miRNA在结直肠癌中的作用研究进展

来建飞 丁蕾 窦晓兵⋆

miRNA在结直肠癌中的作用研究进展

来建飞 丁蕾 窦晓兵⋆

结直肠癌（Colorectal cancer，CRC）是最常见的消化道肿瘤之一，其发病率居世界恶性肿瘤第三位，是全球第四大癌症死因［1］。引起CRC的危险因素包括吸烟、肥胖、缺乏运动等。2015年的研究数据显示［2］，早期诊断出结直肠癌的患者存活率约为60%，高于2005年至2009年的平均数据［3］。结直肠癌发生是多基因参与、多步骤发生的过程，其生物过程及分子机制尚不明确。1993年科学家首次在线虫发现微小RNA（microRNA，miRNA）lin-4［4］后，越来越多关于miRNA的问题引起关注，其在人体多种疾病中扮演重要角色，包括各种癌症。对miRNA的相关研究将有助于阐明其功能及分子机制。研究发现，多种miRNA在结直肠癌患者中表达失衡，参与癌症发生与发展过程。miRNA是一类非编码小分子单链RNA，是一类重要的基因表达调控因子，可靶向结合mRNA，通过沉默癌细胞生长相关基因的表达［5］，促进或抑制肿瘤的生长。miRNA可作为结直肠癌早期诊断、治疗、预后的新的分子生物学标志物，也可作为体内CRC治疗的靶点［6］。

1 miRNA 的分子结构和生物功能

miRNA是一类在多种真核细胞和病毒中发现的进化上保守、长度为19～22个核苷酸的非编码单链RNA，目前已经发现上千种miRNA。miRNA的产生过程及生物功能各不相同，其核内生成过程如下［7］：编码miRNA的基因片段通过RNA聚合酶Ⅱ或聚合酶Ⅲ转录合成初级miRNA（primiRNA），pri-miRNA包含一个DROSHA蛋白和两个DGCR8蛋白，经过DROSHA酶切后，形成发夹状前体miRNA（pre-miRNA），长度为70～100nt；pre-miRNA在转运蛋白Exportin-5和GTP酶共同作用下从核内转运至细胞质，被核酸酶Dicer切割成21～25个碱基的双链miRNA；该双链解旋为两条miRNA，其中一条为成熟的miRNA，另一条通常被降解。成熟miRNA分子可与其他蛋白质组成RNA-诱导沉默复合体（RNA-induced silencing complex，RISC）。成熟miRNA 5' 端高度保守的种子序列（seed region）可与mRNA 3'端非编码区域（3'UTR）完全或不完全识别结合，对其进行剪切、降解或去腺苷酸化调控，影响mRNA 完整性，诱导靶分子mRNA降解或遏制其翻译，在转录后水平影响基因或蛋白的表达。

2 miRNA与肿瘤的发生发展

2.1 miRNA与肿瘤的作用机制 不同种类的miRNA生物学功能取决于其所结合的mRNA功能［8］。miRNA参与体内多种调控机制和细胞信号转导通路，一条单链miRNA可作用于多条mRNA，同时一条mRNA可被多条miRNA作用［9］；而同一miRNA在不同的肿瘤中作用不同，多种miRNA也可以作用于同一靶基因发挥作用。miRNA与肿瘤的作用方式主要包括［10］：（1）miRNA与靶mRNA 的3'-UTR不完全配对，阻断其翻译过程，从而下调靶mRNA的表达。（2）miRNA与靶mRNA的3'-UTR完全配对，引起靶基因互补区特异性断裂，从而将基因沉默，使其无法表达。（3） miRNA可通过加速靶mRNA 3' 端polyA的脱腺苷酸化，从而迅速降解靶mRNA。miRNA家族中，部分为癌性基因，部分为抑癌基因，通过其下游基因或某些信号通路控制肿瘤细胞生长［11］，参与调节细胞迁移与侵袭［12］。

2.2 miRNA参与肿瘤的发生、转移和预后 近两年又发现有多种miRNA参与肿瘤的发生、转移和预后过程。2015年Cell上一篇文章表明［13］，一些miRNA在基因组上成簇存在，以多顺反子形式转录。miR-17-92基因簇是一个高度保守的基因簇，编码miRNA-17、miRNA-18a、miRNA-19a、miRNA-20a、miRNA-19b-1和miRNA-92a这6个成熟miRNA，参与哺乳动物多个器官发育，与多种肿瘤的发生密切相关。miRNA-17-92基因簇在结直肠癌、胃癌、肝癌等多种肿瘤细胞中高度表达。因此精确调控这一miRNA基因簇，以及基因簇中各个miRNA的相对表达对于发育和肿瘤相关疾病有重大作用。

例如，Zhang G等研究发现［14］，miRNA-92a在淋巴结转移CRC患者中表达显著升高，PTEN基因是其下游靶基因之一；miRNA-92a诱导上皮细胞至间叶细胞的转化（EMT），通过下调PTEN表达调节细胞生长、迁移和入侵。临床病理特点表明，miRNA-92a超表达与临床晚期、淋巴结转移、远距离转移以及低氧化应激水平（OS）密切相关，推测miRNA-92a可作为CRC预后标志［15］。2015年，Chang C等［16］发现，miRNA-339-5p可靶向结合mRNA PRL-1的3'UTR从而抑制肿瘤细胞增殖和迁移。体外实验证明miRNA-339-3p过度表达会抑制肿瘤生长和转移，而PRL-1表达不受miRNA- 339-3p调控。表明miRNA-339-5p和miRNA-339-3p作用的目标mRNA可能不同，miRNA-339-3p的目标基因仍有待确定。因此，研究不同miRNA在肿瘤发生发展过程中的作用机制具有重要意义。

3 miRNA在结直肠癌中的表达及意义

目前CRC的筛选方法包括结肠镜检查和粪便隐血试验等常用的方法，但是这些方法受限于低特异性、敏感性、高侵袭性、高成本和高风险［17］。越来越多研究报道，miRNA作为潜在CRC诊断和预后的生物标志物，广泛存在于CRC患者粪便、血清、血浆和组织中。

3.1 miRNA在结肠癌组织中的表达 2015年，Raheleh A等［18］根据关于荧光素酶报告基因文献，总结近10年发表的77篇文献制订出一份关于结直肠癌患者异常表达的不同miRNA及其靶基因信息表，列举了多种miRNA靶基因及其在结直肠癌发生发展中的调控作用。一篇Oncology 文献报道［19］，miRNA-143靶向作用于MACC1的3'UTR，下调MACC1表达；提示miRNA-143可能直接作用于其靶分子MACC1，抑制癌细胞侵袭。2016年，Zhou B等［20］发现miRNA-382在结直肠癌组织中表达异常下调，经荧光素酶报告基因分析证实miRNA-382直接作用于NR2F2的3'UTR；NR2F2在CRC组织中相对表达水平明显高于癌旁正常组织；敲除NR2F2可抑制CRC细胞生长、迁移、和入侵。因此，miRNA-382/ NR2F2可作为一个潜在机制调控CRC的发生发展。最近，Bo L等［21］发现在CRC细胞系和组织样本中miRNA-152表达下调；恢复CRC细胞中miRNA-152表达后，CRC细胞增殖、迁移和入侵显著减少；PIK3R3是miRNA-152直接和功能性下游靶目标，PIK3R3表达和miRNA-152表达呈负相关；下调PIK3R3表达使miRNA-152超表达，抑制肿瘤细胞生长。

3.2 miRNA在结肠癌患者血清中的表达 目前miRNA在结肠癌患者外周血中表达水平研究较少，但其在结直肠癌早期的诊断治疗中具有重要意义。2015年，Fang Z等［22］研究发现，CRC患者血清中miRNA-24、miRNA-320a和miRNA-423-5p表达水平明显低于正常组标本；手术后这三个分子浓度明显增加。因此血清中miRNA-24，miRNA-320a和miRNA-423-5p表达水平有潜力作为CRC早期阶段的新型生物标志物检测，且优于目前临床生物标志物。2016年，Hu J等［23］表明在CRC细胞中miRNA-1914和miRNA-1915作用于NFIX RNA的3'UTR，下调NFIX RNA的表达；其过度表达会减弱5-FU和Oxaliplatin的抗肿瘤作用，降低CRC细胞的化学抵抗能力。因此miRNA-1914和miRNA-1915可能在结直肠癌治疗和诊断中发挥重大作用。

3.3 miRNA在结肠癌患者粪便中的表达 为了在CRC初期进行切除肿瘤，降低结直肠癌的发病率和病死率，进行结直肠癌早期筛查非常必要。Lee JK等［24］发现，miRNA具有高度稳定性，能够抵抗核酸酶（Rnases）的消化，适合在血清/血浆等体液，甚至粪便样本中进行检测。因此可以通过检测粪便中miRNA表达来作为筛查结直肠癌的一种新方法。2015年，Zhu Y等［25］表明，与正常健康人比较，CRC患者粪便中miRNA-29a（P＜0.001），miRNA-223（P＜0.001）和miRNA-224（P＜0.001）表达水平均显著降低；miR-29a水平在直肠癌患者粪便中的表达也显著高于结肠癌患者（P＜0.001）。因此miRNA可以成为一个CRC的筛查和早期诊断的生物标志物。

4 miRNA与结直肠癌的诊断治疗

4.1 miRNA与CRC的早期诊断 CRC传统化疗主要基于5氟尿嘧啶（5-FU）。与目前广泛应用的肿瘤标记物不同，miRNA表达谱具有高度特异性，通过其特征对肿瘤进行早期诊断［26］。Lekun F等［27］在295位CRC患者样本中发现，化疗抵抗患者中，miRNA-17-5p表达水平比化疗敏感患者高，miR-17-5p高表达的CRC患者预后效果较差，推测miRNA-17-5p可以作为对化疗反应的预测生物标志物。2016年，Ghanbari R等［28］证实，CRC患者血清和粪便中let-7a-5p和let-7f-5p miRNA表达显著降低，这可能是CRC早期检测潜在分子生物标志物。通过人为改变miRNA表达量控制癌细胞增殖、转移、浸润等，miRNA表达谱可用于评估肿瘤治疗效果。

4.2 miRNA与CRC的靶向治疗 随着CRC研究不断深入，个性化靶向治疗得到发展，人类肿瘤发生过程中miRNA成为一个新型特异性分子靶标［29-30］。Min-Bin C等发现［31］，miRNA-451在结肠癌组织中过度表达，抑制AMPK活化机制，导致哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合体（mTORC1）过度活化和肌动蛋白束蛋白（FSCN1）上调，增强癌细胞迁移和增殖能力；若敲除miRNA-451基因或使用miRNA-451抑制剂，结直肠癌细胞的迁移和增殖被抑制。2015年，YANG等［32］发现，miRNA-499在结直肠癌组织中异常表达，miRNA-499-5p靶向结合FOXO4和PDCD4，促进大肠癌细胞侵袭和肿瘤转移。由此可见miRNA-499-5p在结直肠癌的侵袭和生长中起着重要的调控作用，有望成为CRC临床诊断治疗的潜在靶点。这些研究表明有多种miRNA促进或抑制结直肠肿瘤入侵与转移过程，通过调整相关基因为抗转移策略提供潜在治疗靶点，为CRC的靶向治疗提供重要线索。

5 展望

miRNA在肿瘤发生发展过程中具有重要作用，是目前研究的前沿。今后，若能在正常人、结直肠癌癌前病变患者及不同阶段结直肠癌患者中建立系统完善的miRNA差异表达谱，将有助于阐明结直肠癌发病机制，为结直肠癌的诊断治疗带来新的研究方向和思路。如何特异性地将miRNA的激活剂及抑制剂引入肿瘤细胞，以及如何利用miRNA的表达谱为早期结直肠癌提供诊断依据，都是未来的研究方向。miRNA或许可成为结直肠癌早期诊断、特异性治疗及评估预后的小分子标志物。因此，miRNA在结直肠癌诊疗中具有重要意义。

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310053浙江中医药大学生命科学学院

*通信作者