關(guān)注miRNA及相關(guān)腫瘤數(shù)據(jù)庫在腫瘤研究中的應用

謝海龍，陳艷華

(南華大學 1.衡陽醫(yī)學院腫瘤研究所 腫瘤細胞與分子病理學湖南省重點實驗室，2.附屬第二醫(yī)院腫瘤內(nèi)科，湖南省衡陽市 421001)

腫瘤是在機體自身遺傳因素和外界致瘤因素共同作用下形成的。首先局部組織由于細胞基因表達失調(diào)形成生長不受控制的異常增生，并進一步轉(zhuǎn)化后形成惡性腫瘤破壞組織、器官的結(jié)構(gòu)和功能，引起壞死、出血及感染等，最終通過血液及淋巴系統(tǒng)轉(zhuǎn)移形成轉(zhuǎn)移灶，導致多臟器的損害，嚴重危害身體健康。腫瘤產(chǎn)生的原因十分復雜，全面系統(tǒng)地闡明腫瘤發(fā)生發(fā)展的分子機制將有助于生物醫(yī)藥研究工作者以及臨床專家找到腫瘤形成過程中的關(guān)鍵節(jié)點，為腫瘤的治療提供理論基礎和更為有效的靶點。

1 腫瘤形成的一般過程

從單個基因突變到腫瘤形成需要經(jīng)歷一系列的過程，一般認為某些基因突變是腫瘤的起始。使細胞產(chǎn)生腫瘤的誘變劑稱為引發(fā)劑(initiators)，在引發(fā)劑及宿主自身遺傳改變的作用下引起某些基因發(fā)生永久改變，并且這些改變會隨著細胞分裂而傳遞到子代細胞中[1]。轉(zhuǎn)化后的細胞以不受控制的方式增長，在此過程中，基因表型發(fā)生更多變化使細胞和組織變得無序。隨著轉(zhuǎn)化細胞的增多，一些細胞發(fā)生“去分化”，具備了干細胞的生物學特性，被稱為腫瘤干細胞[2]。隨著腫瘤細胞的生長速率和遷移速率的增加，腫瘤在不斷生長的過程中細胞間的連接減少并變得更為松散。伴隨著浸潤深度的增加，腫瘤細胞逐漸突破基底層，侵入淋巴管及血管進入淋巴循環(huán)和血液循環(huán)到達遠處器官，在血管生成的作用下形成了新的腫瘤，實現(xiàn)了腫瘤轉(zhuǎn)移[3]。在分子水平上，脫氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，DNA)、核糖核酸(ribonucleic acid，RNA)以及蛋白等眾多生物大分子均參與其中。如低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白11(low density lipoprotein receptor-related protein 11,LRP11)在宮頸癌組織中高表達且與人乳頭瘤病毒(human papilloma virus,HPV)感染相關(guān)，其過表達可促進宮頸癌細胞增殖和侵襲[4]。在細胞水平上，細胞識別、細胞凋亡和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)在此過程中發(fā)揮重要作用。有研究表明，肌動蛋白樣蛋白8(actin like 8,ACTL8)通過激活EMT過程促進子宮內(nèi)膜癌細胞增殖及轉(zhuǎn)移[5]。由此可見，腫瘤的發(fā)展是一個紛繁復雜的過程，深入闡明腫瘤發(fā)展的分子機制對腫瘤的預防和治療具有重要意義。

2 miRNA在腫瘤發(fā)展、治療及診斷中的作用

2.1 miRNA調(diào)節(jié)腫瘤發(fā)展進程的分子機制

小RNA(micro ribonucleic acid，miRNA)是一類19～25個核苷酸長度的內(nèi)源性非編碼單鏈RNA分子。它可以通過RNA誘導的沉默復合體(RNA-induced silencing complex，RISC)結(jié)合到靶mRNA上，并與mRNA序列的3′非編碼區(qū)配對結(jié)合，引導mRNA降解，抑制靶基因的表達。miRNA的主要功能是調(diào)節(jié)機體生長、發(fā)育、細胞分化。隨著對腫瘤分子機制研究的深入，人們逐漸認識到miRNA參與腫瘤細胞增殖、分化以及細胞凋亡，對腫瘤的形成和發(fā)展具有重要作用[6]。劉倩峰等[7]對口腔鱗癌的研究表明，miR-365-3p在口腔鱗癌細胞中的高表達能下調(diào)CDK-10表達，抑制細胞增殖。盡管miRNA是通過抑制靶基因表達而發(fā)揮作用的，但是不同miRNA對腫瘤的作用不盡相同，根據(jù)其作用可以分為抑癌miRNA和致癌miRNA。研究人員對乳腺癌的研究發(fā)現(xiàn)，抑癌miRNA(miR-200c、miR-200b-3p和miR-300)的表達下調(diào)，而致癌miRNA(miR-103/107、miR-10b、miR-221/222和miR-21)表達上調(diào)，進而激活EMT過程促進乳腺癌的發(fā)展進程[8]。作為一種致癌miRNA，miR-21是眾多癌癥中研究最多的miRNA之一。最近的研究證實，在RAS轉(zhuǎn)化的細胞中，miR-21和程序性細胞死亡蛋白4(programmed cell death protein 4,Pdcd4)介導了一個新的自動調(diào)節(jié)環(huán)來控制AP-1的活性；在許多被miR-21下調(diào)的mRNA中存在一些編碼細胞周期檢查點調(diào)控因子，這表明miR-21在RAS誘導的致癌細胞增殖中發(fā)揮重要作用[9-10]。

2.2 miRNA在腫瘤治療中的應用探索

miRNA可通過調(diào)節(jié)靶基因表達影響腫瘤發(fā)展進程，這一特性也促進了miRNA在腫瘤治療領(lǐng)域中的研究。miRNA一般在治療方面分為miRNA模擬物和miRNA拮抗劑兩類[11]。miRNA模擬物是以化學合成的方式模擬內(nèi)源性miRNA的小片段RNA，以提升內(nèi)源性miRNA的功能。研究表明，利用納米生物可降解多聚物載體連接miR-26a和miR-122構(gòu)建的載藥系統(tǒng)能明顯抑制肝癌細胞HepG2的增殖、遷移侵襲以及克隆形成能力，促進細胞凋亡并增強細胞對抗癌藥物的化療敏感性[12]。miR-101抑制髓細胞白血病因子-1(myeloid cell leukemia-1,Mcl-1)的表達不僅降低了肺癌細胞A549的增殖和遷移，并且促進肺癌細胞對ABT-737的化療敏感性[13]。雖然miRNA在腫瘤治療中展示出良好的應用前景，但是，將miRNA模擬物和抑制劑輸送到特定的靶器官仍然是一個治療上的挑戰(zhàn)。令人振奮的是，一種基于脂質(zhì)體的miR-34模擬物(MRX34)是首個進入晚期肝癌患者Ⅰ期臨床試驗的癌癥靶向miRNA藥物；另外，使用EnGeneIC Delivery Vehicle包裝的miR-16 miRNA模擬物納米顆粒通過靶向EGFR表達的癌細胞也作為復發(fā)性惡性胸膜間皮瘤和非小細胞肺癌患者二線或三線治療藥物進入了Ⅰ期試驗中[14]。隨著靶向載藥系統(tǒng)發(fā)展，筆者相信miRNA做為一種新興的抗腫瘤藥物具有廣闊的應用前景。

2.3 循環(huán)miRNA在腫瘤診斷中具有廣闊的應用前景

腫瘤標志物的研究是腫瘤學研究的重點之一。尋找特異性好、靈敏度高的腫瘤標志物不僅對腫瘤的早期診斷具有重要意義，而且能延長患者生存時間。體液中DNA、RNA、蛋白質(zhì)等生物大分子物質(zhì)是腫瘤標志物的來源。例如：血清降鈣素原(serum procalcitonin,PCT)表達水平可以用于肺腺癌化療后腫瘤轉(zhuǎn)移復發(fā)風險的預測[15]。程序性死亡配體-1(programmed death ligand-1,PD-L1)在非小細胞癌組織中表達上調(diào)，與非小細胞癌發(fā)生、不良預后相關(guān)[16]。在血清、唾液以及尿液等體液中也有miRNA的存在，這種miRNA被稱為循環(huán)miRNA，循環(huán)miRNA的來源主要有3種：①破裂的細胞或受損的組織被動釋放；②經(jīng)由外泌體主動分泌；③不被外泌體包裹，而是與RNA結(jié)合蛋白結(jié)合被分泌[17]。有研究顯示,循環(huán)miRNA可作為腫瘤標志物用于腫瘤的早期檢測。結(jié)直腸癌患者血清中miR-21-5p和miR-29-3p，肝癌患者血清中miR-122-5p和miR-223-3p，胰腺癌患者血清中miR-22-3p和miR-196a-5p等均顯示異常表達，對這些miRNA進一步的評估后發(fā)現(xiàn)，血清miRNA有望成為十分有潛力的腫瘤標志物[18]。血漿中7個miRNA(miR-103a-3p、miR-127-3p、miR-151a-5p、miR-17-5p、miR-181a-5p、miR-18a-5p以及miR-18b-5p)的表達監(jiān)測在結(jié)直腸癌的診斷中顯示出較高的診斷價值[19]。此外，循環(huán)miRNA檢測技術(shù)的發(fā)展也進一步促進了miRNA在腫瘤診斷中的應用。研究者利用短熒光DNA探針與其目標miRNA結(jié)合的方式定量分析前列腺癌病人血清中生物標志物miR-141的表達，為前列腺癌的診斷提供幫助[20]。

3 數(shù)據(jù)庫在腫瘤分子機制研究中的應用

隨著人類基因組計劃的完成，生命科學的研究從此進入大數(shù)據(jù)時代?；蚪M、蛋白質(zhì)組等組學的研究為研究者們提供了海量的數(shù)據(jù)信息，而數(shù)據(jù)庫也因此孕育而生。數(shù)據(jù)庫的出現(xiàn)無疑為研究者節(jié)約大量的時間和費用，全世界的研究人員都可以利用數(shù)據(jù)庫獲得已公開的基因表達、RNA測序以及蛋白表達等相關(guān)信息，使得研究者們可以在前人工作的基礎上進一步尋找自己感興趣的基因或蛋白，縮小篩選范圍。目前，常用的數(shù)據(jù)庫包括TCGA數(shù)據(jù)庫(The Cancer Genome Atlas，TCGA)、GEO數(shù)據(jù)庫(Gene Expression Omnibus Database，GEO)和Oncomine數(shù)據(jù)庫。TCGA數(shù)據(jù)庫是一個癌癥基因組計劃的標志，它不僅包括了33種癌癥及正常樣本數(shù)據(jù)，而且涵蓋多組學數(shù)據(jù)，包括基因表達數(shù)據(jù)、miRNA表達數(shù)據(jù)、拷貝數(shù)變異、DNA甲基化等。GEO數(shù)據(jù)庫是由美國國立生物技術(shù)信息中心(National Center for Biotechnology Information Search database，NCBI)建立的基因表達數(shù)據(jù)庫，涵蓋基因芯片、二代測序以及其他高通量測序數(shù)據(jù)。多數(shù)據(jù)庫的聯(lián)合使用可以進一步地確定miRNA有效靶點和作用網(wǎng)絡。Oncomine數(shù)據(jù)庫是目前世界上最大的癌基因芯片數(shù)據(jù)庫和綜合數(shù)據(jù)挖掘平臺之一，它整合了GEO、TCGA和已公開的RNA和DNA測序數(shù)據(jù)，能夠幫助研究者進一步篩選靶基因，或預測表型。有研究者對TCGA、GEO、TIMER數(shù)據(jù)庫的相關(guān)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，TRIM44在結(jié)腸癌患者中有明顯的差異表達并與不良預后相關(guān)，TRIM44可通過作用于M0和M2細胞影響CCL2表達通路，影響結(jié)腸癌的發(fā)生和發(fā)展[21]。馮嵩崴等[22]利用SEER數(shù)據(jù)庫對3 968例行滿意減瘤術(shù)者，采用時間依賴的COX回歸分析篩選獨立預后因素，并建立預測模型，LODDS分級是行滿意減瘤術(shù)后卵巢癌患者的獨立預后因素，LODDS分級的列線圖在預測患者生存率方面更具優(yōu)勢。Shi等[23]利用TCGA數(shù)據(jù)庫中胰腺癌患者RNA-seq數(shù)據(jù)篩選與預后相關(guān)的標志物，結(jié)果顯示，基于5種miRNA(hsa-miR-203、hsa-miR-424、hsa-miR-1266、hsa-miR-1293以及hsa-miR-4772)構(gòu)建的指標能夠有效地預測胰腺癌患者生存期，并可作為胰腺癌患者預后評估的指標。因此，有效利用數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)數(shù)據(jù)有助于研究者從復雜的基因網(wǎng)絡中找到與疾病相關(guān)的基因及潛在的調(diào)控方式。

4 結(jié)語與展望

綜上所述，腫瘤的發(fā)生和發(fā)展歷經(jīng)復雜而漫長的過程，其分子機制目前尚不完全清楚。miRNA作為一種基因負調(diào)控的小分子RNA其作用越來越引人關(guān)注。大量的研究表明，誘導miRNA的表達可以通過抑制特定靶基因表達進而降低腫瘤細胞的增殖、遷移能力，延長個體生存期?；谶@一特性，miRNA在抗腫瘤治療方面也展示出廣闊的前景?；瘜W合成miRNA類似物以及以miRNA為核心的納米載藥系統(tǒng)在動物模型試驗中顯示出較好的抗腫瘤效果。另一方面，利用血清等體液樣本檢測循環(huán)miRNA也在腫瘤早期診斷及預后評估方面顯示出較好的應用前景。隨著miRNA研究的深入，它在臨床領(lǐng)域中的應用也將更加廣泛。數(shù)據(jù)庫的出現(xiàn)為腫瘤研究提供了很大的便利，多組數(shù)據(jù)庫的聯(lián)合使用可以有效的篩選與腫瘤相關(guān)的異常表達基因，結(jié)合數(shù)據(jù)庫及軟件預測可以進一步預測對靶基因具有調(diào)控作用的miRNA，極大地縮小了篩選范圍。這不僅為研究者節(jié)約了大量的時間和費用而且有助于研究人員尋找腫瘤的關(guān)鍵節(jié)點，推動腫瘤的分子機制研究。