miRNA-21在泌尿系统肿瘤中的研究进展

宋钱林，秦聪综述 杨嗣星审校

癌症是世界上导致死亡的第二大原因，给全球经济和社会发展带来了巨大的负担[1]。前列腺癌、膀胱癌和肾癌是泌尿系统中3种最常见的肿瘤[2]。有研究统计分析了2012年全球发生的1 410万新癌症病例和820万癌症死亡病例，发现前列腺癌、膀胱癌及肾癌分别位列2012年全球癌症发病率排名的第4位、第9位及第12位[3]。并且随着年龄的增长、城市化和工业化的发展、烟草消费的提高和空气污染等，泌尿系统肿瘤的发病率和病死率逐年上升。近年来，对miRNAs的研究证实其在致癌过程中承担着重要的角色，它们可以作为肿瘤抑制因子或癌基因参与致癌过程，通常被用作预测肿瘤分类、预后和治疗效果[4]。本文旨在对miRNA-21在肾癌、前列腺癌和膀胱癌这3种泌尿系统肿瘤中的作用和临床应用价值进行介绍，为肾癌、前列腺癌和膀胱癌的诊断和治疗提供理论依据。

1 miRNAs概述

1.1 miRNAs结构 miRNAs是一类长度为18～25个核苷酸的高度保守的小型非编码RNA。自1993年 Ambros和Ruvkun实验室在秀丽隐杆线虫中发现第一个miRNAs——lin-4开始[5]，随后的许多学者开始研究miRNAs的结构和功能，并发现miRNAs在许多生物体中都充当基因表达的转录后调节因子。miRNA基因的转录主要由RNA聚合酶Ⅱ介导，在较小程度上由RNA聚合酶Ⅲ介导，一般来说，miRNA基因先被转录成为数千个字节的长转录本——初级miRNAs(pri-miRNAs)[6]。随后，pri-miRNAs在细胞核中被一种RNAsⅢ酶(Drosha蛋白)转录为一个含60～100个核苷酸的发夹结构——前体miRNA(pre-miRNAs)。前体miRNA再由输出蛋白-5(exportin-5)和 ran-GTP 共同将前体miRNA输送到细胞质中，由另一种RNAsⅢ酶(Dicer)进行第2轮催化，产生由成熟miRNA引导链和miRNA过客链组成的双链约 22 个核苷酸产物。最后，当过客链被降解后，成熟的miRNAs被装载到RNA诱导沉默复合体(RNA-induced silencing com-plex，RISC)中[7]。大多数miRNAs是通过上述标准路径产生的，然而，还有一部分miRNAs是通过替代途径产生的，例如在细胞微处理器中或者独立通过Dicer方式生成miRNAs[8-9]。

1.2 miRNAs的功能 成熟miRNAs中5’非翻译区的2～7 个核苷酸的“种子序列”可以与靶mRNA的3’非翻译区(3’UTR)互补结合，在转录后水平上调节靶基因的表达，它们在细胞的分化、生长、增殖、凋亡和代谢中起重要作用[10]。牛善利等[11]通过细胞转染、RT-PCR及Westernblot等实验发现，miRNA-135b 过表达的鼻咽癌 CNE1 细胞的侵袭和转移能力明显增强，从而影响鼻咽癌细胞浸润扩散，并可通过调节 LATS2 的活性和表达水平来调控癌变和恶性程度。另外，miRNAs在消化、心血管、呼吸、生殖及神经系统等中都有着不可忽视的作用，有研究证实TNF-α 通过激活NF-κB通路使结肠上皮细胞内miRNA-21表达上调，miRNA-21 可促进 Akt 磷酸化和抑制PTEN的表达，经PTEN/PI3K/Akt信号通路引起肠上皮细胞屏障功能受损、增加肠黏膜通透性[12]。赖科峰等[13]发现在急性心肌梗死的老年患者血清中，miRNA-21 的表达被抑制，并可以通过激活JNK/p38/Caspase-3 信号通路抑制 TNF-α 诱导的心肌细胞凋亡。

1.3 miRNA-21与癌症 miRNA-21是最早发现的miRNAs之一，在哺乳类动物中，miRNA-21由miRNA-21基因编码，其成熟形式为hsa-miR-21，是一种保守的小分子RNA，由17号染色体长臂2区3带第2亚带的正链转录而来，它参与了细胞的生长、发育、衰老过程[14]。并且在多种人类肿瘤和癌细胞系中高表达，包括胃癌、胶质母细胞瘤、肾癌、卵巢癌、前列腺癌、肝细胞癌、宫颈癌和肺癌等[14-15]。研究发现miRNA-21可调节如PDCD4、PTEN、BCL2和CCL20等多种抑癌基因的表达而发挥生物学效应[16-17]，此外，miRNA-21还能通过调节原肌球蛋白1(TPM1)、转化生长因子-β(TGF-β)、表皮生长因子受体(EGFR)等的表达而参与肿瘤的发生发展[16]，这意味着miR-21很可能作为治疗肿瘤的靶点之一。

2 miRNA-21与前列腺癌

2.1 miRNA-21在前列腺癌高表达 前列腺癌是西方国家男性中最常见的癌症[18]。我国前列腺癌发病率虽然较西方国家低，但随着近年来人口老龄化的不断加剧、环境的恶化和医学影像技术的发展，前列腺癌发病率有明显上升趋势[19]。前列腺癌是前列腺组织的恶性肿瘤，虽然许多前列腺肿瘤生长缓慢，局限于前列腺内，大多不会降低患者的生活质量，但当前列腺癌进入去势治疗抵抗或转移阶段时，病死率非常高且预后很差，因此，应在早期发现并及时治疗[20]。尽管前列腺癌普遍存在于广大老年男性中，但没有早期诊断或预后的生物标志物可以特异和精确区分其侵袭性，在20世纪90年代早期，临床上引入了前列腺特异性抗原(PSA)试验，前列腺癌的检出率显著增加，该试验现已被用作临床常规筛查。然而，PSA水平不稳定的前列腺癌，可能由于感染、炎性反应或增生而出现假阳性结果，并且由于PSA水平与前列腺癌之间的相关性较差，可能会导致误诊和过度治疗[21]。因此，迫切地需要寻求特异性的生物标志物来识别前列腺癌的侵袭能力及其发展的阶段。

Song等[22]对miRNAs在前列腺癌的表达和其作为肿瘤标志物的潜力作了一项荟萃分析，结果发现包括miR-21在内的10余种miRNAs在前列腺癌组织中上调，而miR-21还可以预测前列腺癌的无复发生存率。miR-21参与调控与微血管增殖和肿瘤侵袭性相关的多种mRNAs的表达。其阳性表达与癌症的无复发生存率相关，从而对前列腺癌患者根治性前列腺切除术后的复发风险具有预测价值[23]。miRNAs的表达还与前列腺癌的去势抵抗和转移相关，并与临床参数(Gleason评分、淋巴结转移)正相关。因此，miR-21也可作为预测前列腺癌进展的生物标志物[24]。另外，有研究通过RT-PCR技术，定量检测了前列腺癌根治术标本基质和上皮中的miRNAs，发现miR-21在癌组织的间质和上皮中均有表达[25]。它的高表达被认为促进了前列腺癌细胞的增殖和肿瘤的生长，并且增加了肿瘤的治疗耐受性，因此，miR-21很可能是前列腺癌细胞生长的细胞自主驱动因子[26]。miR-21在前列腺的癌变过程中大量积累，用一种特定的反义寡核苷酸拮抗miR-21的作用，发现可以通过诱导癌细胞凋亡从而降低肿瘤细胞的体外和体内增殖，这表明miR-21可能是探索新的抗前列腺癌药物的潜在分子靶点[27]。

2.2 miRNA-21致前列腺癌的机制 阻断miR-21的表达可以抑制前列腺癌生长和转移，其机制可能为阻断miR-21的表达后，转化生长因子-β(TGF-β)诱导的内皮—间质转化(EndMT)也会被阻断，从而抑制了肿瘤组织内皮细胞的EndMT和上皮癌细胞的上皮—间质转化(EMT)，最终达到抑制前列腺癌生长和转移的作用[28]。另外，还有研究发现人组织激肽释放酶结合蛋白(kallistatin)能阻断转化生长因子-β1诱导的细胞氧化应激反应，而这种由miR-21所介导的细胞氧化应激和DNA损伤会导致细胞向肿瘤细胞的方向发展[29]。这些数据验证了miR-21在前列腺癌中的致癌作用及机制，并有希望在治疗中引入新的策略。

3 miRNA-21与膀胱癌

3.1 miRNA-21在膀胱癌高表达 膀胱癌是西方国家的第九大常见癌症，男性发病多于女性[30]。它的患病率和病死率在所有泌尿系肿瘤中仅次于前列腺癌[3]。膀胱癌具有多种遗传和表型特征，许多遗传因素如染色体异常、基因多态性、突变和表观遗传学改变等均与膀胱癌的发生和发展有关。根据病理学分型，膀胱癌分为2种不同的类型，即局限于黏膜或黏膜下层的非肌层浸润性膀胱癌(NMIBC)，以及侵入肌肉的肌肉浸润性膀胱癌(MBIC)[31]。虽然大多数患者(75%～85%)是属于非肌层浸润性膀胱癌，但经尿道膀胱肿瘤切除术后(TURBT)的5年复发率可高达75%，膀胱癌由于其高复发率和转移率而不易治愈，五年生存率约为57%[32]。大量的研究发现，在膀胱癌患者的肿瘤标本中及其尿液和血液中有多种miRNAs的表达谱发生显著改变，miRNAs的表达异常与膀胱癌的发展密切相关，可影响膀胱癌的化疗耐受性和预后[33]。miR-21在膀胱癌患者尿液、血液及肿瘤组织中高表达，它的表达可以促进膀胱癌的发展，miR-21的过度表达可通过抑制PTEN的表达而促进膀胱癌细胞的增殖、侵袭和抑制细胞凋亡[34]。

3.2 miRNA-21致膀胱癌的机制 有研究发现在膀胱癌肿瘤组织中miR-21的表达显著高于非肿瘤组织，而PTEN的表达显著低于非肿瘤组织；当miR-21过表达时膀胱癌细胞的增殖速度远快于对照组[34]。另一项研究发现，miRNA-21在膀胱癌中的功能和致癌活性有部分原因是通过抑制PPP2R2A的表达而过度激活ERK信号通路来实现的[35]。这些结果提示miR-21可能通过PTEN/PI3K/Akt信号通路以及PPP2R2A/MEK/ERK信号通路在膀胱癌中作为癌基因发挥作用，所以阻断miR-21的表达可能是治疗膀胱癌的有效途径。除了可能的治疗用途之外，miR-21在膀胱癌的诊断上也有很好的应用前景，miR-21作为膀胱肿瘤侵袭能力的检测指标，具有较高的敏感度和特异度[36]。一项系统评价表明miR-21的高表达与膀胱癌的总体不良生存率有关，并建议将miR-21作为膀胱癌早期发现、进展和复发的随访标志物[37]。

4 miRNA-21与肾癌

4.1 miRNA-21在肾癌高表达 肾癌是泌尿系统中最常见的肿瘤之一，发病率仅次于前列腺癌和膀胱癌，由于现今的影像学技术的发展和人们健康意识的提高，肾癌的早期发现率已经得到提高，但是还有相当一部分患者在确诊时已经发生了局部浸润和远处转移，并且预后较差[10]。

miR-21是与肾癌细胞的恶性生物学调控密切相关的miRNAs，有研究证实肾细胞癌中miR-21 的上调与肾癌患者的生存率降低有关，并且癌症发展阶段与miR-21表达也相关，表现为患者肿瘤样本中miR-21的高表达与癌症分期的增加同步上升[38-39]。Liu等[15]通过实验研究发现，与阴性对照相比，miR-21质粒促进了A-498细胞的细胞增殖；miRNA-21过表达组的细胞凋亡率和Caspase-3活性都受到抑制；并且miR-21的过表达显著抑制了细胞中p53和周期蛋白E2的表达，反之，miR-21的下调会显著激活p53的蛋白质表达，并抑制A-498的细胞增殖而诱导凋亡。张辉等[40]通过用miR-21的前体pre-miR-21和抑制物anti-miR-21分别转染肾癌Caki-1细胞，实时荧光定量PCR验证其转染效果，发现pre-miR-21和anti-miR-21 转染Caki-1细胞后能分别升高和降低细胞中miR-21 的表达量，随后观察发现 pre-miR-21 组穿透滤膜的细胞数明显增加，而anti-miR-21 组穿透滤膜的细胞数明显减少，从而证实miR-21与肾癌的侵袭转移相关。

4.2 miRNA-21致肾癌的机制 miR-21在肾癌中的作用机制可能是在转录后水平直接或间接地抑制肿瘤抑制因子PDCD4的表达[41]。研究发现PDCD4可以在转录和翻译水平上调节多种蛋白，这些蛋白参与了肿瘤的进展、细胞周期的发展、肿瘤的细胞侵袭和转移[16]。还有研究发现抑制miR-21的表达后CDKN1A(P21)的表达上调，表明miR-21可能通过抑制CDKN1A(P21)的表达从而促进肿瘤细胞增殖[42]。另一项研究检测miR-21在肾细胞癌(RCC)和正常肾细胞(NRC)中的表达，结果发现miR-21可以在翻译水平下调TCF21的表达，转录因子TCF21的下调可降低肾癌Caki-1细胞中KISS1的表达，从而导致肾癌向远处转移和侵袭[43]。以上研究结果证实miR-21与肾癌细胞的增殖、细胞凋亡的抑制、细胞的侵袭和转移都有密切的关系，从而为临床上治疗肾癌提供了新的思路。

5 总结与展望

由于对泌尿系肿瘤的发病机制及更深层次的遗传学变化的研究仍然有限，临床上的泌尿系统肿瘤患者往往治疗效果不佳，需寻找更好的泌尿系统肿瘤的诊疗方式。近年来的研究发现，miR-21在泌尿系统肿瘤中参与了肿瘤细胞的增殖、凋亡、侵袭和转移等多个方面的过程，其致癌机制主要是通过发生细胞的氧化应激和DNA损伤、激活PTEN/PI3K/Akt信号通路以及PPP2R2A/MEK/ERK信号通路、抑制肿瘤抑制因子PDCD4和CDKN1A(P21)的表达和下调转录因子TCF21等来实现的。多项实验研究表明阻断miR-21的表达后，前列腺癌、膀胱癌和肾癌细胞的增殖均受到抑制，并且细胞凋亡增加，侵袭性减弱，从而证实了miR-21的致癌作用。尽管研究miR-21在泌尿系统肿瘤中的作用取得了重大突破，但仍有许多精细的调节机制尚不完全清楚，目前的研究也仍然存在争议。然而，在临床实践中miR-21在泌尿系统肿瘤中的潜在价值已被普遍接受，也被证实其有可能成为泌尿系统肿瘤的诊断手段和有效的治疗靶点，为广大患者带来福音。