MicroRNA-21在結(jié)直腸腺瘤癌變中的研究進(jìn)展

余杉杉 綜述 南 瓊 審校

臨床上絕大多數(shù)結(jié)直腸癌患者被診斷為腺癌，由腺瘤發(fā)展而來，其診斷主要依賴結(jié)腸鏡，但因其存在侵入性、費用問題等局限性難以廣泛開展。因此尋找識別腺瘤-癌序列演變危險程度的無創(chuàng)生物標(biāo)志物，篩查無癥狀可疑患者，對結(jié)直腸癌預(yù)防具有重要價值。

MiRNAs是具有高度保守序列的內(nèi)源性非編碼單鏈RNA分子，由于其結(jié)構(gòu)短，易于降解，在改善不同類型腫瘤的管理和早期檢測方面顯示出巨大前景[1]，其中miR-21是潛在癌基因，與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展整個過程都緊密聯(lián)系[2]。miR-21可能參與結(jié)直腸腺瘤癌變整個過程，有望成為早期篩查大腸癌及其癌前病變的生物標(biāo)志物。因此本文將對此作一綜述。

1 結(jié)直腸腺瘤-癌進(jìn)展過程

結(jié)直腸癌是全球第三大常見癌癥和第二大癌癥死亡原因[3]，然而在過去的40年以來，美國50歲以上的人口中，結(jié)直腸癌的發(fā)病率和死亡率下降高達(dá)50%以上，是唯一發(fā)病率大幅下降的國家，而這都?xì)w功于對癌前息肉的有效篩查[4]。絕大多數(shù)結(jié)直腸癌病例最終被診斷為腺癌，由良性大腸腺瘤發(fā)展而來(腺瘤-癌序列)，這一觀點目前已得到病理學(xué)、分子遺傳學(xué)及細(xì)胞生物學(xué)研究的廣泛認(rèn)同[5]。腺瘤性息肉按其組織學(xué)形態(tài)可分為管狀腺瘤、絨毛狀腺瘤和管狀-絨毛狀腺瘤，其中絨毛狀腺瘤的癌變率最高，為25%～40%；最低的為管狀腺瘤，為3%～8.5%，管狀-絨毛狀腺瘤癌變率為11.9%～2 2.5%，介于兩者之間[6]。因此尋找識別腺瘤及其癌變危險程度的無創(chuàng)生物標(biāo)志物，篩查無癥狀可疑患者，幫助合理安排結(jié)腸鏡檢查，能有效預(yù)防結(jié)直腸癌發(fā)生。

2 miR-21在結(jié)直腸腺瘤及結(jié)直腸癌中的作用

2.1 miR-21在結(jié)直腸癌中的作用

遺傳干擾是大腸癌發(fā)生的主要促因，而表觀遺傳干擾(如各種miRNAs表達(dá)水平的改變)的重要性也被證明是大腸癌發(fā)生和發(fā)展的主要驅(qū)動因素。MiR-21在結(jié)直腸癌中的作用已被廣泛研究，研究發(fā)現(xiàn)與其作用于磷酸酶和張力蛋白同源物(PTEN)[7]、程序性細(xì)胞死亡4(PDCD4)[8]、DNA甲基化羥化酶(TET1)[9]等靶點密切相關(guān)。PTEN是一個具有雙重特異性磷酸酶活性的抑癌基因，對Pl3K/AKT信號通路、 MAPK信號通路、FAK/p130cas信號通路的調(diào)節(jié)起關(guān)鍵作用[10]。Wu等[7]研究發(fā)現(xiàn)miR-21通過降低PTEN蛋白水平，進(jìn)而上調(diào)Akt磷酸化，促進(jìn)大腸癌細(xì)胞增殖和周期進(jìn)程，抑制細(xì)胞凋亡，增強大腸癌細(xì)胞的侵襲能力。PDCD4是位于人類染色體10q25.2上的抑癌基因，miR-21通過靶向PDCD4的3'-UTR,通過翻譯抑制下調(diào)PDCD4的表達(dá)，激活MAP4K1 / c-Jun / AP1和PI3K / Akt / mTOR通路，從而促進(jìn)大腸癌的侵襲和轉(zhuǎn)移[8]。TET1是雙加氧酶家族的一員，在HCT15和HT29細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)miR-21通過靶向3'UTR對TET1進(jìn)行負(fù)性調(diào)節(jié)，TET1的下調(diào)導(dǎo)致WNT途徑激活進(jìn)而促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖[9]。Mima等[11]收集538例直腸和結(jié)腸癌病例，通過定量逆轉(zhuǎn)錄PCR測定法測量了腫瘤miR-21的表達(dá)，通過組織微陣列免疫組織化學(xué)和計算機輔助圖像分析確定腫瘤組織中CD3(+)，CD8(+),CD45RO(PTPRC)(+)和FOXP3(+)細(xì)胞的密度,進(jìn)行順序邏輯回歸分析，以評估m(xù)iR-21表達(dá)與T細(xì)胞密度的關(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)腫瘤miR-21表達(dá)與CD3(+)和CD45RO(+)細(xì)胞密度成反比，認(rèn)為miR-21抑制抗腫瘤T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫，促進(jìn)結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展。綜上所述，miR-21與結(jié)直腸癌密切相關(guān)。

2.2 miR-21在結(jié)直腸腺瘤癌變中的作用

一項研究通過微陣列分析正常結(jié)直腸組織、腺瘤組織以及癌組織中的miRNAs表達(dá)，發(fā)現(xiàn)miR-135B-5p、miR-18a-5p和miR-29b-3p從正常到腺瘤再到結(jié)直腸癌的發(fā)展過程中持續(xù)上調(diào)[12]。因此miRNAs在結(jié)直腸腺瘤及CRC患者組織中都存在表達(dá)差異，而且可能是結(jié)直腸腺瘤-癌發(fā)展過程中的特異指標(biāo)，有潛力成為監(jiān)測腺瘤發(fā)生及其癌變的生物標(biāo)志物。

Yamamichi等[13]采用原位雜交(ISH)分析了大腸癌發(fā)展不同階段的miR-21表達(dá)，發(fā)現(xiàn)在癌前腺瘤中檢測到miR-21表達(dá)顯著增加并且從癌前腺瘤向晚期癌的過渡期間，miR-21表達(dá)的頻率和程度呈階梯式增加。因此miR-21可能在腺瘤發(fā)生階段已經(jīng)發(fā)揮作用并且參與其CRC發(fā)展的整個過程。Saheb等[14]通過生物信息學(xué)方法將ABCB1，HPGD，BCL2，TIAM1，TLR3和PDCD4確定為結(jié)直腸腺瘤和腺癌中mir-21的共同靶標(biāo)，通過比較miR-21靶基因在正常大腸黏膜向腺瘤和癌轉(zhuǎn)變過程中的表達(dá)變化，得出miR-21對PDCD4等基因靶點的調(diào)節(jié)始于腺瘤的早期階段，與正常組織相比，這些基因靶點被發(fā)現(xiàn)顯著變化并且從腺瘤到癌的不同階段的轉(zhuǎn)變過程中一直持續(xù)。然而，目前為止僅對BCL2，TIAM1以及PDCD4在結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展中的作用有一定了解。

研究發(fā)現(xiàn)Bcl-2基因可通過復(fù)雜的調(diào)控機制抑制細(xì)胞凋亡，作為原癌基因參與癌癥的發(fā)生發(fā)展，但當(dāng)其過表達(dá)時可以抑制腸組織正常細(xì)胞的凋亡,打破細(xì)胞增殖與凋亡的平衡,促進(jìn)癌變發(fā)生，可能參與CRC的整個發(fā)生發(fā)展過程[15]。TIAM1在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核的摧滅復(fù)合物中，通過兩個部分的不同機制拮抗TAZ / YAP。 在細(xì)胞質(zhì)中，通過增強TAZ與βTrCP的相互作用來促進(jìn)TAZ降解；在細(xì)胞核中TIAM1抑制TAZ/YAP與TEADs的相互作用，抑制TAZ/YAP靶基因在上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化、細(xì)胞遷移和侵襲中的表達(dá)，從而抑制CRC細(xì)胞遷移和侵襲。因此TIAM1鑒定為CRC進(jìn)展的關(guān)鍵拮抗劑[16]。當(dāng)其受到miR-21抑制時將會促進(jìn)CRC進(jìn)展。Haas等[17]研究了PDCD4在端粒酶永生化的人類上皮細(xì)胞系中的功能，顯示PDCD4是G1/S過渡所必需的，證明了它在細(xì)胞周期中的關(guān)鍵作用。 對p53依賴性激活的抑制超過了對G1/S過渡的PDCD4的要求，這表明PDCD4抵消了基礎(chǔ)p53活性，以防止p53對G1/S檢查點的激活，轉(zhuǎn)錄組和核糖體圖譜數(shù)據(jù)顯示，PDCD4的沉默改變了許多mRNA的表達(dá)水平和翻譯， 確定PDCD4是沉默時被抑制的細(xì)胞周期和DNA相關(guān)功能的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑，這表明PDCD4的表達(dá)降低可能會通過損害基因組完整性來促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展。Fassan等[18]評估了300個結(jié)腸黏膜息肉狀病變(增生性息肉、鋸齒狀腺瘤、低級別上皮內(nèi)瘤變腺瘤、高級別上皮內(nèi)瘤變性腺瘤)和結(jié)腸腺癌(CRC)及正常對照者的組織樣本的PDCD4免疫組織化學(xué)表達(dá)，并通過定量實時聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)進(jìn)一步研究了不同系列的正常組、低級別上皮內(nèi)瘤變腺瘤，低級別上皮內(nèi)瘤變腺瘤和CRC組織等樣本PDCD4信使RNA(mRNA)的水平，還通過定量實時PCR和原位雜交確定了miR-21表達(dá)，結(jié)果顯示正常的結(jié)腸細(xì)胞和增生性息肉組表現(xiàn)出較強的PDCD4核免疫染色，而在發(fā)育異常(低級和高級腺瘤和鋸齒狀腺瘤)和浸潤性CRC中觀察到PDCD4核表達(dá)顯著降低。隨著結(jié)腸癌發(fā)生過程中發(fā)生的表型變化逐漸增加，PDCD4免疫染色和mRNA水平顯著降低，并且在腫瘤前和腫瘤樣品中miR-21表達(dá)呈階梯式顯著上調(diào)，與PDCD4下調(diào)一致。因此從腺瘤早期階段開始PDCD4受miR-21調(diào)控表達(dá)量下降，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤的發(fā)生?？偠灾?，在腺瘤早期階段上調(diào)的miR-21通過調(diào)節(jié)BCL2，TIAM1以及PDCD4等表達(dá)促進(jìn)腺瘤-癌轉(zhuǎn)變。

3 血清miR-21在結(jié)直腸腺瘤及癌變中診斷價值

結(jié)直腸腺瘤篩查是降低結(jié)直腸癌發(fā)病率的有效措施，但目前對結(jié)直腸腺瘤的篩查仍主要依靠結(jié)腸鏡檢查，但因其為侵入性檢查，易引起患者不適，同時還需要復(fù)雜的腸道準(zhǔn)備，存在麻醉意外、出血、穿孔等風(fēng)險，并不是每個患者都能按要求定期隨訪，僅有極少數(shù)國家直接采用結(jié)腸鏡檢查作為篩查手段。因此急需尋找一種簡便有效的生物標(biāo)志物，篩查出優(yōu)先需要行結(jié)腸鏡檢查的患者，合理安排結(jié)腸鏡檢查對降低CRC的發(fā)病率具有重要價值。

miR-21作為研究最多和最廣泛的一種miRNAs，具有高度的有效性，已被證明作為早期檢測大腸癌的生物標(biāo)志物具有巨大的診斷潛力[19]。Ghareib等[20]研究發(fā)現(xiàn)患者和正常對照組的血清miR-21表達(dá)水平分別為3.4和1.25,其敏感性和特異性分別為95.8%和91.7%,并且其表達(dá)水平與局部復(fù)發(fā)率、TNM分期、PT分期、靜脈浸潤、肝轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)呈正相關(guān),結(jié)果表明血清miR-21表達(dá)水平可作為CRC患者早期檢測和預(yù)后的新型非侵入性生物標(biāo)志物。Peng等[21]通過對miR-21的診斷性薈萃分析也認(rèn)為血清miR-21適合作為結(jié)直腸癌診斷性生物標(biāo)志物。Liu等[22]檢測了200例CRC患者、50例晚期腺瘤患者和80例健康人的血清樣品中miR-21的水平，通過實時定量聚合酶鏈反應(yīng)(RT-PCR)進(jìn)行控制，發(fā)現(xiàn)CRC和晚期腺瘤患者中miR-21的水平顯著高于健康對照者，認(rèn)為MiR-21血清水平具有篩查腺瘤及CRC的潛在價值。Sabry等[23]為了確定血清miR-210、miR-21和miR-126水平是否對腺癌和腺瘤具有診斷價值，采用ROC曲線分析其診斷敏感性和特異性,結(jié)果顯示：miR-210、miR-21和miR-126與對照組相比，其AUC分別為0.934、0.973和0.665，并且當(dāng)miR-21的臨界值為0.333時，其敏感性和特異性分別為91.4%和95.0%，進(jìn)一步證實血清miR-21是腺瘤及結(jié)直腸癌早期篩查的可靠指標(biāo)，在腺瘤及其癌變過程中也顯示出巨大的診斷價值。

綜上所述，miR-21在結(jié)直腸腺瘤癌變過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，血清中的miR-21檢測可能成為腺瘤及大腸癌早期篩查生物標(biāo)志物，反映腺瘤癌變及惡化過程，對于篩選腺瘤患者及時安排腸鏡檢查及內(nèi)鏡下腺瘤切除、有效降低大腸癌的發(fā)病率極為重要，其對于大腸癌的治療指導(dǎo)及預(yù)后判斷也尤為重要。近年來比色法[24]、電化學(xué)發(fā)光生物傳感器[25]等具有更高的靈敏性和準(zhǔn)確性的miR-21檢測技術(shù)的出現(xiàn)，為早日實現(xiàn)miR-21的臨床檢測提供了可能。然而還需要更多的實驗來驗證血清中miR-21對于腺瘤篩查及其癌變可能性預(yù)測的準(zhǔn)確性，以期早日實現(xiàn)無創(chuàng)篩查腺瘤及早期結(jié)直腸癌，有效降低大腸癌的發(fā)病率和死亡率。