miR-34s與大腸癌的發(fā)生

王一飛 綜述,梁徳森 審校

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)普外八科 150001)

miR-34s與大腸癌的發(fā)生

王一飛 綜述,梁徳森 審校

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)普外八科 150001)

微RNAs;細(xì)胞凋亡;細(xì)胞周期;大腸;腫瘤

隨著現(xiàn)代人類的生活環(huán)境和生活方式的改變,腫瘤的發(fā)生率也呈現(xiàn)出迅速增長的趨勢(shì),其中消化道腫瘤是惡性腫瘤中發(fā)生率相對(duì)較高的疾病,大腸癌(colorectal cancer,CRC)是消化道腫瘤常見疾病之一,僅次于胃癌?食管癌?大腸癌是一個(gè)多基因?多階段?長期形成的復(fù)雜的病變過程,是大腸黏膜上皮起源的惡性腫瘤,雖然近年來新的診斷治療方法相繼問世,但大腸癌的病死率仍較高,目前大腸癌發(fā)生?發(fā)展的基因調(diào)控機(jī)制越來越受到人們的關(guān)注,其中MicroRNAs(miRNAs)作為一種新的內(nèi)源性非編碼RNA與大腸癌的發(fā)生?發(fā)展密切相關(guān),本文將就miR-34家族(miR-34s)與大腸癌的發(fā)生及其研究進(jìn)展進(jìn)行綜述?

1 miRNAs簡(jiǎn)介

miRNAs是一種新的內(nèi)源性非編碼 RNA(non-coding RNAs,ncRNAs),它廣泛存在于真核生物中,是生物體內(nèi)重要的基因調(diào)節(jié)器[1-4],研究證明,miRNAs在細(xì)胞的分化?增殖?發(fā)育?新陳代謝及凋亡過程中都起著非常重要的作用,它與人類腫瘤細(xì)胞的生成?增殖?發(fā)育過程關(guān)系非常密切,在miRNAs編碼的基因中既有癌基因又有抑癌基因[1,3-4],所以它的不恰當(dāng)?shù)谋磉_(dá)也就成了腫瘤發(fā)生的一種特征性標(biāo)志[3,5-6],實(shí)驗(yàn)證明,不同家族成員的miRNAs的表達(dá)與對(duì)應(yīng)類型癌的發(fā)生有著較為明確的關(guān)系[7]?它們?cè)谀[瘤的發(fā)生?發(fā)展過程中扮演著重要的角色?

2 miRNAs與腫瘤發(fā)生

目前發(fā)現(xiàn),在人類中有近1 000多種miRNAs,30%的人類基因都不同程度的受其控制[8],隨著研究的深入,miRNAs調(diào)控的靶基因越來越多地被揭示,人們發(fā)現(xiàn)一種miRNAs在不同腫瘤的表達(dá)作用情況不同甚至相反,因此,單純以抑癌與促癌把 miRNAs分成兩類顯然是不準(zhǔn)確的[9-10]?3種機(jī)制:(1)miRNAs定位的染色體異常[11];(2)表觀遺傳學(xué)改變[12];(3)miRNAs加工相關(guān)的基因及其蛋白的異常變化[13]?通過以上3種機(jī)制不難發(fā)現(xiàn)miRNAs與腫瘤的發(fā)生在基因水平上有著極為密切的關(guān)系,所以說miRNAs與腫瘤細(xì)胞的發(fā)生?發(fā)展?抑制等活動(dòng)有著不容置疑的聯(lián)系?

3 miR-34家族介紹及激活

3.1 miR-34家族介紹 miR-34是最早從線蟲中被發(fā)現(xiàn)的一段保守miRNAs,而后在脊椎動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)3個(gè)成員:miR-34a?miR-34b以及miR-34c?不同物種中miR-34基因的同源性很高,其中成熟序列的同源性為68%,前體序列的同源性為38.89%[14]?人源 miR-34a的編碼序列位于轉(zhuǎn)錄前體的第2外顯子內(nèi)[15-16],miR-34b和 miR-34c的編碼序列分別位于第1內(nèi)含子和第2外顯子中[16]?染色質(zhì)免疫沉淀反應(yīng)和位點(diǎn)突變實(shí)驗(yàn)表明上述序列即為P53蛋白結(jié)合位點(diǎn),并且該結(jié)合序列前存在一個(gè)CpG島(CpG island)[17]?在某些腫瘤細(xì)胞中,正是由于該CpG島被甲基化阻礙了P53對(duì)miR-34的激活,從而使p53通過miR-34對(duì)細(xì)胞增殖的調(diào)控出現(xiàn)障礙,進(jìn)而加速了腫瘤細(xì)胞的生長[18]?這一現(xiàn)象已在多種癌細(xì)胞中被發(fā)現(xiàn),如肺癌?乳腺癌?前列腺癌,直腸癌和黑色素瘤等[19-20]?

3.2 miR-34的激活 miR-34激活機(jī)制在近年來也得到了廣泛的研究,通過RT-PCR方法 He等[16]對(duì)鼠胚胎成纖維細(xì)胞的145種miRNAs進(jìn)行了檢測(cè),發(fā)現(xiàn)miR-34的表達(dá)與p53基因有關(guān)?Tarasov等[15]發(fā)現(xiàn)miR-34a在p53激活后增加了300余倍,又進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)在 MCF-7細(xì)胞系中,加入能夠激活p53基因的依托泊苷可誘發(fā)miR-34a原初轉(zhuǎn)錄本(pri-mir-34a)的表達(dá)?隨后,人們通過核蛋白免疫共沉淀法發(fā)現(xiàn)miR-34存在著與p21類似的p53結(jié)合區(qū)域[16,18,21],并且發(fā)現(xiàn)在 Has-mir-34a的外顯子1內(nèi)及Has-mir-34b/c的啟動(dòng)區(qū)域內(nèi)存在與p53經(jīng)典結(jié)合區(qū)域相吻合的回文序列[15-16]?這些研究為p53直接作用并激活miR-34提供了有力的證據(jù)?截止到目前經(jīng)確認(rèn)的miR-34s作用靶蛋白及細(xì)胞因子有 CDK4?CDK6?CyclinE2?E2F3?E2F5?Met?Bcl-2及原癌基因c-myc等[22-23],miR-34通過被p53激活,抑制這些靶蛋白表達(dá)從而抑制腫瘤細(xì)胞生長?

4 miR-34a與大腸癌的發(fā)生

目前已發(fā)現(xiàn)多種miRNAs在大腸癌組織及大腸癌細(xì)胞系中異常表達(dá),其中一部分在癌細(xì)胞中較正常細(xì)胞表達(dá)明顯下降,如 miR-143?miR-145?let-7?miR-34a等,一部分表達(dá)則升高,如 miR-31?miR-21等?近年來 miR-34作為一種比較新穎和熱門的大腸癌抑癌基因得到了人們的廣泛研究?

4.1 miR-34a促進(jìn)大腸癌細(xì)胞凋亡

4.1.1 通過降低Bcl-2含量促進(jìn)大腸癌細(xì)胞凋亡 Bcl-2蛋白通過抗細(xì)胞凋亡作用,在腫瘤的發(fā)生?進(jìn)展以及耐藥性等方面發(fā)揮重要作用,作為一種癌基因的產(chǎn)物Bcl-2在大腸癌細(xì)胞中有著過度的表 達(dá)[24-25],Cole等[26]發(fā) 現(xiàn) miR-34a的 過 度 表 達(dá) 能夠?qū)е?Bcl-2mRNA的減少?同時(shí) Bommer等[18]通過向Bcl-2的3′非編碼區(qū)熒光素酶報(bào)告質(zhì)粒轉(zhuǎn)染細(xì)胞系中加入miR-34模擬子后發(fā)現(xiàn)miR-34a能夠不同程度地抑制熒光素酶報(bào)告基因的表達(dá),表明miR-34a能直接作用于Bcl-2的3′非編碼區(qū)抑制Bcl-2蛋白的合成?因此,不難推導(dǎo)出miR-34可通過對(duì)Bcl-2進(jìn)行調(diào)控從而影響大腸癌細(xì)胞凋亡?

4.1.2 通過抑制SIRT1促進(jìn)大腸癌細(xì)胞凋亡 SIRT1是一類NAD依賴的脫乙?；?在腫瘤的形成過程中發(fā)揮重要作用[27],SIRT1能夠通過脫乙酰化作用使p53基因活性下降從而抑制細(xì)胞凋亡,SIRT1的3′UTR存在miR-34a的結(jié)合位點(diǎn),通過熒光素酶實(shí)驗(yàn)確認(rèn)其為miR-34a的靶序列,通過該序列miR-34a可以降解SIRT1mRNA從而下調(diào)SIRT1,人們通過一定方法敲除HCT116的miR-34a后能夠明顯增加SIRT1的表達(dá),同時(shí)能明顯下調(diào)p53基因的表達(dá)并降低PUMA基因的穩(wěn)定性;另外,miR-34a能夠直接作用于SIRT1mRNA的3′非編碼區(qū),降低SIRT1蛋白的水平,而敲除后則使得乙?；膒53增加,并上調(diào)其靶基因p21[28]?由此可見,miR-34a通過抑制SIRT1的表達(dá),增強(qiáng)p53的穩(wěn)定性并提高其活性?

4.2 miR-34a下調(diào)E2F3蛋白的表達(dá)影響大腸癌腫瘤細(xì)胞周期 作為細(xì)胞周期調(diào)控和凋亡過程中重要的調(diào)控分子,E2F1～3使靜止的細(xì)胞進(jìn)入S期?在G1期,E2F1～3被視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤蛋白家族(Rb?p107和p130)結(jié)合抑制.在G1的中期和晚期,Rb被細(xì)胞周期素和細(xì)胞周期素依賴性激酶的復(fù)合體(cyclinD/Cdk4-Cdk6)磷酸化,Rb釋放 E2F,E2F與啟動(dòng)子結(jié)合隨后激發(fā)基因的轉(zhuǎn)錄,開始G1/S期的進(jìn)程轉(zhuǎn)變[29],Tazawa等[17]將miR-34a注射入裸鼠的結(jié)腸癌細(xì)胞 HCT116及RKO移植瘤,兩周后腫瘤明顯消退,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)染 miR-34a后E2F1以及E2F3蛋白的表達(dá)都減少?Welch等[30]研究發(fā)現(xiàn)在將表達(dá)E2F3預(yù)測(cè)靶目標(biāo)的寡核苷酸序列克隆進(jìn)熒光素酶基因的3′非編碼區(qū)后,通過向神經(jīng)母細(xì)胞瘤SK-N-AS細(xì)胞系聯(lián)合轉(zhuǎn)染該熒光素酶基因和pre-miR-34a,miR-34a轉(zhuǎn)染后熒光素酶活性明顯下降?表明miR-34a直接作用于E2F3,通過下調(diào)其蛋白的表達(dá)影響細(xì)胞周期過程,從而抑制結(jié)腸癌細(xì)胞的生長?

4.3 通過反饋循環(huán)通路提高miR-34a效能 通過上面所述可以得知,SIRT1的3′UTR存在 miR-34a的結(jié)合位點(diǎn),是 miR-34a的靶序列,通過該序列miR-34a可以降解SIRT1mRNA從而下調(diào) SIRT1,進(jìn)而正反饋?zhàn)饔糜?p53構(gòu)成 p53-miR-34s-SIRT1-p53正反饋調(diào)節(jié)循環(huán)?而當(dāng)miR-34a含量增加后,大腸癌細(xì)胞中的E2F3會(huì)出現(xiàn)下調(diào),進(jìn)而又正反饋?zhàn)饔糜趐53構(gòu)成p53-miR-34a-E2F-p53環(huán) 路,而 前 邊 已 經(jīng) 敘 述 miR-34a可 由p53激活?從而認(rèn)識(shí)到miR-34a是通過對(duì)E2F3通路及SIRT1通路的負(fù)性調(diào)節(jié)作用以及p53信號(hào)通路的正反饋調(diào)節(jié)循環(huán)來抑制腫瘤細(xì)胞增殖的[31],見圖1?

圖1 miR-34對(duì)E2F3?SIRT1的負(fù)性調(diào)節(jié)作用及p53信號(hào)通路的正反饋調(diào)節(jié)循環(huán)

5 miR-34b和miR-34c與大腸癌的發(fā)生

以上所述均為前人對(duì)miR-34a的研究,而對(duì)miR-34b和miR-34c的研究雖少但也有一個(gè)初步認(rèn)識(shí),之所以將二者同時(shí)敘述是因?yàn)閙iR-34b和miR-34c作為一個(gè)基因簇共同轉(zhuǎn)錄表達(dá)[32]?最近有學(xué)者對(duì) miR-34c進(jìn)行了單方面研究,并發(fā)現(xiàn)Myc基因是DNA損傷反應(yīng)中miR-34c的主要靶點(diǎn),因在人結(jié)腸癌細(xì)胞系中存在著c-myc基因的擴(kuò)增,說明miR-34c可通過對(duì)DNA損傷過程的作用抑制人結(jié)腸癌細(xì)胞DNA的合成從而抑制腫瘤生長[33]?大多數(shù)人體組織中miR-34b和miR-34c的表達(dá)量小于miR-34a,只有在肺中miR-34b和miR-34c的表達(dá)量才遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于miR-34a[34]?但是在大腸癌的發(fā)生及發(fā)展過程中miR-34b和miR-34c的作用同樣沒有被人們忽視?Toyota等[20]研究顯示在 CRC細(xì)胞系(9/9?100%)和原位 CRC腫瘤(101/111?90%)中 miR-34b和 miR-34c啟動(dòng)子附近的 CpG島在結(jié)腸癌中常被甲基化,從而促使miR-34b和miR-34c基因的表觀沉默,此時(shí)結(jié)腸癌細(xì)胞增殖加快?然而一旦去甲基化劑作用后抑制其下游靶蛋白肝細(xì)胞生長因子受體(c-Met)?細(xì)胞周期蛋白依賴激酶4(CDK4)和SFRS2的表達(dá),啟動(dòng)子被重新激活,結(jié)腸癌細(xì)胞內(nèi)即可檢測(cè)出大量 miR-34b和 miR-34c,同時(shí)結(jié)腸癌細(xì)胞增殖被明顯抑制?因CDK4是p53的作用靶點(diǎn),而MET和SFRS2都與p53調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)有關(guān),提示DNA甲基化導(dǎo)致的miR-34b/c失活也是通過p53網(wǎng)絡(luò)的作用來促進(jìn)大腸癌的發(fā)生?發(fā)展的?因此,miR-34b和miR-34c通過p53網(wǎng)絡(luò)顯示出了潛在的抑癌作用,是大腸癌中新的抑癌基因?同時(shí)證明miR-34b/c CpG島是CRC中表觀沉默的重要靶點(diǎn)?

6 展 望

目前,對(duì)miR-34家族的研究剛剛處于起步階段,研究者對(duì)此的研究尚不夠全面,尤其是在大腸癌發(fā)展過程中miR-34a減少的原因是什么還沒有得到證實(shí),是腫瘤發(fā)生的原因還是存在其他的調(diào)控過程而導(dǎo)致miR-34a的減少,還不得而知?另外,有研究發(fā)現(xiàn)在前列腺癌細(xì)胞中,只有miR-34a和miR-34c聯(lián)合作用才能夠產(chǎn)生p53介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡效應(yīng)[35]?所以miR-34家族成員之間的調(diào)控關(guān)系在大腸癌之中的作用還是一個(gè)未知數(shù),也為進(jìn)一步研究提供了一個(gè)方向?

綜上所述,從基因?qū)用嬷委煇盒阅[瘤為人們?cè)谥委煷竽c癌方面指出了一個(gè)新的方向,如何做到不手術(shù)或者手術(shù)后如何減少復(fù)發(fā)?轉(zhuǎn)移來治療癌癥是人們一直追求的目標(biāo),而近些年對(duì)miRNAs在惡性腫瘤中的發(fā)生?發(fā)展特點(diǎn)的深入研究為此提供了理論依據(jù),有理由相信,通過對(duì)miR-34s的深入研究,可以對(duì)大腸癌的發(fā)生?診斷以及治療有更深層次的認(rèn)識(shí)?

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A

1671-8348(2012)18-1871-04

2011-10-09

2011-12-08)

?臨床護(hù)理?