微RNA在胃癌中的相關(guān)機制及診斷治療的研究進展

張 弛，張 雷

(大理大學基礎(chǔ)醫(yī)學院病原生物學綜合實驗室，云南 大理 671000)

胃癌是全球第四大常見的惡性腫瘤，是世界上病死率最高的癌癥之一，70%以上的新發(fā)和死亡病例存在于我國和其他發(fā)展中國家[1]。目前認為胃癌發(fā)病率不斷升高的最主要因素是幽門螺桿菌感染。幽門螺桿菌是一種革蘭陰性的微需氧細菌，定植于大約50%人群的胃黏膜上。胃癌是一個漸進發(fā)展的復雜過程，涉及多因素、多步驟、編碼和非編碼基因。人體基因的甲基化被認為是導致癌癥的重要機制，其中宿主微RNA(microRNA,miRNA)基因的甲基化改變，增加了誘發(fā)胃癌的可能性[2]。

miRNA是由Lee等[3]于1993年在秀麗線蟲中發(fā)現(xiàn)的一類內(nèi)源性短鏈非編碼RNA分子，由21～25個核苷酸長度組成。許多研究證實，miRNA還廣泛存在于動植物中。miRNA通過抑制mRNA翻譯或通過與其3′非編碼區(qū)結(jié)合而降解mRNA分子來沉默它們的同源靶基因，在mRNA表達的調(diào)節(jié)中起重要作用[4]。miRNA已被認為是腫瘤細胞轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵調(diào)控因子，在許多惡性腫瘤發(fā)展中起促進作用，同時miRNA在癌癥進展中還具有抑制作用。miRNA可作為一種新型生物學標志物，通過患者血液和組織中的變化對胃癌早期做出診斷，同時也可降低胃癌細胞對一線化療藥物的耐藥性，延長患者總生存期。現(xiàn)對miRNA在胃癌中的相關(guān)機制、診斷及治療方面的研究進展予以綜述。

1 miRNA在胃癌中的相關(guān)機制

幽門螺桿菌與慢性胃炎、消化性潰瘍和胃癌等疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。幽門螺桿菌已感染全球一半的人口，其中大多數(shù)感染者沒有明顯的臨床癥狀，大約1%的感染者會逐步發(fā)展為胃癌[5]。研究者雖然在對幽門螺桿菌發(fā)病機制和宿主與病原菌的相互作用方面進行了許多努力，但對幽門螺桿菌感染誘導胃癌中分子機制的研究仍知之甚少。幽門螺桿菌血清學檢測陽性的受試者在發(fā)展為胃癌方面具有高風險，miRNA可能在宿主與病原菌的相互作用中發(fā)揮重要作用。

miRNA與幽門螺桿菌感染引起的炎癥、胃上皮細胞的惡性程度以及癌細胞的侵襲性和遷移能力相關(guān)。一方面，某些miRNA的過表達促進胃癌發(fā)展。如在幽門螺桿菌感染的胃上皮細胞中miR-21高表達，其可導致抑癌基因表達下調(diào)，從而促進細胞增殖、抑制細胞凋亡，導致胃癌發(fā)生率增加[6]。Zhang等[7]研究證實miR-21高表達能促進胃癌細胞增殖和侵襲，而沉默或敲除miR-21基因則可降低胃癌細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移能力。還有研究顯示活化蛋白1(activator protein-1,AP-1)和信號轉(zhuǎn)導及轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transduction and activator of transcription 3,STAT3)能夠誘導miR-21的生成，機體在幽門螺桿菌感染后，通過激活核因子κB信號通路被激活，產(chǎn)生活化的核因子κB，活化的核因子κB和胃黏膜分泌的白細胞介素6可分別激活AP-1和STAT3，從而引起miR-21的過表達，促進胃癌的發(fā)展[8]。另一方面，某些miRNA的過表達可以抑制胃癌的發(fā)展，如幽門螺桿菌感染的胃癌上皮細胞中miR-34a的過表達可導致炎癥減少，惡性腫瘤的抑制和轉(zhuǎn)化細胞的凋亡增加[9]。在80個胃癌組織樣品和4個胃癌細胞系中，miR-214的表達水平顯著低于正常組織細胞，miR-214的表達水平與胃癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和腫瘤大小呈負相關(guān)，其在胃癌細胞系SGC-7901和MKN-45中的異常表達可能削弱腫瘤遷移和侵襲能力，同時敲除或沉默miR-214可以在很大程度上刺激MKN28、BGC-823和GES-1細胞的增殖、遷移和侵襲，而集落刺激因子1是miR-214的靶基因之一，miR-214的低表達可促使胃癌細胞增殖、遷移和轉(zhuǎn)移，其與集落刺激因子1的表達呈負相關(guān)[10]。miRNA在胃癌中發(fā)揮的作用是促癌還是抑癌取決于miRNA之間微妙平衡的結(jié)果，這種平衡被許多參與者的相互作用所改變，而這些相互作用還有待進一步確定。

2 miRNA與胃癌診斷

2.1胃癌診斷工具的局限性 腫瘤的進展和分期是影響患者生存的重要因素，胃癌的存活率和預后高度依賴于診斷時腫瘤所處于的階段分期，由于臨床癥狀不足和腫瘤進展過快，在多數(shù)情況下，胃癌患者確診時已處于晚期，導致預后不良和高病死率[11]。胃鏡檢查和手術(shù)活檢是臨床工具中最常用的診斷技術(shù)，但由于敏感性低、成本高、缺乏足夠組織學特征，導致胃癌診斷結(jié)果有限。無臨床癥狀的患者血清胃蛋白酶原、胃泌素17、糖類抗原19-9和癌胚抗原等非侵入性血清學標志物在早期診斷中存在交叉反應性(25%～45%)，因而缺乏足夠的特異性和敏感性[12]。因此，迫切需要引入用于早期診斷胃癌的新型、可靠的非侵入性腫瘤標志物。

2.2miRNA可作為胃癌生物學標志物 miRNA在胃癌的早期診斷中具有許多優(yōu)點，可通過非侵入性方法鑒定，在胃癌早期即可檢測到，在樣品中半衰期長，檢測快速準確[13]。Lawrie等[14]首次提出使用miRNA作為生物標志物用于癌癥的診斷和預后，他們在彌漫性B細胞淋巴瘤患者的血清樣本中發(fā)現(xiàn)了幾種與腫瘤相關(guān)的miRNA，并且進一步研究證實了這一結(jié)果。在胃癌和正常細胞系的比較微陣列分析中揭示了miRNA的差異表達，顯示出在胃癌細胞中的miR-21、miR-26b和miR-30b等14種miRNA表達上調(diào)，以及l(fā)et-7i、miR-7、miR-622在內(nèi)的等19種miRNA的表達下調(diào)[15]。Wu等[16]研究了50例胃癌患者和50名健康對照的血清和外周血單核細胞，發(fā)現(xiàn)在胃癌患者中miR-21、miR-421表達顯著上調(diào)。Liu等[17]設(shè)計了一項關(guān)于164例胃癌患者和127名健康對照者的研究，首先對血清樣品進行高通量技術(shù)測序，然后進行實時熒光定量聚合酶鏈反應，在胃癌患者中發(fā)現(xiàn)了5種miRNA(miR-1、miR-20a、miR-27a、miR-34a和miR-423-5p)顯著上調(diào)。這些研究證實了miRNA在胃癌診斷中具有高敏感性和特異性。

在一項關(guān)于血清中740種miRNA的研究中[18]，研究人員發(fā)現(xiàn)早期胃癌患者血清中只有miR-195-5p的表達水平明顯低于對照組，且112例早期胃癌患者血清中miR-221和miR-376c均顯著降低，它們在胃癌患者中的表達水平與胃癌癌細胞分化程度呈正相關(guān)，而miR-744則與這些細胞的高增殖和高分化有關(guān)，說明這3種miRNA均可作為胃癌無創(chuàng)診斷的早期生物學標志物。在37例胃癌患者的腫瘤組織和癌周組織中，定量聚合酶鏈反應技術(shù)測量的miR-21表達水平在92%胃癌樣品中過表達，因此可作為胃癌診斷的有效生物標志物，通過堿基配對過表達的miR-21與腫瘤抑制基因PDCD4的結(jié)合可以抑制PDCD4蛋白的表達，同時說明miR-21和抑癌基因PDCD4與腫瘤大小、侵襲程度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和血管侵犯直接相關(guān)，也進一步顯示miR-21并不利于胃癌患者的臨床預后情況[19]。以上這些miRNA均有作為診斷胃癌腫瘤生物學標志物的潛力。

在幽門螺桿菌感染的胃癌研究方面，Shiotani等[20]收集了幽門螺桿菌感染根除治療前和治療后的早期胃癌患者血清，分析了24種miRNA的血清水平，同時測定了血清胃蛋白酶原Ⅰ和Ⅱ的水平，研究結(jié)果提示在幽門螺桿菌根除治療后，miR-216b與miR-21的組合優(yōu)于血清胃蛋白酶原，因此血清miR-216b和miR-21可作為幽門螺桿菌根除治療后早期胃癌風險增加的新型穩(wěn)定標志物。Ueda等[21]采用微陣列技術(shù)評估了胃癌患者組織樣本中353種miRNA與正常胃組織相比的表達譜，并評估了miRNA在胃癌患者中的表達水平與胃癌進展的情況關(guān)系，結(jié)果顯示在160對胃癌組織中有22種miRNA表達上調(diào)，13種miRNA表達下調(diào)，通過利用這些miRNA的差異表達，使胃癌的診斷準確率達到83%，是miRNA在應用于臨床診斷的可靠理論依據(jù)。除外周血和腫瘤組織外，胃癌患者的胃液中miRNA差異表達也開始引起許多研究人員的關(guān)注，胃液中miR-21和miR-106a的水平在胃癌患者和良性胃病患者之間存在明顯差異，miR-421的研究也顯示出類似的結(jié)果，對于早期胃癌的診斷，胃液中miR-421的檢測比單獨使用血清中的癌胚抗原更為準確[22]。因此，這些實驗的結(jié)果充分證明，miRNA在早期診斷胃癌方面有高度敏感性和特異性等優(yōu)點，甚至優(yōu)于現(xiàn)階段的胃癌診斷工具，并且在提高患者生存率方面也發(fā)揮重要作用，利用miRNA作為胃癌診斷的新型標志物有很大的應用前景，同時其也是評估胃癌患者預后的潛在工具，值得進一步探索與研究[23]。

3 miRNA與胃癌治療

3.1miRNA與多藥耐藥 胃癌患者最常用的治療方法是化療，但患者存在對化療藥物原發(fā)或繼發(fā)的多藥耐藥(multidrug resistance,MDR)，使患者生存質(zhì)量下降，大大削弱了化療和替代治療的效果。耐藥相關(guān)miRNA通過表達上調(diào)或下調(diào)參與MDR相關(guān)途徑的多種靶mRNA和蛋白的功能與表達，最終改變胃癌細胞的化學敏感性。據(jù)報道，miRNA的表達失調(diào)促進抗凋亡和化療耐藥表型，并且miRNA表達的修飾可部分改善藥物應答，甚至逆轉(zhuǎn)MDR[24]。在胃癌細胞中首次鑒定出的耐藥相關(guān)miRNA是miR-15b和miR-16，在細胞試驗中抑制這兩種miRNA的表達通常賦予SGC7901細胞MDR，而其表達上調(diào)則可使耐長春新堿胃癌細胞SGC-7901/VCR對抗癌劑變得敏感[25]。

MDR的主要分子機制是ATP依賴的ABC轉(zhuǎn)運蛋白發(fā)揮外排作用，使化療藥物從細胞內(nèi)排出，從而導致多藥耐藥性。ABC轉(zhuǎn)運蛋白是P型膜ATP酶的成員，表達水平通常在耐藥細胞中更高[26]。P-糖蛋白是第一個確定的參與耐藥性的ABC轉(zhuǎn)運蛋白，通常被稱為ABCB1，而多藥耐藥相關(guān)蛋白被稱為ABCC1[26]。由于ABC轉(zhuǎn)運蛋白具有排泄細胞中的藥物和加以保護的功能，因此ABC轉(zhuǎn)運蛋白的過表達在癌細胞的MDR發(fā)展中發(fā)揮顯著作用。研究人員發(fā)現(xiàn)miRNA可以調(diào)控ABC轉(zhuǎn)運蛋白在胃癌細胞中的耐藥性表達，從而為胃癌的治療可能提供新的靶點[26]。如過量表達的miR-129-5p通過直接靶向ABCB1和ABCC5可以減弱耐長春新堿胃癌細胞SGC7901/VCR和耐阿霉素胃癌細胞SGC7901/ADR的耐藥性[27]。Zhang等[28]證明miR-218上調(diào)可有效抑制ABCB1的表達，從而使胃癌細胞由耐藥性變?yōu)閷Π⒚顾睾蛫W沙利鉑敏感。Huang等[29]鑒定了在胃癌細胞中5種表達上調(diào)的miRNA(miR-1、miR-20a、miR-27a、miR-34a和miR-423-5p)，這些miRNA在胃癌患者接受一線化療藥物如5-氟尿嘧啶、奧沙利鉑、紫杉醇等后，且評估了胃癌的轉(zhuǎn)移性和復發(fā)性，以及胃癌患者的化學敏感性和預后，顯示出miR-27a表達上調(diào)的胃癌患者總生存期顯著低于miR-27a表達下調(diào)的胃癌患者，說明miR-27a可作為多藥耐藥胃癌患者化療耐藥的潛在生物標志物和新的預后標志物。這些miRNA與耐藥性之間的關(guān)系顯示了這些小分子在臨床應用中的巨大潛力。

3.2胃癌相關(guān)miRNA在治療中的作用 目前miRNA介導治療的方法研究主要集中在沉默或過表達內(nèi)源性miRNA，沉默miRNA的方法包括抗miRNA寡核苷酸、miRNA海綿和miRNA抑制劑等[30]。Chun-Zhi等[31]用脂質(zhì)體將AS-miR-221/222轉(zhuǎn)染到胃癌細胞系SGC7901中，發(fā)現(xiàn)其可誘導抑癌基因PTEN的表達來抑制胃癌細胞生長和侵襲，通過這種方法有望成為人類胃癌治療的新策略。而miR-196a/-196b的高表達導致胃癌細胞中根蛋白的減少，可促進胃癌細胞的遷移和侵襲，Tsai等[32]發(fā)現(xiàn)通過抗miRNA寡核苷酸使用抗miR-196a/-196b寡核苷酸或根蛋白在胃癌細胞中的過表達可以抑制胃癌轉(zhuǎn)移，達到治療目的。在研究過程中可使用一些體內(nèi)穩(wěn)定表達的miRNA作為靶點，通過這些方法使其沉默或過表達以治療胃癌。但仍需通過使用體內(nèi)或體外RNA遞送系統(tǒng)，如癌癥治療劑，腺病毒或非致病性細菌作為載體以引入特定的miRNA或miRNA模擬物，可實現(xiàn)內(nèi)源性miRNA的過表達[33]。通常在胃癌細胞中miR-1207-5p和miR-1266的表達下調(diào)，而Chen等[34]通過體外和體內(nèi)靶向人端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶系統(tǒng)，使這兩種miRNA在胃癌細胞中過表達從而抑制胃癌細胞的生長。因此，研究在胃癌細胞中一些穩(wěn)定表達上調(diào)或下調(diào)的miRNA對胃癌發(fā)展的作用，從而通過RNA遞送系統(tǒng)引入這些miRNA，作為治療靶點，使其過表達或敲除以治療胃癌。

在miRNA介導胃癌治療的方法中還需要考慮到一些問題,如在沉默或過表達內(nèi)源性一種或幾種miRNA后，由于一種miRNA可調(diào)節(jié)多個靶基因和參與多種途徑，其最終抑癌效應與預期可能會不一致，同時體外實驗和體內(nèi)的治療效果也可能不一致。因此，有必要開發(fā)針對治療策略更好的特異性和有效的miRNA遞送系統(tǒng)。

4 結(jié) 語

在腫瘤進展的過程中檢測不同生物學標志物的變化可以更好地監(jiān)測胃癌的狀態(tài)，通過監(jiān)測 miRNA在胃癌患者的血液或組織中的表達水平變化，可為患者的診斷及治療做出更為精確的判斷。幽門螺桿菌感染可在一定程度上激活相關(guān)信號轉(zhuǎn)導通路，加重炎癥程度，加速胃癌的進展。在胃癌耐藥性中，miRNA可改變胃癌細胞的化學敏感性，為化療治療帶來了巨大挑戰(zhàn)。過表達或敲除相關(guān)miRNA可以抑制胃癌發(fā)展，但由于選擇遞送系統(tǒng)困難而難以取得較大進展。

miRNA可作為一個新興靶點，有望用于胃癌的篩選、診斷、分期和治療后復發(fā)的監(jiān)測等。miRNA或miRNA模擬物在診斷或治療方面可能比單個基因更好。目前面臨的困難是確定一個標準來收集大量樣本，進行分析并驗證其在臨床應用中的重要性，同時結(jié)合專業(yè)醫(yī)師提供全面的判斷，包括腫瘤標志物選擇、臨床癥狀的評估、相關(guān)影像學表現(xiàn)等非特異性因素來獲得一組miRNA實現(xiàn)胃癌的個性化診斷和治療。因此，對miRNA在胃癌中的相關(guān)應用有很大的發(fā)展前景，對胃癌患者顯得尤為重要。