结直肠肿瘤相关miRNA研究进展

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(1 南京中医药大学第三附属医院，全国中医肛肠诊疗中心 江苏南京 210001；2 南京中医药大学第三附属医院中心实验室)

微小RNA(miRNA，microRNA)是动植物中一类大小约为21～25个核苷酸、单链、内源性、高度保守、非蛋白质编码的小分子RNA，由Lee等[1]于1993年在秀丽新小杆线虫(C-elegans)中首次发现。目前研究认为miRNA可以通过干扰mRNA的翻译而下调靶基因的表达，从而参与体内许多重要生命活动，如细胞发育、增殖、分化以及凋亡等，与肿瘤的发生、进展、转移关系密切[2、3]，这些发现扩展了结直肠肿瘤的发病机制，显示出miRNA可以作为一种新型的诊断标记物、预后预测的指标及潜在的治疗靶点[4～7]，目前是结直肿瘤分子生物学方面研究的热点，本文对miRNA在结直肠肿瘤中的研究进展作一综述。

1 MicroRNA的结构与功能

生物体中存在两种主要的小RNA，即微小RNA和小干扰RNA(siRNA)，其中miRNA来自于体内具有短小发夹结构的RNA，而siRNA则合成于长双链RNA，它们的功能有相似之处，即均可以与其靶基因结合从而干扰它们的表达[8]。人类的miRNA主要位于除Y染色体之外几乎所有染色体上编码蛋白质或非编码蛋白质的内含子区域。miRNA的合成过程包含了2个重要分解过程和2个关键RNaseⅢ和RNA结合蛋白复合物Drasha-DGCR8和Dicer-TRBP[9、10]。首先，在细胞核中miRNA的原始转录本(pri-miRNA)在Drasha-DGCR8的微切割作用下形成长约70个核苷酸的带有茎环结构的miRNA的前体(pre-miRNA)，随后pre-miRNA很快在依赖Ran-GTP的转运蛋白Exportin-5的作用下转移到细胞浆中，在Dicer-TRBP的作用下切割成具有22个核苷酸左右的双链miRNA，最终产生具有生物学活性的单链miRNA结合到靶基因中发挥调控靶基因表达的功能[11]。成熟miRNA通过其5’端识别并与靶mRNA的3’非翻译区域(3’-untranslated regions，3’-UTRs)结合。根据配对程度的不同可出现二种不同的作用机制。当miRNA与靶mRNA的3’-UTR完全或近似完全配对时，miRNA与RNA诱导切割复合物(RNA-induced silencing complex，RISC)一起进入细胞浆中P小体中引起靶mRNA的降解，从而抑制其翻译，这个过程类似于siRNA介导的基因沉默(RNAi)，该机制多见于植物中，是因为植物中miRNA往往与其靶RNA完全配对。另一种机制在动物中较为常见，即当miRNA与靶mRNA的3’-UTR不完全互补时，miRNA可以通过抑制靶RNA翻译时的启动和延长阶段达到抑制翻译的作用[12]。现有研究认为在哺乳动物中超过30%的基因被miRNA所调控[13]。而根据miRNA进化的高度保守特性，目前通过计算机和生物信息学预测发现每个miRNA可以调控上百个靶基因，每个靶基因也可以被许多miRNA调控。但是目前仅有少数的靶基因被鉴定和实验证实。

2 miRNA与结直肠肿瘤的诊断

结直肠肿瘤是一种常见的严重危害人类健康的消化道恶性肿瘤。近年来，其发病率和死亡率在世界大多数国家和地区呈逐年上升趋势。在我国，已有研究显示上海、广州、北京等城市结直肠肿瘤的发病率也在逐年上升，结直肠肿瘤的发病率和死亡率分别位居恶性肿瘤的第3位、第4位。随着医学技术的进步，早期结直肠肿瘤患者5年生存率可达90%，但晚期的和转移性患者的总体生存率仍无明显提高，仅为7%左右。[14]但是国内由于早期诊断率相对较低，有超过三分之一的患者较早死于进展期肿瘤。因此早期诊断成为提高结直肠肿瘤患者生存率的有效途径。目前已经发现多种miRNA在结直肠肿瘤组织中异常表达，一部分在癌细胞中较正常细胞表达明显下降如miR-143、miR-145、let-7、miR-34a等，一部分则升高如miR-31、miR-21等[15～17]。Schetter等[18]利用miRNA芯片检测了197例结肠腺癌患者肿瘤组织和非肿瘤组织中miRNA的水平，发现两者表达谱明显不同，miR-20a、miR-21、miR-106a、miR-181b和miR-203在肿瘤组织中明显高表达。Yamamichi等[6]认为miR-21可作为观察结直肠肿瘤发展的生物标志。Ng等[19]通过检测5例结直肠肿瘤患者血浆和组织发现miR17-3p和miR-92明显升高，在进一步检测了90例结直肠肿瘤患者、20例胃癌患者及20例炎性肠病和50例健康人血浆后，发现miR-92在结直肠肿瘤患者中的表达明显不同于其他组别，其诊断结直肠肿瘤的敏感性为89%，特异性为70%。另外，有学者收集了健康人及结直肠肿瘤患者的粪便样本，利用TaqMan定量PCR法检测了其miRNA的表达谱，发现健康人粪便样本的表达谱相似，而在结直肠肿瘤患者粪便样本中miR-21和miR-106a高表达，[20]该方法从粪便中提取和检测miRNA简单且重复性好。这些优点使miRNA可能成为结直肠肿瘤无创性筛查的一个候选方法[21、22]。Aslam 等[23]认为组织、血液中miRNA表达谱具有早期诊断结直肠肿瘤的作用。

3 miRNA与结直肠肿瘤的发生、发展

结直肠肿瘤的发生是一个涉及多因素，多阶段的复杂过程，是多种癌基因、抑癌基因共同作用的结果。miRNA通过转录后水平调控基因的表达，参与机体生长、增殖、凋亡等多种生理及病理过程。Calin等[24]通过对186种miRNA进行基因组定位分析，发现98种miRNA(52.5%)定位于肿瘤发生相关的基因组区域或者脆性位点。Lu 等[25]研究发现了miRNA 的表达水平在不同类型的肿瘤组织中较正常组织有显著差异, 上述两点共同支持了miRNA在肿瘤的发生发展过程中可能发挥着原癌基因或抑癌基因的作用。由于一个miRNA可以调控多个靶基因的表达，一个miRNA分子的表达异常就可导致数百个靶基因的表达改变，进而引起相应蛋白质的差异表达。因此，miRNA在细胞内具有广泛的靶点，可以通过多种途径调控其他基因发挥致癌或抑癌作用。Wnt/β-catenin信号通路在结直肠肿瘤的早期发生发展中发挥重要作用，而APC基因的失活也是结直肠肿瘤形成的早期重要事件，其失活能够激活Wnt/β-catenin信号通路，导致肿瘤形成。Nagel等[26]发现，miR-135a和miR-135b能靶向调控APC基因，抑制其表达，并诱导其下游Wnt信号通路的活性。Yamamichi等[27]采用原位杂交技术发现miR-21的表达从癌前病变到晚期癌逐渐增加。Akao等[28]通过检测63例癌症组织和65例腺瘤及其配对的非癌组织后发现，miR-145和miR-143在腺瘤和癌组织中明显下降，并且其表达情况与临床特征无关。这种下调在腺瘤形成的早期阶段即可观察到，其表达下调可能是肿瘤早期形成的重要条件。Cummins等[29]证实与正常结肠组织相比，结肠癌组织中有1 8种miRNA表达上调(其中6种miRNA表达升高10倍)，32种miRNA表达降低或者沉默。在另一研究中，与对应的正常组织相比，I期和II期结肠癌分别有28种和64种的miRNA表达有差异。随着研究进展的不断深入，越来越多的研究结果表明miRNA在结直肠肿瘤的发生、发展中发挥着重要作用。miRNA分子的过度表达或者低表达反应了肿瘤在生物分子水平的改变，癌症从早期逐渐发展到晚期的过程中，某些miRNA的表达水平也会发生改变，这些均提示miRNA与肿瘤的发生发展密切相关。

4 miRNA与结直肠肿瘤的转移、复发

结直肠肿瘤最常见的远处转移方式为血行转移，其最常见的转移靶位就是肝脏，20%的患者在确诊为结直肠肿瘤的时候已经存在肝转移，50%的结直肠肿瘤患者即使原发灶切除后仍有异时的肝转移发生，虽然10%左右的肝转移结直肠肿瘤患者可能通过手术切除原发灶和肝转移灶，但是大部分伴有肝转移的结直肠肿瘤患者往往失去手术机会，或者即使切除了病灶仍有50%的患者术后又出现复发,其极差的预后正是导致结直肠肿瘤总体生存率不能提高的关键原因。随着研究的不断深入，与肿瘤转移相关的miRNA被命名为metastamir[30]。Monzo等[31]研究发现miRNA通路在人结肠上皮细胞胚胎发育和肿瘤转移中起主要作用。Schimanski等[32]发现miR-196a能够抑制结肠癌细胞中Hox基因家族的HoxA7、HoxB8、HoxC8、HoxD8的表达，并能增强磷酸化的AKT表达从而激活AKT信号通路，促进肿瘤细胞的分离、迁移和侵袭。Asangani等[33]首先报道了miR-21能够通过负性调节肿瘤抑制因子PDCD4，诱导肿瘤细胞侵袭、渗入血管和转移。Biseaglia等[34]检测了11例结肠癌患者的肿瘤组织及正常黏膜中miR-21的表达，发现在50岁以上、有局部侵袭程度高且有转移或淋巴结阳性的患者中miR-21高表达。

5 miRNA与结直肠肿瘤的预后

关于miRNA 表达谱与肿瘤预后的关系方面的研究目前并不多。Schepeler 等[35]利用微阵列描绘出正常结肠黏膜和O期结肠癌中315种miRNA的表达情况，发现一些miRNA在正常组织和肿瘤组织中表达不同。基于miRNA表达谱的生物标志物可用于预测疾病的复发，其准确率高达81%，其中miR2320和miR2498 等miRNA就属于这类预测性分子标志物。Xi等[36]检测了24例结直肠肿瘤组织及其配对的非癌组织的10条前期筛选出来的miRNA，发现miR-200c在肿瘤组织中明显高表达，并且miR-200c明显高表达的患者生存期更短。Lee等[37]通过对426例手术治疗的结直肠腺癌患者检测了40条miRNA相关基因的单核苷酸多态性后，发现miR492 C/G和G/G基因型的患者的无进展生存期明显低于miR492 C/C型的患者。因此揭示了miRNA 在肿瘤预后临床评价方面的作用。

6 展 望

理想的生物标志物应该易于检测并且与肿瘤的临床结果明显相关，而理想的治疗靶点应该与肿瘤的发生相关[38、39]，并且易于进行靶点治疗干预和设计，而通过现有的研究人们发现miRNA的生物学特点同时符合这两个标准，因此，miRNA有望成为结直肠肿瘤新的诊断标志物、预后评估指标及有效治疗靶标[40、41]。目前虽然miRNA在结直肠肿瘤中的研究取得了一定成绩，但是仍面临一些问题：miRNA分子之间如何调控? miRNA在结直肠癌细胞中上调或下调的机制是什么？ miRNA与细胞信号转导通路的关系？是否有未知miRNA参与结直肠肿瘤的形成、发生发展与转移？

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