子生物學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，微小RNA成為研究的熱點(diǎn)，其在表觀遺傳調(diào)控、肺癌細(xì)胞周期調(diào)控、基因的時(shí)空表達(dá)調(diào)控、細(xì)胞分化、細(xì)胞凋亡[9]等方面發(fā)揮重要作用[10,11]。而且，微小RNA數(shù)量眾多，其在肺癌中的作用機(jī)制多復(fù)雜[12]。本文對(duì)近年來(lái)關(guān)于微小RNA與肺癌關(guān)系的相關(guān)研究進(jìn)行一簡(jiǎn)要綜述。

1 微小RNA的發(fā)現(xiàn)

20世紀(jì)90年代，Lee及其同事首先發(fā)現(xiàn)秀麗桿線蟲機(jī)體內(nèi)存在有一種小分子RNA（lin-4），該小分子RNA并不編碼任何蛋白質(zhì)，但可以生成一對(duì)小的RNA轉(zhuǎn)錄本，每一個(gè)轉(zhuǎn)錄本能在翻譯水平通過(guò)抑制一種核蛋白lin-14的表達(dá)而調(diào)節(jié)了線蟲的幼蟲發(fā)育進(jìn)程。對(duì)上述現(xiàn)象的解釋，大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為是因?yàn)閘in-14編碼的小分子RNA 3'非編碼區(qū)擁有特殊的重復(fù)序列和lin-4之間存在一定程度的互補(bǔ)結(jié)構(gòu)所引起的。7年后研究者又發(fā)現(xiàn)了第二個(gè)microRNA-let-7，let-7相似于lin-4，也具有調(diào)節(jié)秀麗桿線蟲生長(zhǎng)發(fā)育的功能。此后，隨著高通量測(cè)序、生物信息學(xué)等技術(shù)的發(fā)展，大量microRNA被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)[13]。

2 microRNA產(chǎn)生機(jī)制

microRNAs的產(chǎn)生是由內(nèi)源性基因編碼并轉(zhuǎn)錄后產(chǎn)生的RNA轉(zhuǎn)錄本，此類RNA長(zhǎng)度大多在21 nt-25 nt之間，其高級(jí)結(jié)構(gòu)擁有短發(fā)卡特征。microRNA的產(chǎn)生開(kāi)始于一個(gè)microRNA基因的pri-microRNA（primary microRNA）轉(zhuǎn)錄本（step 1）；這個(gè)70 nt-100 nt的發(fā)卡RNAs（primicroRNA）在核內(nèi)被核糖核酸酶Drosha加工處理而最終成為pre-microRNA（precursor microRNA，）（step 2）；pre-microRNA經(jīng)由核轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白送出細(xì)胞核（step 3），接著被第二個(gè)核糖核酸酶Dicer消化為21 nt-25 nt的microRNA（step 4）或在胞核被CAF（sDicer酶的同族物）加工成成熟的20 nt-24 nt microRNA；這個(gè)階段的microRNA可以結(jié)合RISC（RNA-induced silencing complex，RISC可以將雙鏈的microRNAs解離為單鏈）并與靶標(biāo)mRNA互補(bǔ)并列（step5-6）；microRNA和靶序列的互補(bǔ)程度決定了靶基因mRNA是在在翻譯水平被部分抑制，還是被完全斷裂而降解（step 7）。植物體中，斷裂似乎是主要的工作方式，而哺乳動(dòng)物中則以翻譯水平的抑制為主要抑制基因表達(dá)的機(jī)制。在人類，成熟的microRNA已被發(fā)現(xiàn)與Gemin3；Gemin4；EIF-C2等形成15S的核糖核蛋白體RNP復(fù)合物（也稱RISC）。miRNP不僅能通過(guò)經(jīng)典的microRNA途徑作用于特異基因mRNA的3′非翻譯區(qū)（3′-UTR），抑制mRNA的翻譯而不影響mRNA的穩(wěn)定性，也能RISC樣降解與之完全互補(bǔ)的靶RNA[14]。近有報(bào)道[15-17]表明microRNA也作用于5′-UTR區(qū)，需要指出的是microRNA與3′-UTR和5′-UTR的結(jié)合是不完全互補(bǔ)的，但具體的機(jī)制仍不明確。

3 microRNA與肺癌的發(fā)生發(fā)展

研究[18-20]表明microRNAs與人肺癌的發(fā)生、發(fā)展存在著密切關(guān)系。眾多動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床研究認(rèn)為microRNAs可能是一種新的腫瘤發(fā)生發(fā)展調(diào)控因子。microRNAs既可發(fā)揮抑癌基因作用，下調(diào)原癌基因的表達(dá)；也可發(fā)揮癌基因的作用，下調(diào)抑癌基因的表達(dá)。如某些microRNAs在人非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞內(nèi)可發(fā)現(xiàn)其拷貝數(shù)顯著增高，這類microRNA可能為癌基因所編碼，它通過(guò)抑制細(xì)胞的分化和調(diào)亡，促進(jìn)細(xì)胞增殖等方式來(lái)促進(jìn)肺癌的發(fā)生與發(fā)展。如mir-17-92發(fā)揮了癌基因的作用，它是位于染色體的13q31的一個(gè)microRNA多順?lè)醋?，在肺癌患者的體內(nèi)可以檢測(cè)到其表達(dá)水平明顯增高[21]。c-Myc是一個(gè)最具代表性的癌基因，它是一個(gè)螺旋—環(huán)—螺旋的亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子，通過(guò)對(duì)10%-15%的基因進(jìn)行調(diào)節(jié)從而影響細(xì)胞增殖、分化和調(diào)亡等。c-Myc的異常表達(dá)常常導(dǎo)致人類惡性腫瘤的發(fā)生。Donnell及其同事[22]指出c-Myc可同時(shí)激活E2F1和miR-17-92的轉(zhuǎn)錄，然而miR-17-92簇中的miR-17-5p和miR-20a抑制E2F1的翻譯，故c-Myc調(diào)節(jié)miR-17-92和E2F1的表達(dá)，從而影響通過(guò)ARE-p53通路介導(dǎo)的細(xì)胞調(diào)亡，這種機(jī)制在肺癌的發(fā)生中也發(fā)揮重要作用。在人肺癌細(xì)胞中，很多microRNAs的拷貝數(shù)呈現(xiàn)明下降，編碼此類microRNA的基因被稱為抑癌基因。亦有研究發(fā)現(xiàn)，在肺癌中部分microRNA的直接靶基因?yàn)镽AS，它通過(guò)3′UTR負(fù)性調(diào)節(jié)RAS的翻譯表達(dá)[23]，從而影響肺癌細(xì)胞的分裂增殖。因此，相關(guān)研究認(rèn)為microRNA let-7是通過(guò)調(diào)節(jié)RAS的機(jī)制在肺癌發(fā)生過(guò)程中起到抑癌基因的功能[24]。Takamizawa等[25]觀察到microRNA let-7的表達(dá)水平在體內(nèi)和體外的肺癌實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型中都呈現(xiàn)低表達(dá)，microRNA let-7的低表達(dá)還與術(shù)后生存率的降低和腫瘤分期增高有著明顯的相關(guān)性。他們發(fā)現(xiàn)microRNA let-7僅在肺癌中呈現(xiàn)低表達(dá)，而在乳腺癌和結(jié)腸癌中表達(dá)水平無(wú)明顯降低。與microRNA let-7相反，miR-17-92的表達(dá)在肺癌中明顯升高，其升高程度與肺癌的惡性程度呈現(xiàn)明顯的相關(guān)性。Lewis等[26]通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了miR-17-92的靶基因包括PTEN和RB2兩個(gè)抑癌基因。然而到目前為止，還未有實(shí)驗(yàn)證實(shí)這兩個(gè)基因是真正屬于miR-17-92簇。miR-17-92是否直接或通過(guò)靶向肺癌的抑癌基因參與肺癌的發(fā)生和發(fā)展仍然不是十分清楚。

4 microRNA與肺癌的侵襲和轉(zhuǎn)移

轉(zhuǎn)移通常指腫瘤細(xì)胞離開(kāi)原發(fā)病灶，通過(guò)淋巴、血液、種植等途徑，腫瘤細(xì)胞到達(dá)遠(yuǎn)處組織器官并形成新發(fā)病灶的過(guò)程。該過(guò)程發(fā)生發(fā)展是一個(gè)多基因參與的多步驟的復(fù)雜過(guò)程，且受到多重因素的影響和調(diào)節(jié)。新近的研究[27,28]表明，microRNA在肺癌的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移中發(fā)揮關(guān)鍵性作用。這樣的結(jié)論為研究肺癌發(fā)生、發(fā)展、侵襲、轉(zhuǎn)移機(jī)制及其轉(zhuǎn)移診斷和預(yù)后判斷等方面提供了新的研究?jī)r(jià)值和思路。目前的研究認(rèn)為，microRNA與肺癌侵襲轉(zhuǎn)移相關(guān)性的機(jī)制主要表現(xiàn)為：①microRNA與上皮細(xì)胞間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial mesenchymal transitions,EMT）。EMT是指具有極性的上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)換成為具有活動(dòng)能力的間質(zhì)細(xì)胞并獲得侵襲和遷移能力的過(guò)程，它通過(guò)改變細(xì)胞形態(tài)、減少細(xì)胞間粘附、重建細(xì)胞外基質(zhì)、調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)、抑制凋亡等多種方式，大大提高肺癌細(xì)胞的侵襲力和轉(zhuǎn)移性。TGF-13途徑是經(jīng)典的EMT調(diào)節(jié)途徑，研究發(fā)現(xiàn)miR-155、microRNA-200家族（miR-200a,miR-200b,miR-200c）均可能參與了EMT的調(diào)節(jié)[29]。②microRNA與肺癌細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，在對(duì)microRNA與肺癌轉(zhuǎn)移關(guān)系的研究中還發(fā)現(xiàn)它通過(guò)其他信號(hào)途徑影響腫瘤轉(zhuǎn)移。③miroRNA調(diào)節(jié)相關(guān)靶基因，microRNA-10b通過(guò)抑制HOXDl0，直接激活轉(zhuǎn)移前基因RHOC，增加腫瘤轉(zhuǎn)移可能[30]。

5 microRNA與肺癌診斷

隨著microRNA在肺癌發(fā)生發(fā)展中的作用及其分子機(jī)制被逐漸發(fā)現(xiàn)，其在肺癌的診斷、治療、分類、預(yù)后及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面逐步引起人們的關(guān)注。最近研究發(fā)現(xiàn)microRNA具有獨(dú)特性和穩(wěn)定性的特點(diǎn)，在實(shí)體瘤和血液腫瘤中均可檢測(cè)到相關(guān)microRNA的異常表達(dá)；同時(shí)，通過(guò)對(duì)不同預(yù)后肺癌患者microRNA表達(dá)譜的分析，篩選出預(yù)后相關(guān)差異表達(dá)的microRNA作為預(yù)后相關(guān)標(biāo)志物，評(píng)估其水平與患者預(yù)后的關(guān)系，建立肺癌預(yù)后microRNA模型[31-33]。相關(guān)研究通過(guò)檢測(cè)肺癌患者和正常人的血清發(fā)現(xiàn)，miR-661、miR-411、miR-181b-5p和miR-486-5p在肺癌患者血清中的表達(dá)相對(duì)正常人群明顯升高，并可作為肺癌診斷的血清學(xué)標(biāo)志物，其聯(lián)合影像學(xué)檢查對(duì)肺癌的診斷效能明顯提高[34-36]。

6 microRNA與肺癌治療

microRNA 的生物學(xué)功能決定其靶向治療的可能性：①某些肺癌特異的microRNA低表達(dá)或者不表達(dá)；②某些肺癌特異的microRNA的高表達(dá)。對(duì)于前者可以采用外源基因?qū)氲姆椒ǎ岣咂湓诜伟┲械谋磉_(dá)水平，達(dá)到一致肺癌細(xì)胞的功能。但臨床實(shí)踐過(guò)程中，microRNA作為肺癌相關(guān)治療方法并未得到應(yīng)用。但其作為基因治療的一種潛在手段已被相關(guān)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)。Du及其同事[37]通過(guò)向肺癌細(xì)胞中導(dǎo)入外源性小干擾RNA miR-93、miR-98及miR-197能夠明顯抑制肺癌細(xì)胞Fus1蛋白表達(dá)。因此，對(duì)于此類具有癌基因特點(diǎn)的microRNA，可通過(guò)外源性導(dǎo)入與其互補(bǔ)的其反義寡核苷酸來(lái)有效的降低其細(xì)胞內(nèi)水平，從而達(dá)到抑制肺癌細(xì)胞的作用。

7 展望

盡管microRNA在肺癌發(fā)生機(jī)制、診斷及治療中的重要性越來(lái)越受到廣大科研工作者和臨床醫(yī)生的到關(guān)注，并且發(fā)現(xiàn)某些肺癌特異的microRNA能作為肺癌發(fā)生、發(fā)展的監(jiān)測(cè)指標(biāo)。但由于microRNA在肺癌治療中存在的諸如脫靶效應(yīng)，不能在體內(nèi)持續(xù)穩(wěn)定表達(dá)等問(wèn)題，其在肺癌治療方面的應(yīng)用仍處在研究的初期階段。到目前為止，microRNA的表達(dá)模式及生物學(xué)功能已部分得到闡明，但許多機(jī)制仍不完全清楚，相信隨著研究的不斷深入，microRNA在肺癌的診斷、監(jiān)測(cè)、治療與預(yù)防中的地位將日益顯現(xiàn)[38]。