miRNA及AQP在結(jié)直腸癌惡性進展中的研究進展

馮宇浩 顧澤煒綜述 趙建國審校

結(jié)直腸癌(colorectal cancer,CRC)是全球第四大常見惡性腫瘤,也是第五大癌癥死因[1]。CRC的發(fā)病機制仍不完全清楚,目前認為可能是環(huán)境因素和遺傳因素共同作用的結(jié)果[2]。CRC的治療主要以手術切除、化學療法、放射療法等為主的綜合性治療,但CRC往往發(fā)生血行轉(zhuǎn)移、腹膜轉(zhuǎn)移和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移,因此上述治療對CRC晚期患者的療效總體上不佳[3]。據(jù)統(tǒng)計,初診時未轉(zhuǎn)移者、局部轉(zhuǎn)移者和遠處轉(zhuǎn)移者的5年生存率分別為90%,70%和10%[4]。因此,尋找早期診斷的標志物,探索CRC生長和轉(zhuǎn)移的關鍵分子意義重大。

微核糖核酸(microRNA,miRNA)能夠在真核細胞中表達,通過與靶基因的3'-UTRs相互作用,從而降解靶基因信使RNA或抑制其翻譯,或是參與轉(zhuǎn)錄后基因調(diào)控[5];miRNA可以在多種惡性腫瘤中表達,既可以作為原癌基因,也可以作為抑癌基因影響腫瘤細胞的發(fā)生與分化[6]。水通道蛋白(Aquaporins,AQPs)存在于幾乎所有的生物體中,主要參與水和細胞溶質(zhì)的轉(zhuǎn)運,AQP對細胞內(nèi)流體穩(wěn)態(tài)至關重要[7]。研究表明,哺乳動物體內(nèi)的AQP通過影響血管生成、細胞增殖和遷移促使癌癥進展[8]。本文就近年來有關miRNA、AQP與CRC發(fā)生、發(fā)展的分子機制的相關研究作一綜述。

1 miRNA與結(jié)腸癌

血管生成是從已存在毛細血管的小靜脈中生長新血管的過程,是腫瘤細胞增殖和轉(zhuǎn)移的重要步驟[9]。研究發(fā)現(xiàn),miRNA可以調(diào)節(jié)血管生成的所有階段,大約有33個不同的miRNA家族在血管生成中發(fā)揮作用[10]。有的miNRA可以誘導血管生成進而促進腫瘤進展。比如結(jié)腸癌分泌的miR-25-3p可以通過外泌體轉(zhuǎn)移到血管內(nèi)皮細胞,破壞內(nèi)皮屏障的完整性,誘導血管生成,并促進CRC轉(zhuǎn)移[11]。MTDH是CRC中miR-375的靶基因,MTDH的表達水平與CRC中miR-375的表達呈負相關,抑制miR-375在CRC中的表達可以通過增加MTDH的表現(xiàn)來調(diào)節(jié)細胞增殖和血管生成[12]。有的miNRA可以抑制血管生成進而抑制腫瘤進展。比如miR-218的過度表達可以顯著抑制血管生成。此外,miR-17～92也通過抑制腫瘤血管生成來抑制CRC進展[13]。總之,腫瘤的發(fā)病機制與血管生成失衡有關,miRNAs可以調(diào)節(jié)血管生成的相關通路,因此有望成為腫瘤的潛在治療靶點。

原發(fā)腫瘤創(chuàng)造了有利于腫瘤后續(xù)轉(zhuǎn)移到其他器官和組織中的微環(huán)境,也就是腫瘤轉(zhuǎn)移前微環(huán)境。轉(zhuǎn)移前微環(huán)境可以增加血管生成和增強血管通透性,從而促進腫瘤轉(zhuǎn)移[14]。研究表明,miRNA與腫瘤轉(zhuǎn)移前微環(huán)境形成有關。有研究發(fā)現(xiàn),原代結(jié)腸細胞分泌的miR-21被肝臟中的巨噬細胞吞噬,從而在肝臟中形成轉(zhuǎn)移前微環(huán)境,利于循環(huán)的結(jié)腸癌細胞在那里定居并存活。一項研究表明上調(diào)的miR-135a-5p通過免疫抑制和細胞黏附的雙重調(diào)節(jié)促進轉(zhuǎn)移前微環(huán)境的形成,在促進結(jié)腸癌肝轉(zhuǎn)移中起關鍵作用[15]。此外,循環(huán)腫瘤來源外泌體miR-203可以通過誘導宿主M2巨噬細胞以形成轉(zhuǎn)移前微環(huán)境[16]。上述研究表明,miRNA可以參與轉(zhuǎn)化前微環(huán)境的形成,以及促進CRC轉(zhuǎn)移。

腫瘤細胞的永久增殖是腫瘤進展的基礎。已有研究表明miRNA可以在不同方式下影響腫瘤細胞的增殖。有研究發(fā)現(xiàn)miR-17可以促進CRC細胞增殖[17]。相反,也有研究發(fā)現(xiàn)miRNA可以抑制CRC細胞的增殖并減緩腫瘤生長[18],比如miR-1258和miR-500a-5p的上調(diào)可以通過把CRC細胞阻斷在G0/G1期來抑制腫瘤細胞增殖[19-20]。miRNA-142-3p可以控制上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化與間充質(zhì)-上皮轉(zhuǎn)化促進腫瘤進展和轉(zhuǎn)移[21]。腫瘤細胞的外泌體miRNA可以通過誘導M2巨噬細胞促進CRC肝轉(zhuǎn)移[22]。總之,在正常的生理條件下,miRNA可以維持某些細胞過程的正常調(diào)控,其異常會導致細胞的異常生長和生物合成,從而促進或抑制腫瘤的擴散和轉(zhuǎn)移?？傊?在正常生理條件下,miRNA可以維持一些細胞的調(diào)控,miRNA的異常將導致細胞的異常生長,從而促進或抑制腫瘤的擴散和轉(zhuǎn)移。

細胞凋亡是在正常細胞發(fā)育和衰老過程中發(fā)生的程序性死亡。化療通過引起DNA損傷或細胞損傷誘發(fā)癌癥細胞凋亡。凋亡異常是CRC的一種致病機制,并在抵抗化療和放療中發(fā)揮作用[23]。miRNA在腫瘤細胞凋亡和藥物耐藥中發(fā)揮重要作用。半胱天冬酶(caspase)家族的激活是誘導細胞凋亡的主要途徑[24],miRNA通過調(diào)控不同的caspase而影響細胞凋亡。miR-433增加caspase-3和caspase-9的表達,從而促進細胞凋亡[25]。通過增加caspase-8表達水平,miR-150-504-519d促進結(jié)腸癌細胞凋亡[26]。在凋亡通路中,miR-92a與兩種細胞凋亡基因CSF2RB和BCL2L1相關,增加miR-92a-3p在腫瘤組織中的表達可以提高患者的生存時間[27]。miR-766-3p的過度表達可以通過PI3K/AKT信號通路下調(diào)HNF4G抑制CRC細胞的生長并誘導細胞凋亡[28]。miR-27a-3p可以通過ERK-MAPK信號通路增加細胞凋亡途徑,miR-422a通過p38-MAPK信號通路誘導CRC細胞凋亡[29]。相反,miR-421通過下調(diào)caspase-3在結(jié)腸癌中發(fā)揮抗凋亡作用[29]?？傊?miRNA的調(diào)節(jié)有助于調(diào)控結(jié)腸癌的發(fā)生和發(fā)展,大多數(shù)情況下能促進癌癥細胞凋亡,緩解腫瘤耐藥。

總之,miRNAs通過調(diào)節(jié)多種癌癥相關信號通路的靶基因,參與細胞代謝、線粒體動力學、有絲分裂、凋亡、氧化還原信號和化療藥物耐藥性,越來越多的證據(jù)表明miRNAs在CRC發(fā)生、發(fā)展及惡性進展中起著重要的作用。

2 AQP與結(jié)腸癌

水通道蛋白(aquaporins,AQPs)是一種完整的膜蛋白,存在于從細菌到人類的所有生物體中[6]。AQPs主要參與水的跨膜擴散以及以雙向方式廣泛分布在各種人體組織。人體含有13種AQP(AQP0-AQP12),根據(jù)孔道的選擇性可分為正統(tǒng)水通道蛋白(AQP0、1、2、4、5、6和8)、水甘油蛋白(AQP3、7、9和10)和超或非正統(tǒng)水通道蛋白(AQP11和12)三類亞型[7]。人類AQP功能多樣,涉及多種包括癌癥在內(nèi)的非感染性疾病。水通道蛋白在腫瘤水腫、腫瘤細胞遷移/侵襲、腫瘤增殖和血管生成等腫瘤惡性進展過程中扮演著重要的角色[7]。大約20種類型的腫瘤已被證明與AQP的表達有關。

在CRC中,AQP1、AQP3、AQP5已被證明參與其生長和轉(zhuǎn)移[30]。不同的AQP在CRC中表達模式不盡相同。AQP1和AQP3在CRC中的表達水平顯著高于相鄰的正常結(jié)腸組織[30-31],提示AQP可能在結(jié)直腸癌的發(fā)展中起作用。在CRC中不同的AQP間的表達并非一致,比如AQP1可在CRC中表達增加,而AQP3的表達可以不增加,表明AQP1和AQP3的表達之間沒有相關性[32]。有研究報道AQP1與CRC惡性進展有關,質(zhì)膜中AQP1的表達可在體外誘導HT20細胞遷移[33],表明AQP1的表達與CRC惡性進展有關。很多研究結(jié)果表明AQP3的表達與CRC細胞的增殖和遷移密切相關[30-31]。

AQP3在CRC組織中的表達顯著高于健康結(jié)腸組織。高表皮生長因子狀態(tài)(hEGF)可以通過時間和劑量依賴性方式增加AQP3蛋白水平,從而通過PI3K/Akt信號傳導途徑而非ERK途徑增強CRC細胞的遷移能力[34]。AQP3信號抑制劑硫酸銅對hEGF誘導的CRC細胞遷移有抑制作用,而對EGFR表達和AQP3表達的影響很小,表明CRC遷移是由AQP3介導的。此外,AQP3的高表達與CRC患者的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和分化密切相關[34]。有研究者測定了CRC患者腫瘤和鄰近正常結(jié)腸組織中AQP3的表達水平,發(fā)現(xiàn)CRC組織中AQP3表達較高[35],提示AQP3表達可作為CRC的預后標志物。有研究顯示AQP3高表達與腫瘤分化程度低和出現(xiàn)遠處轉(zhuǎn)移密切相關[34]。這些臨床結(jié)果提示AQP3的高表達預示著結(jié)直腸癌的轉(zhuǎn)移和不良預后?？傊?這些研究結(jié)果提示AQP3高表達預示著CRC容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)移等惡性進展并且患者不良預后。

AQP5由CRC細胞表達,與不受控制的細胞增殖密切相關[36]。AQP5過表達是癌癥特異性代謝所必備的特征,并且與體外細胞遷移和體內(nèi)轉(zhuǎn)移潛能增加有關[36]。AQP5的過度表達可持續(xù)發(fā)生于CRC早、中、晚的各個時期[30],CRC組織中AQP5的表達水平增加,且與腫瘤細胞分化呈負相關[37],表明AQP5在CRC惡性進展中的作用。有關AQP11在癌癥中的研究相對較少。Chetry等[38]研究了卵巢癌中不同水通道蛋白表達的預后價值,發(fā)現(xiàn)較高的AQP11 mRNA表達與較好的總生存期(OS)相關,可作為卵巢癌新的預后指標和潛在的治療靶點。Chow 等[39]通過RNA-seq轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析患者的AQP表達模式和患者生存的關系,在CRC中AQP11表達水平低,并與CRC患者預后不良有關。

近年來以AQP為靶點治療CRC的研究也屢見不鮮。有研究觀察到用于治療癲癇和青光眼的乙酰唑胺可以抑制AQP1表達和CRC異種移植瘤惡性進展[40],表明AQP1可能是CRC的治療靶點。體外和體內(nèi)研究一致支持AQP1與腫瘤生長、侵襲、轉(zhuǎn)移相關。因此,AQP1是一個值得進一步研究的分子,關于結(jié)直腸癌的預后評估和治療。AQP5的沉默可以抑制AQP5-p38-MAPK信號通路的傳導和降低CRC細胞耐藥性[41]。通過抑制p38-MAPK信號通路下調(diào)多藥耐藥(MDR)基因GST-π、P-gp和TOPO Ⅱ,AQP5表達可增加CRC細胞的耐藥性[41]。因此,沉默AQP5對于治療結(jié)直腸癌耐藥性可能具有治療作用。在最近的一項研究[42]中,以AQPs為研究靶點,通過生物信息學分析預測AQP11的上游調(diào)控基因,發(fā)現(xiàn)miR-152-3p可靶向和負調(diào)控AQP11的表達;該研究的體外細胞實驗表明,沉默的miR-152-3p可以顯著抑制CRC細胞的增殖,遷移,侵襲和黏附,而沉默的AQP11可以逆轉(zhuǎn)這種作用;首次揭示了miR-152-3p下調(diào)AQP11促進CRC細胞增殖、遷移、侵襲和黏附的調(diào)控機制。

綜上所述,miRNAs通過調(diào)節(jié)多種癌癥相關信號通路的靶基因,參與CRC的發(fā)生發(fā)展及惡性進展,AQPs功能多樣,涉及多種感染性疾病及非感染性疾病, AQP1,AQP3,AQP5等多個AQPs已被證明參與CRC生長和惡性進展,已有研究結(jié)果顯示,miRNAs和AQPs間存在信號通路調(diào)控機制,并干預CRC的發(fā)展。因此,值得繼續(xù)挖掘相關下游信號通路,以進一步完善miRNAs和AQPs調(diào)節(jié)CRC生長和轉(zhuǎn)移的分子調(diào)控機制。