miRNA-34家族在宮頸癌中作用機制的研究進展

楊世慧 劉志強 蓋 娜 王志敏 李明秀

濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院婦科，山東濱州 256600

宮頸癌是女性第四大常見癌癥，是女性面臨的主要健康問題[1]。Benard 等[2]研究證實，人乳頭瘤病毒（HPV）是宮頸癌的主要病因，自從引入HPV 疫苗以來，宮頸癌的發(fā)病率每年下降1%~1.9%，但仍有50%以上病例是在晚期階段被發(fā)現(xiàn)。不僅如此，對于早期診斷的婦女，經(jīng)及時的手術(shù)治療或放化療后的復(fù)發(fā)率為10%~20%，而對于晚期診斷的婦女，復(fù)發(fā)率可達70%[3]。2019年，美國數(shù)據(jù)分析將診斷出約1.3 萬例新的宮頸浸潤性癌，預(yù)估約4000 名婦女死于這種疾病[4]。因此，晚期及復(fù)發(fā)性宮頸癌的治療在婦科腫瘤界仍是一個巨大的挑戰(zhàn)。宮頸癌的發(fā)病機制錯綜復(fù)雜，盡管已有大量研究從基因和蛋白水平對其進行探索，但目前尚不十分明確。因此，尋找高靈敏度和特異度的分子標(biāo)記物對于宮頸癌的早期診斷、靶向治療以及監(jiān)測預(yù)后至關(guān)重要。Wong 等[5]研究發(fā)現(xiàn)，miRNA 家族中的miRNA-34s 在乳腺癌、結(jié)腸癌等多種惡性腫瘤中顯著低表達，并通過腫瘤發(fā)生過程中幾大重要分子通路介導(dǎo)抑癌作用。目前國內(nèi)關(guān)于miR-34s 在宮頸癌中作用機制的總結(jié)并不多，本文概述了miRNA-34 家族的起源及其在腫瘤中的分子作用，總結(jié)了它在宮頸癌發(fā)病機制中的研究新進展，現(xiàn)報道如下。

1 microRNA-34 家族的生物學(xué)起源

microRNAs 是一類長度僅為18~25 個核苷酸的非編碼RNA，其中miR-34 家族在生物進化過程中高度保守且穩(wěn)定表達，其通過與靶mRNA 的3′UTR的互補序列結(jié)合，對靶基因的蛋白表達產(chǎn)生負性調(diào)控作用[6]。miR-34s 包含3 個家族成員：miRNA-34a、miRNA-34b 和miRNA-34c[7]。哺乳動物中的這三種亞型在不同組織中的表達存在特異性，Bommer 等[8]通過基因相關(guān)分析和染色質(zhì)免疫沉淀測定得出，各細胞系和組織中miRNA-34 家族的豐度直接受到p53 的調(diào)控。在神經(jīng)母細胞瘤中首次發(fā)現(xiàn)了miRNA-34a 的存在，到目前為止miRNA-34a 已經(jīng)成為研究最多的miRNA 之一[9]。miRNA-34b/c 位于人類11 號染色體的同一個區(qū)域，miRNA-34c 的表達水平與miRNA-34b 的表達嚴(yán)格平行。He 等[10]研究表明，miRNA-34s作為p53 的直接轉(zhuǎn)錄靶點在阻滯細胞周期進程和促進凋亡過程中扮演重要角色，因此提高miRNA-34s在癌癥中的表達有望成為惡性腫瘤新的治療方式。

2 miRNA-34s 在腫瘤發(fā)生過程中的作用機制

2.1 p53 對miRNA-34s 的正向調(diào)控

miRNA-34s 主要受p53 的直接調(diào)控從而在組織和細胞中發(fā)揮作用，最終導(dǎo)致細胞周期停滯、細胞凋亡或衰老。當(dāng)細胞受到某些刺激，如DNA 損傷、藥物刺激等，p53 基因被激活以應(yīng)對外來刺激。p53 被激活后作用于下游的多個效應(yīng)器發(fā)揮腫瘤抑制作用，其中miRNA-34s 被認為是p53 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)通路中的中心效應(yīng)分子[11-12]。p53 通過作用于miRNA-34s 上游啟動子區(qū)域內(nèi)的“p53 反應(yīng)元件”對其表達進行調(diào)控，隨后miRNA-34s 的種子序列與其靶mRNA 的3′UTR 以不完全堿基配對的形式結(jié)合，從而對下游靶基因產(chǎn)生負性調(diào)控作用，其中主要調(diào)控多種與腫瘤發(fā)生相關(guān)的細胞周期基因或癌基因，如細胞周期蛋白D1（CCND1）、細胞周期蛋白E2（CCNE2）、周期蛋白依賴性激酶4（CDK4）、周期蛋白依賴性激酶6（CDK6）、沉默信息調(diào)節(jié)因子（SIRT）、MET、E2F3、Bcl-2、MYC，從而誘導(dǎo)G0/G1期阻滯和腫瘤細胞凋亡以發(fā)揮抑癌作用[13]。

2.2 miRNA-34s 對p53 的正反饋激活

miRNA-34s 通過抑制多個下游靶基因的表達從而對p53 產(chǎn)生正反饋激活作用。Yamakuchi 等[14]研究發(fā)現(xiàn)，在結(jié)腸癌細胞中，miRNA-34a 通過調(diào)節(jié)沉默信息調(diào)節(jié)因子1（SIRT1）間接調(diào)控p53。SIRT1 是一種NAD 依賴性脫乙酰酶，在氧化應(yīng)激和遺傳毒性刺激下調(diào)節(jié)細胞凋亡。SIRT1 使p53 產(chǎn)生乙?；?yīng)，限制p53 對其下游靶基因的反式激活能力。miRNA-34a高表達抑制了SIRT1 對p53 的去乙?；饔?，導(dǎo)致乙酰化p53 的增加，同時p53 另外的轉(zhuǎn)錄靶點——p21、PUMA 的表達也增加?？傊甋IRT1 介導(dǎo)miRNA-34a和p53之間形成正反饋環(huán)[15]。另外，E2F3 作為miRNA-34a 的調(diào)控靶點參與到對p53 的正反饋激活的另一通路中。E2F3 屬于E2F 家族，通過調(diào)控細胞周期和影響DNA 的合成速度參與細胞生長和分化過程。miRNA-34a 通過對E2F3 的抑制從而作用于p53調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)形成p53-miRNA-34s 正反饋環(huán)[16]。miRNA-34s 還作為中間分子連接了p53 和Wnt 兩大信號通路，證實了腫瘤抑制功能喪失與癌基因信號激活之間存在緊密聯(lián)系[17]。

2.3 miRNA-34s 與衰老

miRNA-34s 具有誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡、細胞周期停滯和衰老的作用。衰老是一種細胞應(yīng)激反應(yīng)，導(dǎo)致細胞永久性的增殖停滯，相關(guān)基因誘導(dǎo)的衰老過程是體內(nèi)腫瘤發(fā)生的一個重要阻礙[18]。Vogt 等[19]及Christoffersen等[20]研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-34a 在基因B-RAF 誘導(dǎo)衰老的這一過程中表達上調(diào)，這是由ETS 轉(zhuǎn)錄因子家族的ELK1 介導(dǎo)的，獨立于p53 的新途徑。其中基因MYC作為這一過程中miRNA-34a 的直接轉(zhuǎn)錄靶點，其表達受到抑制，從而導(dǎo)致一整套有絲分裂基因表達的下調(diào)，最終導(dǎo)致了miRNA-34s 抑制細胞增殖從而引起細胞衰老的效應(yīng)。

2.4 miRNA-34s 與腫瘤干細胞

除此之外，miRNA-34s 還參與到腫瘤干細胞自我更新過程的調(diào)控中。腫瘤干細胞是一類能夠自我更新和分化的細胞亞群，目前在多種腫瘤組織中都發(fā)現(xiàn)了腫瘤干細胞的存在，其被證實可能導(dǎo)致了腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移和治療的抵抗[21]。據(jù)以往對胰腺癌和胃癌中腫瘤干細胞的研究，miRNA-34a 通過靶向Notch、HMGA2 和Bcl-2、C-Met 等基因參與腫瘤干細胞的自我更新和生存，并在細胞命運決定中發(fā)揮重要作用[22]。在胰腺癌細胞中，miRNA-34s 在翻譯水平下調(diào)了靶基因Notch1、Notch2、Bcl-2 的表達，顯著抑制克隆性細胞的生長和侵襲，誘導(dǎo)細胞凋亡和G1、G2/M期阻滯，并且使腫瘤細胞對放化療敏感[23]。

3 miRNA-34s 在宮頸癌中的調(diào)控機制

持續(xù)性的高危型人乳頭瘤病毒（HR-HPV）感染已被證實是宮頸癌發(fā)生的重要病因之一，其機制在于HR-HPV 編碼的E6、E7 癌蛋白通過滅活p53 和Rb腫瘤抑制基因調(diào)控腫瘤細胞的粘附、凋亡過程以及改變細胞周期進程，從而促進細胞轉(zhuǎn)化和永生化[24]。miR-34a 作為p53 激活后最顯著的miRNA 誘導(dǎo)物在宮頸癌的調(diào)控中發(fā)揮不容忽視的作用[25]。Li 等[26]研究發(fā)現(xiàn)，HPV 感染和宮頸癌患者病變組織中miR-34a的表達減少。HR-HPV E6 癌蛋白主要以p53 依賴的途徑介導(dǎo)miR-34a 表達減少，并且隨著宮頸病變的逐級進展，miR-34a 的表達水平逐級下降。在HR-HPV感染的宮頸組織中，miR-34a 表達降低可能發(fā)生在宮頸上皮細胞的形態(tài)學(xué)改變之前，因此可以通過測定組織中miR-34a 的表達來提早干預(yù)宮頸病變的發(fā)生過程。宮頸癌的發(fā)生是一個由癌前病變向浸潤性宮頸癌逐漸發(fā)展的過程，而miR-34a 表達減少作為宮頸癌眾多分子改變中的早期事件，可能是預(yù)測宮頸組織HPV感染結(jié)局和區(qū)分高、低級別鱗狀上皮內(nèi)病變的一個有價值的生物標(biāo)記物，并且將有助于對HPV 陽性的婦女進行分流，提高臨床工作中HPV 病毒基因檢測的特異性[27-28]。miR-34a 通過調(diào)控細胞生命過程中的眾多分子發(fā)揮其生物學(xué)功能，多數(shù)時候不同靶點之間的效應(yīng)產(chǎn)生疊加增強了miR-34a 在宮頸癌中的抑癌作用[15]。

3.1 miR-34a 與細胞周期調(diào)控

E2F3 是公認的細胞周期調(diào)控因子，它能夠促進宮頸癌細胞中的G1/S 期轉(zhuǎn)變，且在宮頸鱗狀上皮內(nèi)病變和宮頸癌中均表達上調(diào)，同時E2F3 又是HPV 陽性宮頸癌細胞中miR-34a 的直接靶點，miR-34a 通過在翻譯水平上直接抑制E2F3 的表達調(diào)節(jié)癌基因survivin，降低了HPV 陽性宮頸癌細胞的生存能力和侵襲力，發(fā)揮抑癌作用[29]。

3.2 miR-34a 與細胞增殖、遷移及侵襲

通常以腫瘤細胞的增殖、遷移和侵襲特性來衡量腫瘤細胞轉(zhuǎn)移能力的高低。高遷移率族蛋白盒1（HMGB1）是一種在人類宮頸癌細胞中高表達的核蛋白，在受到損傷攻擊后被釋放出來激活機體的免疫反應(yīng)。Chandrasekaran 等[30]的一系列體內(nèi)體外實驗表明，HMGB1 是miR-34a 在宮頸癌細胞中的直接作用靶點。miR-34a 在體外過表達以及下調(diào)其內(nèi)源性的表達都會影響細胞增殖，而下調(diào)HMGB1 的表達會產(chǎn)生與miR-34a 過表達同樣的抗增殖效應(yīng)，由此得出miR-34a可以通過介導(dǎo)HMGB1 的下調(diào)對宮頸癌細胞的增殖、遷移、侵襲產(chǎn)生不利影響，從而促進腫瘤發(fā)生轉(zhuǎn)移。

3.3 miR-34a 與宮頸癌中的上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）程序

除了持續(xù)的HR-HPV 感染外，Wnt1/β-catenin 途徑的激活是誘導(dǎo)宮頸癌發(fā)生的另一個催化劑。與正常宮頸組織相比，Wnt1 在宮頸鱗癌中過表達并對其預(yù)后產(chǎn)生不良影響，若使Wnt1 低表達會通過抑制Wnt1/β-catenin 這一反應(yīng)通路，進而抑制宮頸癌細胞的增殖和侵襲[31]。在宮頸鱗狀細胞癌中，miR-34a直接靶向Wnt1 抑制Wnt1/β-catenin 通路的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，導(dǎo)致E-鈣粘蛋白上調(diào)和P-鈣黏蛋白下調(diào)，以及總β-連環(huán)蛋白和核β-連環(huán)蛋白表達下調(diào)，并通過調(diào)節(jié)Ecadherin-to-P-cadherin 開關(guān)（E-P 開關(guān)）抑制宮頸癌的EMT 過程，最終抑制腫瘤的生長和侵襲。下調(diào)內(nèi)源性HPV-16e6/E7 的表達導(dǎo)致miR34a 表達上調(diào)和WNT1 表達下調(diào)，提示HPV-16e6/E7 可能參與了宮頸鱗癌細胞中miR-34a 和Wnt1 表達的調(diào)控過程[32]。

3.4 miR-34a 的其他生物學(xué)機制

miR-34a 通過調(diào)節(jié)宮頸癌細胞中乳酸脫氫酶A（LDHA）的表達調(diào)節(jié)有氧糖酵解（Warburg）效應(yīng)，從而在腫瘤代謝水平抑制宮頸癌的進展[33]。NLRC5 是Nod樣受體（NLR）家族的一個新成員，其參與調(diào)節(jié)抗病毒免疫反應(yīng)。NLRC5 的在組織中的下調(diào)可能是HRHPV 干擾宿主防御系統(tǒng)，從而促進其持續(xù)感染的一種獨特機制。miR-34a 通過拮抗NLRC5 的表達，從而參與到宮頸癌的免疫過程中[34]。由此可得，miR-34a與宮頸組織中HR-HPV 感染的持久性存在顯著相關(guān)性。癌基因C-Met 編碼肝細胞生長因子（HGF）的生長因子受體，顯示酪氨酸激酶的活性，并誘導(dǎo)上皮細胞的運動、增殖和侵襲。Bcl-2 是最重要的抗凋亡蛋白之一，參與腫瘤的發(fā)生和抗腫瘤藥物的耐藥。miR-34a通過靶向Bcl-2 和C-Met 發(fā)揮其作為宮頸癌侵襲性進展和預(yù)后不良的生物標(biāo)記物的作用[35-36]。miR-34a還與同為非編碼RNA 中一員的LncRNAs 發(fā)生相互作用。LINC00473 在宮頸癌中起到癌基因的作用，miR-34a 直接與LINC00473 結(jié)合，并作為LINC00473 介導(dǎo)的細胞增殖的負性上游調(diào)節(jié)因子調(diào)節(jié)宮頸癌的增殖[37]。另外LncRNA-MACC1-AS1 可能通過海綿miR-34a，部分解除了miR-34a 對CDK6 轉(zhuǎn)錄后抑制的靶向作用，促進了SiHa 細胞增殖和細胞周期進程[38]。

3.5 血液中的miR-34s

miRNA 在人類血液中穩(wěn)定表達，因此可以通過檢測血液中的miRNA 進行疾病的診斷、分級和評估預(yù)后。相比較于檢測腫瘤組織中的miR-34a，通過檢測血漿miR-34a 診斷腫瘤有許多優(yōu)點：微創(chuàng)性、可重復(fù)性，且簡單易行。宮頸癌患者血漿中miR-34a 的表達水平與腫瘤組織中的miR-34a 表達呈正相關(guān)，并且兩者的表達水平均與宮頸病變的嚴(yán)重程度相關(guān)，這使得通過檢測血漿中的miR-34a 對宮頸癌進行診斷、病變分級和預(yù)后評估成為可能[39]。

Sommerová 等[40]和Cao 等[41]研究 證實，miR-34b、miR-34c 同樣在宮頸癌發(fā)生發(fā)展過程中起潛在的抑制作用。miR-34b 通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化生長因子-β1（TGFβ1）抑制細胞遷移，誘導(dǎo)細胞凋亡。miR-34c 的過表達抑制SiHa 細胞的增殖、遷移、侵襲和促進細胞凋亡。

4 小結(jié)

miRNA-34 家族各成員在宮頸癌中與眾多功能各異的靶點相互作用，組成了宮頸癌調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中龐大的一部分，并且有望成為宮頸癌潛在的病變分級指標(biāo)、診斷和預(yù)后標(biāo)記物以及重要的治療靶點。miR-34s在多種腫瘤特別是宮頸癌治療中的廣泛應(yīng)用前景不容忽視。