血液miRNA在肺癌诊断中作用的研究进展

丁琦晨 郑敏

血液miRNA在肺癌诊断中作用的研究进展

丁琦晨 郑敏

微小核糖核酸（miRNA）是一类新近发现的非编码小RNA分子，参与人体一系列的生理和病理过程，miRNA的表达异常可起到癌基因或抑癌基因的作用，对肿瘤的发生、发展有着重要的作用。肺癌发病率高、预后较差，是危害人类健康的重要恶性肿瘤。近年的研究表明，血液miRNA参与肺癌的发生、发展及治疗等诸多过程。

肺癌； 微小核糖核酸

当今世界范围内，肺癌的发病率正呈现上升趋势。特别是在我国，肺癌的发生率已居男性恶性肿瘤的首位，有数据显示每年因肺癌而导致死亡的人数超过百万［1］。尽管目前手术、放化疗、靶向药物等肺癌治疗技术得到了不断提高并被广泛应用于临床，但肺癌治疗预后仍不容乐观，流行病学统计结果显示其总体5年生存率仍低于20%［2］。

微小核糖核酸（microRNA，miRNA）是一类新近发现的非编码小RNA分子，参与人体一系列的生理和病理过程，包括发育、造血、器官形成、细胞凋亡、细胞增殖、肿瘤的发生及发展。近年来随着miRNA的深入研究，发现其可能在肿瘤组织及患者血液中参与了细胞的癌变过程，生物学家推测miRNA的表达异常，可起到癌基因或抑癌基因的作用［3］。有文献报道：在肺癌中miRNA有特定的表达谱，参与肿瘤的发生、发展、转移及预后等整个过程［4］。

一、miRNA及其生物学特点

miRNA是一类天然存在的以高度保守性、可再生性和持续存在性为特点的非编码调控单链RNA，长度一般为19～25个碱基序列。miRNA通过靶向结合mRNA的3’非翻译区（3′－UTR）导致mRNA的降解或翻译抑制［5－6］。成熟的miRNA在细胞核由长约2kb非编码的原始miRNA转录本（pri－miRNA）转录而来，在细胞核的RNA酶Ⅲ－Drosha作用下，长的pri－miRNA被剪切为长约77nt的具有茎环结构的前体miRNA（pre－miRNA），前体miRNA被输送到细胞质中，在另一种高度保守的RNA酶Ⅲ－Dicer的作用下剪切成长约22nt的成熟miRNA［7－8］。近年研究发现，miRNA与癌症的发生、发展密切相关［9－10］。

二、血液miRNA在肿瘤中的生物学特点

众所周知，肿瘤的发生是由于细胞不受控制的增殖、损伤细胞不能正常死亡而导致的永生化。而miRNA能够调控各种基因的表达，起着癌基因或抑癌基因类似的作用，其通过调节多个靶基因，从而影响多种信号通路最终改变细胞的分化、增殖和凋亡过程。因此，推测miRNA的异常表达可能与肿瘤的发生和发展密切相关［3］，而循环miRNA的发现也强调了基因调控的新方向。虽然大多数的miRNA是在细胞内被发现，但有研究表明细胞外也存在着一定数量的miRNA，包括在血液中［11－15］，这些miRNA在血液中具有高度稳定的特点，能抵抗消化酶RNaseA，可再生、持续存在，个体之间无差异，是小核苷酸物质的主要部分，可以经受多种苛刻的环境条件，包括高温、高渗和强酸或强碱环境［1718］。这些鲜明的特点使血液miRNA具有成为一种新型非侵入性生物标志物的巨大潜力，为诊断癌症开创了一个全新的分子诊断技术领域。血液标本容易在临床获得，使其具有潜在的作为诊断及评估预后生物标志物的特性。

三、血液miRNA检测的进展

随着生物技术的高速发展，近年来miRNA的检测方法也得到迅速提高，既有传统的克隆测序、RNA印迹技术（Northern blotting）和荧光定量聚合酶链反应（polymerase chain reaction，PCR），又有新的基因芯片技术、高通量检测技术等。实时荧光定量PCR法是目前最常用且最成熟、有效的检测方法之一；基因芯片检测方法的特点是高通量检测，能快速筛选出有意义的miRNA，但价格昂贵，新一代生物芯片技术微球杂交的流式细胞检测法（bead based hybridization technology），即液相芯片技术将流式细胞检测与芯片技术有机地结合在一起，通量大、检测速度较快、灵敏度高、特异性好，但是必须防止可能的交叉污染［19］。这种新技术虽然开发时间较短，存在一定的不足，如抗体对的匹配、交联条件的最优化，数据的处理等，但我们相信在未来几年中，通过不断的完善，简单快速、灵敏度高、特异性好、节约动力、检测费用低的微球杂交流式细胞检测法将在医学研究及临床运用中发挥极大的价值。

四、血液miRNA与肺癌的研究进展

1．血液miRNA与肺癌早期诊断的进展。多项对照研究报道显示，健康志愿者和肺癌患者血液miRNA的表达具有显著差别，这为肺癌患者血液miRNA的特定表达模式与肺癌发生、发展的研究提供了一条崭新的途径。Shen等［20］通过对研究数据建立逻辑预测回归模型，再组合使用miRNA－21、miRNA－210和miRNA－486－5p三种miRNA能够显著区分肺癌与良性结节，其诊断敏感度可达到75%、特异度可达84．9%，受试者工作特征曲线（receiver operating characteristic curve，ROC）面积为0．86，表明这是一种十分有效的诊断方式。Shen等［21］在另一项研究中，通过组合miRNA－21、－126、－210和486－5p，用于诊断Ⅰ期非小细胞肺癌（nonsmall cell lung carcinoma，NSCLC）患者与健康志愿者，同样得到了良好的特异度和敏感度，并能准确地鉴别肺癌的病理类型（肺腺癌与鳞状细胞癌）。因此，他们认为血液miRNA可以作为NSCLC早期诊断的生物标志物。Chen等［4］的研究发现miRNA－20a、－24、－25、－145、－152、－199a－5p、－221、－222、－223 及miRNA－320这10个miRNA对于诊断早期肺癌也很有效。还有大量研究［22－25］运用不同miRNA诊断早期肺癌。此外，Boeri等［26］通过低剂量CT筛查肺癌患者结合血液及组织样本的miRNA表达情况的研究也证实，miRNA在正常肺组织中的改变为肿瘤的生长提供了环境改变，并在患者发病前1 ～2年收集的血液样本中发现miRNA的表达谱改变，具有很强的预测性及诊断性，认为血液miRNA检测是非侵入诊断早期肺癌发生、筛查早期肺癌的有效方式。但由于目前无法找到能够足以诊断肺癌的单一miRNA，因此，将miRNA用于临床早期肺癌的诊断仍然需要进一步实验室评估［27］。

2．血液miRNA与肺癌转移及预后诊断的研究。在早期肺癌患者与晚期肺癌患者中，miRNA同样有着不同的表达模式，说明miRNA表达谱的变化是随肿瘤的发展而改变的。Lin等［28］在比较Ⅰ或Ⅱ期、Ⅳ期患者及对照组的血清miRNA表达水平中发现，hsa－miRNA－126和hsa－miRNA－183在Ⅰ或Ⅱ期患者和Ⅳ期患者间有统计学差异，而Ⅰ或Ⅱ期患者与对照组间无统计学差异，说明hsamiRNA－126和hsa－miRNA－183可作为NSCLC转移的潜在血清生物标志物。而Heegaard等［29］发现，let－7b在血浆中的低表达和患者的病死率升高有关，miRNA－223在血清中的低表达与Ⅰ或Ⅱ期肺癌患者的病死率相关，说明这两种miRNA的改变与患者的预后有着明显的关联性。Yu等［30］还发现，血液中hsa－miR－221和hsa－let－7a的高表达在高侵袭肺癌细胞株中可以阻止肺癌的侵袭转移，而hsa－miRNA－137、hsa－miRNA－372和hsa－miRNA－182可以促进肺癌细胞的侵袭与转移，并分析了这些miRNA与患者预后的关系，他认为这些miRNA是癌症复发及患者生存的独立预测因素。Silva等［31］同样发现，let－7f、miRNA－30e－3p与患者的生存期有关。而Hu等［32］发现了11个血清miRNA在较长存活组与较短存活组间的相对表达量相差5倍，其中miRNA－486、miRNA－30d、miRNA－1和miRNA－499与总生存期显著有关，这4个miRNA是总生存的独立预测因素。因此，miRNA可作为一种非侵入性检测，对NSCLC患者的转移及总体生存期进行预测，更好地判断患者的预后。

五、展望

总之，虽然和类似其他的重大创新一样，使用miRNA在临床上的运用仍有一些困难需要解决：方法的准确度、精密度和测试方法的简便性及高效性等都制约着miRNA检测在临床上的广泛推广。另外，样本收集和数据分析的差异性也阻碍着miRNA用于临床诊断的步伐。但最新的实验证据仍然是鼓舞人心和充满希望的，即使更全面的验证是一项巨大而长远的工程，也不可能阻碍miRNA在临床运用的前景。成功的miRNA研究缩小了特定肿瘤的生物学特性，使之能更准确地对肺癌进行早期诊断并有效地判断其转移及预后，使医生和患者获得巨大的益处。期望在不久的将来，miRNA检测将真正惠利于患者与医生，而不仅仅是在各种研究中。

1 姚晓军，刘伦旭．肺癌的流行病学及治疗现状［J］．现代肿瘤医学，2014，22（8）：1982－1986．

2 Parkin DM，Bray F，Ferlay J，et al．Global cancer statistics，2002 ［J］．CA Cancer J Clin，2005，55（2）：74－108．

3 Fiorucci G，Chiantore MV，Mangino G，et al．Cancer regulator microRNA：potential relevance in diagnosis，prognosis and treatment of cancer［J］．Curr Med Chem，2012，19（4）：461－74．

4 Chen X，Hu Z，Wang W，et al．Identification of ten serum microRNAs from a genome－wide serum microRNA expression profile as novel noninvasive biomarkers for nonsmall cell lung cancer diagnosis［J］．Int J Cancer，2012，130（7）：1620－1628．

5 Farazi TA，Spitzer JI，Morozov P，et al．miRNAs in human cancer［J］．J Pathol，2011，223（2）：102－115．

6 Bartel DP．MicroRNAs：genomics，biogenesis，mechanism，and function［J］．Cell，2004，116（2）：281－297．

7 Ambros V．The functions of animal microRNAs［J］．Nature，

2004，431（7006）：350－355．

8 Esquela－Kerscher A，Slack FJ．Oncomirs－microRNAs with a role in cancer［J］．Nat Rev Cancer，2006，6（4）：259－269．

9 Calin GA，Croce CM．MicroRNA signatures in human cancers ［J］．Nat Rev Cancer，2006，6（11）：857－866．

10 Liu X，Sempere LF，Ouyang H，et al．MicroRNA－31functions as an oncogenic microRNA in mouse and human lung cancer cells by repressing specific tumor suppressors［J］．J Clin Invest，2010，120（4）：1298－1309．

11 Zen K，Zhang CY．Circulating microRNAs：a novel class of biomarkers to diagnose and monitor human cancers［J］．Med Res Rev，2012，32（2）：326－348．

12 Weber JA，Baxter DH，Zhang S，et al．The microRNA spectrum in 12body fluids［J］．Clin Chem，2010，56（11）：1733－1741．

13 Wang K，Zhang S，Weber J，et al．Export of microRNAs and microRNA－protective protein by mammalian cells［J］．Nucleic Acids Res，2010，38（20）：7248－7259．

14 Zubakov D，Boersma AWM，Choi Y，et al．MicroRNA markers for forensic body fluid identification obtained from microarray screening and quantitative RT－PCR confirmation［J］．Int J Legal Med，2010，124（3）：217－226．

15 Hanson EK，Lubenow H，Ballantyne J．Identification of forensically relevant body fluids using apanel of differentially expressed microRNAs［J］．Anal Biochem，2009，387（2）：303－314．

16 Li J，Smyth P，Flavin R，et al．Comparison of miRNA expression patterns using total RNA extracted from matched samples of formalin－fixed paraffin－embedded（FFPE）cells and snap frozen cells［J］．BMC Biotechnol，2007，7（1）：36．

17 Chen X，Ba Y，Ma L，et al．Characterization of microRNAs in serum：a novel class of biomarkers for diagnosis of cancer and other diseases［J］．Cell Res，2008，18（10）：997－1006．

18 Hunter MP，Ismail N，Zhang X，et al．Detection of microRNA expression in human peripheral blood microvesicles［J］．PLoS One，2008，3（11）：e3694．

19 赵娟芳，李锋．miRNA表达检测方法的研究进展［J］．农垦医学，2011，33（1）：76－79．

20 Shen J，Liu Z，Todd NW，et al．Diagnosis of lung cancer in individuals with solitary pulmonary nodules by plasma microRNA biomarkers［J］．BMC Cancer，2011，11（1）：374．

21 Shen J，Todd NW，Zhang H，et al．Plasma microRNAs as potential biomarkers for non－small－cell lung cancer［J］．Lab Invest，2011，91（4）：579－587．

22 Hennessey PT，Sanford T，Choudhary A，et al．Serum microRNA biomarkers for detection of non－small cell lung cancer［J］．PLoS One，2012，7（2）：e32307．

23 Zheng D，Haddadin S，Wang Y，et al．Plasma microRNAs as novel biomarkers for early detection of lung cancer［J］．Int J Clin Exp Pathol，2011，4（6）：575－586．

24 Foss KM，Sima C，Ugolini D，et al．miR－1254and miR－574－5p：serum－based microRNA biomarkers for early－stage non－small cell lung cancer［J］．J Thorac Oncol，2011，2011，6（3）：482－488．

25 Bianchi F，Nicassio F，Marzi M，et al．A serum circulating miRNA diagnostic test to identify asymptomatic high－risk individuals with early stage lung cancer［J］．EMBO Mol Med，2011，3（8）：495－503．

26 Boeri M，Verri C，Conte D，et al．MicroRNA signatures in tissues and plasma predict development and prognosis of computed tomography detected lung cancer［J］．Proc Natl Acad Sci U S A，2011，108（9）：3713－3718．

27 Wu R，Jiang Y，Wu Q，et al．Diagnostic value of microRNA－21 in the diagnosis of lung cancer：evidence from a meta－analysis involving 11studies［J］．Tumour Biol，2014，35（9）：8829－8836．

28 Lin Q，Mao W，Shu Y，et al．A cluster of specified microRNAs in peripheral blood as biomarkers for metastatic non－small－cell lung cancer by stem－loop RT－PCR［J］．J Cancer Res Clin Oncol，2012，138（1）：85－93．

29 Heegaard NH，Schetter AJ，Welsh JA，et al．Circulating micro－RNA expression profiles in early stage nonsmall cell lung cancer．International journal of cancer［J］．Int J Cancer，2012，130（6）：1378－1386．

30 Yu SL，Chen HY，Chang GC，et al．MicroRNA signature predicts survival and relapse in lung cancer［J］．Cancer Cell，2008，13（1）：48－57．

31 Silva J，Garcia V，Zaballos A，et al．Vesicle－related microRNAs in plasma of nonsmall cell lung cancer patients and correlation with survival［J］．Eur Respir J，2011，37（3）：617－623．

32 Hu Z，Chen X，Zhao Y，et al．Serum microRNA signatures identified in a genome－wide serum microRNA expression profiling predict survival of non－small－cell lung cancer［J］．J Clin Oncol，2010，28（10）：1721－1726．

Research progress of role of blood miRNA in diagnosis of lung cancer

Ding Qichen，Zheng Min．Department of Thoracic Surgery，Tongren Hospital，Shanghai Jiao Tong University School of Medicine，Shanghai 200050，China

Zheng Min，Email：zhengmin8010＠126．com

Objective MicroRNA（miRNA）is a newly discovered family of non－coding small RNAs，which are involved in a series of human physiological and pathological processes．The abnormal expression of miRNA may serve as oncogenes or tumor suppressor genes for tumor occurrence and development．Lung cancer has a high incidence and poor prognosis，which is an important cancer hazard to human health．Recent studies have revealed that blood miRNA may participate in the development and treatment of lung cancer．

Lung cancer； MicroRNA

2015－03－22）

（本文编辑：周珠凤）

10．3877／cma．j．issn．2095－8773．2015．02．004

上海市科委医学引导项目（124119b1900）

200050 上海交通大学医学院附属同仁医院胸外科

郑敏，Email：zhengmin8010＠126．com

丁琦晨，郑敏．血液miRNA在肺癌诊断中作用的研究进展［J／CD］．中华胸部外科电子杂志，2015，2（2）：94－97．