mir-21的转录调控及在肿瘤中的作用研究进展

张经波 综述，汪荣泉 审校

(第三军医大学西南医院消化内科，重庆 400038)

微RNAs(miRNAs)是一类在转录后水平调控基因表达的小的内源性非编码RNA分子，约长17～27 nt，在细胞与组织中特异表达。miRNAs在各种不同的生物学进程中都发挥关键作用，通过靶向结合基因中与成熟miRNA互补的序列，调控发育、细胞分化、增殖和凋亡。miRNAs-靶基因间调控的异常与一系列癌症的进程密切相关。超过50％的人类miRNAs基因位于脆性位点或与癌症相关的区域，意味着miRNAs在癌症的发生发展中可能扮演重要角色。一些miRNAs在癌细胞与组织中异常表达，并与肿瘤的类型及进程相关。miRNAs的靶基因通常为癌基因或肿瘤抑制基因，通过异常调控miRNAs-靶基因间关系及miRNAs自身表达可直接或间接影响着癌症的命运[1]。mir-21符合了上面所叙述miRNA的所有特点，并作为较早研究的miRNAs之一得到越来越多的关注。本文就已经研究比较详尽的mir-21有关基因定位、生成、表达调控及与肿瘤的关系作一综述。

1 mir-21的基因定位

mir-21在包括哺乳动物、鸟类和鱼类在内的一系列脊椎动物中都表现出较强的进化保守性。人类中mir-21的基因定位首次被发现定位于17q23.2，位于TMEM49基因的第10个内含子内。虽然转录mir-21的启动子位点与蛋白编码基因TMEM49内含子有重叠序列，但是pri-mir-21(mir-21的初始转录体)却是被一个保守的启动子独立转录的[2]。

2 mir-21的转录

成熟的mir-21来源于3 433 nt长的pri-mir-21，在pri-mir-21转录体的+3 394与+3 399间有一个保守的AAU AAA多聚腺苷酸化信号，pre-mir-21(mir-21的颈环前体)则位于+2 445与+2 516间。

Fujita等[2]采用生物信息学方法首先预测了mir-21的miRNA的可能启动区域(miRNA putative promoter regions，miPPRs)，位于的转录起始位点(transcription start site，TSS)上游900 bp位置。随后，通过实验在HeLa和HL-60细胞系中利用引物延伸法，证实mir-21转录体起始于miPPR-21中保守的TATA框下游30 bp。与大多数miRNAs的成熟过程一样，成熟mir-21的加工过程可以概括如下：首先Pri-miR-21由DNA聚合酶Ⅱ(PolⅡ)转录，然后，由核内的RNAseⅢ酶，Drosha和DGCR8加工形成长72 nt的颈环前体pre-mir-21，在转运酶5(exportin5)的协助下被转运至胞质[3]。到达胞质后，被另外一个RNAseⅢ酶Dicer，识别并被切割产生一个22 nt的miRNA-miRNA复合体。其中的一条链hsa-mir-21可能被降解，而另一条链则会被参入RNA诱导沉默复合体(RNA-induced silencing complex，RISC)形成RNA蛋白复合体miRNP，通过靶向结合具有完全或非完全互补序列的imRNAs 3′UTR发挥调控作用。

3 mir-21的调控

目前认为mir-21的调控主要发生在转录及转录后水平两个方面。Fujita等[2]首先对mir-21启动调控区的共有序列进行生物信息学分析，得到几个保守的增强子元件，即激活蛋白-1(AP-1)、Ets/PU.1、C/EBP-α，核因子-1(NF-1)、SRF、p53、STAT3。随后，通过构建包含有不同增强子元件的异源荧光报告质粒，发现AP-1和两个Ets/PU.1元件均可以促进pri-mir-21的转录，后者可以增强由前者介导的转录激活；NFIB和C/EBP-α结合到mir-21的启动子则导致mir-21基础转录水平的抑制。Talotta等[4]提出RAS可以介导AP-1激活，并存在由mir-21抑制程序性细胞死亡4(programmed cell death 4，PDCD4)表达，PDCD4抑制AP-1表达，AP-1促进pri-mir-21表达而构成的负负为正的调控环。Loffler等[5]证实在IL-6刺激的XG-1、INA-6骨髓瘤和HepG2肝癌细胞中， mir-21的转录依赖STAT3。IFN诱导的凋亡会诱发mir-21形成负向反馈效应，也是通过STAT3[6]。

然而，癌症中主要miRNAs的异常表达，大多发生在成熟miRNAs水平上，而不与pri-miRNA的表达相关，暗示mir-21的表达调控可能大多发生在转录后水平上[7]。Davis等[8]基于对血管平滑肌细胞(VSMCs)的研究表明，TGF-β和BMP可以诱导mir-21表达，提示存在调控mir-21加工的其他机制。这一过程主要为，TGF-β和BMP信号系统促使特异SMAD信号转导蛋白受体(SMAD1/5和SMAD2/3)被招募到pri-mir-21并与RNA解螺旋酶p68形成复合体，从而促使由pri-mir-21到pre-mir-21的快速(30 min内)加工，再加上随后的成熟环节，调控了mir-21分子的活化。这一调控模型在MDA-MB-468乳腺癌细胞中得到验证。通过致癌性的RAS可以在体内或者体外使mir-21表达上调[9]。Foxo3a可以从转录水平抑制mir-21的表达从而上调Fasl的转录，导致凋亡的发生[10]。STAT3通过染色体10上删失的磷酸酶和张力蛋白同源物(phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome 10，PTEN)和CYLD途径激活mir-21和mir-181b-1，从而使炎症过度到癌症[11]。另外，mir-21通过直接靶向作用于3′非翻译区域来抑制RHOB的表达。而RHOB具有肿瘤抑制作用[12]。另有研究表明，Mir-21可以由NF-kappaB 直接调节，而细胞增殖是由EP2/4 receptors介导的[13]。NF-kappaB 结合位点位于mir-21基因转录原件上，而且尼古丁对这种结合有增强作用。

两种调控方式也可能发生在同一个系统中。如，在乳腺癌及结肠癌中，应答缺氧时mir-21被诱导高表达，同时在pri-mir-21的启动调控区中发现存在缺氧诱导因子1(HIF-1)结合位点；此外，在不依赖HIF-1的情况下，通过AP-1转录或被TGF-β信号途径刺激也可诱导mir-21成熟[14]。

4 mir-21与肿瘤

在星形细胞瘤[15]、胶质母细胞瘤、前列腺癌[16]、结直肠癌[17]、肝癌[18]、乳腺癌[19]、肺癌[20]、慢性淋巴细胞白血病[21]等癌症中mir-21都特异性高表达。在人类单核细胞分化为树突状细胞的过程中，mir-21表达也增高[22]。从功能方面看，甄别癌症早期起始与演进的分型是困难的(特别是单个细胞或少许细胞阶段)。但是，基于miRNA表达谱的分析给上述问题的解决带来了希望。

此外，对于miR-21与致瘤性转化间的因果关系的功能研究报道较少。到目前为止，已发现mir-21通过调控不同的抑癌基因介导了多种肿瘤的发生，暗示miR-21的致癌活性。

Gabriely等[23]证实mir-21可以调控与神经胶质瘤细胞侵袭、迁移和凋亡相关的多个基因，包括RECK、TIMP3和肿瘤抑制子及阻碍基质金属蛋白酶(MMPs)的因子。mir-21通过下调MMPs的抑制子从而活化MMPs促使细胞侵袭增加肿瘤的恶性程度。乳腺癌细胞MCF-7中mir-21可能通过调控Bcl-2等相关基因而调节肿瘤生成，因为抑制miR-21可以导致体外细胞生长减缓和体内裸鼠模型中肿瘤生长的抑制[24]。转移性乳腺癌MDA-MB-231细胞中mir-21可以通过抑制肿瘤抑制基因原肌球蛋白1(tropomyosin 1，TPM1)、PDCD4、maspin而介导肿瘤的侵袭与转移[1]。肝细胞中抑制miR-21，会提高PTEN的表达，并降低肿瘤细胞增殖，迁移与侵袭。反之，提高miR-21的表达则效果相反[25]。有实验表明，脂多糖刺激后，mir-21增高而PDCD4降低。结直肠癌细胞系中，miR-21与肿瘤抑制蛋白PDCD4呈负相关。抑制miR-21可以导致PDCD4蛋白水平的提高并降低侵袭力，过表达 miR-21则可以提高侵袭力及迁移性。在雌激素受体阳性的乳腺癌细胞，mir-21可以由维生素A诱导。该研究还找到了3个新的mir21靶点：炎症前细胞因子 IL1B、黏附分子 ICAM-1和PLAT、组织型纤溶酶原激活物。mir-21在对化疗药物抵抗的白血病细胞系K562中表达上调，其机制可能包括PI3K/Akt 通路及PREN蛋白表达的改变。mir-21会下调肿瘤抑制基因P12(CDK2AP1)，从而促进增殖和浸润。在非小细胞肺癌中，mir-21抑制肿瘤抑制基因PREN，并促进肿瘤的生长和浸润。然而，在一篇对前列腺癌的研究中发现，mir-21不足以影响细胞的增殖和侵袭能力，对PTEN和PDCD4的影响也有限。

在其他多种肿瘤模型中，mir-21的靶基因已经或正在陆续被鉴定。miR-21的异常表达调控了相应的肿瘤抑制基因，从而影响着肿瘤的起始与演进，因此，miR-21在某种意义上可以被称之为癌相关miRNA。

很多研究通过抑制mir-21，以尝试对肿瘤的治疗作用。有研究显示，抑制mir-21对抑制胶质瘤细胞的增殖和凋亡效果明显，且会激活caspase 9和caspase 3。mir-21在喉鳞状细胞癌高表达，用反义寡核苷酸抑制mir-21后RAS表达下降，其增殖和侵袭都受到抑制。然而，也有研究发现，抑制mir-21不能阻止神经母细胞瘤细胞的分化。下调mir-21会抑制EGFR 通路并抑制胶质母细胞瘤的增殖，虽然PTEN存在不同的状态，但该过程与PTEN的状态无关。小的互补miRNA序列可以抑制miRNA的功能，可能成为一个潜在的治疗手段，但是mir-21的遗传缺失却不具有这样的作用。mir-21敲除也可能作为一种新的白血病治疗手段。也有研究者试图将其作为一个新的神经胶质瘤靶向治疗的靶标。

5 展 望

在癌症中对于miRNAs重要角色的界定已经打开了癌症探索的新领域，此外许多miRNAs也已被鉴定为致瘤性转化、侵袭与迁移的关键调节子，而mir-21作为其中之一在众多癌症中发生异常表达也已通过不同实验室验证。虽然其中的原因已经有了很多解释，包括转录及转录后的调控，但是相关佐证仍需进一步完善。探索miRNA的功能非常复杂，例如：mir-21通过作用于PDCD4抗凋亡，从而保护心肌缺血。对于miRNAs表达的组织特异性以及不同miRNAs在一个特殊靶标上的联合作用应同时予以考虑。因此，在正常细胞、组织和个体中mir-21是如何被调控的以及mir-21又如何调控下游靶基因等问题，将成为下一步通过人为干预mir-21表达而达到癌症治疗等相关设计时所需要考虑的重点。

尽管如此，针对mir-21等miRNAs的研究，已经更加证明了“RNA信号通路”的重要性，并且其与更为保守的蛋白信号通路之间存在相关性。这种对于正常与致瘤性细胞侵袭的系统性基因网络理解的深入探索，定将带给癌症诊断与治疗提供新途径。

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