microRNA與胃癌腫瘤干細(xì)胞研究進(jìn)展△

張小蓓，張保貴

濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院1中心實(shí)驗(yàn)室，2胃腸外科，山東 濟(jì)寧2720290

全球胃癌高發(fā)地區(qū)主要集中于中國(guó)、日本和韓國(guó)，據(jù)世界衛(wèi)生組織發(fā)表的《全球癌癥報(bào)告》統(tǒng)計(jì)，中國(guó)每年胃癌新增病例和死亡病例均居全球首位。盡管新的輔助診斷工具和治療手段不斷出現(xiàn)，但部分進(jìn)展期胃癌患者的術(shù)后預(yù)后仍較差，5年生存率低于30%[1]，這主要?dú)w因于胃癌的復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移。越來(lái)越多的研究表明，胃癌腫瘤干細(xì)胞在胃癌的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，是引起胃癌耐藥、轉(zhuǎn)移以及術(shù)后復(fù)發(fā)的主要原因。胃癌患者在經(jīng)過(guò)常規(guī)手術(shù)治療或輔助放化療后，胃癌腫瘤干細(xì)胞的數(shù)量并沒(méi)有減少，反而出現(xiàn)富集、休眠現(xiàn)象，這也是胃癌轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)的根源[2-5]。然而，胃癌腫瘤干細(xì)胞的具體作用機(jī)制并不十分明確，目前多數(shù)研究主要集中于上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）、腫瘤微環(huán)境等方面[6-9]。因此，研究并明確胃癌腫瘤干細(xì)胞調(diào)控胃癌發(fā)生、發(fā)展的具體機(jī)制，確定可靠的治療靶點(diǎn)，對(duì)延長(zhǎng)患者的生存時(shí)間，改善其生活質(zhì)量尤為重要。諸多研究表明，微RNA（microRNA，miRNA）在胃癌的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中具有重要作用，尤其是其能夠參與胃癌腫瘤干細(xì)胞的自我更新、多向分化潛能的調(diào)節(jié)，這為胃癌防治策略的研究提供了一個(gè)新的方向。

1 胃癌腫瘤干細(xì)胞

研究表明，絕大多數(shù)腫瘤細(xì)胞具有無(wú)限增殖的能力，但只有極少一部分亞群具有自我更新和多向分化的潛能，并且與腫瘤形成、復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移、耐藥等密切相關(guān)[10]。也只有這一部分腫瘤細(xì)胞亞群能夠制造出新的腫瘤細(xì)胞[11]，這些細(xì)胞亞群被稱為腫瘤干細(xì)胞。腫瘤干細(xì)胞在再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用中非常重要，因?yàn)槠渚哂凶晕腋潞头只癁槟[瘤細(xì)胞的能力。

目前，胃癌腫瘤干細(xì)胞的分離方法有多種，但其主要從人原代胃癌細(xì)胞或胃癌細(xì)胞系中分離提取，進(jìn)而再進(jìn)行干細(xì)胞特性的鑒定。鑒定胃癌腫瘤干細(xì)胞的表面標(biāo)志物有很多，如Takaishi等[12]證明的CD44，可作為多種胃癌細(xì)胞系（NCI-N87、AGS、MKN-28、MKN-45等）中胃癌腫瘤干細(xì)胞的潛在細(xì)胞表面標(biāo)志物。Zhang等[13]研究表明，CD44+/CD24+組合標(biāo)志物也可以作為胃癌腫瘤干細(xì)胞的潛在生物分子學(xué)標(biāo)志；Han等[14]也證明上皮細(xì)胞黏附分子陽(yáng)性（EpCAM+）/CD44+細(xì)胞具有干細(xì)胞特性，即EpCAM+/CD44+同樣可以作為胃癌腫瘤干細(xì)胞的分子標(biāo)志物。通常將這些標(biāo)志物單獨(dú)或組合作為分選胃癌腫瘤干細(xì)胞的表面標(biāo)志物，利用流式細(xì)胞分選技術(shù)或免疫磁珠分選技術(shù)等將胃癌腫瘤干細(xì)胞分離出來(lái)。

通過(guò)相關(guān)研究，人們對(duì)胃癌的再認(rèn)識(shí)發(fā)生了革命性的改變。但是許多研究?jī)H僅聚焦在胃癌腫瘤干細(xì)胞的干性基因及維持其干性和致瘤性產(chǎn)物的研究上，而對(duì)于胃癌腫瘤干細(xì)胞具體的分子水平調(diào)控研究仍然比較匱乏。

2 miRNA

miRNA是在轉(zhuǎn)錄后水平負(fù)調(diào)節(jié)基因表達(dá)的短的非編碼RNA，是內(nèi)源性非編碼小RNA分子家族成員，包含20～24個(gè)核苷酸，在細(xì)胞內(nèi)具有多種重要調(diào)節(jié)作用。主要通過(guò)與靶基因的3′-UTR相互作用來(lái)導(dǎo)致基因沉默或抑制蛋白表達(dá)，從而參與機(jī)體生長(zhǎng)、發(fā)育等生命過(guò)程[15-16]。每個(gè)miRNA都具有靶向多個(gè)基因并調(diào)節(jié)各種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的潛力，同時(shí)也可以受多個(gè)基因調(diào)控。因此，即使生物體內(nèi)的miRNA序列很短小，也能夠通過(guò)這種調(diào)控形式形成放大的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，調(diào)控諸多信號(hào)通路。

盡管miRNA不編碼蛋白質(zhì)，但其在生理過(guò)程和許多疾病的發(fā)病機(jī)制中起關(guān)鍵作用，尤其是對(duì)干細(xì)胞的各種生物學(xué)行為的調(diào)控起關(guān)鍵作用，如自我更新、多潛能性和分化等[17]。相關(guān)研究表明，miRNA是調(diào)控干細(xì)胞命運(yùn)的關(guān)鍵分子，這種調(diào)控表現(xiàn)為對(duì)細(xì)胞和組織特異性基因表達(dá)的調(diào)節(jié)。miRNA能夠通過(guò)調(diào)節(jié)致癌基因或腫瘤抑制基因的表達(dá)來(lái)調(diào)控各種腫瘤的進(jìn)展。越來(lái)越多的證據(jù)表明，miRNA在胃癌腫瘤干細(xì)胞的生長(zhǎng)、侵襲、轉(zhuǎn)移、血管生成及耐藥方面起著重要的調(diào)控作用[18-20]。各種miRNA表達(dá)譜也有可能成為胃癌的生物標(biāo)志物，這在胃癌的早期診斷、療效評(píng)估、復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)及生存預(yù)后等方面具有極其重要的意義。

3 miRNA調(diào)控胃癌腫瘤干細(xì)胞

3.1 miRNA對(duì)胃癌腫瘤干細(xì)胞的調(diào)控

miRNA參與調(diào)控腫瘤干細(xì)胞的分化、自我更新等多種生物學(xué)行為，對(duì)腫瘤干細(xì)胞的重要性不可忽視。Liu等[21]利用miRNA微陣列技術(shù)驗(yàn)證了MKN-45細(xì)胞系中胃癌腫瘤干細(xì)胞的miRNA表達(dá)譜，發(fā)現(xiàn)9個(gè)miRNA上調(diào)，173個(gè)miRNA下調(diào)，表明miRNA具有癌基因或者抑癌基因的功能，這也證明了miRNA對(duì)腫瘤干細(xì)胞的調(diào)節(jié)具有雙向性。

諸多miRNA通過(guò)各種信號(hào)通路調(diào)控胃癌腫瘤干細(xì)胞的干性進(jìn)而影響胃癌進(jìn)展，這些信號(hào)調(diào)控通路與正常干細(xì)胞的信號(hào)調(diào)控通路[轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）[22]、Wnt[23]、Notch[24]和磷脂酰肌醇3-激酶/絲蘇氨酸蛋白激酶/雷帕霉素靶蛋白（PI3K/Akt/MTOR）[6]等]相同或相似。下調(diào)miRNA-106b引起Smad7表達(dá)增加，Smad7作為Smad信號(hào)的抑制蛋白，能夠抑制Smad2/3的磷酸化并且能夠抑制TGF-β受體的表達(dá)，進(jìn)而阻斷了TGF-β/Smad信號(hào)通路，導(dǎo)致CD44+胃癌腫瘤干細(xì)胞的干性特征受到抑制[22]。過(guò)表達(dá)或敲減miRNA-501-5p能夠上調(diào)或下調(diào)胃癌細(xì)胞系中CD44、CD133、Nanog和SOX2等分子的表達(dá)，后來(lái)進(jìn)一步證實(shí)miRNA-501-5p能夠通過(guò)靶向DKK1、NKD1和GSK-3β激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路進(jìn)而增強(qiáng)胃癌腫瘤干細(xì)胞的干性[25]。

許多miRNA均能夠影響胃癌腫瘤干細(xì)胞的侵襲、遷移等生物學(xué)行為，從而影響胃癌的治療及預(yù)后。有研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-20a和miRNA-92a的表達(dá)與胃癌患者的總生存期呈負(fù)相關(guān)，而miRNA-92a可作為獨(dú)立預(yù)測(cè)胃癌預(yù)后的分子標(biāo)志物。同時(shí)研究者們利用胃癌細(xì)胞作為研究模型，發(fā)現(xiàn)miRNA-17-92基因簇通過(guò)靶向調(diào)控E2F1和HIPK1蛋白激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路，進(jìn)而增加了EpCAM+細(xì)胞數(shù)量，實(shí)現(xiàn)了胃癌腫瘤干細(xì)胞的自我更新和細(xì)胞增殖[19]。miRNA-34是正常干細(xì)胞和腫瘤干細(xì)胞的重要調(diào)節(jié)因子，在胃癌細(xì)胞系KatoⅢ中miRNA-34通過(guò)bcl-2、Notch和HMGA2直接調(diào)控干細(xì)胞的自我更新等[24]。另外，有研究者發(fā)現(xiàn)上調(diào)miRNA-483-5p能夠激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路，從而提高胃癌細(xì)胞系MKN-45中胃癌腫瘤干細(xì)胞的增殖、侵襲和自我更新能力。由此推測(cè)，miRNA-483-5p可以作為胃癌潛在的治療靶基因[20]。Pan等[26]證明miRNA-196a-5p通過(guò)靶向Smad4調(diào)控胃癌腫瘤干細(xì)胞EMT，若抑制miRNA-196a-5p則減低胃癌腫瘤干細(xì)胞集落形成及侵襲能力，因此miRNA-196a-5p可作為胃癌治療的潛在靶點(diǎn)。

諸多miRNA參與調(diào)控胃癌腫瘤干細(xì)胞的干性、自我更新和分化等，而以miRNA為靶點(diǎn)的腫瘤治療應(yīng)以改變腫瘤干細(xì)胞生物學(xué)特性，消除其自我更新能力及增殖能力，增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞對(duì)藥物的敏感性為目標(biāo)。目前，不同miRNA在調(diào)控胃癌腫瘤干細(xì)胞生物學(xué)行為中的確切機(jī)制尚未完全闡明。胃癌腫瘤干細(xì)胞與胃癌的發(fā)生、轉(zhuǎn)移及耐藥等密切相關(guān)，因此深入研究miRNA對(duì)胃癌腫瘤干細(xì)胞的調(diào)控必將有助于胃癌治療新策略的發(fā)展。

3.2 miRNA相關(guān)胃癌腫瘤干細(xì)胞的治療策略

目前大量研究結(jié)果顯示，miRNA在胃癌發(fā)生、發(fā)展的每個(gè)階段均發(fā)揮重要作用，越來(lái)越多的研究將miRNA作為腫瘤治療的靶點(diǎn)，通過(guò)表觀修飾等各種方式糾正miRNA的表達(dá)量從而達(dá)到抑制或殺滅腫瘤的目的。

2013年《Nature Biotechnology》[27]指出miRNA-34的模擬物MRX34作為第1個(gè)miRNA抗腫瘤藥物已進(jìn)入Ⅰ期臨床試驗(yàn)，其穩(wěn)定性和細(xì)胞的低攝取率是需要解決的兩大難題，其對(duì)人體的安全性和耐受性也需要進(jìn)一步評(píng)估，但MRX34的出現(xiàn)仍為腫瘤治療帶來(lái)了新的希望。

近年來(lái)，越來(lái)越多的研究聚焦于miRNA的表達(dá)與靶向胃癌腫瘤干細(xì)胞的治療上。Jang等[28]將包含有L-賴氨酸-咪唑-miRNA-34a的納米囊泡復(fù)合物遞送到小鼠原位移植胃癌模型和皮下移植胃癌模型中，結(jié)果表明這種復(fù)合物具有很好的傳送效率并且能夠明顯抑制腫瘤細(xì)胞CD44的表達(dá)，并加速了小鼠原位移植胃癌模型中胃癌細(xì)胞的凋亡，這證明含有L-賴氨酸-咪唑-miRNA-34a的納米囊泡復(fù)合物能夠抑制胃癌腫瘤干細(xì)胞的增殖；后來(lái)，Pan等[26]發(fā)現(xiàn)miRNA-196a-5p與胃癌腫瘤干細(xì)胞的集落形成能力和侵襲能力呈正相關(guān)，并提出可以開(kāi)發(fā)基于miRNA-196a-5p的納米膠囊和納米載體等作為胃癌治療劑。

miRNA的失調(diào)往往是導(dǎo)致胃癌發(fā)生的誘因，失調(diào)的miRNA能夠通過(guò)多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑對(duì)胃癌腫瘤干細(xì)胞進(jìn)行調(diào)控，因此將miRNA或其模擬物等作為抗腫瘤藥物將為胃癌的治療提供新途徑，通過(guò)有效的載體靶向腫瘤干細(xì)胞輸送抗腫瘤藥物必將有助于人們?cè)缛展タ宋赴┑闹委熾y題。

4 展望

腫瘤干細(xì)胞是腫瘤發(fā)生、轉(zhuǎn)移及耐藥的主要原因，因此研發(fā)針對(duì)腫瘤干細(xì)胞的新療法來(lái)提高腫瘤患者的生存率意義重大而艱巨。目前，很多針對(duì)胃癌腫瘤干細(xì)胞治療的藥物其作用機(jī)制主要分成兩類：消除胃癌腫瘤干細(xì)胞或者消除胃癌腫瘤干細(xì)胞的干性，即利用胃癌腫瘤干細(xì)胞的特異性表面標(biāo)志物作為靶點(diǎn)，或者靶向胃癌腫瘤干細(xì)胞增殖分化的信號(hào)通路，旨在清除胃癌腫瘤干細(xì)胞或靶向干擾截?cái)嗥渥饔猛芬赃_(dá)到根治胃癌目的。研發(fā)新療法的前提是明確調(diào)控腫瘤干細(xì)胞生物學(xué)功能的具體分子機(jī)制。

以miRNA為靶分子的腫瘤治療策略旨在改變腫瘤干細(xì)胞的生物學(xué)特性以及其自我更新能力等。大多數(shù)有關(guān)miRNA的功能及其在干細(xì)胞產(chǎn)生或分化中的作用的研究大部分來(lái)自于細(xì)胞培養(yǎng)模型，從研究miRNA對(duì)胃癌腫瘤干細(xì)胞產(chǎn)生和分化的影響入手，研究miRNA對(duì)胃癌腫瘤干細(xì)胞生物學(xué)行為的調(diào)控作用，這將有助于研究開(kāi)發(fā)更好的胃癌治療靶點(diǎn)。而不斷完善的實(shí)驗(yàn)體系及越來(lái)越有效的靶向分子輸送材料的出現(xiàn)，必將極大地促進(jìn)靶向miRNA等標(biāo)志物殺滅胃癌腫瘤干細(xì)胞目標(biāo)的早日實(shí)現(xiàn)，從而大大改善胃癌患者的治療效果及其生活質(zhì)量。