微RNA对结直肠癌耐药性的调控机制

成翠娥 王 斌

目前我国结直肠癌的发病率、病死率在恶性肿瘤中均位居第5位，且均呈上升趋势，严重威胁着国人的生命健康[1]。根治性切除术仍是结直肠癌治疗的首选方法，但术后的复发、转移使患者的远期生存率大大降低。随着抗肿瘤化学治疗(以下简称化疗)药物的不断应用，化疗的效果越来越得到认可。化疗不仅用于结直肠癌术前或术后的辅助治疗，还用于结直肠癌转移或因禁忌证而无法手术的患者，以达到延长患者生存期、改善其生活质量的目的。然而近年来结直肠癌细胞对化疗药物耐药性的出现，很大程度上影响了化疗的有效性。化疗耐药性可分为天然耐药性和获得性耐药性，而根据耐药谱又可分为原药耐药性和多药耐药性(multidrug resistance, MDR)。化疗耐药性产生的原因十分复杂，目前认为其生化机制有多个方面，包括肿瘤细胞内药物积聚减少(外排增加、摄取减少)，药物细胞毒性降低(灭活增加或活化降低)，细胞凋亡的抑制，细胞周期及其检查点调控的变化，DNA损伤修复功能缺陷，肿瘤干细胞(cancer stem cells, CSC)的作用，细胞代谢异常，以及表观遗传学修饰等。深入探讨结直肠癌耐药性的形成机制，提高临床化疗疗效具有深远意义，以下就微RNA(miRNA)对结直肠癌耐药性的调控机制作一综述。

1 miRNA与结直肠癌耐药的相关性

miRNA属于非编码RNA，是一种大小为21～25个碱基的非编码单链小分子RNA[2]，由具有发夹结构的70～90个碱基大小的单链RNA前体(pre-miRNA)经过Dicer酶加工后生成。miRNA在生物学中起着重要的作用，包括细胞增殖、分化、凋亡、新陈代谢和应激耐受等[3]。研究表明，miRNA具有类似癌基因或抑癌基因的作用，与肿瘤的发生和发展进程密切相关。随着研究的不断深入，发现miRNA不仅与结直肠癌的发生、发展有关，而且与结直肠癌的耐药性密切相关。miRNA主要通过抑制其靶基因的表达来产生效应，其部分靶基因可调控结直肠癌化疗耐药性。若miRNA的下游靶基因的耐药性增高，则其可提高结直肠癌对化疗药物的敏感性；反之，若miRNA的下游靶基因的耐药性降低，则其可降低结直肠癌对化疗药物的敏感性。近年来，miRNA对结直肠癌耐药性的调控机制得到了广泛的研究。

2 miRNA对结直肠癌耐药性的调控机制

2.1 MDR MDR是指肿瘤细胞对一种化疗药物具有耐药性的同时，对其他结构不同、作用靶点不同的化疗药物也具有耐药性的现象。MDR是结直肠癌表现最突出、最常见的耐药性，严重影响了患者的化疗疗效。ABC转运蛋白(ATP-binding cassette transporters)介导的药物外排泵机制是目前研究最多的MDR机制之一，包括多药耐药相关蛋白(multidrug resistance associated protein, MRP)、P-糖蛋白(P-glycoprotein, P-gp, 又名ABCB1、MDR1)和乳腺癌耐药蛋白(breast cancer resistance protein, BCRP, 又名ABCG2)等。ABC转运蛋白在跨膜区形成通道，其细胞质内面存在结合区，在Mg2+的介导下水解ATP，使得跨膜通道的构象发生改变，从而将疏水性的底物泵出细胞外。在结直肠癌化疗时，ABC转运蛋白的主动转运可将进入细胞的化疗药物泵出，减少细胞内的药物蓄积，从而减弱肿瘤的化疗疗效。miRNA通过干扰ABC转运蛋白家族能够改变肿瘤细胞的耐药性，其通过下调miRNA-302、miRNA-369、miRNA200c，减少对MRP-8(ABCC11)的抑制作用，来降低结直肠癌细胞对5-氟尿嘧啶的敏感性[4]，而MRP-8则被认为介导了细胞内5-氟尿嘧啶的外排[5]。在铂类化疗药物耐药细胞中，miRNA-297可在体内外下调MRP-2的表达，进而增加肿瘤细胞对多种化疗药物的敏感性[6]。miRNA-451可通过负调控ABC转运蛋白ABCB1的表达来增强伊立替康的疗效，其可能是耐药结肠癌治疗的新靶点，并可能成为预测结直肠癌患者对伊立替康敏感性的一个重要标志物[7]。同样，miRNA-519c靶向抑制ABC转运蛋白ABCG2和mRNA结合蛋白HuR，可降低对5-氟尿嘧啶和伊立替康的耐药性[8]。

2.2 细胞凋亡 化疗药物能够干扰肿瘤细胞的异常增殖，重新诱导细胞凋亡，从而达到消灭肿瘤细胞的目的。而凋亡蛋白的异常表达会导致化疗药物疗效降低，形成耐药性，其中Bcl-2蛋白家族的作用尤为突出。Bcl-2蛋白家族包括具有抗凋亡作用的Bcl-2、Bcl-w、Bcl-XL和具有促凋亡作用的Bax、Bak等。细胞凋亡的经典途径为细胞色素C从线粒体内膜分离，释放到细胞质激活caspase蛋白，进而引起相应底物的特异性切割，而Bcl-2蛋白家族通过调控细胞色素C而调节细胞凋亡过程。有研究[9]结果显示：miRNA-143在结直肠癌中低表达；过表达miRNA-143可增加5-氟尿嘧啶诱导的细胞凋亡；miRNA-143不仅增加caspase-3、caspase-8、caspase-9的活性，而且抑制Bcl-2介导的抗凋亡信号通路，从而增强结直肠癌对5-氟尿嘧啶的敏感性。另有研究[10]结果显示：miRNA-425-5p可抑制其直接靶点凋亡相关蛋白10的表达，从而介导对5-氟尿嘧啶和奥沙利铂的耐药性。

2.3 DNA损伤修复 尽管目前关于DNA损伤修复功能缺陷介导耐药性形成的研究相对较少，但部分miRNA已被证实参与了这一过程。作为机体DNA修复机制的一种形式，错配修复(mismatch repair, MMR)主要纠正碱基错配，防止基因突变和维持基因组稳定性。目前认为hMSH2和hMSH6蛋白可形成重要的MMR识别蛋白复合体来参与DNA修复。研究[11]结果显示，miRNA-21可通过抑制hMSH2和hMSH6蛋白的表达，导致结直肠癌细胞对5-氟尿嘧啶产生耐药；同时，miRNA-21的高表达可显著抑制5-氟尿嘧啶诱导的G2/M细胞周期阻滞和细胞凋亡，这也反映了MMR功能的缺陷。毛细血管扩张共济失调突变基因(ataxia-telangiectasia mutated gene, ATM基因)为磷脂酰肌醇3-激酶相关激酶家族的一员，在DNA双链断裂损伤修复过程中发挥着至关重要的作用。有研究[12]结果显示，miRNA-203可通过下调ATM蛋白激酶的表达导致奥沙利铂耐药产生。

2.4 细胞周期及其检查点 正常细胞在分裂过程中出现异常事件，如DNA损伤或DNA复制受阻时，细胞会启动自我调控机制使细胞周期阻滞，从而利于细胞进行自我修复，以保证复制的准确性。肿瘤细胞也存在类似的机制，导致部分肿瘤细胞在接触化疗药物后可通过自我调控使细胞周期阻滞，并进行自我修复，从而导致化疗耐药性形成。miRNA可通过调控细胞周期及其检查点而影响结直肠癌的耐药性。Song等[13]发现，miRNA-140可通过诱导G1期和G2期阻滞而引起结肠癌细胞对5-氟尿嘧啶耐药。而Zhang等[14]在研究miRNA-520g引起结肠癌化疗耐药的机制时发现，异常表达的miRNA-520g可下调P21蛋白的表达，使结肠癌细胞对5-氟尿嘧啶和奥沙利铂耐药，而P21蛋白则是细胞周期中重要的调节因子。

2.5 CSC 已有研究证实，肿瘤细胞中存在少量具有干细胞特性和特殊表面标志的细胞群体，被称为CSC。CSC可通过不对称性分裂维持自我更新和多向分化潜能，进而促进肿瘤形成和生长。CSC基于其特性一般处于G0期，极少进行增殖分裂，因而对大部分作用于肿瘤增殖期的化疗药物不敏感，CSC还有较强的DNA修复功能，并能通过表达ABC转运蛋白获得MDR。目前认为CSC在结直肠癌化疗耐药性形成过程中具有重要作用[15]。Xu等[16]发现，miRNA-328可减少结直肠癌干细胞样表型，并减少CSC的数量，过表达miRNA-328可抑制CSC的侵袭性并逆转其耐药性；进一步研究发现，miRNA-328可直接靶向基质金属蛋白酶16(matrix metallopeptidase 16, MMP16)和ABCG2，后者为介导MDR的ABC转运蛋白。

2.6 细胞代谢 细胞代谢异常已成为肿瘤研究领域的一个新热点，目前的数据表明代谢异常赋予了肿瘤细胞在应激状态下超常的生存能力，并可能也参与了对肿瘤耐药性的调控[17]。He等[18]发现，miRNA-122可通过下调丙酮酸激酶M2亚型(PKM2)的表达使结直肠癌耐药细胞恢复对5-氟尿嘧啶的敏感性，而PKM2的下调可抑制体内外糖代谢的进行。在另一项研究中，Li等[19]发现miRNA-34a可直接靶向乳酸脱氢酶A(LDHA)而抑制肿瘤细胞有氧糖酵解，进而恢复结直肠癌细胞对5-氟尿嘧啶的敏感性。将来可能会有更多的研究证实miRNA可通过调节细胞代谢而影响肿瘤耐药性。

2.7 表观遗传学机制 研究[20]发现，表观遗传学机制亦参与肿瘤耐药性的调节，其中包括DNA甲基化和组蛋白修饰。目前尚未发现通过表观遗传学修饰影响结直肠癌耐药性的miRNA，但在今后的筛选与分析研究中，此类miRNA可能会被逐步发现。

3 展 望

化疗是当今临床治疗结直肠癌的主要方法之一，有效延长了结直肠癌患者的生存期，但无论是细胞毒类药物还是靶向药物，均无法克服结直肠癌化疗耐药性的问题。miRNA通过对MDR、细胞凋亡、DNA损伤修复、细胞周期及其检查点、CSC、细胞代谢、表观遗传学等多种机制进行调控而影响结直肠癌的耐药性，可作为结直肠癌预后判断的分子靶标，并可能成为克服结直肠癌化疗耐药性的重要分子靶点。目前miRNA对结直肠癌耐药性调控机制的研究尚处于起步阶段，很多作用机制仍需进一步证实，但相信随着研究的不断深入，必将为结直肠癌的临床治疗提供新的策略。