miRNAs以非细胞自主机制参与肿瘤微环境调节的研究进展

郭金满，谭超，胡火军，谭园



miRNAs以非细胞自主机制参与肿瘤微环境调节的研究进展

郭金满，谭超△，胡火军，谭园

摘要：肿瘤微环境是肿瘤发生发展过程中所处的内环境,由多种细胞及细胞外基质组成，是肿瘤形成、转移以及耐药的关键因素。对肿瘤微环境的调控将成为治疗肿瘤的靶点之一。MicroRNAs（miRNAs）是一类21～25个核苷酸的非编码单链RNA，主要参与基因的表达调控。近年来，随着非细胞自主抑癌机制的提出，使miRNAs对肿瘤微环境的调控受到了极大关注。本文主要阐述miRNAs通过非细胞自主机制对肿瘤微环境的影响，为对肿瘤微环境的深入研究以及肿瘤治疗提供参考。

关键词：微RNAs；肿瘤；微环境；非细胞自主性；基因表达调控；免疫,细胞；综述

△通讯作者E-mail:yczxyytanchao@sina.com

随着人们对肿瘤相关研究的深入，发现肿瘤细胞的靶向治疗并不等同于肿瘤组织靶向治疗，而癌症的发生发展与肿瘤组织及肿瘤细胞和肿瘤微环境间的相互作用密切相关。已有研究证实肿瘤微环境对肿瘤形成、转移以及耐药的产生至关重要[1]。MicroRNAs（miRNAs）是一类长约21～25个核苷酸的非编码RNA，主要参与基因的表达调控。既往研究大多集中于miRNAs异常表达对肿瘤细胞生物学行为的影响，随着抑癌基因p53非细胞自主抑癌作用分子机制的提出，使miRNAs对肿瘤微环境的调控受到了极大关注[2]。本文拟通过阐述miRNAs经非细胞自主机制对肿瘤微环境发挥的调控作用，为肿瘤的治疗提供参考和干预靶点。

1　肿瘤微环境及肿瘤组织中miRNAs的异常表达

肿瘤微环境主要由成纤维细胞、内皮细胞、免疫细胞、骨髓来源的间质干细胞、祖细胞等多种类型细胞以及周围的细胞基质组成，具有高度异质性。这些细胞均由正常细胞转化而来，对肿瘤形成起重要作用[3]。已经证实多种类型的实体瘤都伴随着间质细胞浸润、细胞外基质沉积形成粘连，且肿瘤细胞持续生长可导致间隙液体压增加，继而阻碍抗癌药物的分布[4]。

miRNAs通常由基因间区或内含子区编码，经RNA聚合酶Ⅱ或Ⅲ转录而来，大多数pri-microRNAs在细胞核内被Drosha/DGCR8以及RNaseⅢ剪切成发卡状RNAs，释放入胞浆后进一步被RNaseⅢ剪切成长约21～25个核苷酸的成熟miRNAs[5]。多种机制（如染色体缺失、突变，表观遗传沉默以及miRNAs原始转录体转录障碍等）可导致miRNAs的异常表达，此外miRNAs成熟过程中受损、RNA结合蛋白LIN28、KH-型剪接调控蛋白（KSRP）和p53也可调控miRNAs的表达[6-7]。

2　miRNAs通过非细胞自主机制调节肿瘤微环境

癌症与基因的异常表达密切相关，肿瘤微环境中正常细胞的改变主要归因于癌细胞网络调控基因的功能障碍。例如KRAS基因突变可促使胰腺导管上皮细胞产生粒细胞、巨噬细胞集落成刺激因子，继而增加髓系来源Gr1 +CD11b+免疫抑制细胞的聚集，抑制抗肿瘤免疫反应[8]。目前研究证实，miRNAs通过非细胞自主机制调控肿瘤微环境，主要包括对肿瘤血管生成、上皮间质转化（EMT）及肿瘤微环境中免疫反应的调节[9]。

2.1miRNAs对肿瘤血管生成及EMT的调节肿瘤血管生成及EMT是肿瘤转移过程中的重要步骤。其发生过程中存在一系列miRNAs的参与，包括miR-9、miR-126、miR-200、miR-103/107、miR-205、let-7等，目前对miR-9和miR-126的研究较多[10]。

2.1.1miR-9已有研究证实，miR-9可通过调控血管内皮生长因子(VEGF)-A来调节肿瘤血管生成[11]。miR-9可抑制上皮细胞钙黏蛋白（E-cadherin）表达并增强乳腺癌细胞的增殖和迁移能力，下调的E-cadherin同时激活β-链蛋白（βcatenin）信号，进而上调VEGF-A表达并促进肿瘤血管生成[12]。

2.1.2miR-126研究发现乳腺癌[13]、胃癌[14]和结肠癌[15]中存在miR-126表达下调。Tavazoie等[16]发现，miR-126可通过调控上皮细胞募集过程的多个基因，限制肿瘤细胞转移。内源性miR-126过表达可抑制乳腺癌结肠转移，沉默其表达后的转移结节中的血管密集程度增加[17]。进一步研究发现，miR- 126分别通过抑制c- mer酪氨酸激酶原癌基因（MERTK）、胰岛素样生长因子结合蛋白（IGFBP）2和一个调节基因PITPNC1，从而减少转移细胞中MERTK受体及IGFBP2的分泌；随后内皮细胞中下调的内源性miR-126通过增强IGFBP2/IGF1/IGF1R信号并降低GAS6/MERTK信号促进了内皮聚集[17]。包括MERTK、IGFBP2和PITPNC1在内的8个靶基因在乳腺原位癌中过表达，且与未转移期较短有关，称之为miR-126调节因子，它们将miR-126的抗肿瘤转移活性和癌症与内皮的相互作用联系起来[17]。另有研究指出，pre-miR-126、miR-126以及miR126*可转化产生miR-126-5p和miR-126-3p两种成熟miRNA，两者共同抑制基质细胞衍生因子（SDF）-1α、CXC趋化因子配体（CXCL）12以及CC趋化因子配体（CCL）2的表达，使得间充质干细胞和炎性单核细胞向肿瘤间质募集减弱并最终抑制乳腺癌细胞肺转移，但目前这种抑制活性仅在肿瘤原发灶中被观察到[18]。

2.1.3miR-29b Gata结合蛋白（GATA）3是维持乳腺导管上皮细胞生长及分化所必需的，乳腺导管癌中GATA3表达下调与预后差有关。最近研究表明，GATA3可诱导miR-29b表达，继而促进乳腺癌细胞分化、抑制肿瘤转移并改善肿瘤微环境[19]。细胞中miR-29b缺失将促进肿瘤间质表型及转移，miR-29b有许多靶基因，包括VEGF-A、血管生成素样蛋白（ANGPTL）4、血小板衍化生长因子（PDGF）、赖氨酰氧化酶（LOX）以及基质金属蛋白酶（MMP）9，这些基因通过参与血管生成、胶原重塑及蛋白水解促进肿瘤转移。在小鼠原位乳腺癌中导入miR-29b可减少血管生成及胶原纤维的产生，同时减少转移发生率；而再次导入VEGF-1、ANGPTL4、LOX以及MMP9后，miR-29b的抑制效果降低，可见miR-29b靶向调节微环境的重要性[19]。此外，在鼻咽癌中，miR-29c下调可诱导参与ECM的蛋白包括Ⅰ型胶原α2（COL1A2）、COL3A1、COL4A1及层黏连蛋白γ1等蛋白表达[20]。

2.2miRNAs对肿瘤细胞免疫表型的调节在恶性血液肿瘤中，miRNAs表达改变对癌细胞免疫表型调控以及肿瘤微环境调节有一定作用[21]。例如，退变性大细胞淋巴瘤（ALCL）中存在miR-135b的高表达，并参与核磷酸蛋白（NPM）-间变性淋巴瘤激酶（ALK）-转录活化因子（STAT）3下游信号通路[22]。癌基因NPM-ALK可通过激活STAT3，进而促进miR-135b及其宿主基因LEMD1的表达。研究证实，FOXO1是miR-135b的一个靶基因，进一步提示其与NPM-ALK的致癌活性有关[23]。

另有研究发现miR-135b可以使白细胞介素（IL）-17在ALCL细胞上产生免疫表型，且ALCL免疫表型偏移与Th17细胞重叠及miR-135b靶向作用于Th2主要调节者STAT6、GATA3有关，提示miR-135b在正常淋巴细胞分化过程中通过扰乱相互对立的分化程序参与IL-17免疫表型的产生[24]。miR-135b表达下调可抑制ALCL细胞中IL-17A、IL-17F、IkBζ、IL-6以及IL-8的表达，同时使ALCL中颗粒酶B （granzyme B）和穿孔素（PFP）1表达减少，细胞毒性分子高表达，提示miR-135b对ALCL的免疫表型具有极为广泛的影响。阻断miR-135b将减轻ALCL细胞与纤维母细胞共培养时产生的炎症反应，并减少肿瘤血管生成、抑制肿瘤体内生长。尽管淋巴瘤免疫表型与正常淋巴细胞相关的机制尚未明确，但致癌激酶相关miRNAs对肿瘤免疫表型具有调节作用[25]。

2.3miRNAs对肿瘤微环境中免疫反应的调节免疫逃逸反应是肿瘤微环境评估中的重要方面，根据肿瘤微环境的特性，肿瘤免疫逃逸可分为两类。一类表现为炎性T细胞浸润并伴有趋化因子，其主要通过一些免疫抑制因子如程序性死亡因子配体（PD-L）1、吲哚胺2,3-双加氧酶（IDO）以及调节性T细胞等来逃避抗肿瘤免疫反应。另一类则缺乏炎性T细胞，主要通过免疫系统忽视和排斥来阻止免疫系统的攻击。miRNAs可参与上述两种机制引起的肿瘤免疫逃逸[26]。例如，在人黑色素瘤中，miR-30b和miR-39的高表达与肿瘤的频繁转移、早期复发以及总体生存率降低有关，功能分析显示miR-30b/-30d直接靶向作用于乙酰氨基葡糖转移酶（GALNT）7并促进免疫抑制IL-10的分泌，抑制免疫细胞活化，促进调节性T细胞募集，从而促进转移发生[27]。miR-126/126*对基质细胞衍生因子1α（SDF-1α）的调控以及miR-29b对肿瘤间质反应的调节则与后一种逃逸机制有关[18-19]。

miR-34a是p53的转录靶点，是具有代表性的肿瘤抑制miRNAs，其可通过抑制CCL22进而抑制调节性T细胞的募集。研究发现，肝组织中乙型肝炎病毒（HBV）持续感染可增强TGF-β的活性，从而抑制miR-34a表达；在HBV阳性的原位癌及门静脉癌栓组织中，miR-34a与CCL22及核转录因子FoxP3的表达水平呈负相关[28]。

其他一些miRNAs也参与了肿瘤组织中的免疫反应。如在胶质瘤中，miR-124表达下调与胶质瘤干细胞的免疫抑制活性以及T细胞的抑制效应有关[29]。乳腺癌细胞中，miR-17-92集群中的miR-17-5p、miR-20可通过改变IL-8、CK8以及CXCL1的分泌水平来抑制细胞迁移和侵袭[30]。头颈部肿瘤中，miR-145可以靶向调控Y染色体性别决定区域的相关促人绝经促性腺和基因（SOX）9和解聚素-金属蛋白酶（ADAM）17，继而抑制IL-6的产生[31]。

2.4多种miRNAs对肿瘤微环境的协同调节miRNAs既可独立靶向于抑癌及致癌基因，又可集中作用于肿瘤转移相关的基因。如在黑色素瘤中，miR-199-5p、miR-199-3p及miR-1908可联合促进载脂蛋白E（ApoE）分泌，继而抑制肿瘤细胞入侵及内皮细胞募集，从而抑制肿瘤转移及血管生成，而在单独的miRNAs缺乏产生明显生物学效应的能力时，多种miRNAs联合可能改变阈值，从而实现肿瘤转移[32]。

3　小结

综上所述，miRNAs的这些非细胞自主效应可从多个方面影响肿瘤微环境，继而影响肿瘤的生长、转移等多种生物学行为，其调控肿瘤微环境作用机制的明确将为肿瘤地治疗提供参考及干预靶点。

参考文献

[1] Clark AG, Vignjevic DM. Modes of cancer cell invasion and the role of the microenvironment[J]. Curr Opin Cell Biol, 2015，36:13-22. doi:10.1016/j.ceb.2015.06.004.

[2] Lujambio A, Akkari L, Simon J, et al. Non-cell-autonomous tumor suppression by p53[J]. Cell, 2013, 153(2):449-460. doi: 10.1016/j. cell.2013.03.020.

[3] Hanahan D, Weinberg RA. Hallmarks of cancer: the next generation [J]. Cell, 2011,144(5): 646-674. doi: 10.1016/j.cell.2011.02.013.

[4] Junttila MR, de Sauvage FJ. Influence of tumour micro-environ⁃ment heterogeneity on therapeutic response[J]. Nature, 2013, 501 (7647) : 346-354. doi: 10.1038/nature12626.

[5] Suzuki HI, Miyazono K. Emerging complexity of microRNA generation cascades[J]. J Biochem, 2011,149(1): 15-25. doi: 10.1093/jb/mvq113.

[6] Croce CM. Causes and consequences of microRNA dysregulation in cancer[J]. Nat Rev Genet, 2009, 10(10): 704- 714. doi: 10.1038/ nrg2634.

[7] Lin RJ, Chien HL, Lin SY, et al. MCPIP1 ribonuclease exhibits broadspectrum antiviral effects through viral RNA binding and degradation [J]. Nucleic Acids Res, 2013 , 41(5): 3314-3326 . doi: 10.1093/nar/ gkt019.

[8] Zhang Y, Yang P, Wang XF. Microenvironmental regulation of can⁃cer metastasis by miRNAs[J]. Trends Cell Biol ,2014,24(3): 153-160. doi:10.1016/j.tcb.2013.09. 007.

[9] Pencheva N, Tavazoie SF. Control of metastatic progression by mi⁃croRNA regulatory networks[J]. Nat Cell Biol, 2013，15(6): 546-554. doi:10.1038/ncb2769

[10] Li X, Wu Z, Fu X, et al. A microRNA component of the neoplastic⁃microenvironment: microregulators with far- reaching impact[J]. Biomed Res Int, 2013，2013: 762183. doi:10.1155/2013/762183.

[11] Ma L, Young J, Prabhala H, et al. miR-9, a MYC/MYCNactivated microRNA, regulates E-cadherin and cancer metastasis[J]. Nat Cell Biol, 2010，12(3): 247-256. doi:10.1038/ncb2024.

[12] Wentz-Hunter KK, Potashkin JA. The role of miRNAs as key regu⁃ lators in the neoplastic microenvironment[J]. Mol Biol Int, 2011，2011 : 839872. doi: 10.4061/2011/839872.

[13] Feng R, Chen X, Yu Y, et al. miR-126 functions as a tumour sup⁃pressor in human gastric cancer[J]. Cancer Lett, 2010，298(1): 50-63. doi: 10.1016/j.canlet. 2010.06.004.

[14] Tavazoie SF, Alarcon C, Oskarsson T, et al. Endogenous human mi⁃croRNAs that suppress breast cancer metastasis[J]. Nature, 2008，451(7175):147-152. doi: 10.1038/nature06487.

[15] Guo C, Sah JF, Beard L, et al. The noncoding RNA, miR-126, sup⁃presses the growth of neoplastic cells by targeting phosphatidylinositol 3-kinase signaling and is frequently lost in colon cancers[J]. Genes Chromosomes Cancer, 2008，47(11): 939-946. doi: 10.1002/gcc.20596.

[16] Tavazoie SF, Alarcon C, Oskarsson T, et al. Endogenous human mi⁃croRNAs that suppress breast cancer metastasis[J]. Nature, 2008，451(7175):147-152. doi: 10.1038/nature06487.

[17] Png KJ, Halberg N, Yoshida M, et al. A microRNA regulon that me⁃diates endothelial recruitment and metastasis by cancer cells[J]. Na⁃ture, 2012，481(7380) :190-194. doi: 10.1038/nature10661.

[18] Zhang Y, Yang P, Sun T, et al. miR-126 and miR-126* repress re⁃cruitment of mesenchymal stem cells and inflammatory monocytes to inhibit breast cancer metastasis[J]. Nat Cell Biol, 2013，15(3): 284-294. doi: 10.1038/ncb2690.

[19] Chou J, Lin JH, Brenot A, et al. GATA3 suppresses metastasis and modulates the tumour microenvironment by regulating microRNA-29b expression[J]. Nat Cell Biol , 2013，15(2): 201 - 213. doi: 10.1038/ncb2672.

[20] Sengupta S, den Boon JA, Chen IH, et al. MicroRNA 29c is downregulated in nasopharyngeal carcinomas, up-regulating mRNAs en⁃coding extracellular matrix proteins[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2008，105:5874-5878. doi: 10.1073/pnas. 0801130105.

[21] Matsuyama H, Suzuki HI, Nishimori H, et al. miR-135b mediates NPM-ALK-driven oncogenicity and renders IL-17-producing im⁃munophenotype to anaplastic large cell lymphoma[J]. Blood, 2011，118(26):6881 -6892. doi: 10.1182/blood-2011-05-354654.

[22] Sarver AL, French AJ, Borralho PM, et al. Human colon cancer profiles show differential microRNA expression depending on mismatch repair status and are characteristic of undifferentiated proliferative states[J]. BMC Cancer, 2009，9: 401. doi: 10.1186/1471-2407-9-401.

[23] Lin CW, Chang YL, Chang YC, et al. MicroRNA-135b promotes lung cancer metastasis by regulating multiple targets in the Hippo pathway and LZTS1[J]. Nat Commun, 2013，4: 1877. doi: 10.1038/ ncomms2876.

[24] Harrington LE , Hatton RD , Mangan PR, et al. Interleukin 17-pro⁃ducing CD4+effector T cells develo p via a lineage d istinct from the T helper type 1 and 2 line ages[J]. Nat Immunol, 2005, 6(11): 1123-1132. doi:10.1038/nri1737.

[25] van Hamburg JP, Mus AM, de Bruijn MJ, et al. GATA-3 protects against severe joint inflammation and bone erosion and reduces dif⁃ferentiation of Th17 cells during experimental arthritis[J]. Arthritis Rheum, 2009，60(3): 750-759. doi: 10.1002/art.24329.

[26] Gajewski TF, Schreiber H, Fu YX. Innate and adaptive immune cells in the tumor microenvironment[J]. Nat Immunol, 2013, 14(10): 1014-1022. doi: 10.1038/ni. 2703.

[27] Gaziel-Sovran A, Segura MF, Di Micco R, et al. miR-30b/30d regu⁃lation of GalNAc transferases enhances invasion and immunosup⁃pression during metastasis[J]. Cancer Cell, 2011，20(1):104-118. doi: 10.1016/j.ccr.2011.05.027.

[28] Yang P, Li QJ, Feng Y, et al. TGF-beta-miR-34aCCL22 signalinginduced Treg cell recruitment promotes venous metastases of HBV-positive hepatocellular carcinoma[J]. Cancer Cell, 2012,22(3): 291 -303. doi: 10.1016/j.ccr.2012.07.023.

[29] Wei J, Wang F, Kong LY, et al. miR-124 inhibits STAT3 signaling to enhance T cell-mediated immune clearance of glioma[J]. Cancer Res, 2013,73(13): 3913-3926. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-12-4318.

[30] Yu Z, Willmarth NE, Zhou J, et al. microRNA 17/20 inhibits cellu⁃lar invasion and tumor metastasis in breast cancer by heterotypic signaling[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2010，107(18): 8231-8236. doi: 10.1073/pnas.1002080107.

[31] Yu CC, Tsai LL, Wang ML, et al. miR145 targets the SOX9/AD⁃AM17 axis to inhibit tumor- initiating cells and IL- 6- mediated paracrine effects in head and neck cancer[J]. Cancer Res, 2013, 73 (11): 3425-3440. doi: 10.1158/0008-5472.CAN- 12-3840.

[32] Pencheva N, Tran H, Buss C, et al. Convergent multi-miRNA target⁃ing of ApoE drives LRP1/LRP8-dependent melanoma metastasis and angiogenesis[J]. Cell, 2012, 151(5) : 1068-1082.doi: 10.1016/j. cell.2012.10.028.

（2015-07-01收稿2015-09-18修回）

（本文编辑胡小宁）

作者单位：湖北宜昌，三峡大学第一临床医学院（邮编443002）

Research progress of MicroRNAs involved in the tumor microenvironment regulation in non-cell-autonomous mechanisms

GUO Jinman, TAN Chao△, HU Huojun, TAN Yuan
The First Clinical Medical College, China Three Gorges University, Yichang 443002, China
△Corresponding Author E-mail: yczxyytanchao@sina.com

Abstract:As an internal environment of tumor occurrence, tumor microenvironment is composed of a variety of cells and extracellular matrix, and plays a crucial role in tumor formation, transfer and resistance to drugs. The regulation of tumor microenvironment will be a potential target to control the cancer. MicroRNAs (miRNAs) are a kind of 21 to 25 nucleotides single-stranded RNA, and are mainly involved in regulating gene expression. Recently, with the suggestion of cellular auton⁃omous tumor inhibition mechanism, the regulation of tumor microenvironment by miRNAs has received great attention. This review summarizes recent findings on the non-cell-autonomous mechanisms of miRNAs-mediated regulation of tumor micro⁃environments, which provides foundations and perspective on the design of therapeutic interventions.

Key words:microRNAs; tumor；microenvironment; non-cell-autonomous function；gene expression regulation；immu⁃nity, cellular；review

中图分类号：R730.3

文献标志码：A

DOI:10.11958/59124

基金项目：湖北省自然科学基金资助项目（2014CFB307）

作者简介：郭金满(1975)，男，副主任医师，学士，主要从事神经外科及肿瘤方面研究