microRNA-221在惡性腫瘤中的研究進展

周 寧

microRNAs(miRNAs)是一類在多種真核生物中調(diào)控基因表達的小的非編碼RNA[1,2]，通過和靶基因mRNA堿基配對RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體(RNA-in-duced silencing complex,RISC)降解mRNA或阻礙其翻譯而調(diào)節(jié)基因的表達,從而參與生物體內(nèi)多種生理和病理過程的調(diào)節(jié)，如細胞分化、增殖、凋亡、遷移和侵襲等[3]。有研究證明：一個miRNA可調(diào)節(jié)多個mRNA，而一個mRNA受多個miRNAs的調(diào)節(jié)[4]。研究發(fā)現(xiàn)，大約50%得到注解的miRNAs在基因組上定位于與腫瘤相關(guān)的脆性位點(fragile site)[5]。這說明miRNAs在腫瘤發(fā)生過程中發(fā)揮著類似于抑癌基因或癌基因的功能。miRNA-221作為致瘤性miRNA,在人類多種腫瘤中表達上調(diào)，參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展。本文主要討論miRNA-221在惡性腫瘤中的表達及意義，探討miRNA-221在惡性腫瘤診治中的價值。

一、人類miRNA-221的結(jié)構(gòu)及生物學(xué)特征

1. 人類miRNA-221的結(jié)構(gòu)

人類miRNA-221的結(jié)構(gòu)hsa-miRNA-221定位于Xp11.3上，其莖環(huán)結(jié)構(gòu)序列位于 X 染色體負鏈上，共計 110 個核苷酸序列，屬于成簇分布的miRNA，與miRNA-222基本上呈同步表達。成熟hsa-miRNA-221分hsa-miRNA-221-3p及hsa-miRNA-221-5p。成熟的miRNA-221進入細胞質(zhì)，通過與其靶基因mRNA的3’端非翻譯區(qū)結(jié)合,弱化靶基因的表達[3,6],miRNA 負向調(diào)控靶基因的表達是目前被普遍認可的作用機制。在腫瘤中p27kip、p57kip、PTEN、PUMA、uPAR7b、ADIPOR1、TRPS1、STMN1等被證明是miRNA-221的直接靶基因。

2. 人類miRNA-221的生物學(xué)功能

miRNA-221是生物體內(nèi)自然存在的因子，其表達穩(wěn)定，具有組織特異性和時序性，決定組織和細胞的功能特異性，這表明miRNA-221在細胞生長和發(fā)育過程的調(diào)節(jié)中起多種作用[3]。在正常生理狀態(tài)下，miRNA-221在各種組織中廣泛表達并處于基礎(chǔ)水平,其在原代肌原細胞及肌原細胞系的分化過程中,表達顯著下調(diào),在終末分化的肌管細胞中表達恢復(fù)[7]；在心肌組織、血管內(nèi)皮細胞及冠心病病人內(nèi)皮祖細胞中高表達[8,9]；在風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者血清、滑膜組織及哮喘患者急性發(fā)作時肥大細胞中的高表達[10，11]?？芍毎o止期時，miRNA-221處于基礎(chǔ)水平，有助于調(diào)節(jié)細胞周期，維持細胞骨架，但當(dāng)細胞受到刺激后可能會表達升高，如炎癥及腫瘤進展等病理生理過程[8-11]。

已有研究發(fā)現(xiàn)miRNA-221不僅在人類多種腫瘤組織及細胞中表達異常，如在肝癌、乳腺癌、膠質(zhì)母細胞瘤、前列腺癌等腫瘤的活檢組織或細胞中高表達[12-15]，而且在胃癌 、乳頭狀甲狀腺癌等腫瘤患者的血清或血漿中高表達[16,17]。通過直接對靶基因的轉(zhuǎn)錄后負性調(diào)控抑制細胞凋亡、促進細胞生長、參與腫瘤的侵襲與轉(zhuǎn)移。

二、miRNA-221在腫瘤中可能的作用機制

1.miRNA-221影響腫瘤壞死因子相關(guān)誘導(dǎo)配體(TNF-related apoptosis-inducing ligand, TRAIL)在腫瘤中發(fā)揮作用，在膀胱癌細胞系中miRNA-221高表達，膀胱癌T24細胞系中miRNA-221可以抑制由TRAIL介導(dǎo)的細胞凋亡[18]；在抵抗TRAIL蛋白的非小細胞肺癌(non-small cell lung carcinoma, NSCLC)細胞系Calu-1和A459、A549中miRNA-221過表達，并主要通過p27kip1介導(dǎo)癌細胞抵抗TRAIL蛋白[19]。

2.miRNA-221也可以通過一些信號通路影響下游信號分子的表達和作用。在前列腺癌的細胞株和原發(fā)腫瘤細胞中，miRNA-221可通過DVL2/WNT通路影響前列腺癌細胞的侵襲能力，MMP-7是WNT信號通路的下游靶基因，MMP能夠降解細胞外基質(zhì)，促使腫瘤發(fā)生侵襲和轉(zhuǎn)移[20-21]。在三陰亞性乳腺癌中miRNA-221和尿激酶纖溶酶原激活系統(tǒng)(urokinase-type plasminogen activator system, uPAS)中uPAR7b的表達明顯相關(guān)，uPAR7b是miRNA-221直接靶點，抑制miRNA-221可降低uPAR蛋白表達及腫瘤細胞侵襲標志波形蛋白及RHOC蛋白表達，從而顯著降低腫瘤細胞的侵襲性[22]。在TRAIL蛋白抵抗的肝癌(hepatic cell carcinoma, HCC)及NSCLC細胞系中miRNA-221高表達并降低TIMP3 、PTEN的表達水平，激活A(yù)KT通路，抑制TRAIL誘導(dǎo)的細胞凋亡，導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生[23]。

三、 miRNA-221在腫瘤上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用

上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)是包括正常發(fā)育及組織修復(fù)在內(nèi)高度保守的生理過程，而EMT的異?；罨瘯涌炷[瘤的發(fā)展進程。近年來許多有關(guān)miRNA-221在腫瘤EMT中作用的研究，發(fā)現(xiàn)miRNA-221與膀胱癌、乳腺癌等腫瘤中EMT相關(guān)。Liu J等[24]研究證明在膀胱癌細胞中miRNA-221增強TGF-β1誘導(dǎo)的EMT，在膀胱癌細胞中miRNA-221通過靶基因STMN1促進TGF-β1誘導(dǎo)的EMT，用TGF-β1處理的膀胱癌細胞RT4 和 T24，miRNA-221表達上調(diào)而STMN1的mRNA及蛋白水平下降，進一步研究表明miRNA-221直接連接到STMN1的3′UTR負向調(diào)控STMN1的表達并且TGF-β1促進細胞存活是通過逆轉(zhuǎn)miRNA-221的抑制作用。 Hwang MS等[25]研究乳腺癌中miRNA-221/222促進細胞EMT。相對于導(dǎo)管內(nèi)乳腺癌細胞，更具侵襲性的基底樣乳腺癌細胞miRNA-221/222臨床差異表達更明顯，miRNA-221/222高表達作用于GATA家族轉(zhuǎn)錄受體TRPS1(其編碼基因突變導(dǎo)致毛發(fā)-鼻趾綜合征一型)3’端非轉(zhuǎn)錄區(qū)誘導(dǎo)細胞發(fā)生EMT。Michael S等[26]證實乳腺癌細胞中脂肪連接蛋白受體1(ADIPOR1)是miRNA-221/222直接作用靶點，miRNA-221/222通過作用其3’URT而減少ADIPOR1，與基底細胞樣型乳腺癌細胞系相比，導(dǎo)管內(nèi)乳腺癌細胞系中ADIPOR1的表達更高。除此之外，乳腺癌細胞系及乳腺腫瘤中miRNA-221/222的表達量和ADIPOR1的表達量呈負相關(guān)。利用RNA干擾技術(shù)敲除乳腺癌細胞系MCF10A中ADIPOR1基因后誘導(dǎo)MCF10A 細胞發(fā)生EMT及增強細胞的侵襲能力，敲除ADIPOR1基因誘導(dǎo)人核轉(zhuǎn)錄因子(NF-kB)的活化，隨后以依賴白介素6(Interleukin-6, IL6)的方式激活磷酸化信號傳感器和信號傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄因子3(STAT3)。在基底樣乳腺癌細胞系MDA-MB-231中過表達ADIPOR1細胞侵襲力減弱并促進MET。從而得出結(jié)論在乳腺癌中ADIPOR1負向調(diào)控EMT，并為miRNA-221/222誘導(dǎo)細胞EMT提供了另一個位點。Stinson S等[27]研究發(fā)現(xiàn)miRNA-221/222可以下調(diào)上皮特殊基因表達，上調(diào)間質(zhì)特殊基因的表達，以EMT的方式增加細胞的轉(zhuǎn)移和侵襲能力。在基底樣乳腺癌細胞中表達而導(dǎo)管內(nèi)乳腺癌細胞未見其表達的轉(zhuǎn)錄因子 FOSL1(也稱Fra-1)刺激miRNA-221/222的轉(zhuǎn)錄，抑制表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor,EGFR) 或絲裂原活化和細胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶，miRNA-221/222的數(shù)量則減少，抑制miRNA-221/222下游的RAS途徑。miRNA-221/222下調(diào)E-黏連蛋白的量取決于ADIPOR1，而ADIPOR1則是通過降低ZEB2(鋅指E-box結(jié)構(gòu)的同源異性盒2)的表達從而抑制EMT。從而得出結(jié)論：miRNA-221/222通過促進EMT或許促進了基底樣乳腺癌細胞更具有侵襲性的臨床表現(xiàn)。

四、宮頸癌中miRNA-221的表達及意義

在過去的十年里，盡管引入宮頸癌普遍篩查手段和HPV疫苗應(yīng)用降低了宮頸癌發(fā)病率和死亡率，但是宮頸癌仍是全球女性死亡的第二大原因，HPV檢測方法存在的缺陷使我們需考慮到僅HPV 的感染并不足以引起惡性轉(zhuǎn)變，個體的易感性也參與其中。在癌癥研究領(lǐng)域，重點已經(jīng)轉(zhuǎn)向miRNAs網(wǎng)絡(luò)調(diào)控,在HPV 整合位點可觀察到與各種類型的癌癥有關(guān)MiRNA基因[5]。Gocze K等[28]對人類宮頸癌石蠟包埋樣本進行人乳頭狀瘤病毒檢測和基因分型后PCR檢測miRNA-221的表達，研究顯示miRNA-221顯著過表達是宮頸鱗癌及宮頸腺癌共同的特點。Du J等[29]進一步研究表明miRNA-221通過PI3K/Akt信號通路作用于靶基因PTEN降低宮頸癌細胞對吉非替尼的敏感性。

五、卵巢癌中miRNA-221的表達及意義

卵巢惡性腫瘤是女性生殖器官常見的三大惡性腫瘤之一，早期癥狀不典型且缺乏診斷方法，晚期無有效治療手段且易復(fù)發(fā)。因此卵巢惡性腫瘤致死率居婦科惡性腫瘤之首，尋找卵巢惡性腫瘤早期診斷及治療的有效生物學(xué)指標仍是卵巢癌研究重點。隨著非編碼RNA(ncRNA)功能的研究及新的miRNA基因分析的出現(xiàn)，有利于促進對如卵巢惡性腫瘤等一類難治性腫瘤發(fā)病機制的理解，進一步尋求先進的診治方法。Dahiya N等[30]利用基因芯片技術(shù)檢測了34例人卵巢癌組織及10個卵巢癌細胞系中miRNA的表達水平，與永生卵巢表面上皮細胞相比，miRNA-221在卵巢癌組織及卵巢腫瘤細胞系中的表達水平明顯上調(diào)；Wyman SK等[31]利用基因芯片技術(shù)檢測了19例III/IV期卵巢癌組織，與(絕經(jīng)后)正常原代人類卵巢表面上皮細胞相比，miRNA-221在卵巢癌組織中的表達水平明顯下調(diào)。數(shù)據(jù)顯示，正常對照組的選擇極大的影響到對miRNA 表達水平的解釋，之前Zorn KK等[32]研究結(jié)果表明，在基因芯片的研究中，與卵巢癌上皮組織相比，選擇不同正常對照組，該基因的表達不同。Wurz K等[33]研究結(jié)果顯示 miRNA-221與miRNA-222聯(lián)系緊密，證實在大部分卵巢癌細胞中CDKN1B/p27和CDKN1C/p57蛋白表達量不同，一般表達量減少，其機制尚不明確，但miRNA-221和miRNA-222與CDKN1C蛋白表達水平相關(guān)，與CDKN1B蛋白表達水平不相關(guān)。進一步研究表明卵巢癌患者的存活率及緩解期與卵巢癌上皮組織miRNA-221和miRNA-222的表達均無相關(guān)性，但與miRNA-221/miRNA-222比值呈正相關(guān)，而比值與卵巢癌臨床危險因素?zé)o關(guān),患者存活率與CDKN1B和CDKN1C蛋白的表達無關(guān)。

近期Hong F等[34]研究表明，人類上皮性卵巢腫瘤(epithelial ovarian cancer, EOC)患者血清中miRNA-221的表達與其預(yù)后相關(guān)，為評估EOC患者血清中miRNA-221作為EOC無創(chuàng)性診斷方法及預(yù)后標志的可行性進行了回顧性研究，利用RT-PCR檢測EOC患者血清樣本中miRNA-221的表達，健康同齡組作為對照組。結(jié)果表明與35例正常對照組相比，96例EOC患者血清中miRNA-221水平上調(diào)，并且miRNA-221水平與國際婦產(chǎn)科協(xié)會EOC分期及腫瘤分級密切相關(guān)。多因素分析總體生存率表明：EOC患者血清中高表達miRNA-221是EOC獨立不良預(yù)后因素。以上研究表明，EOC患者血清中miRNA-221的表達水平可作為EOC新的診斷方法及預(yù)后標志，miRNA-221也可能成為潛在治療靶點。

卵巢惡性腫瘤是嚴重威脅患者生命的惡性疾病，尋求一種靈敏的篩查手段及有效的治療措施是改善患者生存質(zhì)量的有效方法。研究表明miRNA-221在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮著重要作用，可能作為一種新的腫瘤診斷及預(yù)后的生物標記物[35]。研究表明EOC患者血清中miRNA-221的表達越高，患者預(yù)后越差，組織中miRNA-221/miRNA-222比值與卵巢腫瘤患者的存活率及緩解期呈正相關(guān)。就目前miRNA-221在卵巢瘤中的研究仍存在疑問，如文獻報道的對照組體系并未統(tǒng)一導(dǎo)致的miRNA-221表達水平不一致，其靶基因及作用機制尚未闡述。miRNA-221在各種腫瘤中的研究表明，miRNA-221在腫瘤的生長、轉(zhuǎn)移、侵襲及耐藥中發(fā)揮重要作用，但在卵巢惡性腫瘤中發(fā)揮的作用尚不清楚，miRNA-221在卵巢惡性腫瘤領(lǐng)域中的作用及機制仍需進一步探索及研究。miRNA-221或許能成為一種新的腫瘤診斷及預(yù)后的生物標記物，為臨床診斷或治療提供新思路。

通過對miRNA-221功能介紹，表明miRNA-221的研究已經(jīng)可以通過基因超表達和沉默技術(shù)證明其調(diào)控途徑及作用的靶基因。目前研究表明miRNA-221在腫瘤中異常表達可作用于直接或間接靶基因,不僅促進腫瘤EMT，增強腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移和侵襲能力,而且對惡性腫瘤診療具有重要的意義。miRNA-221在惡性腫瘤中的研究可為臨床診斷和治療宮頸瘤、卵巢瘤提供新思路。隨著對miRNA-221不斷深入的研究，其作用靶基因也將陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，進而分析miRNA-221生理和病理情況下的意義，進一步探討其作用機制，為臨床疾病的診治提供新思路。

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