微小RNA和肿瘤治疗的研究进展

邢智伟　苏秀兰

[摘要] 微小RNA（miRNAs）是一类在转录后阶段调节转录组基因表达的非编码小分子RNA。miRNAs在肿瘤中的作用是目前的研究热点，研究显示通过调节肿瘤细胞中特定miRNAs的表达可以影响肿瘤的发展，并且发现miRNAs可以在表观遗传方面调控肿瘤生长，此外许多抗肿瘤药物在作用过程中也可以影响miRNAs的表達。因此，miRNAs目前在疾病的诊断及治疗方面已经得到重视，并且日后可能被广泛运用于临床实践。

[关键词] 微小RNA；恶性肿瘤；表观遗传；抗肿瘤药物

[中图分类号] R3 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2017）01（c）-0027-04

[Abstract] MiRNAs are kinds of non-coding small RNA， which can regulate gene expression at the stage of post-transcription. At present， the role of miRNAs in tumor is a hot research topic. Studies show that the expression of miRNAs in tumor cells can affect the development of tumor， and it is found that miRNAs can regulate tumor growth at a deeper level of epigenetic aspect. In addition many anticancer drugs in the process also affect the expression of miRNAs. So， miRNAs have received much attention in the diagnosis and treatment of malignant tumor， and may be widely used in clinical practice in the near future.

[Key words] MiRNAs； Malignant tumor； Epigenetics； Antitumor drugs

微小RNA（miRNAs）是在转录后阶段调节转录组基因表达的一类非编码小分子RNA，它广泛存在于动植物细胞内。目前科学家已在人类基因组中发现将近900条miRNAs，并且估算约30%的基因表达和翻译受到miRNAs的调控[1]。miRNAs不但可以调控正常细胞的功能和行为，而且也可以调控肿瘤细胞的分化、增殖、凋亡、耐药、侵袭及转移等多种生物学行为[2]。通过调控肿瘤中特定miRNAs的表达，可在一定程度上对于疾病的发展和趋势加以改变。

1 上调肿瘤组织中微小RNA的表达水平

通过基因治疗的方法上调某些miRNAs在组织中的正常表达以达到抑制肿瘤的目的。Takaizawa等[3]在let-7低表达的肺腺癌细胞株A549中，通过表达重组的方法转染let-7，发现细胞株细胞集落形成能力在转染let-7f和let-7a后均明显下降。XU等[4]发现p70S6K1作为miRNA-145的靶基因，当它过度表达miRNA-145时，miRNA-145可与p70S6K1的3′UTR结合，抑制表达，从而使基因产物（血管内皮生长因子和缺氧诱导因子1）生成减少，二者分别抑制肿瘤血管形成及卵巢癌细胞增殖，从而达到抑制肿瘤的目的。Kent等[5]研究发现RAS通路的活化可引起细胞中miR-143/miR-145表达下调，甚至miR-143/miR-145在KRAS突变的胰腺癌细胞中表达缺失，而恢复或上调该miRNA的表达可抑制肿瘤的发生、发展；因此MiR-143/ miR-145在RAS致癌机制中起到抑制作用。Scott等[6]利用表达miR-125a或miR-125b的逆转录病毒转染乳腺癌SKBR3细胞，发现在转录和蛋白质水平上成功抑制了ERBB2和ERBB3表达。Diederichs等[7]发现miRNA-205在乳腺癌组织中的表达与正常乳腺组织相比明显偏低。此外，miRNA-205可通过抑制HER3受体，从而促使其下游蛋白激酶B（PKB）表达下调；还可以通过抑制SKBr3细胞的增值速度、促进酪氨酸激酶活性等来抑制HER-3功能，促进细胞凋亡。吴晓峰等[8]研究高转移潜能人肝癌细胞HCCLM3侵袭过程中的趋化因子受体CCR1作用时，发现HCCLM3的CCR1表达可被外源性导入的miRNAs有效抑制，进而降低HCCLM3细胞侵袭能力，但对细胞增殖无明显影响。MiR-100的缺失至少通过部分上调AGO2基因的表达来促进前列腺癌细胞的转移能力，这也说明miR-100/AGO2可能在前列腺癌转移的调节中发挥重要作用，并且是防治前列腺癌潜在的靶点[9]。Santos等[10]研究显示，TGF-β1相关的miR-143、miR-145、miR-146a和miR-199a可能在前列腺癌转移的发生、发展中起到关键调节作用，恢复其表达可能是将来前列腺癌治疗的一个新策略。

2 下调肿瘤组织中微小RNA的表达水平

在实体瘤的研究中发现，miRNA-21全部高表达可以抑制抑癌基因或其余凋亡相关基因而促使肿瘤的形成与发展，故可以认为这里的miRNA-21的作用与原癌基因相似。张宝贵等[11]将miRNA-21 inhibitor转染进入胃癌细胞株HEK-293，下调miRNA-21的表达，研究结果发现肿瘤细胞增殖受到抑制，肿瘤细胞凋亡程序被启动；此外还可以使肿瘤细胞G1+S期的比例增加从而更有利于放化疗的敏感性，同时使HEK-293迁移能力下降，侵袭性下降。Si等[12]在雌性裸鼠的乳腺中注射转染了与miRNA-21互补的寡核苷酸的乳腺癌细胞MCF-7后，经过28 d，该组裸鼠所生长出的肿瘤，与对照组相比要小50%，并且这种方法的肿瘤抑制作用可以维持2周。亦有研究显示miR-483-3p明显抑制PDGFB表达，直接促使人脐静脉内皮样细胞的增殖、迁移等恶性行为下调，并且抑制肿瘤血管生成。另外，miR-483-3p负调控PDGFB后可以下调Akt蛋白在PI3K/Akt信号通路中的磷酸化，故可以认为miRNA-483通过影响此通路从而调节的肿瘤细胞的浸润和远处转移[13]。

3 微小RNA的表观遗传调控的肿瘤治疗策略

在恶性肿瘤的发生、发展过程中，表观遗传机制的地位举足轻重。有3种主要的表观遗传学改变可以在人类肿瘤发生中发挥作用：因自身CpG岛超甲基化导致的相关基因沉默、基因组的整体低甲基化和各种组蛋白修饰所致的DNA空间结构改变[14]。miRNAs在基因表達所致的表观遗传变化过程中发挥着较为复杂的作用：一方面，基因DNA甲基化及组蛋白修饰可影响miRNAs的表达；另一方面，miRNAs也可促使基因DNA甲基化及组蛋白修饰而影响表观遗传的调控机制。

许多抑癌性miRNAs启动子区结构常可因DNA超甲基化而沉默甚至关闭，从而使该基因转录下调[15]。DNA甲基化酶抑制剂以及组蛋白修饰酶抑制剂等是一类基因修饰药物，该类化学药物可通过下调启动子区DNA甲基化或开放异常的基因结构，使miRNAs基因初级转录本功能恢复，而再次激活初级转录本经过加工形成成熟的miRNAs，重新发挥正常的基因调控作用[16]。利用诸如DNA甲基化抑制剂和组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制剂等染色质修饰药物来进行表观遗传学治疗已经被认为在临床治疗肿瘤领域较为有应用前景。目前，HDAC抑制剂SAHA已被批准用于表皮性T细胞淋巴瘤的临床治疗。Saito等[17]用HDAC抑制剂4-苯基丁酸和DNMT抑制剂5-氮-2′-脱氧胞苷处理膀胱癌细胞T24后，用miRNAs基因芯片技术筛选miRNAs的异常表达情况，发现miRNAs上调超过3倍的约5%，其中以miR-127表达上调尤为明显，其位于CpG岛中，它在DNA甲基化水平降低和组蛋白标记活性增加的条件下显著诱导而至表达明显上调，约49倍。原癌基因Bcl-6目前认为是miR-127的靶基因之一，Bcl-6作为转录抑制子可以调控P53信号通路的功能。Lujambio等[18]利用基因敲除技术成果抑制结肠癌细胞HCT116的DNMT1和DNMT3b基因，与空白对照对比发现，处于CpG岛上的miR-124a上调表达明显，miR-124a在癌细胞中出现高甲基化，在正常细胞中则无甲基化，细胞周期依赖性蛋白激酶6（CDK6）是其靶基因之一，CDK6可参与并调节细胞周期的推进及细胞分化。而miR-124a甲基化引起的基因沉默可以使CDK6显著过表达，用去甲基制剂处理细胞后，miR-124a明显上调，CDK6表达下调，后者参与调节Rb抑癌基因的磷酸化过程[19]。

miRNAs通过靶向调节DNA甲基化而参与控制DNA甲基化。Garzon等[16]发现，在急性淋巴细胞白血病细胞中过度表达miR-29b可以在RNA及蛋白水平显著降低DNA甲基转移酶DNMT1、DNMT3a和DNMT3b的表达，引起细胞全基因的总体低甲基化及p15-INK4b和ESR1再次表达。miRNAs可通过调控机制改变细胞DNA的甲基化，也可以作为直接因素参与维持DNA甲基化。Benetti等[20]研究证实小鼠Dicer 1缺乏可减少DNA甲基化，随后促进端粒的基因重组进而使端粒的延长。这些DNA甲基化缺陷与DNMT1、DNMT3a和DNMT3b甲基化转移酶表达减少相关，而恢复其过度表达可以使甲基化水平恢复。视网膜母细胞瘤2蛋白（RbI2）与Dnmts表达减少相关，miR-29b可以沉默RbI2，从而促进Dnmts的表达恢复，最终控制细胞整体DNA甲基化水平。

miRNAs也可以改变组蛋白修饰水平从而调节基因的表观遗传情况。有研究团队发现，miR-449a可靶向抑制HDAC1表达，前列腺癌组织的肿瘤细胞中miR-449a表达下调可促进HDAC1过表达；将miR-449a转染前列腺癌细胞使其过表达，促使细胞周期停滞、衰老及凋亡[21]。多梳抑制复合物通过三甲基组蛋白H3赖氨酸27介导表观遗传基因的沉默，特别是肿瘤抑制基因，而EZH2是其催化亚基。EZH2在几种肿瘤中过表达，可提高肿瘤的致病性及侵袭性。MiR-101在膀胱移形细胞癌中可直接抑制EZH2。miR-101在恶性肿瘤中的表达往往与EZH2表达趋势相反，与肿瘤细胞高侵袭性具有相关性，上调miR-101表达水平可降低肿瘤侵袭性，而下调miR-101表达水平则可增加肿瘤的侵袭性[22]。

4 微小RNA与抗肿瘤药物

托瑞米芬是乳腺组织中的雌激素受体拮抗剂，因而被用于绝经前后雌激素受体阳性的乳腺癌患者。Miller等[23]研究发现对内分泌治疗有抵抗性质的HER阳性乳腺癌组织中miR-221/222异常升高，过度表达miR-221/222可以使MCF-7细胞对托瑞米芬产生抵抗性。而与雌激素受体α（ERα）阳性的乳腺癌相比，ERα阴性的乳腺癌细胞miR-221/222是上调的，这也说明miR-221/222是通过调节ERα的表达来实现细胞对内分泌治疗的抵抗[24]。Cittelly等[25]也发现miR-342的下调与乳腺癌细胞和组织样本对托瑞米芬抵抗有相关性，通过恢复miR-342可以明显提高托瑞米芬所引起的乳腺癌细胞凋亡和细胞生长的抑制。

氟维司群适用于雌激素受体阳性的抗雌激素受体治疗失败所致的转移性乳腺癌。Rao等[26]发现乳腺癌细胞中miR-221/222过表达导致细胞对于氟维司群的抵抗，并且促进肿瘤细胞生长和细胞周期的演进。ERα阳性细胞系中异常升高的miR-221/222可以对抗雌二醇耗尽和氟维司群所引起的细胞死亡，推断β-catenin和TGF-β信号通路与miR-221/222对于抗氟维司群乳腺癌细胞功能相关。

长期应用和观察发现非甾体类抗炎药（NSAIDs）可以明显减少结直肠癌、乳腺癌等多种肿瘤的发病率和死亡风险。研究显示，COX-2的上调使得变异细胞得以长期存活，从而使遗传改变不断增加，因此增加了肿瘤形成率；COX-2的过度表达促进肿瘤的发生、发展，COX-2抑制剂可抑制肿瘤，COX-2的表达水平与肿瘤的预后呈相反趋势[27]。Li等[28]发现硫化舒林酸（SS）可以通过COX的抑制活性直接抑制肿瘤细胞侵袭，硫化舒林酸的抑制活性与miRNAs的表达谱的变化相关。以上研究表明miRNAs与NSAIDs的抗肿瘤活性相关。后续的研究进一步表明被SS抑制的miRNAs启动子区，115个序列中有81个序列包含NF-κB的结合位点。SS可以通过减少IKKβ和Iκβ的磷酸化从而抑制NF-κB的核转运，其结果导致miRNAs的表达抑制，所以也表明了硫化舒林酸具有抗侵袭的功能是通过改变miRNAs表达实现的。

5 展望

miRNAs作为一种内源性非编码小分子RNA，在细胞增殖、发育、分化、代谢、造血、凋亡、免疫和肿瘤发生、发展过程中发挥重要作用，各领域科学家、学者、科研机构对miRNAs均已给与了高度关注及深入研究。目前研究miRNAs的主要挑战是预测目标miRNAs的靶基因与验证其生物功能，并且多种信号通路的调控机制的进一步阐明。但是常规生物信息学方法的往往得到海量的miRNAs靶基因数据，因而更为准确和合理的靶基因筛选方法目前迫切需要。目前主要是采用人工合成的miRNAs转染技术使其高表达或利用反义技术使目标miRNAs低表达，但是由于miRNAs调控多种靶基因，本身在生成、剪切、功能发挥的过程中又受到多方面因素左右，如何确保上下调的高效性和专一性或直接寻找肿瘤特异性的miRNAs非常关键。

随着各种研究miRNAs技术的不断推陈出新，使得对miRNAs作用机制研究的进一步深入，miRNAs无论是作为诊断标志物，或是作为治疗的靶点，甚至是以药物的角色应用于临床，必将逐渐推广并且最终变为现实。

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（收稿日期：2016-10-26 本文编辑：李岳泽）