miRNA-21在泌尿系統(tǒng)腫瘤中的研究進(jìn)展

宋錢林，秦聰綜述 楊嗣星審校

癌癥是世界上導(dǎo)致死亡的第二大原因，給全球經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展帶來了巨大的負(fù)擔(dān)[1]。前列腺癌、膀胱癌和腎癌是泌尿系統(tǒng)中3種最常見的腫瘤[2]。有研究統(tǒng)計分析了2012年全球發(fā)生的1 410萬新癌癥病例和820萬癌癥死亡病例，發(fā)現(xiàn)前列腺癌、膀胱癌及腎癌分別位列2012年全球癌癥發(fā)病率排名的第4位、第9位及第12位[3]。并且隨著年齡的增長、城市化和工業(yè)化的發(fā)展、煙草消費的提高和空氣污染等，泌尿系統(tǒng)腫瘤的發(fā)病率和病死率逐年上升。近年來，對miRNAs的研究證實其在致癌過程中承擔(dān)著重要的角色，它們可以作為腫瘤抑制因子或癌基因參與致癌過程，通常被用作預(yù)測腫瘤分類、預(yù)后和治療效果[4]。本文旨在對miRNA-21在腎癌、前列腺癌和膀胱癌這3種泌尿系統(tǒng)腫瘤中的作用和臨床應(yīng)用價值進(jìn)行介紹，為腎癌、前列腺癌和膀胱癌的診斷和治療提供理論依據(jù)。

1 miRNAs概述

1.1 miRNAs結(jié)構(gòu) miRNAs是一類長度為18～25個核苷酸的高度保守的小型非編碼RNA。自1993年 Ambros和Ruvkun實驗室在秀麗隱桿線蟲中發(fā)現(xiàn)第一個miRNAs——lin-4開始[5]，隨后的許多學(xué)者開始研究miRNAs的結(jié)構(gòu)和功能，并發(fā)現(xiàn)miRNAs在許多生物體中都充當(dāng)基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)因子。miRNA基因的轉(zhuǎn)錄主要由RNA聚合酶Ⅱ介導(dǎo)，在較小程度上由RNA聚合酶Ⅲ介導(dǎo)，一般來說，miRNA基因先被轉(zhuǎn)錄成為數(shù)千個字節(jié)的長轉(zhuǎn)錄本——初級miRNAs(pri-miRNAs)[6]。隨后，pri-miRNAs在細(xì)胞核中被一種RNAsⅢ酶(Drosha蛋白)轉(zhuǎn)錄為一個含60～100個核苷酸的發(fā)夾結(jié)構(gòu)——前體miRNA(pre-miRNAs)。前體miRNA再由輸出蛋白-5(exportin-5)和 ran-GTP 共同將前體miRNA輸送到細(xì)胞質(zhì)中，由另一種RNAsⅢ酶(Dicer)進(jìn)行第2輪催化，產(chǎn)生由成熟miRNA引導(dǎo)鏈和miRNA過客鏈組成的雙鏈約 22 個核苷酸產(chǎn)物。最后，當(dāng)過客鏈被降解后，成熟的miRNAs被裝載到RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體(RNA-induced silencing com-plex，RISC)中[7]。大多數(shù)miRNAs是通過上述標(biāo)準(zhǔn)路徑產(chǎn)生的，然而，還有一部分miRNAs是通過替代途徑產(chǎn)生的，例如在細(xì)胞微處理器中或者獨立通過Dicer方式生成miRNAs[8-9]。

1.2 miRNAs的功能 成熟miRNAs中5’非翻譯區(qū)的2～7 個核苷酸的“種子序列”可以與靶mRNA的3’非翻譯區(qū)(3’UTR)互補(bǔ)結(jié)合，在轉(zhuǎn)錄后水平上調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)，它們在細(xì)胞的分化、生長、增殖、凋亡和代謝中起重要作用[10]。牛善利等[11]通過細(xì)胞轉(zhuǎn)染、RT-PCR及Westernblot等實驗發(fā)現(xiàn)，miRNA-135b 過表達(dá)的鼻咽癌 CNE1 細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移能力明顯增強(qiáng)，從而影響鼻咽癌細(xì)胞浸潤擴(kuò)散，并可通過調(diào)節(jié) LATS2 的活性和表達(dá)水平來調(diào)控癌變和惡性程度。另外，miRNAs在消化、心血管、呼吸、生殖及神經(jīng)系統(tǒng)等中都有著不可忽視的作用，有研究證實TNF-α 通過激活NF-κB通路使結(jié)腸上皮細(xì)胞內(nèi)miRNA-21表達(dá)上調(diào)，miRNA-21 可促進(jìn) Akt 磷酸化和抑制PTEN的表達(dá)，經(jīng)PTEN/PI3K/Akt信號通路引起腸上皮細(xì)胞屏障功能受損、增加腸黏膜通透性[12]。賴科峰等[13]發(fā)現(xiàn)在急性心肌梗死的老年患者血清中，miRNA-21 的表達(dá)被抑制，并可以通過激活JNK/p38/Caspase-3 信號通路抑制 TNF-α 誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡。

1.3 miRNA-21與癌癥 miRNA-21是最早發(fā)現(xiàn)的miRNAs之一，在哺乳類動物中，miRNA-21由miRNA-21基因編碼，其成熟形式為hsa-miR-21，是一種保守的小分子RNA，由17號染色體長臂2區(qū)3帶第2亞帶的正鏈轉(zhuǎn)錄而來，它參與了細(xì)胞的生長、發(fā)育、衰老過程[14]。并且在多種人類腫瘤和癌細(xì)胞系中高表達(dá)，包括胃癌、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤、腎癌、卵巢癌、前列腺癌、肝細(xì)胞癌、宮頸癌和肺癌等[14-15]。研究發(fā)現(xiàn)miRNA-21可調(diào)節(jié)如PDCD4、PTEN、BCL2和CCL20等多種抑癌基因的表達(dá)而發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)[16-17]，此外，miRNA-21還能通過調(diào)節(jié)原肌球蛋白1(TPM1)、轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)、表皮生長因子受體(EGFR)等的表達(dá)而參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展[16]，這意味著miR-21很可能作為治療腫瘤的靶點之一。

2 miRNA-21與前列腺癌

2.1 miRNA-21在前列腺癌高表達(dá) 前列腺癌是西方國家男性中最常見的癌癥[18]。我國前列腺癌發(fā)病率雖然較西方國家低，但隨著近年來人口老齡化的不斷加劇、環(huán)境的惡化和醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的發(fā)展，前列腺癌發(fā)病率有明顯上升趨勢[19]。前列腺癌是前列腺組織的惡性腫瘤，雖然許多前列腺腫瘤生長緩慢，局限于前列腺內(nèi)，大多不會降低患者的生活質(zhì)量，但當(dāng)前列腺癌進(jìn)入去勢治療抵抗或轉(zhuǎn)移階段時，病死率非常高且預(yù)后很差，因此，應(yīng)在早期發(fā)現(xiàn)并及時治療[20]。盡管前列腺癌普遍存在于廣大老年男性中，但沒有早期診斷或預(yù)后的生物標(biāo)志物可以特異和精確區(qū)分其侵襲性，在20世紀(jì)90年代早期，臨床上引入了前列腺特異性抗原(PSA)試驗，前列腺癌的檢出率顯著增加，該試驗現(xiàn)已被用作臨床常規(guī)篩查。然而，PSA水平不穩(wěn)定的前列腺癌，可能由于感染、炎性反應(yīng)或增生而出現(xiàn)假陽性結(jié)果，并且由于PSA水平與前列腺癌之間的相關(guān)性較差，可能會導(dǎo)致誤診和過度治療[21]。因此，迫切地需要尋求特異性的生物標(biāo)志物來識別前列腺癌的侵襲能力及其發(fā)展的階段。

Song等[22]對miRNAs在前列腺癌的表達(dá)和其作為腫瘤標(biāo)志物的潛力作了一項薈萃分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)包括miR-21在內(nèi)的10余種miRNAs在前列腺癌組織中上調(diào)，而miR-21還可以預(yù)測前列腺癌的無復(fù)發(fā)生存率。miR-21參與調(diào)控與微血管增殖和腫瘤侵襲性相關(guān)的多種mRNAs的表達(dá)。其陽性表達(dá)與癌癥的無復(fù)發(fā)生存率相關(guān)，從而對前列腺癌患者根治性前列腺切除術(shù)后的復(fù)發(fā)風(fēng)險具有預(yù)測價值[23]。miRNAs的表達(dá)還與前列腺癌的去勢抵抗和轉(zhuǎn)移相關(guān)，并與臨床參數(shù)(Gleason評分、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移)正相關(guān)。因此，miR-21也可作為預(yù)測前列腺癌進(jìn)展的生物標(biāo)志物[24]。另外，有研究通過RT-PCR技術(shù)，定量檢測了前列腺癌根治術(shù)標(biāo)本基質(zhì)和上皮中的miRNAs，發(fā)現(xiàn)miR-21在癌組織的間質(zhì)和上皮中均有表達(dá)[25]。它的高表達(dá)被認(rèn)為促進(jìn)了前列腺癌細(xì)胞的增殖和腫瘤的生長，并且增加了腫瘤的治療耐受性，因此，miR-21很可能是前列腺癌細(xì)胞生長的細(xì)胞自主驅(qū)動因子[26]。miR-21在前列腺的癌變過程中大量積累，用一種特定的反義寡核苷酸拮抗miR-21的作用，發(fā)現(xiàn)可以通過誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡從而降低腫瘤細(xì)胞的體外和體內(nèi)增殖，這表明miR-21可能是探索新的抗前列腺癌藥物的潛在分子靶點[27]。

2.2 miRNA-21致前列腺癌的機(jī)制 阻斷miR-21的表達(dá)可以抑制前列腺癌生長和轉(zhuǎn)移，其機(jī)制可能為阻斷miR-21的表達(dá)后，轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)誘導(dǎo)的內(nèi)皮—間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EndMT)也會被阻斷，從而抑制了腫瘤組織內(nèi)皮細(xì)胞的EndMT和上皮癌細(xì)胞的上皮—間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)，最終達(dá)到抑制前列腺癌生長和轉(zhuǎn)移的作用[28]。另外，還有研究發(fā)現(xiàn)人組織激肽釋放酶結(jié)合蛋白(kallistatin)能阻斷轉(zhuǎn)化生長因子-β1誘導(dǎo)的細(xì)胞氧化應(yīng)激反應(yīng)，而這種由miR-21所介導(dǎo)的細(xì)胞氧化應(yīng)激和DNA損傷會導(dǎo)致細(xì)胞向腫瘤細(xì)胞的方向發(fā)展[29]。這些數(shù)據(jù)驗證了miR-21在前列腺癌中的致癌作用及機(jī)制，并有希望在治療中引入新的策略。

3 miRNA-21與膀胱癌

3.1 miRNA-21在膀胱癌高表達(dá) 膀胱癌是西方國家的第九大常見癌癥，男性發(fā)病多于女性[30]。它的患病率和病死率在所有泌尿系腫瘤中僅次于前列腺癌[3]。膀胱癌具有多種遺傳和表型特征，許多遺傳因素如染色體異常、基因多態(tài)性、突變和表觀遺傳學(xué)改變等均與膀胱癌的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)。根據(jù)病理學(xué)分型，膀胱癌分為2種不同的類型，即局限于黏膜或黏膜下層的非肌層浸潤性膀胱癌(NMIBC)，以及侵入肌肉的肌肉浸潤性膀胱癌(MBIC)[31]。雖然大多數(shù)患者(75%～85%)是屬于非肌層浸潤性膀胱癌，但經(jīng)尿道膀胱腫瘤切除術(shù)后(TURBT)的5年復(fù)發(fā)率可高達(dá)75%，膀胱癌由于其高復(fù)發(fā)率和轉(zhuǎn)移率而不易治愈，五年生存率約為57%[32]。大量的研究發(fā)現(xiàn)，在膀胱癌患者的腫瘤標(biāo)本中及其尿液和血液中有多種miRNAs的表達(dá)譜發(fā)生顯著改變，miRNAs的表達(dá)異常與膀胱癌的發(fā)展密切相關(guān)，可影響膀胱癌的化療耐受性和預(yù)后[33]。miR-21在膀胱癌患者尿液、血液及腫瘤組織中高表達(dá)，它的表達(dá)可以促進(jìn)膀胱癌的發(fā)展，miR-21的過度表達(dá)可通過抑制PTEN的表達(dá)而促進(jìn)膀胱癌細(xì)胞的增殖、侵襲和抑制細(xì)胞凋亡[34]。

3.2 miRNA-21致膀胱癌的機(jī)制 有研究發(fā)現(xiàn)在膀胱癌腫瘤組織中miR-21的表達(dá)顯著高于非腫瘤組織，而PTEN的表達(dá)顯著低于非腫瘤組織；當(dāng)miR-21過表達(dá)時膀胱癌細(xì)胞的增殖速度遠(yuǎn)快于對照組[34]。另一項研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-21在膀胱癌中的功能和致癌活性有部分原因是通過抑制PPP2R2A的表達(dá)而過度激活ERK信號通路來實現(xiàn)的[35]。這些結(jié)果提示miR-21可能通過PTEN/PI3K/Akt信號通路以及PPP2R2A/MEK/ERK信號通路在膀胱癌中作為癌基因發(fā)揮作用，所以阻斷miR-21的表達(dá)可能是治療膀胱癌的有效途徑。除了可能的治療用途之外，miR-21在膀胱癌的診斷上也有很好的應(yīng)用前景，miR-21作為膀胱腫瘤侵襲能力的檢測指標(biāo)，具有較高的敏感度和特異度[36]。一項系統(tǒng)評價表明miR-21的高表達(dá)與膀胱癌的總體不良生存率有關(guān)，并建議將miR-21作為膀胱癌早期發(fā)現(xiàn)、進(jìn)展和復(fù)發(fā)的隨訪標(biāo)志物[37]。

4 miRNA-21與腎癌

4.1 miRNA-21在腎癌高表達(dá) 腎癌是泌尿系統(tǒng)中最常見的腫瘤之一，發(fā)病率僅次于前列腺癌和膀胱癌，由于現(xiàn)今的影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們健康意識的提高，腎癌的早期發(fā)現(xiàn)率已經(jīng)得到提高，但是還有相當(dāng)一部分患者在確診時已經(jīng)發(fā)生了局部浸潤和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，并且預(yù)后較差[10]。

miR-21是與腎癌細(xì)胞的惡性生物學(xué)調(diào)控密切相關(guān)的miRNAs，有研究證實腎細(xì)胞癌中miR-21 的上調(diào)與腎癌患者的生存率降低有關(guān)，并且癌癥發(fā)展階段與miR-21表達(dá)也相關(guān)，表現(xiàn)為患者腫瘤樣本中miR-21的高表達(dá)與癌癥分期的增加同步上升[38-39]。Liu等[15]通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，與陰性對照相比，miR-21質(zhì)粒促進(jìn)了A-498細(xì)胞的細(xì)胞增殖；miRNA-21過表達(dá)組的細(xì)胞凋亡率和Caspase-3活性都受到抑制；并且miR-21的過表達(dá)顯著抑制了細(xì)胞中p53和周期蛋白E2的表達(dá)，反之，miR-21的下調(diào)會顯著激活p53的蛋白質(zhì)表達(dá)，并抑制A-498的細(xì)胞增殖而誘導(dǎo)凋亡。張輝等[40]通過用miR-21的前體pre-miR-21和抑制物anti-miR-21分別轉(zhuǎn)染腎癌Caki-1細(xì)胞，實時熒光定量PCR驗證其轉(zhuǎn)染效果，發(fā)現(xiàn)pre-miR-21和anti-miR-21 轉(zhuǎn)染Caki-1細(xì)胞后能分別升高和降低細(xì)胞中miR-21 的表達(dá)量，隨后觀察發(fā)現(xiàn) pre-miR-21 組穿透濾膜的細(xì)胞數(shù)明顯增加，而anti-miR-21 組穿透濾膜的細(xì)胞數(shù)明顯減少，從而證實miR-21與腎癌的侵襲轉(zhuǎn)移相關(guān)。

4.2 miRNA-21致腎癌的機(jī)制 miR-21在腎癌中的作用機(jī)制可能是在轉(zhuǎn)錄后水平直接或間接地抑制腫瘤抑制因子PDCD4的表達(dá)[41]。研究發(fā)現(xiàn)PDCD4可以在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平上調(diào)節(jié)多種蛋白，這些蛋白參與了腫瘤的進(jìn)展、細(xì)胞周期的發(fā)展、腫瘤的細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移[16]。還有研究發(fā)現(xiàn)抑制miR-21的表達(dá)后CDKN1A(P21)的表達(dá)上調(diào)，表明miR-21可能通過抑制CDKN1A(P21)的表達(dá)從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖[42]。另一項研究檢測miR-21在腎細(xì)胞癌(RCC)和正常腎細(xì)胞(NRC)中的表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)miR-21可以在翻譯水平下調(diào)TCF21的表達(dá)，轉(zhuǎn)錄因子TCF21的下調(diào)可降低腎癌Caki-1細(xì)胞中KISS1的表達(dá)，從而導(dǎo)致腎癌向遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移和侵襲[43]。以上研究結(jié)果證實miR-21與腎癌細(xì)胞的增殖、細(xì)胞凋亡的抑制、細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移都有密切的關(guān)系，從而為臨床上治療腎癌提供了新的思路。

5 總結(jié)與展望

由于對泌尿系腫瘤的發(fā)病機(jī)制及更深層次的遺傳學(xué)變化的研究仍然有限，臨床上的泌尿系統(tǒng)腫瘤患者往往治療效果不佳，需尋找更好的泌尿系統(tǒng)腫瘤的診療方式。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，miR-21在泌尿系統(tǒng)腫瘤中參與了腫瘤細(xì)胞的增殖、凋亡、侵襲和轉(zhuǎn)移等多個方面的過程，其致癌機(jī)制主要是通過發(fā)生細(xì)胞的氧化應(yīng)激和DNA損傷、激活PTEN/PI3K/Akt信號通路以及PPP2R2A/MEK/ERK信號通路、抑制腫瘤抑制因子PDCD4和CDKN1A(P21)的表達(dá)和下調(diào)轉(zhuǎn)錄因子TCF21等來實現(xiàn)的。多項實驗研究表明阻斷miR-21的表達(dá)后，前列腺癌、膀胱癌和腎癌細(xì)胞的增殖均受到抑制，并且細(xì)胞凋亡增加，侵襲性減弱，從而證實了miR-21的致癌作用。盡管研究miR-21在泌尿系統(tǒng)腫瘤中的作用取得了重大突破，但仍有許多精細(xì)的調(diào)節(jié)機(jī)制尚不完全清楚，目前的研究也仍然存在爭議。然而，在臨床實踐中miR-21在泌尿系統(tǒng)腫瘤中的潛在價值已被普遍接受，也被證實其有可能成為泌尿系統(tǒng)腫瘤的診斷手段和有效的治療靶點，為廣大患者帶來福音。