MicroRNA在肝細(xì)胞癌診斷和治療中的研究進(jìn)展

李運(yùn)杰,龔建華,姚汝鋮綜述,鄭 軍審校

0 引 言

肝癌(hepatocellular carcinoma, HCC)是發(fā)生在肝臟的一種惡性腫瘤,可分為原發(fā)性肝癌和繼發(fā)性肝癌兩大類,其中肝細(xì)胞癌是最常見(jiàn)的原發(fā)性肝癌,是目前全球第六大最常見(jiàn)的腫瘤,也是第三大癌癥相關(guān)死亡原因［1］。低生存率歸因于晚期診斷、治療耐藥性、腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移,因此強(qiáng)調(diào)需要新的診斷和治療方法。HCC目前治療方法包括手術(shù)選擇(切除或肝移植)、消融電化學(xué)療法(如射頻消融或乙醇注射)以及非消融治療(如化療栓塞、放射性栓塞和立體定向放射治療)［2］。作為HCC的主要治療手段,手術(shù)治療只對(duì)早期HCC患者療效較好,同時(shí)手術(shù)后的早期肝癌復(fù)發(fā)主要為腫瘤細(xì)胞沿門(mén)靜脈途徑進(jìn)行肝內(nèi)微轉(zhuǎn)移及多中心起源復(fù)發(fā)因素導(dǎo)致,針對(duì)不同患者病情實(shí)現(xiàn)解剖性肝切除聯(lián)合部分區(qū)域非解剖性肝切除對(duì)于術(shù)者有一定技術(shù)難度要求［3］。此外,其他治療方式也有著一定的局限性,如消融治療較難處理較大腫瘤和肝內(nèi)多發(fā)腫瘤以及肝移植缺少適宜的器官供體等［4］。

MicroRNA(miRNA)是內(nèi)源性小的非編碼RNA(長(zhǎng)度約為19～25個(gè)核苷酸),通過(guò)降解信使RNA(mRNA)或通過(guò)結(jié)合靶mRNA抑制翻譯來(lái)調(diào)節(jié)基因表達(dá),從而充當(dāng)啟動(dòng)子或抑制子來(lái)控制的細(xì)胞增殖、遷移、侵襲和發(fā)展［5-6］。每個(gè)miRNA被認(rèn)為靶向數(shù)百個(gè)mRNA,它們是基因表達(dá)的強(qiáng)大調(diào)節(jié)因子。通過(guò)以上途徑miRNA能夠調(diào)節(jié)約30%的人類基因,其中與癌癥相關(guān)的miRNA根據(jù)功能分可為兩類:致癌miRNA(oncomiRs)和抑癌miRNA(TS-miR)［7］。在癌癥發(fā)展過(guò)程中致癌miRNA主要表現(xiàn)為上調(diào)趨勢(shì),抑癌miRNA則表現(xiàn)為下調(diào)趨勢(shì)。目前越來(lái)越多的研究通過(guò)表觀遺傳修飾手段(miRNA,DNA甲基轉(zhuǎn)移酶/去甲基化酶和組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶/去甲基化酶)調(diào)控HCC發(fā)生和發(fā)展,證明了miRNA具有成為HCC診斷生物標(biāo)志物或新型治療策略的潛力［8］。本文對(duì)miRNA在HCC中表達(dá)水平的失調(diào)以及miRNA作為HCC診斷和治療的最新研究進(jìn)展作一綜述。

1 HCC中miRNA的失調(diào)

目前研究中miRNA的失調(diào)的機(jī)制仍知之甚少,可能是由于編碼基因的遺傳改變,如突變,擴(kuò)增,缺失或融合,也有學(xué)者表示失調(diào)的轉(zhuǎn)錄因子和DNA甲基化是導(dǎo)致miRNA表達(dá)障礙的主要原因［9］。在各種癌癥類型中,如胃腸道、泌尿系、肺癌等均可觀察到相應(yīng)的miRNA的失調(diào)［10-12］。研究發(fā)現(xiàn)HCC的發(fā)生發(fā)展與miRNA的表達(dá)異常也具有較強(qiáng)的相關(guān)性:與病毒性肝炎、酒精肝、肝纖維化等肝病及健康對(duì)照相比,HCC中部分miRNA的表達(dá)水平存在著顯著差異,具有一定特異性［13-14］。根據(jù)惡性腫瘤的發(fā)展過(guò)程,HCC中表達(dá)失調(diào)的miRNA調(diào)控作用主要體現(xiàn)在腫瘤細(xì)胞的增殖與凋亡、上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)、腫瘤微環(huán)境形成、以及遷徙轉(zhuǎn)移四個(gè)過(guò)程中。miR-21是目前研究較多的miRNA,在諸多腫瘤中表達(dá)異常上調(diào),其靶向負(fù)調(diào)節(jié)腫瘤抑制基因PTEN和MAP2K3,通過(guò) PI3K/Akt 信號(hào)通路加速腫瘤細(xì)胞細(xì)胞從G1到S期的轉(zhuǎn)變,從而導(dǎo)致腫瘤的增殖［15］。此外,HCC細(xì)胞還可以分泌直接靶向PTEN的外泌體miRNA-21,外泌體是細(xì)胞外囊泡的一種,是直徑小于200 nm的小囊泡,通過(guò)體液移動(dòng),外泌體miRNA-21可導(dǎo)致肝星狀細(xì)胞中PDK1 / AKT信號(hào)傳導(dǎo)的激活,同時(shí)也可以激活腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞(cancer-associated fibroblasts,CAF)通過(guò)分泌血管生成細(xì)胞因子VEGF,MMP2,MMP9,bFGF和TGF-β進(jìn)一步促進(jìn)癌癥遷徙和腫瘤血管生成［16］。同樣被證實(shí)可促進(jìn)HCC增殖的miRNA還有miR-542-3p、miR-142、miR-122,它們?cè)贖CC中均以表達(dá)下調(diào)的形式促進(jìn)細(xì)胞的增殖與EMT過(guò)程［17-19］。也有研究表明miR-183-5p上調(diào)了糖酵解相關(guān)基因(PKM2,HK2,LDHA,GLUT1)的表達(dá),通過(guò)增加葡萄糖攝取和糖酵解,改變腫瘤微環(huán)境并促進(jìn)了肝癌細(xì)胞的遷移和侵襲［20］。Zhao等［21］通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究證明了miR-424-5p靶向負(fù)調(diào)節(jié)哺乳動(dòng)物自噬相關(guān)基因14(ATG14),ATG14的抑制會(huì)促進(jìn)細(xì)胞自噬行為,這可能是抑制肝癌發(fā)展的另一條重要通路。由此可見(jiàn)HCC相關(guān)miRNA在腫瘤的作用并不單一,作用通路復(fù)雜多樣,單個(gè)miRNA往往可參與惡性腫瘤行為的多個(gè)環(huán)節(jié)。越來(lái)越多的HCC相關(guān)miRNA機(jī)制的發(fā)現(xiàn)與完善,為探索miNRA能否成為高效、安全、精準(zhǔn)的生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)提供了可靠理論基礎(chǔ)。

2 MiRNA在HCC診斷中的作用

在HCC診斷的傳統(tǒng)方式中,甲胎蛋白(α-Fetoprotein,AFP)是目前最廣泛使用的HCC生物標(biāo)志物,但其敏感性和特異性較低,對(duì)于早期直徑<2 cm的微小肝癌,患者多數(shù)沒(méi)有表現(xiàn)出AFP水平的升高,因此在肝癌起病早期使用AFP診斷HCC的靈敏度甚至低于25%［22］。此外,肝炎和肝硬化患者體內(nèi)的AFP也可能升高,導(dǎo)致其在診斷HCC時(shí)出現(xiàn)較高的假陽(yáng)性率［23］。而在HCC發(fā)展的各個(gè)臨床階段中,都能發(fā)現(xiàn)miRNA表達(dá)水平的異常,miRNA相比傳統(tǒng)AFP篩查HCC可能更可靠。目前有國(guó)外學(xué)者總結(jié)出了肝細(xì)胞和HCC細(xì)胞系之間的miRNA譜差異,通過(guò)檢測(cè)各種miRNA的表達(dá)水平用于區(qū)分HCC患者與健康對(duì)照組和其他肝病患者,雖然仍需要長(zhǎng)期及大量臨床數(shù)據(jù)驗(yàn)證其臨床價(jià)值及可靠評(píng)價(jià)范圍,不可否認(rèn),miRNA譜作為生物標(biāo)志物具有巨大的研究潛力［24-26］。有研究表明,通過(guò)AFP與miRNA聯(lián)合檢測(cè)來(lái)診斷早期HCC時(shí)似乎更能夠提高診斷的特異度以及靈敏度。Tomimaru等［27］發(fā)現(xiàn)通過(guò)單獨(dú)檢測(cè)miR-21或者聯(lián)合檢測(cè)miR-21和AFP在區(qū)分HCC患者與慢性肝炎患者或健康對(duì)照方面較單獨(dú)檢測(cè)AFP效果更好。另一項(xiàng)研究表明,通過(guò)對(duì)miR-16、AFP和AFP-L3聯(lián)合檢測(cè)在診斷HCC時(shí)具有高度特異性［28］。Zhao等［29］通過(guò)920份臨床數(shù)據(jù)分析說(shuō)明血清 miR-122 對(duì)健康人群及肝炎患者的肝細(xì)胞癌篩查具有重要意義,但也指出單獨(dú)的血清miR-122對(duì)于肝硬化或發(fā)育不良結(jié)節(jié)形成的患者與HCC鑒別會(huì)存在失誤。Ma等［30］指出miR-196a2、miR-146a、miR-499以及miR-149等miRNA表達(dá)的失調(diào)可能增加肝癌的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn),有望成為肝癌潛在的生物標(biāo)志物。除對(duì)HCC有較好的診斷作用以外,通過(guò)檢測(cè)體內(nèi)某些miRNA的表達(dá)水平還能夠?qū)CC患者治療后的效果以及預(yù)后進(jìn)行判斷［31］。Chen等［32］研究表明,miR-497在HCC中的潛在靶基因包括ARL2,UBE2Q1,PHF19,APLN,CHEK1,CASK,SUCO,CCNE1和KIF23。這九個(gè)基因的低表達(dá)與HCC患者更好的預(yù)后有關(guān),AUTS2是miR-1246的新型靶基因,其低表達(dá)與HCC患者總生存率低有顯著關(guān)系。綜上,miRNA在HCC各階段發(fā)生與發(fā)展中的表達(dá)異常使miRNA有望成為HCC早期診斷和準(zhǔn)確分期的新型診斷工具。

3 MiRNA在HCC治療中的作用

3.1 下調(diào)致癌miRNA表達(dá)致癌miRNA異常高表達(dá)通過(guò)直接與多個(gè)腫瘤抑制基因結(jié)合而下調(diào)這些mRNA的表達(dá),從而導(dǎo)致癌細(xì)胞的生長(zhǎng)、移動(dòng)和轉(zhuǎn)移。Callegari等［33］發(fā)現(xiàn)miR-221作為一種致癌miRNA,其在HCC中表達(dá)水平明顯增高,試驗(yàn)小組通過(guò)基因敲定下調(diào)小鼠體內(nèi)miR-221的表達(dá)能夠抑制小鼠體內(nèi)HCC的增長(zhǎng)。因此,抑制致癌miRNA的表達(dá)是治療HCC可探尋的有效治療策略。反義單鏈核苷酸是一種miRNA類似物,能夠通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性抑制從而降低miRNA的表達(dá)水平,已被作為miRNA抑制劑廣泛使用。已有研究證明miR-21抑制劑可以明顯降低miR-21的表達(dá)水平,同時(shí)能夠有效地抑制腫瘤的生長(zhǎng)［34］。此外,Li等［35］也通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)miR-210的過(guò)度表達(dá)與乙肝相關(guān)性肝硬化和HCC密切相關(guān),通過(guò)抑制miR-210的表達(dá)能夠促進(jìn)肝癌細(xì)胞的凋亡,表明miR-210抑制劑可能是治療乙肝相關(guān)性HCC的一種潛在治療方式。另有研究表明,抑制miR-494的表達(dá)能夠顯著減小HCC腫瘤大小［36］。因此,通過(guò)抑制致癌miRNA的表達(dá)可以抑制HCC腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)并減少HCC的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移,可能成為一種新型的無(wú)創(chuàng)HCC治療方案,尤其是針對(duì)索拉菲尼耐藥的晚期肝癌患者治療提供新思路。

3.2上調(diào)抑癌miRNA表達(dá)水平除使用致癌miRNA抑制物下調(diào)致癌miRNA的表達(dá)外,通過(guò)上調(diào)HCC中表達(dá)被抑制的抑癌miRNA的表達(dá)水平似乎也是一種有效的治療方式［37］。有研究表明,miR-638在人類HCC中顯著下調(diào),通過(guò)上調(diào)miR-638的表達(dá)水平能夠誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞凋亡和自噬,發(fā)揮較為明顯的腫瘤抑制作用［38］。此外,Zhang等［39］通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)通過(guò)基因修飾能夠促使miR-498過(guò)度表達(dá),而miR-498的過(guò)度表達(dá)可以顯著抑制肝癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲。在HCC中,miR-4310被發(fā)現(xiàn)表達(dá)水平低下,其通過(guò)靶向脂肪酸合成酶和硬脂酰輔酶A去飽和酶-1抑制脂質(zhì)合成,Li等［40］上調(diào)細(xì)胞中miR-4310的表達(dá)發(fā)現(xiàn)HCC腫瘤的遷徙和轉(zhuǎn)移被抑制,使預(yù)后得到改善。有研究發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)HCC細(xì)胞中miR-193a表達(dá)能促進(jìn)肝癌細(xì)胞凋亡和抑制細(xì)胞增殖,并可增加對(duì)索拉非尼的敏感性,進(jìn)一步增強(qiáng)其抗腫瘤治療效果［41］。Ning等［42］也通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了向腫瘤部位遞送外源性miR-122,其直接靶向細(xì)胞周期蛋白G1,從而抑制HCC細(xì)胞的增殖,這說(shuō)明可以通過(guò)改變miRNA的細(xì)胞含量水平能夠影響體內(nèi)HCC的生長(zhǎng)與轉(zhuǎn)移。此外,有學(xué)者通過(guò)敲低HCC細(xì)胞中致癌lncRNA小核仁RNA宿主基因1(SNHG1),減少SNHG1競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合抑癌miR-376a,從而達(dá)到較強(qiáng)的腫瘤抑制結(jié)果,這為研究miRNA基因治療靶點(diǎn)提供了新思路［43］。相較于HCC的手術(shù)治療等有創(chuàng)治療方式,通過(guò)調(diào)節(jié)miRNA的表達(dá)水平從而抑制HCC的發(fā)展與擴(kuò)散更加方便。此外,miRNA不編碼蛋白質(zhì),因此通常不具有免疫原性,與經(jīng)典的HCC基因治療相比,基于miRNA的基因治療具有更加廣闊的前景。

3.3聯(lián)合治療策略雖然miRNA可能在治療HCC時(shí)具有較好的療效,然而,血清中富含核酸酶,單獨(dú)使用miRNA制劑會(huì)導(dǎo)致miRNA被降解從而降低療效,而且還可能對(duì)體內(nèi)其它正常組織造成一定的影響。因此,需要使用聯(lián)合治療策略來(lái)減少miRNA制劑的體內(nèi)降解,同時(shí)降低其對(duì)正常組織所產(chǎn)生的影響。Wischhusen等［44］通過(guò)超聲靶向微泡破壞技術(shù)聯(lián)合miR-122以及miR-21抑制劑對(duì)HCC進(jìn)行治療,不僅能夠防止miRNA在血清內(nèi)的過(guò)度降解,還能夠?qū)崿F(xiàn)miRNA局部釋放的效果,實(shí)現(xiàn)了HCC的高效治療。Ning等［45］使用靶向大分子聯(lián)合遞送化療藥物5-氟尿嘧啶以及miRNA-122對(duì)HCC進(jìn)行治療,結(jié)果顯示藥物在血清中具有良好的穩(wěn)定性,有效地抑制HCC細(xì)胞的增殖,進(jìn)一步誘導(dǎo)HCC細(xì)胞凋亡。Tian等［46］發(fā)現(xiàn)HCC細(xì)胞的酸性微環(huán)境會(huì)增加HIF-1α和HIF-2α基因的表達(dá),并刺激了外泌體miR-21和miR-10b的生成,通過(guò)堿化細(xì)胞微環(huán)境或者減少癌細(xì)胞中糖酵解或許是另一種可選聯(lián)合治療方案。另有研究表明,當(dāng)使用腺病毒載體對(duì)miRNA進(jìn)行傳遞時(shí),腺病毒會(huì)在HCC中高效轉(zhuǎn)錄,同時(shí)miRNA也會(huì)持續(xù)高水平表達(dá)。此外,使用組織特異性啟動(dòng)子可以將這種表達(dá)限制在特定的細(xì)胞類型,大大降低由于基因片段插入而導(dǎo)致基因突變的風(fēng)險(xiǎn)［47］。相較于單獨(dú)利用miRNA對(duì)HCC進(jìn)行治療,聯(lián)合治療策略能夠安全快捷的將miRNA運(yùn)送至靶部位或改善miRNA的作用環(huán)境,從而實(shí)現(xiàn)HCC的高效治療［48-49］。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

目前,miRNA作為HCC的生物標(biāo)志物在診斷和治療HCC方面已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)展,一定程度上克服了手術(shù)治療創(chuàng)傷性大和化學(xué)治療耐藥性強(qiáng)等的局限性。值得一提的是,使用聯(lián)合治療策略在方便快捷地遞送miRNA的同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)治療的安全性以及高效性,進(jìn)一步提高了miRNA在HCC治療中的適用性。與此同時(shí),雖然miRNA在治療和診斷HCC時(shí)有著巨大的潛力,但仍有許多問(wèn)題亟待解決。首先,目前單獨(dú)使用miRNA對(duì)HCC進(jìn)行診斷還具有不確定性,不排除其他病因?qū)е碌膍iRNA表達(dá)異常干擾對(duì)HCC的診斷,或許可以采用多種miRNA或者miRNA聯(lián)合其他生化指標(biāo)增加診斷的準(zhǔn)確性。其次,調(diào)控miRNA的表達(dá)水平似乎可以調(diào)節(jié)HCC對(duì)化療藥物的敏感性,因此,化療藥物聯(lián)合miRNA共同治療HCC或許是一種很好的治療方式。最后,需要尋找更加適宜的miRNA傳遞模式,為miRNA在臨床上治療肝癌提供可能。