microRNA与胃癌肿瘤干细胞研究进展△

张小蓓，张保贵

济宁医学院附属医院1中心实验室，2胃肠外科，山东 济宁2720290

全球胃癌高发地区主要集中于中国、日本和韩国，据世界卫生组织发表的《全球癌症报告》统计，中国每年胃癌新增病例和死亡病例均居全球首位。尽管新的辅助诊断工具和治疗手段不断出现，但部分进展期胃癌患者的术后预后仍较差，5年生存率低于30%[1]，这主要归因于胃癌的复发和转移。越来越多的研究表明，胃癌肿瘤干细胞在胃癌的发生、发展过程中发挥着至关重要的作用，是引起胃癌耐药、转移以及术后复发的主要原因。胃癌患者在经过常规手术治疗或辅助放化疗后，胃癌肿瘤干细胞的数量并没有减少，反而出现富集、休眠现象，这也是胃癌转移和复发的根源[2-5]。然而，胃癌肿瘤干细胞的具体作用机制并不十分明确，目前多数研究主要集中于上皮-间质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）、肿瘤微环境等方面[6-9]。因此，研究并明确胃癌肿瘤干细胞调控胃癌发生、发展的具体机制，确定可靠的治疗靶点，对延长患者的生存时间，改善其生活质量尤为重要。诸多研究表明，微RNA（microRNA，miRNA）在胃癌的发生、发展过程中具有重要作用，尤其是其能够参与胃癌肿瘤干细胞的自我更新、多向分化潜能的调节，这为胃癌防治策略的研究提供了一个新的方向。

1 胃癌肿瘤干细胞

研究表明，绝大多数肿瘤细胞具有无限增殖的能力，但只有极少一部分亚群具有自我更新和多向分化的潜能，并且与肿瘤形成、复发、转移、耐药等密切相关[10]。也只有这一部分肿瘤细胞亚群能够制造出新的肿瘤细胞[11]，这些细胞亚群被称为肿瘤干细胞。肿瘤干细胞在再生医学应用中非常重要，因为其具有自我更新和分化为肿瘤细胞的能力。

目前，胃癌肿瘤干细胞的分离方法有多种，但其主要从人原代胃癌细胞或胃癌细胞系中分离提取，进而再进行干细胞特性的鉴定。鉴定胃癌肿瘤干细胞的表面标志物有很多，如Takaishi等[12]证明的CD44，可作为多种胃癌细胞系（NCI-N87、AGS、MKN-28、MKN-45等）中胃癌肿瘤干细胞的潜在细胞表面标志物。Zhang等[13]研究表明，CD44+/CD24+组合标志物也可以作为胃癌肿瘤干细胞的潜在生物分子学标志；Han等[14]也证明上皮细胞黏附分子阳性（EpCAM+）/CD44+细胞具有干细胞特性，即EpCAM+/CD44+同样可以作为胃癌肿瘤干细胞的分子标志物。通常将这些标志物单独或组合作为分选胃癌肿瘤干细胞的表面标志物，利用流式细胞分选技术或免疫磁珠分选技术等将胃癌肿瘤干细胞分离出来。

通过相关研究，人们对胃癌的再认识发生了革命性的改变。但是许多研究仅仅聚焦在胃癌肿瘤干细胞的干性基因及维持其干性和致瘤性产物的研究上，而对于胃癌肿瘤干细胞具体的分子水平调控研究仍然比较匮乏。

2 miRNA

miRNA是在转录后水平负调节基因表达的短的非编码RNA，是内源性非编码小RNA分子家族成员，包含20～24个核苷酸，在细胞内具有多种重要调节作用。主要通过与靶基因的3′-UTR相互作用来导致基因沉默或抑制蛋白表达，从而参与机体生长、发育等生命过程[15-16]。每个miRNA都具有靶向多个基因并调节各种信号转导途径的潜力，同时也可以受多个基因调控。因此，即使生物体内的miRNA序列很短小，也能够通过这种调控形式形成放大的基因调控网络，调控诸多信号通路。

尽管miRNA不编码蛋白质，但其在生理过程和许多疾病的发病机制中起关键作用，尤其是对干细胞的各种生物学行为的调控起关键作用，如自我更新、多潜能性和分化等[17]。相关研究表明，miRNA是调控干细胞命运的关键分子，这种调控表现为对细胞和组织特异性基因表达的调节。miRNA能够通过调节致癌基因或肿瘤抑制基因的表达来调控各种肿瘤的进展。越来越多的证据表明，miRNA在胃癌肿瘤干细胞的生长、侵袭、转移、血管生成及耐药方面起着重要的调控作用[18-20]。各种miRNA表达谱也有可能成为胃癌的生物标志物，这在胃癌的早期诊断、疗效评估、复发和转移预测及生存预后等方面具有极其重要的意义。

3 miRNA调控胃癌肿瘤干细胞

3.1 miRNA对胃癌肿瘤干细胞的调控

miRNA参与调控肿瘤干细胞的分化、自我更新等多种生物学行为，对肿瘤干细胞的重要性不可忽视。Liu等[21]利用miRNA微阵列技术验证了MKN-45细胞系中胃癌肿瘤干细胞的miRNA表达谱，发现9个miRNA上调，173个miRNA下调，表明miRNA具有癌基因或者抑癌基因的功能，这也证明了miRNA对肿瘤干细胞的调节具有双向性。

诸多miRNA通过各种信号通路调控胃癌肿瘤干细胞的干性进而影响胃癌进展，这些信号调控通路与正常干细胞的信号调控通路[转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）[22]、Wnt[23]、Notch[24]和磷脂酰肌醇3-激酶/丝苏氨酸蛋白激酶/雷帕霉素靶蛋白（PI3K/Akt/MTOR）[6]等]相同或相似。下调miRNA-106b引起Smad7表达增加，Smad7作为Smad信号的抑制蛋白，能够抑制Smad2/3的磷酸化并且能够抑制TGF-β受体的表达，进而阻断了TGF-β/Smad信号通路，导致CD44+胃癌肿瘤干细胞的干性特征受到抑制[22]。过表达或敲减miRNA-501-5p能够上调或下调胃癌细胞系中CD44、CD133、Nanog和SOX2等分子的表达，后来进一步证实miRNA-501-5p能够通过靶向DKK1、NKD1和GSK-3β激活Wnt/β-catenin信号通路进而增强胃癌肿瘤干细胞的干性[25]。

许多miRNA均能够影响胃癌肿瘤干细胞的侵袭、迁移等生物学行为，从而影响胃癌的治疗及预后。有研究发现，miRNA-20a和miRNA-92a的表达与胃癌患者的总生存期呈负相关，而miRNA-92a可作为独立预测胃癌预后的分子标志物。同时研究者们利用胃癌细胞作为研究模型，发现miRNA-17-92基因簇通过靶向调控E2F1和HIPK1蛋白激活Wnt/β-catenin信号通路，进而增加了EpCAM+细胞数量，实现了胃癌肿瘤干细胞的自我更新和细胞增殖[19]。miRNA-34是正常干细胞和肿瘤干细胞的重要调节因子，在胃癌细胞系KatoⅢ中miRNA-34通过bcl-2、Notch和HMGA2直接调控干细胞的自我更新等[24]。另外，有研究者发现上调miRNA-483-5p能够激活Wnt/β-catenin信号通路，从而提高胃癌细胞系MKN-45中胃癌肿瘤干细胞的增殖、侵袭和自我更新能力。由此推测，miRNA-483-5p可以作为胃癌潜在的治疗靶基因[20]。Pan等[26]证明miRNA-196a-5p通过靶向Smad4调控胃癌肿瘤干细胞EMT，若抑制miRNA-196a-5p则减低胃癌肿瘤干细胞集落形成及侵袭能力，因此miRNA-196a-5p可作为胃癌治疗的潜在靶点。

诸多miRNA参与调控胃癌肿瘤干细胞的干性、自我更新和分化等，而以miRNA为靶点的肿瘤治疗应以改变肿瘤干细胞生物学特性，消除其自我更新能力及增殖能力，增强肿瘤细胞对药物的敏感性为目标。目前，不同miRNA在调控胃癌肿瘤干细胞生物学行为中的确切机制尚未完全阐明。胃癌肿瘤干细胞与胃癌的发生、转移及耐药等密切相关，因此深入研究miRNA对胃癌肿瘤干细胞的调控必将有助于胃癌治疗新策略的发展。

3.2 miRNA相关胃癌肿瘤干细胞的治疗策略

目前大量研究结果显示，miRNA在胃癌发生、发展的每个阶段均发挥重要作用，越来越多的研究将miRNA作为肿瘤治疗的靶点，通过表观修饰等各种方式纠正miRNA的表达量从而达到抑制或杀灭肿瘤的目的。

2013年《Nature Biotechnology》[27]指出miRNA-34的模拟物MRX34作为第1个miRNA抗肿瘤药物已进入Ⅰ期临床试验，其稳定性和细胞的低摄取率是需要解决的两大难题，其对人体的安全性和耐受性也需要进一步评估，但MRX34的出现仍为肿瘤治疗带来了新的希望。

近年来，越来越多的研究聚焦于miRNA的表达与靶向胃癌肿瘤干细胞的治疗上。Jang等[28]将包含有L-赖氨酸-咪唑-miRNA-34a的纳米囊泡复合物递送到小鼠原位移植胃癌模型和皮下移植胃癌模型中，结果表明这种复合物具有很好的传送效率并且能够明显抑制肿瘤细胞CD44的表达，并加速了小鼠原位移植胃癌模型中胃癌细胞的凋亡，这证明含有L-赖氨酸-咪唑-miRNA-34a的纳米囊泡复合物能够抑制胃癌肿瘤干细胞的增殖；后来，Pan等[26]发现miRNA-196a-5p与胃癌肿瘤干细胞的集落形成能力和侵袭能力呈正相关，并提出可以开发基于miRNA-196a-5p的纳米胶囊和纳米载体等作为胃癌治疗剂。

miRNA的失调往往是导致胃癌发生的诱因，失调的miRNA能够通过多种信号转导途径对胃癌肿瘤干细胞进行调控，因此将miRNA或其模拟物等作为抗肿瘤药物将为胃癌的治疗提供新途径，通过有效的载体靶向肿瘤干细胞输送抗肿瘤药物必将有助于人们早日攻克胃癌的治疗难题。

4 展望

肿瘤干细胞是肿瘤发生、转移及耐药的主要原因，因此研发针对肿瘤干细胞的新疗法来提高肿瘤患者的生存率意义重大而艰巨。目前，很多针对胃癌肿瘤干细胞治疗的药物其作用机制主要分成两类：消除胃癌肿瘤干细胞或者消除胃癌肿瘤干细胞的干性，即利用胃癌肿瘤干细胞的特异性表面标志物作为靶点，或者靶向胃癌肿瘤干细胞增殖分化的信号通路，旨在清除胃癌肿瘤干细胞或靶向干扰截断其作用通路以达到根治胃癌目的。研发新疗法的前提是明确调控肿瘤干细胞生物学功能的具体分子机制。

以miRNA为靶分子的肿瘤治疗策略旨在改变肿瘤干细胞的生物学特性以及其自我更新能力等。大多数有关miRNA的功能及其在干细胞产生或分化中的作用的研究大部分来自于细胞培养模型，从研究miRNA对胃癌肿瘤干细胞产生和分化的影响入手，研究miRNA对胃癌肿瘤干细胞生物学行为的调控作用，这将有助于研究开发更好的胃癌治疗靶点。而不断完善的实验体系及越来越有效的靶向分子输送材料的出现，必将极大地促进靶向miRNA等标志物杀灭胃癌肿瘤干细胞目标的早日实现，从而大大改善胃癌患者的治疗效果及其生活质量。