miRNAs在結(jié)直腸癌診斷中的價值和預(yù)后分析

田亞瓊,范志娟,劉 爽,武玉晶,劉樹業(yè)

田亞瓊,范志娟,劉爽,武玉晶,劉樹業(yè),天津市第三中心醫(yī)院,天津市人工細胞重點實驗室,衛(wèi)生部人工細胞工程技術(shù)研究中心 天津市300170

核心提要： 便潛血試驗診斷結(jié)直腸癌(colorectal cancer,CRC)靈敏度低,而結(jié)腸鏡檢屬于侵入性操作,且費用較高,微小RNAs(microRNAs,miRNAs)在癌組織、細胞、循環(huán)體液中均能被檢測出來,同一類miRNAs在不同組織、細胞和循環(huán)體液中起促癌或抑癌作用,但哪幾種miRNAs組合最適于CRC的診斷、治療和預(yù)后是目前的研究難點.

0 引言

結(jié)直腸癌(colorectal cancer,CRC)是一種常見的胃腸道惡性腫瘤,發(fā)病率僅次于肺癌和乳腺癌,是全球第四大致死性癌癥.結(jié)直腸癌的發(fā)病與多種因素有關(guān),包括遺傳因素、息肉形成、大腸炎性疾病、高脂肪飲食、缺乏運動、飲酒、吸煙和肥胖等[1].近年來,結(jié)直腸癌在全球范圍內(nèi)已經(jīng)成為發(fā)病率和死亡率增長最快的疾病,每年有大約120萬新發(fā)患者,而死于CRC的患者每年高達60萬人[2].CRC患者生存時間很大程度上取決于診斷時的腫瘤分期,而多數(shù)患者確診時往往處于疾病的晚期,已伴有局部淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移或肝臟轉(zhuǎn)移,40%-50%的患者死于遠端轉(zhuǎn)移,術(shù)后復(fù)發(fā)率高,預(yù)后較差.

微小RNAs(microRNAs,miRNAs)是一類長度約21-25個核苷酸,通過靶向mRNA調(diào)控基因表達的非編碼微小RNA.miRNAs參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、細胞發(fā)育、細胞生長和凋亡等多種生物學(xué)和病理學(xué)進程[3].許多惡性腫瘤中都存在miRNAs表達的失調(diào).大量研究表明,CRC患者的腫瘤組織[4]和體液(如血清、血漿、糞便)[5]中都存在miRNAs表達失調(diào),miRNAs可作為診斷和預(yù)后標志物來評價CRC的發(fā)生、發(fā)展、侵襲、轉(zhuǎn)移以及對化療藥物的反應(yīng),對判斷化療效果具有預(yù)測價值.不同的miRNAs在CRC病理進程中可扮演抑癌和促癌的雙重角色,在癌相關(guān)信號通路比如Wnt/β-catenin信號通路、EGFR通路以及TGF-β和TP53信號網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮重要作用,使它們成為潛在的生物標志物和治療靶點[6].循環(huán)miRNAs作為早期檢測CRC的一種新型生物標志物具有廣闊應(yīng)用前景,能很好地預(yù)測疾病預(yù)后,目前的研究熱點在于是哪種體液和哪種檢測方法更適用于CRC篩查,以及哪幾種miRNAs組合具有最佳診斷效能[7].此外,miRNAs除了用于篩查腺瘤和CRC,它在指導(dǎo)CRC患者的預(yù)后和治療方面都起到很重要的作用.

1 組織和循環(huán)miRNAs在CRC診斷中的作用

CRC的早期診斷極為重要,近年來miRNAs作為CRC診斷標志物越來越受到研究者的青睞,組織和循環(huán)miRNAs的檢測成為CRC早期診斷的有力輔助指標[8-11](表1).

2 組織miRNAs在CRC預(yù)后中的價值

在CRC進展的不同分期,組織中miRNAs表達水平不同,追蹤miRNA在CRC進展中的變化能夠預(yù)測疾病的預(yù)后,預(yù)測治療效果,miRNA序列研究確定了與CRC臨床病理特征和患者預(yù)后相關(guān)的特異表達譜[12-25](表2).

3 循環(huán)miRNAs在CRC預(yù)后中的價值

除了組織miRNAs以外,循環(huán)miRNAs的變化在監(jiān)測CRC患者預(yù)后方面也起著重要作用.對CRC來說,臨床上常用的血液學(xué)檢測指標是癌胚抗原和糖類抗原19-9,但是這兩個指標對監(jiān)測CRC進展的臨床價值有限,尤其是對早期CRC,而循環(huán)miRNAs的發(fā)現(xiàn)為評估CRC的預(yù)后提供了新的研究方向[26-33](表3).

4 miRNAs在CRC侵襲和轉(zhuǎn)移中的作用

4.1 抑癌miRNAs

4.1.1 miR-34家族和腫瘤抑制因子p53： miR-34家族的miRNAs如miR-34a是p53最重要的下游分子之一,是p53的直接轉(zhuǎn)錄靶標,它可以和p53的其它靶標一起促進腫瘤細胞生長停滯和死亡.p53激活后miR-34表達上調(diào),其調(diào)控的基因如抗凋亡蛋白BCL2表達受抑制,促進腫瘤細胞的凋亡,具有抑癌作用.miR-34a在50%-75%的CRC中發(fā)現(xiàn)具有p53突變,這可能是miR-34a下調(diào)在CRC中常見的原因.miR-34a下調(diào)后,可使其靶標如CDK4、CDK6、細胞周期蛋白2等蛋白表達增加,促進腫瘤細胞生長.有報道稱[34],miR-34a在CRC患者中表達明顯低于健康人,提示miR-34a可能是CRC中一個有用的生物標志物和治療靶點.

4.1.2 miR-143/145作為CRC的腫瘤抑制因子： miR-143和miR-145首次作為區(qū)分結(jié)直腸腺瘤和結(jié)直腸癌的差異表達miRNAs被鑒定出來.晚期CRC患者化療效果較好的腫瘤組織中,miR-143/145表達上調(diào).研究發(fā)現(xiàn)miR-143直接結(jié)合并抑制KRAS、DNMT3A和ERK5,而miR-145靶向作用于IRS-1、c-Myc、FLI1、IRS-1、STAT1和YES1,從而抑制腫瘤增長.miR-143和miR-145的高表達已被證明抑制體內(nèi)和體外CRC細胞的增殖[35].

4.1.3 miR-629在CRC組織和細胞中的抑制作用： miR-629已經(jīng)被證實在多種惡性腫瘤中起到促癌作用,然而Yan等[36]在對CRC的體內(nèi)和體外實驗中發(fā)現(xiàn),miR-629在異種移植CRC裸鼠組織和CRC細胞中表達下調(diào),與腫瘤大小、淋巴轉(zhuǎn)移和TNM分期明顯相關(guān),提示預(yù)后不良.低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白6(low density lipoprotein receptor-related protein 6,LRP6)是miR-629在CRC細胞中的直接靶基因,其表達下調(diào)產(chǎn)生的生物學(xué)功能與miR-629表達上調(diào)產(chǎn)生的效能一致.恢復(fù)LRP6的表達水平可以消除miR-629表達上調(diào)引起的抑癌作用,從而起促癌作用.miR-629-5p在CRC組織和細胞中表達較正常組織和細胞明顯下調(diào),它抑制Wnt/β-catenin信號通路的激活從而起到抑癌作用.

表1 CRC組織和血液中起診斷作用的miRNAs

表2 CRC組織中起預(yù)后作用的miRNAs

4.1.4 miR-877在CRC組織和細胞中的抑制效能： miR-877在肝細胞癌中和腎細胞癌中表達增加,而Zhang等[37]通過體內(nèi)和體外實驗證實miR-877在CRC組織和細胞中表達下調(diào),低水平的miR-877與CRC的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和TNM分期有關(guān).體外實驗證實miR-877的過表達抑制腫瘤細胞增殖,誘導(dǎo)細胞凋亡,抑制細胞轉(zhuǎn)移和侵襲,體內(nèi)實驗證實其抑制腫瘤生長.Metadherin (MTDH)是miR-877的直接靶標,在CRC組織中過表達,與miR-877的表達呈負相關(guān).此外,miR-877通過調(diào)控MTDH的表達從而抑制PTEN/Akt信號通路的激活,起到抑癌miRNA的作用.4.1.5 miR-101在CRC細胞中的抑制作用： CRC細胞中,miR-101表達下調(diào)與Wnt/β-catenin通路激活相關(guān),它的過表達削弱β-catenin的核易位,抑制腫瘤干細胞相關(guān)基因的表達.因此,有研究者認為[38]miR-101表達上調(diào)可能作為腫瘤抑制因子在CRC中扮演重要角色,miR-629-5p在CRC組織和細胞中表達較正常組織和細胞明顯下調(diào),它抑制Wnt/β-catenin信號通路的激活從而起到抑癌作用.4.1.6 其他抑癌miRNAs在CRC侵襲和轉(zhuǎn)移中的調(diào)節(jié)作用： 除了上述提到的抑癌miRNAs,還有很多miRNAs在抑制CRC細胞侵襲和轉(zhuǎn)移中扮演重要角色.Liang等[39]研究發(fā)現(xiàn)miR-141-3p在CRC組織和細胞中表達下調(diào),它通過直接靶向腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子5從而抑制腫瘤自爆增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移.

表3 CRC患者血液中有預(yù)后價值的miRNAs

Zhuang等[40]發(fā)現(xiàn)miR-106b-5p作為CRC抑制因子,其高表達可以抑制CRC細胞的侵襲和和轉(zhuǎn)移,低表達起相反作用.MALAT1/miR-106b-5p/SLAIN2聯(lián)合起來作為CRC抑制因子,可能在CRC預(yù)后中起重要作用.Muhammad等[41]證實miR-30d抑制CRC細胞增殖,在CRC組織和細胞中表達下調(diào),抑制miR-30d的表達促進CRC細胞的增殖和腫瘤生長.MiR-30d直接靶向GNA13基因3'UTR,其表達與CRC組織中GNA13的表達負相關(guān).因此,miR-30d在CRC發(fā)生發(fā)展中起抑癌作用,抑制腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移.也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)[17]miR-132在伴有肝轉(zhuǎn)移的原發(fā)性CRC組織中表達下調(diào).

綜上所述,CRC中的抑癌miRNAs還有很多,它們大都在CRC組織和細胞中低表達,而其作用的靶基因蛋白表達水平升高,從而促進腫瘤細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移.雖然目前的研究對CRC中抑癌miRNAs的研究較促癌miRNAs多,但是仍有學(xué)者對促癌miRNAs進行了深入的研究.

4.2 促癌miRNAs

4.2.1 miR-135b在CRC中的促癌作用： miR-135a/b在CRC中表達上調(diào),與腫瘤中的腺瘤樣結(jié)腸息肉易感基因(adenomatous polyposis coil,APC)低表達水平顯著相關(guān).miR-135a/b靶向作用于APC的3'非翻譯區(qū)來抑制APC基因的表達,激活下游的Wnt途徑促進腫瘤轉(zhuǎn)化和進展.MiR-135b表達水平升高與CRC患者的晚期分期和較差預(yù)后有關(guān).更重要的是,抑制miR-135b能夠通過調(diào)控與增殖、侵襲和凋亡有關(guān)基因的表達從而抑制腫瘤的生長[42].

4.2.2 miR-21在CRC中的促癌作用： 超過60%的CRC患者攜帶APC的失活突變,導(dǎo)致Wnt/β-catenin通路激活,從而誘發(fā)腫瘤發(fā)生和復(fù)發(fā).血清miR-21水平高的APC突變型患者預(yù)后較差,但在APC野生型腫瘤患者中未發(fā)現(xiàn)這種相關(guān)性.miR-21通過對靶基因的調(diào)控調(diào)節(jié)細胞的分化、增殖和凋亡,參與腫瘤的生長、侵襲和轉(zhuǎn)移.程序性細胞死亡基因4(programmed cell death 4,PDCD4)是miR-21具有重要生物學(xué)功能的靶基因之一,與腫瘤的凋亡有關(guān).miR-21過表達,通過促進β-catenin核轉(zhuǎn)位,抑制其靶基因PDCD4的表達,抑制腫瘤死亡,促進腫瘤侵襲[43].

4.2.3 miR-32在CRC中的促癌作用： Chen等[44]研究發(fā)現(xiàn)與鄰近正常結(jié)腸組織比較,miR-32在CRC組織中表達明顯上調(diào),其與CRC淋巴浸潤、轉(zhuǎn)移相關(guān),與患者生存不良相關(guān).miR-32過表達促進CRC細胞增殖和轉(zhuǎn)移,抑制miR-32的表達則抑制腫瘤細胞的增殖和轉(zhuǎn)移.骨形態(tài)發(fā)生蛋白5(bone morphogenetic proteins 5,BMP5)是miR-32的直接靶點,而BMP5的缺失可能部分是由于miR-32表達上調(diào)所致.結(jié)直腸癌中miR-32與BMP5表達呈負相關(guān),尤其是在晚期腫瘤患者中.

4.2.4 miR-888在CRC中的促癌作用： MiR-888在腫瘤形成、進展和轉(zhuǎn)移中起重要作用.Gao等[45]發(fā)現(xiàn)與癌旁正常組織比較,miR-888在CRC組織中表達明顯上調(diào),與腫瘤分期和組織分化有關(guān).高表達miR-888的CRC患者,生存時間較短.MiR-888對CRC細胞增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移其促進作用,其通過作用于其靶標Smad4,抑制Smad4的表達,從而促進腫瘤生長因子1誘導(dǎo)的癌細胞轉(zhuǎn)移.

4.2.5 其他在CRC侵襲和轉(zhuǎn)移中起調(diào)節(jié)作用的促癌miRNAs： 除了上述促癌miRNAs,仍有大批學(xué)者對促癌miRNAs在CRC的發(fā)生發(fā)展過程中的作用機制進行了大量的研究.Liu等[46]對miR-155在結(jié)直腸癌細胞中的侵襲作用進行研究中發(fā)現(xiàn),miR-155在CRC組織和細胞中高表達.miR-155通過激活β-catenin信號通路從而促進CRC的侵襲.

Zheng等[47]研究發(fā)現(xiàn)miR-103在CRC患者的原發(fā)腫瘤組織中過表達,miR-103高表達的CRC患者總體生存率低于miR-103低表達的CRC患者.在CRC細胞系中,抑制miR-103的表達顯著減弱CRC細胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移.miR-103通過作用于其靶標LATS2,抑制LATS2的表達,促進CRC細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移.此外,有學(xué)者[48]發(fā)現(xiàn)miR-210在結(jié)直腸癌組織中常常表達上調(diào),高表達的miR-210與腫瘤體積大小、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、臨床分期以及不良預(yù)后呈明顯正相關(guān).

以上綜述簡要概述了一些miRNAs在CRC診斷和預(yù)后價值中的最新研究進展.盡管在過去十年里人們對于miRNAs作為CRC潛在生物標志物的研究顯著增加,但是關(guān)于miRNAs對CRC的臨床應(yīng)用價值研究甚少,仍然不夠全面.研究方法仍然比較局限,比如樣本量少、缺乏詳細的患者信息、結(jié)果重復(fù)性差以及統(tǒng)計方法不當?shù)鹊?同時,由于miRNA的特異性和靈敏性不足,單個miRNA作為CRC的診斷或預(yù)后標志物在臨床上受到限制.大量研究顯示miRNA組合檢測作為CRC 生物標志物可能比單一miRNA檢測更加準確.然而,這種情況下成本也相應(yīng)增加,如何降低成本至關(guān)重要.此外,對于每一個潛在的miRNA,都有必要了解其生物學(xué)功能和其調(diào)控機制,這是臨床應(yīng)用和鑒定新的治療靶點的關(guān)鍵.

血漿miRNAs的聯(lián)合應(yīng)用在結(jié)直腸癌患者的個體化治療方面有很大的應(yīng)用前景,但是由于受生理或病理條件的改變而改變,血漿miRNAs的異常表達是否與相應(yīng)的組織一致、血漿中的miRNAs為什么不發(fā)生降解、血漿miRNAs的劑量優(yōu)化及可能的毒性評估等問題,仍需大量的臨床試驗來驗證.