miRNA 在肿瘤转移中的研究进展

邹 丰， 刘丽江

（江汉大学 医学院病理学与病理生理学教研室， 湖北 武汉 430056）

microRNA（miRNA）是近些年发现的一类具有高度保守特征、 长度20～25 nt 的非蛋白质编码的单链小分子RNA， 其主要功能是通过两种方式调控其靶基因的表达： 诱导靶向mRNA 的降解或者抑制靶向mRNA 的翻译。 miRNAs 在人类基因的总数预计超过1 000 个， 并调控约30% 的人类基因。 现阶段研究也显示， miRNA 能扮演癌基因或抑癌基因的功能， 其表达失调在肿瘤的发生与转移中发挥重要的作用， 已成为肿瘤学研究的热点之一。 笔者主要对miRNA 在肿瘤转移中的作用及调控机制进行综述。

1 miRNA 概述

1993 年， 美国著名遗传学家Lee 等［1］首先在漂亮新小杆线虫（Caenorhabditis elegans）中发现了第一个miRNA， 并命名为lin－4。 它能通过碱基配对的方式结合到靶mRNA， 从而抑制lin－4的翻译，但并不影响其转录。 2000 年，Pasquinelli等又在对线虫发育调控研究中发现了let－7， 从而正式拉开了miRNA 研究的序幕［2］。 不久后其他研究者在真核生物种例如拟南芥、 果蝇、 斑马鱼或人类细胞等中也发现了大量类似的miRNA。 到目前为止， 在人类基因中就已发现的miRNAs 总数超过1 000 个。 研究显示， 许多心血管疾病和肿瘤的发生发展都与miRNA 有着重要的联系。miRNA 途径也已经证实是正常和疾病状态下基因调节的一个新的机制。

miRNA 比较广泛地存在于多种真核生物中，高度保守性、 组织表达特异性和时序表达特异性是其最重要的3 个生物学特性。 各物种之间的miRNA 序列结构均存在高度的进化保守性显示，miRNA 虽然调控不同种类的生物发育， 但却有着相同的调控机制。 miRNA 的表达在同一物种的不同组织甚至是发育的不同阶段也存在着明显的差异。 以上研究结果显示， 物种在发育过程中最终形成生理差别与miRNA 有着本质的联系。

miRNA 并不是由其相应基因直接编码形成的。 编码miRNA 的基因通过RNA 聚合酶Ⅱ转录， 产生原始miRNA 转录本（pri－miRNA）。 通过与核糖核酸酶RNAse－Ⅲ酶Drosha 结合又产生60～70 nt 的呈发夹结构（hairpin）的miRNA 前体（pre－miRNA）。 接着通过输出蛋白（exportin）5 进入细胞浆。 与siRNA 相似， 这些pre－miRNAs 最终被Dicer 裂解产生20～25 nt RNA 双链体， 即成熟miRNA， 整合入RISC 样复合物［3－5］。

在生物体内， miRNA 调控其靶基因的表达主要通过以下两种方式： 诱导靶向mRNA 的降解或者抑制靶向mRNA 的翻译［6］。 对于绝大多数的植物来说， miRNA 可以直接和其靶向mRNA 的3′端形成完全互补或几乎完全互补的序列， 通过诱导产生靶向mRNA 的特异性位点的断裂来减少其表达； 而对于动物来说， miRNA 并不能完全与mRNA 互补配对， 所以miRNA 就主要通过抑制其靶基因的翻译来调控靶基因的作用。 不过至今为止， miRNA 与靶基因的具体作用机制和调控位点仍不清楚， 需要更进一步的研究。

2 miRNA 在肿瘤中的研究进展

现阶段研究表明， 正常组织细胞与肿瘤细胞之间的miRNA 的表达具有明显差异。 对肺癌、胃癌、 结肠癌、 胰腺癌、 乳腺癌和前列腺癌等540 个肿瘤样本进行微阵列芯片的miRNA 表达谱分析发现， 肿瘤组织有与正常组织相比表达明显增高的26 个miRNA 和表达明显降低的17 个miRNA， 其中尤以miR－20a、 miR－21 和miR－106a 等差异明显［7］。 miRNA 在肿瘤的发生和发展过程中可能扮演着类似癌基因或抑癌基因的作用， 因其大多数miRNA 的基因定位于肿瘤的发生和发展过程中相关性脆性基因位点， 例如杂合性或纯合性缺失区、 断裂区或扩增区等。 在肿瘤的发生中表达水平增多的miRNA 可视为癌基因，表达水平减少的miRNA 则可看作抑癌基因［8］。

研究表明， 大约50%的miRNA 在基因组上定位于与肿瘤发生相关的区域和脆性位点。 例如miR－15a 和miR－16－1 定位于人类染色体的13q14 区域， 而超过50%的B 细胞慢性淋巴型白血病病人（CLL）中就存在这一区域的缺失。 后又有人证实， miR－15a 和miR－16－1 可以通过下调Bcl－2 蛋白的表达诱导细胞凋亡， 因此这两个miRNA 的缺失或下调可以直接导致Bcl－2 蛋白表达水平升高， 从而促进了白血病和淋巴瘤的发生［9］。 在其他肿瘤类型中也存在着miRNA 的异常表达现象。 此外， 不仅组织和细胞中的miRNA的表达可作为疾病分型和诊断的标志， 存在于血浆和血清中的miRNA 也可用于疾病的检测。

3 miRNA 在肿瘤转移中的调节机制

恶性肿瘤的重要生物学特征之一是肿瘤转移， 这也是恶性肿瘤患者死亡的主要原因。 肿瘤转移与大量蛋白酶、 黏附分子和细胞因子的表达及其相应的信号转导通路密切相关， 其具体过程包括以下几个步骤： 首先肿瘤细胞必须降解细胞外基质和基底膜， 这需要大量的基质金属蛋白酶（MMPs）的参与； 接着肿瘤细胞可以依靠自身的一些运动和不同黏附分子产生的外力而慢慢脱离原来的组织， 然后向血管或淋巴管移动并附壁；最后肿瘤细胞游出血管或淋巴管， 形成远处组织和器官的转移灶。随着对miRNA 研究的深入， 越来越多的研究揭示出上述许多与肿瘤细胞转移的基因均能在不同程度上受到相关miRNA 的调控，从而导致肿瘤转移活性的改变， 最终加快或减慢肿瘤细胞的转移。

2004 年Calin 等第一次为miRNA 与肿瘤转移的相关性提供了直接证据， 之后大量的miRNA 被报道与消化系统肿瘤、 呼吸系统肿瘤、泌尿系统肿瘤与乳腺癌及其转移密切相关。 目前许多研究显示miR－21 在多种消化道肿瘤中高表达， 并参与肿瘤浸润转移［10－11］。 miR－21 具有原癌基因活性， 其位于染色体的脆性区域17q23.2。程序细胞死亡蛋白4（PDCD4）能与转录起始因子eIF4A、 eIF4G 相互作用而抑制基因转录； 人类第10 号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源的基因（PTEN）通过编码磷酸化酯酶， 使3、 4、 5－三磷酸磷脂酰肌醇（PIP3）去磷酸化， 从而负性调控磷脂酰肌醇－3－激酶（PI3K）细胞通路来增加肿瘤细胞的凋亡来抑制肿瘤细胞的生长［12］。 在极具侵袭性的肝癌细胞中， miR－21 的表达比正常肝细胞要多出9 倍， 与此伴随的还有PTEN 表达的减少和PI3K 表达的增多。 在乳腺癌细胞中转染低表达miR－21 的研究中发现， miR－21 的表达减少的肿瘤细胞的侵袭能力明显要低于对照组的肿瘤细胞［13］。 因此miR－21 可以通过调控PDCD4 和PTEN 来介导肿瘤转移的发生。

在过表达let－7 的鼠的肺癌细胞系中， 高迁移率组A 蛋白（HMGA2） 的表达水平明显下调，提示let－7 可能通过HMGA2 靶基因调控肺癌细胞的迁移能力［14－15］； 另一方面， 通过上调非小细胞肺癌细胞系A549 中的miR－200c 的表达水平后， 锌指结构的转录因子8（TCF8）的作用缺失，E 钙黏蛋白（E－cadherin） 的表达水平受到抑制，细胞形态改变， 黏附能力下降， 提示miR－200c具有调控肺癌细胞侵袭表型转化的作用［16］； 信号接头蛋白（Crk）是一种能整合蛋白等多种分子的信号转导通路而改变细胞的黏附、 扩增和迁移能力的蛋白， 其介导肺癌细胞的黏附、 迁移和侵袭是由miR－126 参与调控的［17］。

在前列腺肿瘤的miRNA 研究中发现， miR－224 几乎都在神经管周围的前列腺癌细胞中表达。 其调控基因大部分都是编码与细胞代谢相关的金属硫蛋白和线粒体相关蛋白， 从而推断miR－224 的表达是通过改变细胞代谢和线粒体的功能来影响肿瘤细胞的周围神经浸润［18］。 子宫颈癌的研究显示， miR－127 的表达与肿瘤的淋巴结转移呈正相关［19］。 而膀胱癌的miRNA 研究揭示，miR－223、 miR－26b 和miR－221 的表达明显上调， miR－20b 与肿瘤的分期与转移呈负相关［20］。

miR－10b 位于同源框蛋白（HOXD）基因家族簇中， 在转移性乳腺癌表达明显增高［21］。 构建过表达miR－10b 的乳腺癌细胞系SUM159， 并将其注射至小鼠乳房的脂肪细胞中， 形成的肿瘤的侵袭性要明显高于注射对照SUM159 细胞组的小鼠。 利用miR－10b 抑制剂可以显著降低miR－10b的表达和增加其靶基因HOXD－10 的表达， 虽然不能直接抑制小鼠乳腺癌细胞的生长， 但却能明显抑制其向肺部的转移， 提示miR－10b 的表达与肿瘤转移是呈正相关的［22］。

现有研究显示， 上皮－间质转化 （epithelialmesenchymal transition， EMT）是肿瘤转移的重要机制之一。 其整个过程受机体发育过程的一系列转录因子， 如TWIST1、 Snail 和Slug 等的调控。EMT 发生后引起的重要改变就是E－钙黏蛋白的损失。 作为细胞黏附的主要蛋白质， E－cadherin在抑制肿瘤的浸润与转移中发挥着及其重要的作用［23］。 一些锌指蛋白的转录因子如Snail、 Slug、ZEB1 和ZEB2 等都参与了EMT 的发生。 miR－200 家族已被证实作为一个关键因子参与调控E－cadherin 的表达［24］。 锌指蛋白ZEB 家族在侵袭的间质细胞里高表达， 在无侵袭性的上皮细胞里， miR－200 可以抑制ZEB 的表达， 同时ZEB又能反过来抑制miR－200 的表达［25］。 通过调控E－cadherin 的表达已经能够作为肿瘤治疗的一种新思路， 其中与miR－200 和ZEB 的关系密不可分。除了miR－200 外， miR－101 也在EMT 中扮演着主要的角色。 与前者不同的是， miR－101 的相关通路是EZH2 基因 （Enhancer of Zeste Homolog）。 EZH2 基因可以通过基因沉默机制（沉默E－cadherin） 改变细胞的记忆系统并调控转录，促进恶性肿瘤的形成［26］。 有文献指出， miR－101能够抑制EZH2 的表达， 并可在临床上作为前列腺癌恶性度的标志之一［27］。

4 结语

miRNA 作为一类内源性非编码的小RNA，不仅参与机体的生长发育等正常的生理过程， 还在多种病理过程尤其是肿瘤的发生、 发展和转移中扮演重要的角色。 虽已证实miRNA 与肿瘤转移及相关信号通路有关， 但其具体的调控机制包括靶基因的预测和被调控通路等均不完全清楚。相信随着今后相关研究的深入， miRNA 可为肿瘤转移的早期诊断、 预后监测和生物分子标记的靶向治疗带来一片广阔的前景。

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