miRNA在结直肠癌中的研究现状

王小昆，张玉成，吴晓冬

(吉林大学中日联谊医院 科学研究中心，吉林 长春130033)

*通讯作者

miRNA在结直肠癌中的研究现状

王小昆，张玉成，吴晓冬*

(吉林大学中日联谊医院 科学研究中心，吉林 长春130033)

MicroRNA(微小RNA，miRNA)是一类大小约19-25nt的短链非编码RNA，人类已发现1000多种miRNA，参与调节了人60%以上的人类基因[1]。MiRNA由RNA polymeraseⅡ转录成较长的初级产物pri-miRNA，然后在Drosha和DGCR8酶的作用下，剪切为约70nt并具有独特发卡结构的pre-miRNA,后者在胞质中Dicer酶的作用下被剪切为双链互补的RNA，双链解开，释放成熟的单链miRNA。成熟miRNA整合到miRISC(miRNA诱导沉默复合体)中发挥生物学作用[2]。miRNA发挥作用需要与靶基因的3’端非编码区(3’UTR)结合，完全匹配的结合可使靶基因mRNA降解，而不完全匹配的结合则使靶基因mRNA的翻译受到抑制[3]。但Lytle J R等[4]研究表明，miRNA不仅可以与靶基因3’UTR 结合，也可与靶基因5’UTR甚至与编码区结合而发挥作用。研究发现，一个基因可以同时受到多种miRNA的调节，同时一个miRNA也可以参与调节多个基因，miRNA与靶基因的相互作用是复杂的网状结构[5]。miRNA在进化上高度保守，这使得通过生物信息学分析预测miRNA的靶基因成为可能，已有少部分靶基因被鉴定和实验确证。

结直肠癌是消化系统最常见的恶性肿瘤，2014年美国癌症协会最新数据表明，结直肠癌发病率和死亡率居所有癌症的第三位[6]。随着饮食习惯的改变和检测手段的发展，在过去认为发病率不高的我国，结直肠癌的发病率也呈升高态势。目前，根治结直肠癌最有效的方法仍是手术切除联合化疗。约有三分之一的患者会有淋巴结或远处转移，早期患者五年生存率可达到80%-90%，晚期和转移癌患者五年生存率仅为15%[7]，所以早发现、早诊断、早治疗成为结直肠癌最重要的防治手段。结直肠癌的发病机制未明确，是一个多因素，多步骤的渐进过程[8]。运用高通量的筛查和定量PCR的确证的方法已发现多种miRNA在结直肠癌中存在异常表达(表1)。

1 miRNA在结直肠癌患者粪便中的表达与作用

最近几年研究发现，结直肠癌患者粪便中miRNA存在表达异常。异常的粪便miRNA可能来自癌细胞，随癌细胞脱落入粪便，或由癌细胞破碎降解后作为自由的核酸分子进入粪便[9]。相比正常个体，结直肠癌患者粪便中的miR-21、miR-106a和miR-92呈高表达[19]，而miR-4478、-1295b-3p、-29a、-145、-223、-224呈低表达[11,12]。MiR-20a-5p、miR-21-3p和miR-141在外科术后患者粪便中的表达水平与术前相比明显降低[9]，提示这组miRNA可以作为可信赖的结直肠癌二级预防指标。香港中文大学的一项研究表明，miR-221和miR-18a在结直肠癌患者粪便中的表达明显增高，miR-221和miR-18a的AUC(area under receiver operating characteristic curve，受试者特征曲线下面积)分别是0.73和0.67，证明它们可以作为无创性的结直肠癌诊断指标[10]。

2 miRNA在结直肠癌患者循环系统中的表达与作用

2.1 循环miRNA的发现

Lawrie等的研究表明，弥漫大细胞淋巴瘤患者血清中miR-155、miR-21和miR-210表达明显增高，且miR-21与患者的无瘤生存期密切相关[20]。此后，很多研究报道了循环miRNA与多种肿瘤的早期诊断、治疗效果和预后相关。循环miRNA以其稳定性高，重复性好和易于取材等优点，显示了巨大的临床应用价值[21]。

2.2 循环miRNA与结直肠癌

研究表明，循环miR-15b、-17-3p、-17-5p、-18a、-19a、-19b、-29a、-335在结直肠癌中表达明显上调，循环miR-9、miR-30-3p和miR-101在结直肠癌表达明显下调[13,14]。同时，miR-18a仅在高级别的腺瘤中呈高表达，提示循环miRNA的表达也有相对特异的变化。结直肠癌患者血清中的miR-17-3p的相对表达量明显高于正常对照，其表达与淋巴结转移、分化程度、T N M分期均相关，ROC曲线(receiver operating characteristic curve)分析表明miR-17-3p对结肠癌的诊断敏感性为87%,特异性为62%，AUG为0.910，明显优于CEA等传统肿瘤标志物[22]。Huang Z等[23]研究表明，结直肠癌患者循环miR-29a能区分正常人和高级别腺瘤患者(敏感度为62.2%，特异性为84.7%)以及正常人和结肠癌患者(敏感度为69.0%，特异性为89.1%)，同时结直肠癌患者循环miR-92a也能区分正常人和高级别腺瘤患者(敏感度为64.9%，特异性为81.4%)以及正常人和结肠癌患者(敏感度为84%，特异性为71.2%)，将miR-29a和miR-92a联合考虑诊断结肠癌则更价值，其敏感度为83.0%，特异性为84.7%。也有研究表明，高水平的或者术后重新升高的循环miR-155是结直肠癌化疗耐药的标志，高水平的或者术后重新升高的循环miR-155、miR-200c、miR-210则预示结直肠癌的复发、转移和预后不良[24]。对循环miRNA越来越多的研究表明，循环miRNA对于结直肠癌早期诊断、疗效评估和预后判断有着广阔的应用前景。

表1 结直肠癌中异常表达的microRNA

3 miRNA在结直肠癌组织中的表达与作用

3.1 miRNA在结直肠癌组织中的表达

目前大量的研究集中在miRNA在结直肠癌组织中的异常表达，结直肠癌组织是研究miRNA与结直肠癌关系最常用的材料。通过基因测序、微阵列分析、定量PCR和原位杂交等方法，确证了数百种在结直肠癌中异常表达的miRNA。研究表明，miR-17-92家族、-106a、-31、-181b、-183、-135a/b、-200a/b/c家族、-203、-224、-376a、-592、-96、-135b、-660、-452、-16、-182、-21、-19a等在结直肠癌组织表达显著增高，而let-7、miR-34、-342、-345、-9、-129、-137、-143、-145、-29b、-195、-885-5p、-328、-766、-30a、

-139-3p、-1、-490-5p、-490-3p、-187等在结肠癌组织中表达显著降低[15-17,25-27]。其中，miR-21在至少七篇报道中被证明在结肠癌中高表达[26]。总之，有大量的miRNA已被确证和结直肠癌相关，并且深入研究发现了miRNA在直肠癌中有广泛的调节作用。

3.2 miRNA在结直肠癌中的作用

3.2.1 miRNA与结直肠癌的肿瘤形成相关 结直肠癌可由结直肠腺瘤演化进展而来，研究表明，miRNA在早期的结直肠腺瘤中存在异常表达，提示miRNA有引发肿瘤形成的作用，miRNA的表达差异可以用来区分正常结直肠、结直肠腺瘤和结直肠癌[28]。MiR-21在结直肠腺瘤和结直肠癌中均存在高表达，通过原位杂交法证实，从结直肠腺瘤到结直肠癌的转变过程中，miR-21的表达量显著增加，且在裸鼠体内高表达的miR-21可以促进肿瘤形成，更证明了miR-21有促进肿瘤形成的作用[29-31]。进一步研究表明，miRNA可以通过影响Wnt/β-catenin信号通路的强度进而影响肿瘤形成，且有超过90%的结直肠癌存在信号通路的变化[32]。Nagel R等[33]研究表明，结直肠腺瘤中高表达的miR-135b作用于靶基因APC，并且APC基因也是Wnt信号通路的重要组成部分，在结直肠腺瘤中存在活跃的APC基因突变。APC基因突变检测已成为结直肠癌的重要筛查指标应用于临床。

此外，靶基因mRNA上的miRNA结合位点出现的SNP(single nucleotide polymorphism，单核苷酸多态性)与肿瘤发病风险相关，也可作为部分肿瘤的遗传易感性标记[34]。

3.2.2 miRNA与结直肠癌的TNM分期相关 TNM分期是结直肠癌患者选择治疗方式的重要参考因素，研究表明，高表达的miR-31与结直肠肿瘤的TNM分期和原位侵袭密切相关[35]。MiR-29a在结直肠癌中高表达，且与较晚的TNM分期相关[36]。对这些miRNA的深入研究有望为结直肠癌治疗方法的选择提供参考。

3.2.3 miRNA与结直肠癌的增殖、转移和侵袭相关 研究表明，高表达的miR-21通过调节多个靶基因发挥了促进结直肠癌细胞增殖、侵袭和转移的作用。MiR-21的众多靶基因中，已经被实验证实的有PDCD4(programmed cell death 4)[37]、RHOB(ras homolog gene family member B)[38]、PTEN(phosphatase and tensin homolog)[39]、Cdc25A(Cell division cycle 25 homolog A)[40]、TPM1(tropomyosin 1)[41]等。

此外，miR-610通过抑制HDGF(hepatoma-derived growth factor)而抑制结肠癌细胞增殖、转移和侵袭[42]。MiR-31通过抑制RhoBTB1(Rho-related BTB domain containing 1 )而抑制结肠癌细胞系的增殖和转移[43]。Wu J等[44]研究表明，miR-34a属于P53相关基因，且通过调节Fra-1(Fos-related antigen-1)抑制结肠癌细胞的增殖和侵袭。

3.2.4 miRNA与结直肠癌化疗敏感性相关 将化学合成的miR-34a类似物转染到DLD-1细胞系后，在观察到明显的细胞增殖能力降低的同时发现DLD-1细胞系对化疗药物5-氟尿嘧啶敏感性增强[45]。在一项包括中美两国人群的研究中发现，miR-21的表达与5-氟尿嘧啶化疗效果直接相关，即高表达的miR-21导致结直肠癌组织对5-氟尿嘧啶产生耐药抵抗，进一步研究发现，miR-21诱发结肠癌细胞系对5-氟尿嘧啶的抵抗作用是通过下调DNA修复蛋白MSH2(MutS homolog 2)而发挥作用[46,47]。

也有研究表明，BER(base excision repair)基因3′UTR上与miRNA结合区域的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism，SNP)影响结直肠癌5-氟尿嘧啶的化疗效果[48]。种种研究表明，miRNA在结直肠癌化疗中有巨大的潜在应用价值。

3.2.5 miRNA与结直肠癌患者预后相关 多个研究表明，高表达的miR-21与结直肠癌患者生存期和治疗效果呈负相关，miR-21甚至可以作为一个独立的结肠癌预后标志物[15,46]。类似研究表明，miR-320、-498、-185、-133b、-376a等多种miRNA均与结直肠癌患者治疗效果和生存期相关[25,49,50]。

3.2.6 miRNA在不同人种的结直肠癌中作用存在明显差异 值得注意的是，一项对5种miRNA(包括miR-20a、-21、-106a、-181b、-203)的研究，标本取自106名非裔美国人患者(African American patients)和239名白人患者(non-Hispanic Caucasian patients)，发现这些miRNA对于不同人种和分期的结直肠癌的预后价值有明显差异，结果显示，高表达的miR-203与白人IV期结直肠癌不良预后相关，而高表达的miR-203则与黑人I 期和II期结直肠癌不良预后相关，高表达miR-181b则仅与黑人III期结直肠癌不良预后相关[51]。另一项在非裔美国人和白人患者之间的研究发现，非裔美国人中miR-1207-5p表达量相比对照组增高八倍以上，而白人中miR-1207-5p表达量仅为对照组1.2倍左右，这种高表达与非裔美国人中miR-1207-5p的靶基因PVT1(plasmacytoma variant translocation 1)的表达增高相关[52]。

4 展望

粪便miRNA和循环miRNA由于其存在环境的复杂，仍需更多的研究对其是否来自于结肠癌细胞进行确证，并且同一病人的粪便miRNA、循环miRNA和癌组织miRNA表达水平的相关性仍少有研究。

为将miRNA应用于结直肠癌的诊治，仍有多个难题需要攻克：其一，能够用来发现结直肠癌的miRNA或其组合仍不能确定。其二，由于miRNA和靶基因之间的复杂网状关系，以miRNA为基础精准的打击靶基因成为又一难题。其三，miRNA表达存在明显的种族差异甚至个体差异，也大大增加了miRNA应用于临床诊治的难度。

对miRNA在结直肠癌中的作用和机制仍需大量深入的研究，将来miRNA定能应用于结直肠癌的预防、诊断、和治疗。

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