结肠癌发生、发展与miRNA分子机制相关研究进展

王炜东，袁玉松，何嗪

(1.南昌大学第二临床医学院 临床实验班，江西 南昌 330027；2.南昌大学第一临床医学院 113班，江西 南昌 330027)



结肠癌发生、发展与miRNA分子机制相关研究进展

王炜东1，袁玉松1，何嗪2

(1.南昌大学第二临床医学院 临床实验班，江西 南昌 330027；2.南昌大学第一临床医学院 113班，江西 南昌 330027)

miRNA即microRNA，是由20个左右核苷酸组成的内源性单链RNA小分子，是近年来生物界研究的热点。许多研究表明，miRNA在存在肿瘤的机体内表达水平发生变化，对肿瘤细胞的分化、增殖起到调控作用，作为癌基因或抑癌基因发挥功能。结肠癌的发生发展是与多种基因表达异常有关的过程，资料显示多种miRNA的异常表达与结肠癌的进展关系密切。本文通过收集分析各种miRNA对结肠癌发展的影响及其作用的相关机制，来研究目前结肠癌发生、发展与miRNA分子机制相关进展，为结肠癌的分子靶向治疗提供理论依据。

结肠癌；miRNA；分子机制

结肠癌是全球第三大常见的癌症，其发病率和死亡率仅次于肺[1]，目前，全世界每年发病率约为100万，比1977年全国结直肠癌死亡率(3.54/10万)增加了28.2%，居肿瘤死亡率的第5位。2004～2005年，全国第3次死因回顾抽样调查报告显示，我国结直肠癌死亡率升至7.42/10万，比1990～1992年增加了63.4%[2]，严重影响人们的生命健康。因此，早期诊断与治疗是亟待解决的问题。近年来，由于分子生物学的发展，对于结肠癌发生、发展机制研究的热点集中在基因层面，miRNA是与肿瘤发生过程密切的RNA小分子，吸引着人们的视线。已有研究显示，结肠癌细胞系和转移的结肠癌组织中miR-23a的高表达和MTSSI蛋白低表达可能是肠黏膜恶性转变以及结肠癌发生浸润转移的重要生物学标志[3]，表明miRNA在结肠癌的发展过程中也起到重要作用。本文通过对miRNA的合成、生物学功能，以及各种不同miRNA在结肠癌中作用机制相关研究的收集，分析miRNA对结肠癌发生发展作用机制的研究进展，为结肠癌的早期诊断及其治疗提供理论依据。

1 miRNA的生物合成

miRNA分子通常由17～25个核苷酸组成，属于单链小分子RNA[4]。miRNA来自于原始转录体(pri-miRNA)，动物pri-micro RNA第一次剪切在细胞核内，经Dorsha 酶剪切产生大小约70个核苷酸并形成茎环结构的microRNA前体(pre-microRNA)，pre-microRNA 通过Ran-GTP依赖性核浆转运子Exportin5 从核内转移至细胞质中[5]。pre-miRNA经过转运后，与细胞质内的DICER1和TARBP2/PRKRA结合，在其作用下完成第二次剪切，形成双链miRNA。此时的双链分子包括一条成熟的miRNA和一条反义链，成熟的miRNA可以被AGO蛋白识别并与之结合，使之与反义链脱离最终形成miRNA分子，而反义链将会被降解。

2 miRNA在肿瘤中的作用及相关机制

miRNA是于1993年在秀丽隐杆线虫中发现的，但是其生理功能和作用机制开始受到重视要到2001年。目前，已有700余研究探讨关于肿瘤与miRNA分子的关系。研究发现，微小RNA( miRNA) 是一类高度保守的非编码单链RNA分子， 与靶基因mRNA 3′端非编码区结合，抑制mRNA 的翻译，促进靶基因降解[6]。单链分子并不具有编码作用，它通过识别mRNA分子3′端非转录区上的靶基因，或者与mRNA的编码区结合来发挥作用，AGO蛋白是此过程中的关键蛋白。AGO蛋白不仅能够与miRNA形成结合体，还能够通过TNRC6蛋白和mRNA处理体调节mRNA水平。在正常细胞中，miRNA 通过与靶基因 mRNA 特异性结合，诱导靶基因 mRNA 的降解或抑制蛋白的合成，从而参与调节细胞的增殖、分化、调亡、信号转染及肿瘤发生等多种生理学过程[7]。而在肿瘤组织中，一些miRNA分子能够影响正常的信号转导，导致肿瘤发生[8]，另一些miRNA分子表达水平升高却对肿瘤细胞生长有抑制作用。目前常见的作用机制主要有以下几个方面：

2.1 miRNA与肿瘤细胞凋亡 miRNA根据其种类的不同可以起到癌基因或抑癌基因的功能。具有癌基因功能的miRNA，对肿瘤细胞凋亡具有抑制作用，此类基因主要通过结合细胞表面的TRAIL和FasL受体，抑制凋亡信号转导，阻滞凋亡信号传导通路，影响Caspase家族成员的水平从而抑制细胞凋亡。miR-224即具有癌基因功能[9]，它在胃癌和膀胱癌细胞中呈高表达，能够影响Fas蛋白含量，使相关mRNA表达受抑制，降低Caspase活性阻断凋亡通路；而具有抑癌基因功能的miRNA作用相反，能够促进肿瘤细胞的凋亡，此类基因主要通过调节Mcl-l、Bcl-2等原癌基因的表达来促进凋亡。miR-15a和miR-16-1l可以与Bcl-2的3’端非翻译区结合，降低Bcl-2蛋白含量，促进细胞程序性凋亡，资料显示[10]，miR-15a和miR-16-1在B细胞慢性淋巴白血病中表达量减少，使得Bcl-2过量表达，肿瘤细胞凋亡受抑制。

2.2 miRNA与肿瘤血管新生 肿瘤组织的营养主要来源于血液供应，新生血管的形成是肿瘤生长的首要条件，血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的分泌能够促进血管形成，许多miRNA分子对VEGF的分泌有调节作用。miR-378能够与VEGF的非编码区3’端非翻译区结合，促进VEGF合成[11]；miR-125b在神经胶质瘤细胞中表达量上调，能够作用于人谷氨酰胺合成酶[12]，使之表达受到抑制减弱了其降解VEGF受体的作用，使VEGF水平上调，发挥促进血管生成作用。另外，部分miRNA对血管新生有抑制作用。研究发现[13]，将miR-18a转染到ER阴性的乳腺癌细胞中，锌指蛋白ZBTB10的表达水平增加，特异性蛋白(surfactant-associated proteins，SP)的过表达情况受到抑制，SP 依赖性的VEGF表达水平随之下降，肿瘤血管新生减少。

2.3 miRNA与肿瘤细胞浸润转移 肿瘤细胞浸润转移的关键过程是上皮间质转化(pithelial-mesenchymal transition，EMT)，EMT受到E盒结合锌指蛋白(zinc-finger E-box-binding homeobox，ZEB)基因的直接调控，很多miRNA通过影响ZEB1 和 ZEB2来调节EMT的表达，从而对肿瘤细胞的浸润转移发挥作用。研究表明[14]miR-200家族可以直接作用于ZEB基因，使ZEB基因得表达量下调，引起上皮细胞标志分子 E-cadherin 的大量表达，阻止肿瘤细胞发生EMT，限制肿瘤细胞转移，在肿瘤细胞中，内源性miR-200表达受到抑制，妨碍肿瘤细胞转移的功能减弱；miR-221/222存在于管腔细胞中，能够下调E-cadherin的表达量[14]，使肿瘤细胞恶性浸润转移能力增强。而有报道称[15]，miR-221/222上调PUMA表达促进人脑胶质母细胞瘤U251细胞的凋亡。

3 miRNA与结肠癌发生、发展的关系

研究发现在结肠癌细胞中存在多种miRNA表达过高或过低的现象，发挥着不同的作用。李伟伟等[16]采用荧光定量PCR法，对结肠炎相关结肠癌小鼠模型不同阶段结肠组织进行检测分析，发现miR-155在癌变过程中表达量升高，而在慢性炎症中无此变化，表明miR-155参与结肠癌发生过程；同时发现，miR-34c-5p、miR-122、miR-149-3p、miR-203和miR-1301在结肠癌组织表达异常，可以引起P53基因失活，抑制一氧化氮诱导的肿瘤细胞的凋亡；与此类似，石忱长等[17]对miR-21基因敲除小鼠与对照鼠的肠道炎症损伤程度以及诱导成瘤情况进行研究，结果发现，miR-21 基因敲除小鼠肠道炎症损伤程度明显低于对照鼠，成瘤数也相对较低，表明miR-21在肠道炎症中过表达，能够加重炎症程度并促进肿瘤的发生。

Akao Y等[18]采用半定量RT-PCR法进行研究，发现对miR-143、miR-145在结肠癌组织和DLD-1、SW480、COLO-201细胞系的表达量减少，对处在不同时期的细胞研究发现，在增殖期，细胞中miR-143表达下调，而在凋亡期结果相反。对经过miR-143、miR-145的前体转染的DLD-1、SW480细胞系进行检测，发现miR-143、miR-145表达上调，表现出对细胞生长增殖的抑制作用，而且，用于转染的前体数量越多，抑制作用愈明显。

张志勇等[19]采用免疫荧光、real-time RT-PCR等检测方法对结肠癌高低转移细胞系 SW480 和 SW620的EMT表型、miR-185表达水平进行检测，发现转移度高的SW620中E-cadherin 分子的表达明显下调，miR-185表达水平亦明显下调；而进一步研究上调SW620的miR-185表达后，E-cadherin 分子的表达随之上调，表明miR-185能够逆转肿瘤细胞的EMT表型，影响其转移侵袭能力，可能与miR-185靶向结间质交互分子1(stromal interaction molecule 1，STIM1)，抑制STIM1表达有关，STIM1具有促进结肠癌细胞粘附、侵袭、迁移的能力，miR-185可以通过下调STIM1表达抑制结肠癌发展。

沈克等[20]通过对34例结肠癌组织与正常组织进行检测分析，发现13条在结肠癌组织中异常表达的miRNA，其中miR-139-3p在结肠癌组织及癌细胞株HCT116，HCT8, SW480, LS174T, LOVO, Caco2中均呈现低表达，进一步研究发现miR-139-3p不仅能够与靶基因I类胰岛素样生长因子受体基因(insulin-like growth factor 1 receptor，IGF1R)结合，影响癌细胞的浸润转移，还能与基因Notch-1结合，减少Notch-1蛋白合成，增加癌细胞对抗肿瘤药物的敏感性，miR-139-3p表达下降有利于肿瘤转移及耐药性的产生。

4 miRNA在结肠癌中的应用

miRNA在结肠癌的应用主要表现在早期诊断、靶向治疗以及观察预后等方面。miRNA在结肠癌组织中的表达异于正常组织，血液中miRNA也可以稳定存在，作为特异性的标志物对结肠癌的早期诊断具有重要作用。Ng EK等[21]对结肠癌和正常对照组血清和组织进行检测，发现在结肠癌组存在miR-17-3p、miR-92、miR-95、miR-222、 miR-135b等miRNA过表达，其中，miR-92对于结肠癌组诊断的特异性达70%，敏感性可达89%；Chen X等[22]研究发现有14个miRNA仅在结肠癌患者血清中有表达，而在健康对照组未检测到,表明miRNA可以作为诊断结肠癌的特异性标志物。在治疗方面，基因靶向治疗是未来的发展趋势，其与传统治疗相比，针对性更强、疗程更短，可以避免耐药性的出现以及全身毒性反应。Chintharlapalli S等[23]研究发现CDODA-Me能够降低结肠癌细胞系RKO和SW480中miR-27a的表达，从而抑制其生长；Nakajima G等[24]认为5-氟尿嘧啶(5-FU)对结肠癌患者疗效确切，与其抑制has-let-7g和has-miR-181b的过表达有关。另外，miRNA在结肠癌的预后评估中也发挥重要作用，研究表明[25]，miR-21在结肠癌的过表达与肿瘤的恶性程度无关，而与患者的生存率和治疗结果关系密切；樊丽君等[26]的研究显示hsa-miR-200c与患者的生存率和生存时间关系密切，表明其可作为特异性标志物评估结肠癌患者的预后。

5 结语和展望

综上所述，miRNA作为具有基因调控功能的RNA分子，在肿瘤细胞的凋亡、新生血管形成、肿瘤的浸润转移方面起着不可忽视的作用，是目前医学界研究的重点方向。具体到结肠癌，在其癌变、肿瘤分期、恶性程度、侵袭转移、耐药等各个阶段，都与miRNA的异常表达关系密切，可以说miRNA贯穿了结肠癌发生发展的整个过程，对结肠癌的早期诊断及治疗都有很高的临床价值。未来，可以对miRNA在结肠癌中表达的特异性进行深入研究，将其作为生物学标记物，利用miRNA芯片等高技术含量手段将之临床，使得结肠癌早期诊断更方便准确，针对性的施行个体化药物治疗，改善患者的临床症状及预后，最大可能的造福患者。

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(编校：王俨俨)

Progress on relationship between occurrence, development of colon cancer and molecular mechanism of miRNA

WANG Wei-dong1, YUAN Yu-song1, HE Qin2

(1.Second Clinical Medical School of Nanchang University, Nanchang 330027,China; 2.First Clinical Medical School of Nanchang University, Nanchang 330027,China)

miRNA (microRNA) is a small molecule, which is composed of about 20 nucleotides, and has been a hot research topic in recent years.Many studies indicated that the expression level of miRNA in tumor changed, which played a role in the differentiation and proliferation of tumor cells, as a function of oncogene or tumor suppressor gene.The occurrence and development of colon cancer is related to the abnormal expression of many genes, and the data shows that the abnormal expression of miRNA is closely related to the development of colon cancer.In this paper, the influence of miRNAs on the development of colon cancer and its relevant mechanism were collected, then the colon cancer occurrence, development and miRNA molecular mechanisms were studied, which provided a theoretical basis for the molecular target treatment of colon cancer.

colon cancer; miRNA; molecular mechanism

王炜东，男，本科，研究方向：肿瘤学，E-mail：wedmed@163.com。

R735.3+5

A

1005-1678(2015)07-0169-03