miRNA与消化系统肿瘤的关系

陈春晓（综述），张宇忠（审校）

（北京中医药大学基础医学院，北京 100029）

microRNA（miRNA）是一类新的内源性的长度为19～25个核苷酸的非编码小分子RNA，由高等真核生物基因组编码。继1993年在果蝇中发现第一个miRNA以来，现已有15172个miRNAs相继在脊椎动物、果蝇、蠕虫、植物和病毒等142个物种中被发现，估计在人类基因组中可能存在约1000个miRNAs［1］。miRNA 参 与生命过程中一系列重要进程，包括发育、细胞增殖、分化和凋亡。近期研究发现，不同类型肿瘤有不同组合的异常miRNA表达谱，miRNA可通过类似癌基因和抑癌基因的作用参与肿瘤发生、发展和转归过程［2，3］。继 miRNA-15 和 miRNA-16首次被Calin等［4］证实为具有抑癌基因作用以来，陆续发现了大量与消化系肿瘤密切相关的miRNA。现就常见消化系统肿瘤miRNA的研究进展予以综述。

1 miRNA的概述

1.1 miRNA的基因结构和定位 miRNA是一种小的内源性非编码RNA分子，由19～25个核苷酸组成，广泛存在于真核生物中。大多数人类的miRNA位于蛋白编码或非蛋白编码基因的内含子区域，其余的 miRNA位于基因组的转录本之间，或者在mRNA 3'非编码区。此外，也有几个miRNA聚集在一起，成为一个miRNA基因簇，如19号染色体上有54个miRNA组成的一个基因簇［5］。

1.2 miRNA的生物合成和基因表达调控 miRNA的生成过程起始于初期miRNA的产生，它在细胞核内由编码miRNA的基因转录生成，长度为几百到几千个核苷酸不等。miRNA的生成过程如下:首先miRNA基因由RNA聚合酶Ⅱ介导，转录成初期miRNA，在核内经RnaseⅢ Drosha和双链RNA结合蛋白Pasha加工，形成具3'端突出茎环结构、长约70 nt的前体miRNA分子，然后经RNA-GTP依赖的转运子exportin5转运到胞质。在胞质内，另一个RnaseⅢDicer将其剪切成长度约22 nt的miRNA双链。这种双链很快被引导进入miRNA诱导的基因沉默复合物中，并保留在这一复合物中。miRNA的5'末端结构在miRNA进入miRNA诱导的基因沉默复合物的过程和在其保持稳定性方面是非常重要的，而且对于其生物学功能也相当关键［6］。

miRNA的功能主要是调控mRNA的代谢。成熟的miRNA结合到与其互补的mRNA位点，根据两者序列互补性分别通过两种机制负调控基因表达。当miRNA与mRNA不完全互补时，miRNA在蛋白质翻译水平上抑制其表达;如果miRNA与位点完全互补，那么这些miRNA的结合往往引起mRNA降解［5］。

1.3 miRNA在肿瘤中的作用 miRNA在正常的生理过程中具有广泛的细胞功能，包括细胞增殖、分化、凋亡，miRNA是人类肿瘤的主要参与者，miRNA与肿瘤细胞的增殖和凋亡有关。肿瘤细胞与正常细胞中miRNA表达谱具有明显差异，且大约50%的已知miRNA在基因组定位于与肿瘤相关的脆性位点，这些位点中miRNA通常可抑制肿瘤细胞的表达［7］。miRNA基因高频率出现在这些与肿瘤密切相关的易变基因组中，miRNA通过mRNA的3'非编码区在转录调控后发挥其调控作用。完全互补碱基配对导致mRNA降解，而不互补碱基配对抑制功能蛋白的翻译［8］。

2 miRNA与几种常见的消化系统肿瘤

消化系肿瘤发病率、病死率约占全部肿瘤的30%，特别是肝癌、胃癌和结肠癌的发病率位居恶性肿瘤发病率前五位［9］。在我国及大多数发展中国家，消化系肿瘤发病及病死率更占全部肿瘤的50%以上［9］。深入了解miRNA参与消化器官肿瘤发生和发展的机制，将有助于消化器官肿瘤的早期发现、诊断和治疗。

2.1 miRNA与肝细胞癌 目前至少发现有两类miRNA与肝细胞癌的关系密切，其中一类在肝癌组织中表达下调，如miRNA-193b，另一类在肝癌组织中表达上调，如 miRNA-21。Xu等［10］采用定量实时聚合酶链反应（quantitative real-time polymerase chain reaction，qRT-PCR）技术研究miRNA-193b在肝癌组织及癌旁正常组织中的表达情况，发现miRNA-193b在肝癌组织表达明显下调，miRNA-193b直接调控细胞周期蛋白D1和癌基因EST1的表达，通过作用于癌基因通路抑制肝细胞癌的发展，因而具有抑癌基因的作用。Meng等［11］采用基因芯片技术分析肝细胞癌中miRNA的表达谱，发现miRNA-21在肝细胞癌组织中过度表达，并且能下调抗癌基因张力蛋白同源10号染色体缺失的磷酸酶的表达，抑制肿瘤细胞增殖、浸润和转移。张力蛋白同源10号染色体缺失的磷酸酶基因可作为miRNA-21的靶基因，miRNA-21通过介导张力蛋白同源10号染色体缺失的磷酸酶基因依赖途径导致肝细胞癌的发展和扩散。

2.2 miRNA与胃癌 目前发现与胃癌密切相关的miRNA主要有具有癌基因作用的miRNA-21和miRNA-155，具有抗癌基因作用的有 miRNA-145、miRNA-221和 miRNA-126。Liu 等［12］采用 qRT-PCR技术测定胃癌组织及癌旁正常组织石蜡标本中miRNA-21、miRNA-145和 miRNA-155的表达水平，结果发现癌组织中miRNA-21和miRNA-155的表达明显升高，而癌组织中miRNA-145表达下调，结果表明miRNA-21和 miRNA-155具有癌基因作用，而miRNA-145具有抗癌基因作用。韩彦龙等［13］采用荧光qPCR技术研究miRNA-221在51例胃腺癌组织及癌旁正常组织中的表达，发现miRNA-211在癌组织中的表达高于正常组织。另外，采用生物信息技术预测miRNA-221调控p53和p27靶基因的表达情况，结果发现miRNA-221在胃腺癌组织表达上调可能是通过调控p53和p27等抑癌基因的表达而发挥作用的。Feng等［14］在研究胃癌SGC-7901细胞株中miRNA-126的表达时发现，miRNA-126的表达增强可有效抑制细胞周期G0/G1，从而抑制肿瘤的侵袭和转移。

2.3 miRNA与结直肠癌 近期研究发现，miR-145和miRNA-195结直肠癌中具有抗癌作用。Arndt等［15］利用MirVana miRNA Bioarrays检测8个结直肠癌细胞系模型和45个不同分期的结直肠癌组织及癌旁正常组织的miRNA表达谱，结果从中鉴定出了37个差异表达的 miRNAs，其中有11个差异表达miRNAs共存于CRC和正常结肠组织及CRC细胞系中。使用基因组富集分析鉴定与信号通路相关差异表达的miRNA分析转移和非转移性同源细胞系基因的表达，发现参与细胞周期和神经调节蛋白通路的miR-145在转移性细胞系中显著下调。Liu等［16］比较81例结直肠癌组织及癌旁正常组织中miRNA-195的表达，发现其在癌组织中表达下调，在结直肠癌HT-29和LoVo细胞系中miRNA-195的复原可以降低细胞活性，促进细胞的凋亡和抑制肿瘤活性，可作为miRNA-195的靶基因。

2.4 miRNA与胰腺癌 miRNA-155和miRNA-21在胰腺癌中的过表达可能成为胰腺癌的早期信号。Habbe等［17］采用qRT-PCR技术测定15例导管内乳头状黏液性肿瘤（即非浸润性胰腺癌的癌前病变）组织及癌旁正常组织中miRNA-155和miRNA-21的表达，结果显示癌组织显著性过表达;采用锁定的核酸原位杂交技术对64例导管内乳头状黏液性肿瘤登记病例、10例外科切除导管内乳头状黏液性肿瘤患者和5例非肿瘤性胰胆功能障碍患者（疾病控制）的胰液标本中miRNA-155和miRNA-21进行检测，发现64例导管内乳头状黏液性肿瘤患者中有83%出现miR-155的异常表达，81%出现miR-21的异常表达;对照组中有7%出现miR-155异常表达，miR-21的过表达有2%。miR-155和miRNA-21的异常表达是胰腺癌多阶段进展的早期信号。Moriyama等［18］采用qRT-PCR技术测定25例胰腺癌患者的癌组织和周围正常组织中miRNA-21表达，发现癌组织表达明显增加。通过转染miRNA-21前体或抑制剂，发现转染了miRNA-21前体的癌细胞增殖、浸润和对抗肿瘤药物的耐药性均增强，相反转染了其抑制剂后则发挥抑制作用。

2.5 miRNA与食管癌 miRNA-21与食管癌的关系也很密切。Feber等［19］采用芯片分析技术，比较食管鳞状细胞癌组织与正常上皮组织中miRNA表达情况，发现miRNA-203和miRNA-205在癌组织中的表达是正常上皮组织中的1/11～1/6，而miRNA-21的表达则高3～5倍，miRNA表达谱的差异可以把食管肿瘤组织和正常组织区分开，其可能成为食管鳞状细胞癌确诊的一个指标。Hiyoshi等［20］采用 qRTPCR Taqman探针和原位杂交技术测定20个食管鳞状细胞癌组织及癌旁正常组织和7种鳞状细胞癌细胞系中miRNA-21的表达，结果显示有90%的癌组织miRNA-21过表达，在鳞状细胞癌细胞中程序性细胞死亡基因4表达水平与miRNA-21呈负相关，miRNA-21在转录后以程序性细胞死亡基因4为靶基因调控细胞的增殖和浸润，可能成为食管鳞状细胞癌新的治疗靶点。

3 展望

越来越多的研究是在寻找miRNA的作用靶点或靶基因，目的在于发现miRNA在肿瘤中的作用机制，以期将miRNA应用于肿瘤的早期诊断和早期治疗，提高消化系统肿瘤患者的生存率。检测miRNA表达的方法主要有miRNA芯片技术、qRT-PCR和核酸原位杂交等技术。虽然现有的生物分子技术已发现了一些miRNA，但仍有很多miRNA未被发现，miRNA在消化系统的肿瘤作用也只发现了一小部分，尚有很大的领域有待进一步研究。目前对miRNA在消化系统肿瘤中的作用及其作用靶点研究还处于初级水平。结合临床以miRNA与消化系肿瘤的关系作为基石，将miRNA发展成为肿瘤早期发现、诊断及治疗的重要医疗手段。

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