microRNAs與腫瘤及腫瘤干細胞的研究進展

徐小濤，吉婷婷

(1.江蘇聯合職業(yè)技術學院南京衛(wèi)生分院，江蘇 南京 210038；2.南京市第一醫(yī)院 腫瘤內科，江蘇 南京 210029)

microRNAs是在真核生物中發(fā)現的一類21～25 nt長的非蛋白編碼小分子RNA。microRNAs主要通過與靶標基因3′UTR的完全或不完全配對，降解靶標基因mRNA或抑制其翻譯，從而對生物體的發(fā)育、分化、增殖、凋亡和免疫調控等活動進行精確調節(jié)[1]。近來，在多種腫瘤中發(fā)現了microRNAs的異常表達，并且與腫瘤進展、臨床治療和預后密切相關。microRNAs正逐漸成為腫瘤診斷和治療的新興靶點。本文就此方面的最新進展進行概述。

1 microRNAs與腫瘤發(fā)生、轉移的關系

目前腫瘤的發(fā)生被廣泛認為是由于一系列癌基因和抑癌基因的突變積累造成的。而microRNAs已被證實扮演抑癌基因和致癌基因的角色。

microRNAs參與腫瘤發(fā)生、發(fā)展的機制非常復雜。如發(fā)揮抑癌作用的let- 7與轉錄因子Lin- 28、原癌基因C-myc構成的多重負反饋回路在腫瘤發(fā)生過程中起到推動作用。一方面let- 7家族負向調控C-myc的表達；另一方面C-myc激活Lin- 28的轉錄，而Lin- 28又反過來抑制let- 7的合成[2]。此外，let- 7的靶基因還包括Ras基因、核轉錄因子E2F2和細胞周期蛋白D2(cyclinD1，CCND2)等，綜合參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展與轉移[3]。再如miR-29可通過誘導細胞周期阻滯和促進凋亡等途徑抑制腫瘤的發(fā)生[4]。但另一方面，miR-29可通過上調多基因編碼細胞外基質蛋白(extracellular matrixc，ECM)促進上皮細胞間質轉換(epithelial-mesenehymal transition，EMT)的發(fā)生，從而增加乳腺癌的侵襲性[5]。

而致癌性的miR- 155通過下調其靶基因腫瘤P53蛋白誘導的核蛋白1(tumor protein 53 induced nuclear protein 1，TP53INP1)、DMTF1和轉化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)的表達來促進多種細胞惡性轉化和腫瘤細胞增殖[6]。miR- 17- 5p則通過負調控靶基因核轉錄因子E2F1、抑癌基因PTEN(gene of phosphate and tension homology deleted on chromsome ten，PTEN)、C-myc和組織金屬蛋白酶抑制因子2(tissue inhibitor of metalloprotein-ase，TIMP- 2)等促進腫瘤的增殖、侵襲和轉移[7]。 miR- 92a抑制抑癌基因p21的表達。在肝癌組織中miR- 92a表達顯著升高，并且與肝癌患者預后不良顯著相關[8]。

由此可見，無論是抑癌性microRNAs還是致癌性microRNAs，都是通過調控其下游腫瘤相關性靶基因的表達來影響腫瘤的發(fā)生和發(fā)展的。但是也有一些microRNAs例如miR- 29家族同時具有抑制腫瘤與促進腫瘤侵襲、轉移的雙重效應，因此需要不斷尋找和確定更多的與腫瘤相關的microRNAs靶基因，并弄清靶基因之間錯綜復雜的關系網絡，才能全面認識microRNAs在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的機制。

2 microRNAs與腫瘤干細胞

近年來大量研究顯示，腫瘤可看作是干細胞增殖調控機制失調引起的異常組織器官，腫瘤干細胞在腫瘤發(fā)生和發(fā)展過程中起著關鍵性作用。而microRNAs對維持腫瘤干細胞特性起到基礎性調控作用。

目前已經在多種腫瘤中發(fā)現了腫瘤干細胞的存在。側群細胞(side population cell，SP細胞)是一群能夠特異排出Hoechst 33342染料的具有干細胞特性的腫瘤細胞。通過對肺癌A549細胞株進行基因芯片分析發(fā)現，與肺癌非側群細胞(non-side population cell，non-SP細胞)相比，肺癌側群細胞(SP細胞)中miR- 31、let- 7和miR- 29顯著低表達[9]。而且低表達的miR- 31和let- 7相互平衡調控著SP細胞自我更新和多向分化功能。miR- 31在SP中低表達能夠維持肺癌SP細胞處于靜止期，抑制SP細胞分化；而let- 7低表達能夠加速G1-S期轉換，促進SP細胞增殖與分化。低表達的miR- 29同樣加速G1-S期轉換，維持肺癌細胞高增殖能力[10]。

在乳腺癌，let- 7能夠通過其下游靶基因H-RAS和高遷移率族蛋白A2(high mobility group A2,HMGA2)來調控腫瘤干細胞的自我更新和多向分化功能[11]。乳腺癌干細胞高表達長鏈非編碼RNA(LncRNA) H19，通過海綿效應抑制let- 7成熟，繼而導致Lin- 28表達增加，而Lin- 28又可以抑制因H19缺失導致乳腺癌干細胞特性的丟失[12- 13]。因此通過干預H19/let- 7/Lin- 28形成的雙向負反饋回路有可能為腫瘤治療帶來新的思路。

由此可見，正是如let- 7這樣的miRNA的功能異常使部分腫瘤細胞具備了干細胞特性，使之對放化療更加耐受，同時侵襲性和轉移性更加顯著。因此借助miRNA干預腫瘤干細胞信號通路以徹底消滅腫瘤為腫瘤根治提供了廣闊前景。

3 microRNAs的腫瘤診斷價值

隨著分子生物學和血液檢測技術的不斷發(fā)展，microRNAs在腫瘤診斷中的應用價值不斷被發(fā)掘。microRNAs能夠抵抗血液中RNA酶的降解，在血清或血漿中可以被穩(wěn)定檢測，并且在多種腫瘤中可以作為新型的腫瘤診斷指標[14- 15]。

例如血清miR- 21的表達水平隨直腸癌臨床分期呈階梯狀升高。而且在腺瘤性息肉組織尚未構建完整血供時，血清miR- 21表達水平便開始增高。該指標的靈敏度和特異度都達到80%以上。此外，miR- 21高表達水平與結腸直腸癌(colorectal cancer，CRC)患者預后較差相關，其可作為影響CRC患者生存的獨立預后因素[16]。同樣利用miR- 21，合并miR- 155 和miR- 365的組合篩查能夠使乳腺癌篩查得到更高的敏感性和特異性[17]。在乳腺癌患者血清中miR- 21和miR- 155水平顯著增高，而miR- 365水平顯著下調。而與Ⅰ期和Ⅱ期患者相比，血清miR- 155水平在Ⅲ期患者中明顯升高。因此進一步探索microRNAs在乳腺癌篩查中的應用可以取得高于傳統(tǒng)指標，例如CA- 153和CEA的檢出率。

在肝癌中，血清miR- 29a、miR- 29c、miR- 133a、miR- 143、miR- 145、miR- 192和miR- 505均明顯升高。利用這7個microRNAs建立分類器來檢測肝癌的準確性和敏感性遠高于血清AFP和B超，尤其是檢測小肝癌(腫瘤大小≤3 cm)和早期肝癌的優(yōu)勢更加明顯[18]。

由此可見，microRNAs在腫瘤診斷尤其是早期診斷中具有重要價值。如果繼續(xù)擴大對血清microRNAs的篩查范圍，并且對腫瘤不同階段外周血microRNAs表達譜進行研究，繼而為每一種腫瘤建立起完善準確的腫瘤microRNAs表達譜，這樣必將能夠大大促進腫瘤的早期發(fā)現和早期治療。

4 microRNAs的腫瘤治療價值

基于對microRNAs與腫瘤發(fā)生和發(fā)展關系的不斷深入了解，microRNAs逐漸成為腫瘤治療領域另一個新興靶點。目前microRNAs腫瘤治療研究主要包括兩個方面，一是通過microRNAs類似物恢復抑癌microRNAs的表達，即使microRNAs表達上調；二是通過microRNAs拮抗劑抑制致癌microRNAs的表達，即microRNAs沉默。

目前作為重要抗癌靶點研究的microRNAs有miR- 34、let- 7、miR- 21和miR- 221等。miR- 34能抑制細胞周期蛋白依賴性激酶4/6(cyclin-dependent protein kinases 4/6，CDK4/6)、癌基因Myc、組蛋白去乙?；?(histone deacetylase1,HDAC1)、B淋巴細胞瘤- 2基因(B-cell lymphoma- 2，Bcl- 2)、Wnt和轉移相關基因2(metastasis-associated gene 2，MTA2)等一系列靶基因[19]。由于在多種腫瘤中miR- 34表達下調，因此通過微納米和脂質體等技術導入外源性miR- 34可以上調其表達，從而起到抑制腫瘤效應。例如MRX34是一種miR- 34的脂質體模擬物，從肝癌小鼠靜脈注射MRX34能顯著延長生存時間。目前MRX34已經在多種晚期實體腫瘤上進行了I期臨床試驗[20]。另一種具有癌基因作用的miR- 21在多種腫瘤中表達過量，能夠抑制多種抑癌基因如PTEN、 原肌球蛋白1 (tropomysin 1，TPM1)和程序性細胞死亡因子4(programmed cell death 4,Pdcd4)的表達[21]。在肝癌細胞株HepG2中利用超聲微泡轉染miR- 21/221抑制劑表達質粒能夠顯著抑制癌細胞增殖，促進癌細胞凋亡[22]。

miR- 96通過靶向轉錄調節(jié)因子FOXO1和FOXO3a阻止細胞程序化死亡，促進多種癌細胞生長[23]。針對miR- 96設計的藥物Targaprimir- 96能顯著抑制miR- 96的表達，誘導細胞程序化死亡，顯著抑制腫瘤生長。并且Targaprimir- 96具有很高的特異性，僅作用于miR- 96高表達的腫瘤細胞，對正常細胞沒有影響[24]。這對于精準殺傷腫瘤細胞、降低藥物不良反應具有重要意義。

miR- 195、miR- 193a和 miR- 214能靶向幾乎所有細胞周期蛋白(cyclin)和細胞周期蛋白依賴性激酶(cyclin-dependent protein kinases，CDK)，有效抑制癌細胞增殖。尤其是miR- 193a對3陰乳腺癌(雌激素受體、孕激素受體及人表皮生長因子受體2表達為陰性)細胞抑制作用最明顯。利用納米顆粒遞送miR- 193a- 3p能夠抑制7種小鼠異種移植乳腺癌模型中的腫瘤生長，包括3種復發(fā)患者來源的腫瘤[25]。

以上結果表明，正因為microRNAs在多種腫瘤臨床前治療研究中顯示出優(yōu)于常規(guī)腫瘤治療效果的優(yōu)勢，所以越來越多的新型microRNAs藥物逐漸進入各級臨床試驗研究。無論是具有高度特異性的Targaprimir- 96，還是能靶向幾乎所有細胞周期蛋白和CDK的miR- 193a，都提示未來microRNAs藥物具備成為擁有特異性、廣譜性和高效性抗腫瘤藥物的潛力。

5 存在的挑戰(zhàn)與展望

隨著對microRNAs在多種腫瘤中參與機制的不斷深入研究，microRNAs在腫瘤發(fā)生和轉移以及利用microRNAs對腫瘤進行診斷和治療等方面都有了多方面和深層次的積累。microRNAs作為一個有前途的腫瘤診治靶標逐漸進入了人類攻克腫瘤的進程。隨著microRNAs在參與腫瘤發(fā)生和轉移中機制的進一步闡明，microRNAs必將成為腫瘤治療的重要靶點。而利用基因手段增強或“沉默”特定microRNAs在腫瘤組織中的表達來治療腫瘤，阻止腫瘤的進展和轉移，為腫瘤防治帶來了新的思路。但是microRNAs與腫瘤的研究目前主要還處在基礎研究階段，而且大部分功能性研究都是在體外或者動物模型上進行，離應用于臨床還有很長一段距離。由于microRNAs作用于轉錄后水平調控，而且其目標靶基因數目眾多，如何設計出能夠鎖定腫瘤特異靶基因的microRNAs藥物也是亟待解決的問題。另外microRNAs靶標的設定和檢測標準以及衍生microRNAs作為藥物的給藥標準尚未建立，這對評估治療的有效性和安全性都提出了巨大的挑戰(zhàn)。不過相信隨著microRNAs在腫瘤相關研究中的進一步深入，隨著生物信息學、生物芯片技術和real-time PCR 等現代生物學技術應用于microRNAs的研究，特別是針對腫瘤干細胞群體的研究，定能解開其復雜的生物學功能，使microRNAs相關研究成果真正應用于臨床，發(fā)揮其獨到的腫瘤防治作用。