miR－31的肿瘤调控作用

刘晓艳 阮黎明

·综述·

miR－31的肿瘤调控作用

刘晓艳 阮黎明

miR－31；肿瘤；调控作用

microRNA（miRNA）是一类长20～25nt的单链非编码RNA分子，广泛存在于从植物、线虫到人类的细胞中。目前最新的miRNA数据库（miRBase）版本号是21．0（2014．6，www．mirbase．org），涵盖了223个物种、共35 828条成熟miRNA序列。miRNA通过与靶mRNA的互补配对在转录后水平对基因表达进行调控，导致mRNA的降解或翻译抑制，参与包括细胞增殖凋亡、细胞分化、发育和逆境应答等所有已验证的生物学过程，以及许多病毒致病和肿瘤发生的过程。研究表明，miRNA在人类的癌症中扮演着至关重要的角色，可能起到癌基因或抑癌基因的作用[1－2]，被称做“肿瘤性miRNA（oncomirs）”或“肿瘤抑制性miRNA（tumour suppressor miRNA）”。本文综述miR－31在不同肿瘤中的作用、其调控的靶基因及其功能，以及miR－31自身的表达调控机制的研究进展。

1 miRNA的产生、作用机制与功能

通常编码miRNA基因位于基因区间区域，有的位于基因的内含子中，甚至是EST序列内。基因转录产生的初始Pri－miRNA在细胞核中被Drosha切成70nt左右茎环状的Pre－miRNA。Pre－miRNA由核质/细胞质转运蛋白Exportin－5运输到胞质中，被Dicer酶剪切成22nt的双链miRNA，这段序列定位于PremiRNA的3’端或5’端。其中1条形成RNA诱导基因沉默复合物（RNA induced silencing complex，RISC），后者结合到靶mRNA的3’非翻译区（UTR），阻断靶基因的翻译[3－4]。在大多数情况下成熟miRNA和靶mRNA序列不完全互补，miRNA和它的目的mRNA互补的碱基配对决定了这个过程的特异性，miRNAs可以与不完全互补的目的mRNA3’UTR配对来抑制蛋白质的翻译，也可以与UTR完全互补而使目的mRNA降解[5]。

2 miR-31在正常生理状态的表达

人类miR－31是由位于9p21．3的基因编码，在一系列组织和细胞中表达，而且在脊椎动物和果蝇中，miR－31是广泛保守的miRNA“种子家族”的成员，其拥有独特的8个核苷酸序列而发挥miRNA的特异性靶向调控作用[6]。

miR－31在多能祖细胞和干细胞中呈差异表达并在细胞分化中发挥调控作用。研究[7]发现，miR－31是参与成骨分化的人非限制性体干细胞中三个表达下调的miRNAs分子之一。在间充质干细胞中加入外源性骨形态发生蛋白2（BMP－2）能够刺激miR－31的表达，其异常表达阻断了间充质干细胞向脂肪细胞的分化[8]。miR－31能够直接靶向叉头框蛋白3 （FOXP3）转录因子，后者在T细胞的分化和活化中发挥主要调控作用，因此推测miR－31通过抑制FOXP3转录因子的表达水平而拮抗Treg细胞的表型[9]。肿瘤坏死因子（TNF）能够增强miR－31的表达而导致内皮黏附分子E－选择素表达下调，进而抑制内皮细胞和中性粒细胞间的相互作用，最终触发炎症信号通路的负性反馈控制[10]。

3 miR-31，肿瘤抑制性miRNA

在miRBase关于miR－31（MI0000089）的注释中将miR－31定义为肿瘤抑制性miRNA，该定义的产生基于miR－31在转移性乳腺癌中多重抗转移效应的经典研究。研究[11]发现，miR－31表达的高低和15株乳腺癌细胞的侵袭能力以及临床上原发性乳腺癌患者发生可测的远处转移灶时间的早晚呈负相关。在高侵袭性乳腺癌细胞中过表达miR－31能够抑制肿瘤的转移活性，而运用miRNA海绵策略则在体内稳定抑制了miR－31的表达，进而使非侵袭性乳腺癌细胞发生了转移。这些表型的改变特定地归因于miR－31介导的对转移中包括局部侵袭、溢出、远处灶的存活以及转移灶的定植等多个步骤的影响，主要是因为miR-31对一系列肿瘤转移促进基因的协同抑制，包括ras同系家族成员A（RhoA）、卷曲蛋白3（Fzd3）、整合素α5（ITGA5）、肌球蛋白磷酸酶-Rho相互作用蛋白（M-RIP）、基质金属蛋白酶 16 （MMP16）和根蛋白（RDX）等。通过RNAi手段证实，同时抑制RhoA、ITGA5和RDX的表达的确能够削弱异种移植模型中侵袭性人乳腺癌细胞的转移能力。而同时抑制RhoA、ITGA5和RDX的表达并不能模拟miR-31促进原发性乳腺癌生长的作用，提示存在其他的miR-31下游效应分子，介导了miR-31对肿瘤细胞非转移行为的影响[12-13]。研究人员通过建立乳腺癌转移模型评估miR-31的治疗效果，结果发现[14]在乳腺癌转移模型中激活miR-31的表达能够引起转移灶的退化和延长实验小鼠的生存期。侵袭性乳腺癌细胞株miR-31的表达较非侵袭性乳腺癌细胞株显著下调[15]。miR-31还通过靶向调控α2β1、α5β1、αVβ1以及β3整合素的表达，以配体依赖的方式抑制肿瘤细胞的播散[16]。

近年来陆续有miR-31在其他肿瘤如胃癌[17-18]、膀胱癌[19]、前列腺癌[20]、胰腺癌[21]、浆液性卵巢癌[22]、间皮瘤[23]和黑素瘤[24-26]等表达下调的相关报道。以色列学者[24]报道在侵袭性黑素瘤中miR-31作为肿瘤抑制性miRNA发挥调控作用，而同期美国学者发现miRNA表达谱特征可以用于区分黑素瘤的亚型，和非肢端型的黑素瘤相比，肢端型黑素瘤miR-31、miR-142-3p、miR-486、miR-214、miR-218和miR-650的表达上调，而miR-362的表达下降[25]。但在黑素瘤A375细胞和人表皮黑素细胞的miRNA差异表达谱比较中，miR-31在A375中的表达增高[26]。在p53野生型的细胞中，E2F2（miR-31的靶基因）的过表达能够通过p14（ARG）诱导p53依赖的细胞凋亡。在OVCAR8、OVCA433和SKOV3等一些p53异常的卵巢癌细胞中，miR-31的过表达能够抑制细胞增殖和诱导凋亡，而在其他一些p53正常的卵巢癌细胞中miR-31则不能发挥此类作用[22]。胸膜恶性间皮瘤亦常常发生9p21.3染色体的缺失而导致miR-31表达的下调[23]，提示9p21.3染色体缺失的肿瘤可以研发基于miR-31的抗肿瘤治疗药物。

此外，miR-31还能恢复肿瘤细胞对放化疗的敏感性。全miRNA芯片结果显示miR-31在放疗耐受的食管腺癌细胞中明显下调，功能获得实验示过表达miR-31能够恢复放疗耐受的食管腺癌细胞对放疗的敏感性，其机制可能与13个涉及DNA修复的基因有关，其中PARP1、SMUG1、MLH1和MMS19在放疗敏感的食管癌患者的活组织检查中是显著下调的[27]。Bhatnagar[28]则发现miR-205和miR-31在高度恶性的膀胱癌WPE1-NB26细胞株中的表达显著降低，通过靶向抑制抗凋亡基因BCL2L2（编码Bcl-w）和E2F6的表达可促进前列腺癌细胞中化疗药物所诱导的细胞凋亡。

4 miR-31，肿瘤性miRNA

近年来不断有研究揭示miR-31在很多类型肿瘤中发挥了肿瘤性miRNA的作用。Weinberg[29]的研究团队先前的研究结果发现，在异种移植模型中miR-31的表达能够轻度增加原发性乳腺癌肿瘤的增殖。

目前关于miR-31发挥肿瘤性调控作用的研究很多集中在结直肠肿瘤中[30-35]。早在2006年西班牙研究者即发现miR-31在结直肠癌样本中的表达较周围正常组织增高，且表达高低与结直肠癌的临床分期呈正相关[30]，而捷克学者则观察到结直肠癌中高表达的miR-31与肿瘤的分化级别相关，而低分化肿瘤miR-31的表达最低[31]。miR-31和miR-223在遗传性非息肉性结直肠癌综合征（Lynch综合征）的患者组织中表达明显上调[32]。Olaru AV等[33]发现miR-31在炎症性肠病（IBD）间变皮损中的表达较慢性炎症性肠道黏膜增高，且随着从正常或慢性炎症到IBD相关瘤变的病理类型的进展而变化。利用芯片技术检测原发性结直肠癌样本和脑转移样本miRNA表达谱的差异时却发现后者miR-31表达下调[34]。另一研究结果则显示miR-31和miR-21作为TGF-β信号通路的下游效应分子，通过靶向T细胞淋巴瘤侵袭和转移诱导蛋白1（TIAM1）的表达而促进结肠癌肿瘤细胞的侵袭和转移[35]。除了观察临床样本miR-31的表达差异外，Cekaite等[36]进行了miR-31功能效应的研究，发现在高表达miR-31的HCT-116细胞中抑制miR-31的表达能够抑制细胞增殖和促进凋亡。Wang等[37]发现单一miR-31抑制剂的给药在体外并不能影响p53野生型和突变型HCT-116结肠癌细胞增殖、细胞周期和克隆形成，而联合5-Fu治疗则能有效抑制两种HCT-116细胞的增殖、迁移和侵袭能力。

目前已报道miR-31呈高表达的肿瘤有甲状腺癌[38-40]、头颈部肿瘤[41-42]和肺癌[43-44]等。在甲状腺乳头状癌的石蜡样本中，miR-31的表达较结节性甲状腺肿表达增高[38]。Yip等[39]则发现miR-31在侵袭性和非侵袭性甲状腺乳头状癌中表达上调；与周围正常组织比较，冷和良性甲状腺结节（CBTN）样本中miR-31呈11倍下调而其靶基因CCND1呈2.6倍上调。通过HTori和FTC-133细胞模型，过表达miR-31及随后CCND1的表达下调导致细胞周期G1期细胞增多[40]。在头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）中，常氧状态下miR-31过表达在细胞模型和动物模型增加了HNSCC细胞的致瘤性，相反阻断miR-31的表达则抑制了肿瘤的增殖，进一步的机制分析提示与miR-31靶向抑制因子抑制低氧诱导因子（FIH）有关[41]。口腔鳞状细胞癌患者血浆中miR-31的表达亦增高，而且随着肿瘤的切除miR-31的水平显著降低[42]。在转基因小鼠模型中，Liu等[43]证实肺癌组织中miR-31的表达较周围正常组织明显增加，敲除miR-31的表达则显著肺癌细胞的增殖。进而通过生物信息学预测和功能获得和敲除实验证实，miR-31通过抑制抑癌基因大肿瘤抑制子2（LATS2）和PP2A调节亚单位Bα型（PPP2A2R）的表达而发挥致瘤性miRNA的作用。值得注意的是，香烟烟雾的刺激能够增加正常上皮呼吸道黏膜和肺癌细胞miR-31的表达和LOC554202启动子的激活，而且此种状态在停止香烟烟雾暴露后仍持续存在[44]。

5 问题与展望

随着研究的深入，越来越多的miRNAs被证实与癌症的发生有关，在癌症的形成过程中扮演着越来越重要的角色。但仍有很多问题和疑惑亟待解决：目前大多数的研究集中于miRNA如何调控其下游目的基因的表达，但其自身的表达受到哪些因素的调控亟需深入研究；miRNA作用的发挥具有组织依赖、细胞依赖和时序依赖性，其决定和影响因素有哪些，尚需进一步探讨；一个miRNA可以靶向不同基因，不同的miRNA又可以靶向同一基因，究竟哪个位点在起中心调控作用，仍需充分论证。梳理出miRNA的调控网络将是一项具有挑战性的工作。随着研究的深入，将来有可能根据不同肿瘤miRNAs表达情况对肿瘤进行分类，以及确定miRNAs表达水平与肿瘤预后的关系，进而研制基于miRNA的治疗性药物，对于肿瘤的诊断和临床治疗有深远的意义和价值。

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（收稿：2015-10-08 修回：2015-11-30）

浙江省自然科学基金项目（LY13H190002）

浙江大学医学院附属第一医院皮肤科（杭州 310003）

阮黎明，Tel：13957121201