miR-21与宫颈癌关系的研究进展

刘 静，王艳林，黄利鸣

(肿瘤微环境与免疫治疗湖北省重点实验室 三峡大学医学院，湖北 宜昌 443002)

miR-21与宫颈癌关系的研究进展

刘 静，王艳林，黄利鸣

(肿瘤微环境与免疫治疗湖北省重点实验室 三峡大学医学院，湖北 宜昌 443002)

人类乳头瘤病毒(HPV)持续感染是导致宫颈癌发生的主要原因，但是越来越多的证据表明单独HPV感染不足以导致宫颈的恶性转化，其他基因表达水平的改变也参与了宫颈癌的发生和发展。近期研究发现，多种miRNA参与宫颈癌的病理进程，其中在宫颈癌中高表达的miR-21可以通过阻遏肿瘤抑制相关基因，如PTEN、PDCD4、TPM1、CCL20和LATS1等的表达而发挥癌基因的作用。本文就miR-21与宫颈癌的关系的研究进展做一综述。

宫颈癌；miR-21；人类乳头瘤病毒

宫颈癌是妇科高发恶性肿瘤之一，为第三大女性癌症死亡原因。调查显示，2012年全球范围内有将近527 600例新增的宫颈癌病例，265 700例患者死于宫颈癌[1]。Zur等[2]在40年前最早提出宫颈癌的发生与发展与人类乳头瘤病毒(Human papilloma virus，HPV)感染有关，而HPV16和HPV18是目前已知与宫颈癌关系最密切的病毒亚型。随着研究的不断深入，人们发现单独的HPV感染不足以导致宫颈组织细胞的恶性转化，多种其他基因功能和表达水平的改变也参与了宫颈癌的病理进程。近年来的研究发现，microRNA与肿瘤的发生发展、侵袭转移和细胞凋亡等过程密切相关，能发挥癌基因或者抑癌基因的功能[3-5]。在众多与肿瘤相关的microRNA中，miR-21已经被发现在人类多种肿瘤中发挥癌基因的作用[6]。本文就miR-21与宫颈癌关系的研究进展做一综述。

1 microRNA

1993年Lee等[7]首先在线虫中发现了一种小分子非编码RNA，并命名为microRNAs，这些小的单链RNA虽然不为蛋白编码，但却是许多重要的生物进程如细胞生长、凋亡、病毒性感染和肿瘤进展的重要调节者[5，8]，自此拉开了miRNA与肿瘤之间关系的研究序幕。

肿瘤细胞的主要特征包括不受控制的快速增殖、拮抗细胞凋亡和易发生侵袭和转移等，这些过程与肿瘤相关基因，包括癌基因和抑癌基因的突变和表达异常密切相关。最近的研究证据表明，部分microRNA (miRNA)也可以作为致癌miRNA(oncomiR)或肿瘤抑制miRNA(Tumor suppressor miRs)而参与肿瘤发生与发展的进程，由此成为肿瘤诊断新的标记物或肿瘤靶向治疗的新靶点[9]。miRNA是一类长约20～23个核苷酸的小RNA分子，它们能在mRNA水平上调控其他基因的表达水平。位于染色体DNA上的miRNA基因在细胞核内首先被转录为初始miRNA (pri-miRNA)。pri-miRNA经核糖核酸酶Ⅲ家族的Drosha酶剪切成前体miRNA(pre-miRNA)后，再被另一个核糖核酸酶Ⅲ家族成员Dicer切割为成熟的miRNA分子。成熟的miRNA能与靶mRNA的3'非编码区内特殊序列互补结合，由此抑制靶mRNA的翻译或促进其降解，从而负向调控靶基因的表达。

在真核细胞蛋白翻译的起始阶段，翻译起始因子PABP(Poly A结合蛋白)和eIF4E将分别结合到mRNA的3'末端poly A序列和5'末端的m7G“帽子”结构上，这两种因子同时与翻译起始因子eIF4E结合而使mRNA形成首尾相接的环状结构，在此基础上加入其他翻译起始因子共同构成真核蛋白翻译的起始复合体，由此启动蛋白质的翻译过程。当miRNA结合到mRNA 3'非编码区的靶序列上后，能在该位点诱导形成CCR4-CAF1-NOT复合物，它是一种poly A尾切割酶，可以切割mRNA 3'末端的poly A序列，由此抑制翻译起始复合体的形成从而发挥抑制蛋白翻译的生物学效应[10]。

2 miR-21的生物学特性及在肿瘤中的表达

全基因组分析显示近半数miRNA基因位于染色体脆性位点和一些在肿瘤中异常表达的基因组区域。miR-21即位于染色体17q23.2的常见脆性位点FRA17B上，该位点在许多实体肿瘤中大量扩增[11]，这与miR-21在这些肿瘤中高表达相一致。miR-21已被证实在几乎所有实体肿瘤中高表达，包括胃癌、前列腺癌、头颈部肿瘤、食管癌、恶性胶质瘤、神经母细胞瘤、胆管癌、乳腺癌、肺癌和胰腺癌，因而被认为是一种致癌miRNA[12-13]。大量研究证实，多种肿瘤抑制基因mRNA的3'非编码区内含有miR-21特异性识别和结合的位点，因而是miR-21的直接靶分子。肿瘤细胞内高表达miR-21将显著性下调这些基因的表达水平，这可能是miR-21促肿瘤功能的分子基础。能被miR-21下调的肿瘤抑制基因包括：能抑制PI3K促肿瘤生长信号通路活性的抑癌基因PTEN(第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源基因)[14]；能抑制肿瘤细胞增殖的抑癌基因TPM1(原肌球蛋白)[15]；能促进细胞凋亡和抑制肿瘤细胞侵袭转移的肿瘤抑制基因PDCD4(程序性细胞死亡因子4)等[16-20]。降低肿瘤细胞中miR-21的水平将上调上述基因的表达，从而抑制肿瘤细胞增殖，诱导细胞凋亡和阻遏细胞的侵袭和转移。由于不同肿瘤细胞存在遗传背景和所处肿瘤微环境的差异，miR-21在不同肿瘤中可能作用于不同的靶基因，影响肿瘤发生与发展的不同环节，由此产生不同的效应[21]。

3 microRNA21与宫颈癌

越来越多的研究发现，多种microRNAs的异常表达与宫颈癌的发生发展关系密切[22-25]，其中miR-21对宫颈癌的影响尤其为人们所关注。

Yao等[26]的报道指出，在快速增殖的宫颈癌Hela细胞中miR-21高表达，用反义核酸抑制细胞内miR-21可以通过上调肿瘤抑制基因PDCD4的表达而显著抑制细胞的增殖和细胞集落克隆的形成，对PDCD4 mRNA的分析发现，其3'非翻译区内含有由18个碱基序列构成的miR-21的靶向结合种子序列，该序列直接介导miR-21对PDCD4的表达抑制，对该种子序列的突变将阻遏miR-21对Hela细胞的影响。上述研究提示，miR-21在宫颈癌的进程中扮演着一个癌基因的角色，这为宫颈癌的有效治疗提供了一个新的靶点。

高水平持续活化的STAT3是许多上皮细胞恶性肿瘤的一个重要特点，且这种作用与miR-21密切相关。已经在miR-21基因上游的增强子内发现存在两个高度保守的STAT3结合位点，STAT3可通过与此增强子结合而上调miR-21的细胞内水平[14]。肿瘤抑制基因PTEN是miR-21的下游靶基因之一，具有抑制STAT3(Tyr705)的磷酸化而负性调控STAT3活性的功能，其3'非编码区内含有miR-21的结合靶序列[27]。持续活化的STAT3将通过上调miR-21的转录而抑制PTEN的表达水平，由此解除后者对STAT3活性的抑制。Shishodia等[28]报道，用靶向STAT3的siRNA或特异性抑制剂抑制STAT3活性不仅能抑制宫颈癌Siha细胞增殖和促进细胞凋亡，同时也显著性下调miR-21和上调PTEN的的表达水平。与此相一致的是，用反义核酸抑制宫颈癌细胞中miR-21表达后，细胞内PTEN的表达水平大幅上调，STAT3(Tyr705)的磷酸化水平显著性下降，同时癌细胞增殖受到显著抑制和细胞凋亡增加。在由人类乳头瘤病毒(HPV)诱导转化的宫颈癌细胞中，病毒蛋白HPV16-E6是诱导细胞恶性转化的重要致癌因子。该研究组的进一步分析发现，HPV16-E6能通过上调miR-21表达而增加STAT3的活性。用siRNA技术沉默宫颈癌SiHa细胞内的E6后，miR-21表达水平下降而PTEN表达水平升高，同时细胞增殖受到显著性抑制。除miR-21外，HPV16-E6还能显著性下调SiHa细胞中miR let-7α的表达水平。重要的是，STAT3是let-7α的下游靶基因，在STAT3的3'非编码区内存在有一个let-7α的结合位点[29]。用let-7αmimic转染而升高Siha细胞中的let-7α可导致STAT3蛋白水平急剧下降，而用靶向E6的特异性siRNA阻遏其表达则可以导致let-7α水平升高。上述研究结果提示，宫颈癌细胞内存在一个由STAT3/miR-21/let-7α/PTEN构成的信号调节环路，病毒源性的肿瘤蛋白E6能够通过上调miR-21和下调let-7α表达水平而导致STAT3持续活化，由此促进肿瘤的发生和发展。该调节环路的存在为持续高表达STAT3肿瘤的治疗提供了一种潜在的新靶点。

Yao等[30]分析了临床HPV感染患者宫颈癌组织中miR-21的表达水平及其与病理特征的关系，结果发现miR-21在宫颈鳞癌组织中过表达，回归分析显示miR-21的表达与肿瘤分化程度和肿瘤淋巴结转移状态高度相关，而且在宫颈鳞癌细胞系中miR-21表达上调与HPV16感染密切相关。在体外细胞实验中，抑制miR-21表达可以抑制宫颈鳞癌细胞的增殖和迁移，敲除miR-21后可以促进宫颈鳞癌细胞凋亡。基因芯片和报告基因分析发现，细胞趋化因子CCL20是miR-21的直接靶基因，CCL20的3'非编码区内存在的miR-21结合位点，在宫颈癌细胞中转染miR-21将下调CCL20的表达水平。对临床宫颈癌组织的分析也发现，CCL20表达水平和miR-21的表达呈负相关。上述研究提示，miR-21在HPV感染的宫颈鳞癌组织中过表达，可以用作宫颈癌的生物学标志，它对下游靶基因CCL20的表达抑制可能与其促肿瘤功能相关。抑制宫颈鳞癌中miR-21表达或阻断miR-21/CCL20之间的相互作用可能成为宫颈鳞癌新的治疗策略。

临床研究发现，包括miR-21在内的多种miRNA的异常表达与高危HPV阳性宫颈癌产生的放射治疗耐受现象密切相关。Liu等[31]的研究证实，miR-21表达水平与高危HPV阳性宫颈癌细胞的放射敏感性呈负相关，它能降低射线诱导的G2/M细胞周期阻滞，增加细胞在S期的比率。利用双报告基因分析发现，在肿瘤抑制基因LATS1(Large tumor suppressor kinase 1)的3'非翻译区内含有miR-21的识别和结合位点，miR-21通过直接与LATS1 mRNA结合而抑制后者的表达。在宫颈癌细胞中过表达LATS1能恢复细胞对放射处理的敏感性，逆转miR-21介导的高细胞集落克隆的生成率，降低放射条件下细胞在S期的比率和恢复G2/M细胞周期阻滞。上述研究结果提示，miR-21-LATS1反应轴在调节宫颈癌细胞的放射治疗敏感性中发挥重要作用。

4 结语

作为一种致癌性miRNA，miR-21通过负性调节多种肿瘤抑制相关基因的表达而在宫颈癌的发生和发展中发挥重要作用。虽然人们对miR-21的生物学特性和功能有了一定的了解，但它促进肿瘤发生与发展的确切分子机制尚未完全阐明，其多个下游靶基因之间复杂的相互作用和协调的关系尚待进一步深入研究。相信随着研究的深入，miR-21有望成为抗宫颈癌治疗新的分子靶点。

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Research progress on the relationship between miR-21 and cervical cancer.

LIU Jing,WANG Yan-lin,HUANG Li-ming.Hubei Key Laboratory of Tumor Microenvironment and Immunotherapy,Medical College of Three Gorges University,Yichang 443002,Hubei,CHINA

Persistent infection of high risk HPV(human papilloma virus)is a major cause of cervical cancer. However,growing evidence indicate that HPV infection alone is not enough to cause the malignant transformation of cervical cells.Change of the expression levels in other genes is also involved in the occurrence and development of cervical cancer.Recent studies found that many miRNAs were involved in the pathological process of cervical cancer. Among these miRNAs,the high-expressed miR-21 in cervical cancer plays the role of oncogene by inhibiting the expression of multiple tumor suppressor genes such as PTEN,PDCD4,TPM1,CCL20 and LATS1.The article here makes a brief review on the research progress on the relationship between miR-21 and cervical cancer.

Cervical carcinoma;miR-21;Human papilloma virus

R737.33

A

1003—6350（2015）19—2885—04

10.3969/j.issn.1003-6350.2015.19.1049

2015-04-10)

国家自然科学基金（编号：81374024）

刘 静。E-mail：249132949@qq.com