microRNA的生物學(xué)功能及其在乳腺癌發(fā)生發(fā)展中的作用

王維君 何科基 那光瑋 徐金振 田彩平

甘肅省腫瘤醫(yī)院，甘肅 蘭州730050

乳腺癌是臨床上常見的惡性腫瘤之一，占女性惡性腫瘤的首位。根據(jù)中國2015年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，乳腺癌發(fā)病率占腫瘤發(fā)病率的15%，且呈逐年上升趨勢，新發(fā)病例中小于45歲的年輕人居多，患者年輕化［1］。盡管早診早治項(xiàng)目、手術(shù)、放化療以及內(nèi)分泌治療等技術(shù)對乳腺癌的治療取得了一定效果，但大多患者在初次診斷時(shí)伴有局部淋巴結(jié)侵犯，有4%～6%的乳腺癌患者在初次診斷時(shí)已經(jīng)發(fā)生轉(zhuǎn)移，在接受治療的早期患者中有30%～40%的患者出現(xiàn)復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移［2］。盡管隨著紫杉醇和鉑類藥物的應(yīng)用，乳腺癌患者的生存率有了明顯的提高，但仍有相當(dāng)一部分患者面臨遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移以及局部復(fù)發(fā)等問題。研究發(fā)現(xiàn)［3］，microRNA與腫瘤的發(fā)生發(fā)展相關(guān)聯(lián)，本文對microRNA的生物學(xué)功能及其在乳腺癌發(fā)生發(fā)展中的作用作一綜述。

1 microRNA的生物合成及功能

microRNA是一類具有調(diào)節(jié)基因功能的內(nèi)源性非編碼小RNA，長度約為18～25個(gè)堿基，從2002年發(fā)現(xiàn)第一個(gè)microRNA至今，研究報(bào)道的已有2000多種［4］。大約70%哺乳動物的microRNAs位于內(nèi)含子區(qū)，不編碼蛋白質(zhì)，在不同物種中一些microRNAs不僅在基因位置上保守，在基因序列上也呈現(xiàn)出高度同源性［5］。

microRNA的生物合成過程是［6］大多數(shù)microRNAs首先由RNA聚合酶Ⅱ（RNA polⅡ）相關(guān)的轉(zhuǎn)錄單元編碼成前體microRNA（pri-miRNA），Pri-miRNA是具有發(fā)卡結(jié)構(gòu)的長鏈，它在5’末端帶有甲基化帽子，在3’末端帶有多聚腺苷酸尾巴（polyA）。細(xì)胞核內(nèi)的Ⅲ型核酸酶（RNaseⅢ）Drosha和其輔因子DGCR8識別并剪切pri-miRNA，剪切成60～70個(gè)堿基的具有單一發(fā)卡結(jié)構(gòu)的前體microRNA（pre-miRNA），pre-miRNA然后在Ran-GTP的幫助下由轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白-5（Exportin 5）轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)，在細(xì)胞質(zhì)中pre-miRNA被Dicer識別并剪切加工成長度在22～25個(gè)堿基左右的成熟microRNA。成熟的microRNA與Argonaute（Ago2）蛋白形成RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物（RISC），在RISC中mRNA的3’端非翻譯區(qū)（UTR）序列與microRNA的5’端2～8個(gè)核苷酸的種子序列嚴(yán)格互補(bǔ)配對，根據(jù)互補(bǔ)程度指導(dǎo)RISC降解或者阻遏靶mRNA的翻譯，從而起到轉(zhuǎn)錄后調(diào)控靶基因的作用。microRNA基因調(diào)控機(jī)理復(fù)雜，同一個(gè)microRNA可以靶向調(diào)控多個(gè)mRNAs，同一個(gè)mRNA也可以被多種microRNAs調(diào)控，microRNA的基因調(diào)控對細(xì)胞的分化、增殖和凋亡等生物過程起著關(guān)鍵作用［7］。

2 microRNA的致瘤性

microRNA的異常表達(dá)對腫瘤具有抑制性和致瘤性，其低表達(dá)則被認(rèn)為對腫瘤具有抑制性，對腫瘤細(xì)胞的增殖、分化以及侵襲轉(zhuǎn)移具有抑制作用，高表達(dá)則被認(rèn)為對腫瘤具有致瘤性，對腫瘤細(xì)胞的增殖、分化以及侵襲轉(zhuǎn)移具有促進(jìn)作用，惡性腫瘤的形成是抑制性microRNA表達(dá)的缺失或減少和致瘤性microRNA過表達(dá)的結(jié)果［8］。

microRNA于1993年在秀麗隱桿線蟲中首次發(fā)現(xiàn)，2001年被正式命名，相繼在動物、植物以及病毒等物種中發(fā)現(xiàn)。Calin等［9］在2002年首次報(bào)道68%的人類慢性淋巴細(xì)胞白血病患者中miR-16和miR-15低表達(dá)或者缺失，表明microRNAs的異常表達(dá)對腫瘤有重要作用。在其他腫瘤中也發(fā)現(xiàn)microRNA的異常表達(dá)與腫瘤的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切，研究發(fā)現(xiàn)乳腺癌中表達(dá)異常的microRNA基因常位于基因組脆性位點(diǎn)［10］。利用基因雜交技術(shù)分析18種乳腺癌細(xì)胞和55例乳腺癌的283個(gè)microRNAs發(fā)現(xiàn)［11］，有206個(gè)microRNAs基因位于基因組拷貝數(shù)異常區(qū)，不同腫瘤具有不同的microRNAs異常表達(dá)譜，提示microRNAs的異常表達(dá)是引起腫瘤惡變的原因之一，同時(shí)microRNAs的異常表達(dá)與病理分期以及預(yù)后有關(guān)［12］，這些結(jié)果都表明microRNAs的異常表達(dá)與腫瘤的發(fā)生發(fā)展以及侵襲轉(zhuǎn)移有關(guān)。

迄今為止，microRNAs的表達(dá)異常是惡性腫瘤形成的原因還是結(jié)果仍然不清楚，在microRNA生物合成中Drosha和Dicer蛋白具有重要作用［13］，敲除Drosha和Dicer蛋白可以使microRNA整體缺失，從而促進(jìn)惡性腫瘤的發(fā)生，當(dāng)敲除Drosha和Dicer蛋白的細(xì)胞注射到裸鼠中后，發(fā)現(xiàn)裸鼠中生成了惡性腫瘤并發(fā)生侵襲轉(zhuǎn)移。

3 microRNA對乳腺癌干細(xì)胞的調(diào)控

乳腺癌干細(xì)胞是指具有自我更新能力、多向分化、無限增殖等潛能的腫瘤細(xì)胞，乳腺癌干細(xì)胞是乳腺癌發(fā)生發(fā)展的起源。miR-200c在乳腺癌干細(xì)胞中低表達(dá)，抑制乳腺癌干細(xì)胞和乳腺導(dǎo)管癌的形成，在體內(nèi)外研究中發(fā)現(xiàn)，miR-30e在乳腺癌干細(xì)胞中低表達(dá)，上調(diào)miR-30e的表達(dá)水平能夠抑制乳腺癌的發(fā)生，let-7在乳腺癌干細(xì)胞中也低表達(dá)，具有抑制乳腺癌細(xì)胞增殖遷移的能力［14-15］。具有調(diào)控乳腺癌干細(xì)胞作用的micro-RNAs還有miR-200a、miR-200b、miR-429、miR-96、miR-101、miR-183、miR-182。

4 對乳腺癌發(fā)生發(fā)展具有促進(jìn)作用的microRNA

microRNA在腫瘤細(xì)胞、組織或者體液中的表達(dá)水平較正常細(xì)胞、組織或者體液中的表達(dá)水平高的一般具有致瘤性，對腫瘤的生成具有促進(jìn)作用［16］。對乳腺癌的發(fā)生發(fā)展具有促進(jìn)作用的microRNAs有miR-181a、miR-181b、miR-155、miR-10、miR-21、miR-27、miR-10b、miR-301、miR-372、miR-373和miR-520等。研究較多的有miR-155、miR-21和miR-10b。

miR-155首先在白血病中發(fā)現(xiàn)是高表達(dá)的，Iorio等［17］在分析乳腺癌組織和癌旁組織時(shí)發(fā)現(xiàn)，miR-155在乳腺癌組織中的表達(dá)水平是在癌旁組織中表達(dá)水平的幾倍到幾十倍，其他研究也表明，miR-155的表達(dá)水平在正常組織、癌旁組織和乳腺癌組織中呈遞增趨勢［18］。miR-155的表達(dá)水平與乳腺腫瘤大小和淋巴結(jié)是否轉(zhuǎn)移相關(guān)，miR-155在分期高、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移以及雌激素受體和孕激素受體都是陰性的乳腺癌中高表達(dá)。

miR-21在多種腫瘤中高表達(dá)，采用RT-PCR方法研究乳腺癌組織時(shí)發(fā)現(xiàn)，miR-21在癌組織的表達(dá)水平比在正常組織中高［19］。Yan等［20］研究表明，miR-21對乳腺癌細(xì)胞的增殖、侵襲遷移和存活能力具有促進(jìn)作用，敲除miR-21可以誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞凋亡、抑制細(xì)胞的增殖以及侵襲遷移能力。研究也發(fā)現(xiàn)，miR-21在乳腺癌細(xì)胞、組織和血清中都高表達(dá)，表達(dá)水平與乳腺癌的臨床分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況以及預(yù)后有關(guān)，miR-21的高表達(dá)通常提示乳腺癌病理分級高、分化低以及預(yù)后差［21］。

miR-10b在乳腺癌中的表達(dá)水平隨著細(xì)胞以及組織的惡性程度升高［22］。其在癌組織中表達(dá)水平高，在轉(zhuǎn)移性癌組織中的表達(dá)水平比在癌組織中的表達(dá)水平高，在高轉(zhuǎn)移性乳腺癌細(xì)胞中的表達(dá)水平比在正常乳腺細(xì)胞中的表達(dá)水平高出50倍以上，將非轉(zhuǎn)移乳腺癌細(xì)胞SUM159和SUM149分別接種到小鼠中發(fā)現(xiàn)，沒有表達(dá)miR-10b的實(shí)驗(yàn)組未出現(xiàn)細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，而在miR-10b高表達(dá)的實(shí)驗(yàn)組則出現(xiàn)癌細(xì)胞侵襲基質(zhì)層，發(fā)生肺部轉(zhuǎn)移。

5 對乳腺癌發(fā)生發(fā)展具有抑制作用的microRNA

microRNA在腫瘤細(xì)胞、組織或者體液中的表達(dá)水平較正常細(xì)胞、組織或者體液中的表達(dá)水平低的一般都具有抑瘤性［23］。對乳腺癌具有抑制作用的microRNAs有miR-17-5p、miR-20a、miR-20b、miR-31、miR-34a、miR-99a、miRNA-125a、miRNA-125b、miR-145、miR-195、miR-200、miR-206以及l(fā)et-7等。研究較多的有miR-31、miR-206和let-7。

miR-31在乳腺癌細(xì)胞中的表達(dá)水平低于正常細(xì)胞，在轉(zhuǎn)移性細(xì)胞中的表達(dá)顯示出缺失狀態(tài)，對乳腺癌細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移起到抑制作用。Valastyan等［24］研究發(fā)現(xiàn)，miR-31的表達(dá)水平與乳腺癌轉(zhuǎn)移情況呈負(fù)相關(guān)，其他的研究也發(fā)現(xiàn)miR-31具有抑制乳腺癌侵襲轉(zhuǎn)移和誘導(dǎo)凋亡作用。

miR-206在乳腺癌組織中低表達(dá)［25］，可能對乳腺癌的發(fā)展具有抑制作用，同時(shí)miR-206在雌激素受體陽性的乳腺癌組織中低表達(dá)［26］，提示miR-206的表達(dá)水平與乳腺癌的雌激素受體陰陽性有關(guān)。研究乳腺癌細(xì)胞中miR-206表達(dá)情況時(shí)發(fā)現(xiàn)，與乳腺癌細(xì)胞相比，miR-206的表達(dá)水平在轉(zhuǎn)移性乳腺癌細(xì)胞中顯著下調(diào)，進(jìn)一步驗(yàn)證了miR-206具有抑瘤作用，其他研究也表明miR-206表達(dá)水平的下調(diào)與乳腺癌惡性程度密切相關(guān)，具有抑制乳腺癌細(xì)胞的生長、侵襲、遷移以及誘導(dǎo)凋亡的作用［27］。

Let-7最初于秀麗隱桿線蟲中發(fā)現(xiàn)，研究表明let-7在肺癌、結(jié)腸癌、胃癌等多種腫瘤組織中低表達(dá)或者缺失［28］。在乳腺癌術(shù)后患者外周血中檢測發(fā)現(xiàn)let-7表達(dá)水平明顯降低，提示let-7的表達(dá)水平可以預(yù)測乳腺癌的治療效果。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，let-7參與乳腺癌干細(xì)胞的增殖、分化和自我修復(fù)，let-7在已分化的乳腺細(xì)胞中高表達(dá)［29］，在乳腺癌干細(xì)胞中低表達(dá)，說明let-7對乳腺癌的發(fā)生發(fā)展具有抑制作用。

6 展望

microRNA對細(xì)胞增殖、分化、侵襲遷移以及凋亡具有重要的調(diào)控作用，對乳腺癌的發(fā)生發(fā)展具有重要的促進(jìn)或者抑制作用，microRNA也在早期特異性檢測標(biāo)志物、耐藥性以及預(yù)后判斷、基因靶向治療、藥物開發(fā)等方面具有一定的潛力。但是分子機(jī)理和調(diào)控機(jī)制尚未闡明，相信隨著分子生物技術(shù)的發(fā)展，基因組和蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)、生物信息學(xué)以及大數(shù)據(jù)的聯(lián)合應(yīng)用將會闡明microRNAs的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，從而明確調(diào)控機(jī)制，更好地揭示乳腺癌的發(fā)生發(fā)展機(jī)理，對腫瘤的早期檢測與治療具有重要意義。