miR-21-3p与肿瘤研究进展

杜小林，王襄阳，毛修月，李 恒，田新华

(厦门大学附属中山医院神经外科，福建 厦门361012)

癌症严重影响着人类的身心健康，目前其发病机制和病因尚不十分明确。为降低癌症的发病率、死亡率并改善患者的预后还有很多问题和难点需要研究探索。微RNA(microRNAs，miRNAs)是肿瘤研究的热点之一,大部分miRNA的异常表达在肿瘤的发生、发展中发挥着重要作用。过去认为随从链最终被降解，因此关于此研究较少，从而忽视其潜在作用。随着研究的深入发现，随从链miRNA*也在许多肿瘤的发生发展中扮演着一定的角色，与肿瘤的增殖、迁移以及预后等相关[1]。研究发现，miR-21-3p在泌尿系恶性肿瘤(肾癌、前列腺癌)[2-3]、消化道恶性肿瘤(食管癌、胃癌、肝癌、结直肠癌)[4-6]、女性生殖系统恶性肿瘤(卵巢癌、宫颈癌、子宫内膜癌)[7-8]、头颈部恶性肿瘤(喉癌、口腔癌)[9]、皮肤恶性肿瘤[10]，呼吸系统恶性肿瘤(肺癌)[11]、乳腺癌[12]等中高表达，但具体功能不一。现就miR-21-3p与肿瘤的相关性进行综述。

1 miR-21-3p简介

miRNAs是一种长约22个核苷酸的非编码内源性小RNA，广泛存在于动植物中,许多miRNA在转录后水平发挥抑癌或促癌作用，其中miRNA 21也称为hsa-mir-21、miRNA21、miR-21，其由miR-21基因编码，是最早发现的哺乳动物miRNAs之一，人类miR-21基因位于染色体17q23.2上[13]。miR-21的形成过程首先是细胞核内编码miR-21的基因被RNaseⅢDROSHA复合物剪切加工成长为70～100 nt 的带有茎-环结构的miR-21前体(pre-miR-21)，然后在Ran-GTP依赖的转运蛋白Exportin5的介导下从细胞核转运到细胞质，之后进一步经RNAseⅢ酶Dicer(果蝇中为Dicer1)剪切为约22 nt大小的双链RNA分子,即所谓的引导链(miRNA)和随从链(称为miRNA*)。过去认为，引导链被选择性加载到Argonaute(AGO)蛋白上，然后进一步装配到miRNA诱导的沉默复合体中，与靶基因信使RNA(message RNA，mRNA)结合，从而发挥相关调控作用，而随从链因其较低的表达水平而被解旋酶降解[14]。然而最新证据表明，miRNA*在某些组织中的表达高于miRNA[15]，而且还可以作为功能链发挥重要作用[16]。如今对miRNA与miRNA*的命名逐渐被“miRNA-x-5p”和“miRNA-x-3p”所替代，如miR-21-5p和miR-21-3p，分别表示从pre-miR-21的5′端和 3′端加工而来。但miRNAs还存在许多亚型，这一发现开始颠覆经典的“一臂一miRNA”的观点[17-18]。

2 miR-21-3p与肿瘤

在我国，癌症已经成为人群死亡的首要原因，如此高的死亡率无疑给患者及其家属带来巨大的精神和经济负担，但治疗措施仍无明显进步。miRNAs可作为一种新的、非侵入性的生物标志物，或可给肿瘤的诊断和治疗等提供指导性意见。miR-21-3p在很多常见肿瘤中异常表达，因此深入探讨miR-21-3p与肿瘤之间的关系对肿瘤的治疗具有潜在的重要作用。

2.1miR-21-3p与泌尿系统肿瘤 肾癌居泌尿系统恶性肿瘤的第二位,占成人恶性肿瘤的2%～3%，其发病率与年龄密切相关[19]。肾癌的恶性程度高,早期无明显症状，对放疗、化疗、内分泌治疗、免疫治疗、靶向治疗等均不敏感，导致肾癌的预后差、死亡率高。Osanto等[20]研究发现，在肾透明细胞癌中miR-21-3p呈高表达，并与L1细胞黏附分子(L1 cell adhesion molecule，L1CAM)的表达呈正相关，这导致肾癌细胞(A498、FoeHn、786-0)的迁移能力增强，从而缩短了患者的中位生存期。在正常肾脏中，L1CAM与miR-21-3p的表达无相关性,引导链miR-21-5p的表达也与L1CAM无相关性[1]。也有研究发现，miR-21-5p的过表达与肾癌患者的预后不良相关，这一机制与特异性AT-富序列结合蛋白1在肾透明细胞癌中表达的下调相关[2]。另外，前列腺癌虽然在我国的发病率低于西方国家，但随着老龄化的到来，其发病率也呈明显上升的趋势。研究发现，在前列腺癌PC3细胞中靶向miR-21-3p可显著抑制肿瘤细胞的增殖和侵袭能力[21]。在前列腺癌患者的尿液中miR-21-5p水平的上调有助于鉴别良恶性前列腺增生，特异性较好[3]。因此检测尿液中miRNAs的表达水平可能有助于预测泌尿系统肿瘤的存在。与其他miRNA一样，miR-21-3p可能也在泌尿系统肿瘤患者的血液中过表达。提示miR-21-3p、miR-21-5p可能在肾癌及前列腺癌中扮演着致癌作用，且miRNAs检测属于非创伤性检查。

2.2miR-21-3p与消化道肿瘤

2.2.1食管癌 现已证明miRNA谱在区分正常组织与肿瘤组织、肿瘤亚型以及预测癌症预后方面是有效的，但其应用于诊断和治疗还需要考虑检测技术的实用性以及miRNA测量的可重复性和特异性。食管癌是来源于食管上皮组织的恶性病变，其发病具有地区差异性，主要与遗传因素、饮食习惯、环境因素等相关。尽管经手术、放疗、化疗后患者的死亡率有所降低，但仍然比较严峻，缺乏良好的生物学标志物指导临床诊疗以及评估预后是其中的一个重要因素。最新数据表明，食管癌占癌症总体死亡率的第四位[22]。有学者利用微阵列分析和逆转录聚合酶链反应技术发现，hsa-miR-21*在食管鳞癌组织中的表达高于癌旁组织，并与食管癌的发病风险相关，此外还发现过表达miR-21-3p可使食管癌细胞Eca9706的侵袭和迁移能力增强[23-24]。提示miR-21-3p可作为癌基因增加食管癌的侵袭和迁移能力，但具体机制还有待进一步研究。与正常食管组织相比，miR-21-5p在食管癌组织中也呈高表达[4]。另外有研究发现，miR-21-5p的下调抑制了食管癌细胞的增殖能力，并诱导细胞凋亡，这一机制与细胞黏附分子2(cell adhesion molecule 2，CADM 2)/蛋白激酶B通路相关[25]。综上所述，无论是miR-21-3p还是miR-21-5p在食管癌中均具有致癌作用。基于在食管鳞癌中的差异表达，未来miRNA或许可用于高危人群的早期筛查和早期检测。

2.2.2胃癌 在我国，胃癌的总体发病率居恶性肿瘤的第二位，总体死亡率居第三位[22]，其病因复杂,与遗传因素、病原体感染、饮食因素、精神因素、地球化学因素、癌前状态等有关。早发现、早诊断、早治疗是改善胃癌患者预后的关键，但因缺乏有效的早期诊断的特异性标志物，大部分患者发现时已属晚期，导致患者的病死率高，预后差。Xu等[26]发现，胃癌组织中miR-21-3p和miR-21-5p的表达水平高于癌旁组织，且表达水平与患者的TNM分期有关，在有淋巴结转移的患者中miR-21-5p和miR-21-3p的表达明显升高(P<0.01)，不同的是miR-21-5p的表达与肿瘤分化程度相关，而miR-21-3p与肿瘤分化程度无关。提示miR-21-3p在胃癌患者中的表达或可指导评估是否存在潜在的淋巴结转移，帮助临床医师预测患者的预后。有研究发现，miR-21-5p可通过靶向Smad7诱导腹膜间皮细胞的上皮间充质转化以及促进肿瘤腹膜转移[27]。不仅如此，miR-21-5p还可以作为青年胃癌患者复发的预测指标，其预测胃癌复发的灵敏度和特异度分别为86.7%和65.5%[28]，结合病理学检查可更准确地预测患者的预后。miRNA作为肿瘤的生物标志物尚处于起步阶段，为使miRNA更好地应用于临床，必须对肿瘤患者进行大规模的研究评估。

2.2.3肝癌 我国肝癌的总体发病率居第四位，而总体死亡率居第二位，死亡率仅次于肺癌[22]。Tarasov等[5]发现，肝癌HeLa细胞经X线和丝裂霉素C处理后miR-21-3p的表达增加。用小檗碱作用于肝癌HepG 2细胞后miR-21-3p的表达也是升高的，其过表达是通过靶向3′非翻译区(untranslated region,UTR)，降低蛋氨酸腺苷转移酶(methionine adenosyltransferase,MAT)2A和2B的表达，从而增加HepG2细胞内S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosyl-methionine,SAM)的含量，抑制HepG2细胞的生长，并诱导其凋亡[29]。提示miR-21-3p具有抑癌作用。需要说明的是，MAT是催化SAM合成的一种细胞酶，在肝细胞癌中，MAT1A下调和MAT2A上调发生被称为MAT1A:MAT2A开关，该开关伴随着MAT2B表达的增加，导致SAM水平降低，促进癌细胞生长。

2.2.4结直肠癌 目前尚缺乏一种无创、可靠和经济有效的结直肠癌筛查方法。研究发现，结直肠癌中miR-21-3p的表达明显高于健康对照组[6,30-31]，其高表达具有性别依赖性[25]。miR-21-3p可促进结直肠癌细胞的迁移和侵袭，这一机制可能是通过负调节Smad7或促进上皮间充质转化实现的。研究发现，不同miR-21-3p亚型对结直肠癌的影响不同[18]。抑制miR-21-3p不仅通过Smad 4/胞外信号调节激酶信号通路直接靶向多重剪接RNA结合蛋白，从而抑制结直肠癌细胞的增殖、侵袭、迁移，诱导细胞凋亡，还可通过下调HCT 116细胞中cyclinD1和cyclinE的表达阻滞细胞周期[30]。Rotelli等[32]在结直肠癌患者术前的粪便中发现miR-21-3p的水平升高，但术后明显下降。以上研究提示，靶向miR-21-3p可能是治疗结直肠癌的潜在靶点，并可作为结直肠癌早期筛查以及预测预后的指标之一。miR-21-5p在结直肠癌中也异常表达，miR-21-5p与TET1(ten-eleven translocation 1)的结合位点在3′UTR，两者的表达呈负相关，这说明TET1是miR-21-5p在结直肠癌中的潜在靶点[33]。综上，miR-21-5p与miR-21-3p均与结直肠癌相关，是潜在的致癌基因，两者或许是结直肠癌诊断和预后的生物标志物。

miRNAs靶向目标mRNAs的3′UTR，导致mRNA降解或抑制其翻译，由于单个miRNA可以针对数百个mRNAs，调节多个生物学过程，包括凋亡、细胞分化、增殖。因此，针对单个miRNA的治疗可能产生较大的效果，影响无数的细胞过程。现在以miRNA为基础的治疗方式已逐步出现，如①反义寡核苷酸和miRNAs的合成类似物(Antagomirs)以沉默致癌miRNAs；②合成模拟物miRNAs (mimics)、化学修饰寡核苷酸或基于腺相关病毒的载体以恢复下调的抑癌miRNAs的表达。目前关于miRNAs*用于治疗的研究较少。

与其他系统的肿瘤相比，消化系统肿瘤与miR-21-3p的关系研究的相对较多。miR-21-3p参与了肿瘤的增殖、凋亡以及迁移、侵袭、转移等病理过程，其在部分消化系统肿瘤中不仅具有诊断价值，还能预测患者的预后，有巨大的应用前景，是高危人群早期筛查、早期检测以及治疗的生物标志物和可能的药物靶点。miR-21-3p与miR-21-5p的作用既存在相关性也具有不同性，虽然在大部分消化系统肿瘤中均具有致癌作用，但其作用的靶点是不同的。需要特别指出的是，miR-21-3p在肝癌HepG 2细胞中能抑制癌细胞的生长并诱导其凋亡，这提示miR-21-3p作为随从链并不是毫无作用的，其在一部分肿瘤中发挥着致癌基因的作用，也在一部分肿瘤中发挥着抑癌基因的作用。此外，由于粪便与肠腔直接接触，且大便中可能包含从恶性肿瘤中脱落的细胞，因此检测大便中miRNAs的表达，可能能预测消化道肿瘤的存在。

2.3miR-21-3p与女性生殖系统肿瘤

2.3.1卵巢癌 卵巢癌作为女性三大常见的恶性肿瘤之一，其致死率为妇科恶性肿瘤之首。研究表明，卵巢癌的发生发展与miR-21-3p密切相关，其表达与L1CAM的表达呈正相关，这导致患者的总生存时间和无病生存时间缩短[1]。而靶向miR-21-3p不仅显著抑制了卵巢癌SKOV3的增殖和侵袭，还可通过与多重剪接RNA结合蛋白、鸟嘌呤核苷酸交换因子以及锌指蛋白608的3′UTR结合，降低卵巢癌细胞对顺铂化疗的敏感性[21]。不仅如此，miR-21-3p高表达可通过靶向下调神经导航分子3而增加卵巢癌细胞对顺铂的耐药性[7]。与miR-21-3p不同，miR-21-5p对卵巢癌细胞A2780表现出增敏作用[8]。以上研究提示，miR-21-3p可促进卵巢癌细胞的增殖和侵袭，增强顺铂的耐药性。

2.3.2宫颈癌与子宫内膜癌 宫颈癌作为妇科最常见的恶性肿瘤之一，其发病与人乳头瘤病毒感染密切相关。子宫内膜癌占妇科生殖道恶性肿瘤的20%～30%,其高危因素较多，包括长期使用雌激素、不孕、功能失调性子宫出血、初潮早、绝经延迟、多囊卵巢综合征等。Han等[8]研究发现，在人乳头瘤病毒阳性的宫颈癌组织中miR-21-3p和miR-21-5p的表达明显高于正常对照组；在子宫内膜癌中，miR-21-3p不仅高表达，而且还与L1CAM的表达呈显著正相关，导致患者的总生存时间缩短，但无病生存时间不受影响,而L1CAM与miR-21-5p的表达无相关性[1]。以上研究提示，miR-21-3p可能是子宫内膜癌与宫颈癌的致癌因子。miRNAs在子宫内膜癌的发病中发挥着重要作用，在治疗方面的研究很有前景。目前仍然需要广泛的临床研究和转化研究来提高基于miRNA治疗的有效性。

2.4miR-21-3p与头颈部肿瘤 头颈部鳞状细胞癌是头颈部恶性肿瘤中病死率最高的，近年来其发病率和病死率逐年升高，约占我国全身恶性肿瘤的10%[34]。头颈部鳞状细胞癌在全球的发病率为14/10万，发病与遗传因素、生活环境(长期过度吸烟、嗜酒、有害化学气体)等有关[35-36]。Ganci等[9]发现，miR-21-3p的高表达是头颈部鳞状细胞癌复发的高风险因素。在头颈鳞状细胞癌中，与TP53基因突变相关的3种miRNA(miR-17-3p、miR-21-3p、miR-21-5p)的表达均与无复发生存时间和癌症相关生存时间有关[37]。口腔癌作为一种主要发生在口腔、唇、舌、牙龈或口咽的头颈部的恶性肿瘤与miR-21-3p的表达密切相关。研究发现，在口腔鳞状细胞癌组织中miR-21-3p的表达明显高于相应的癌旁组织，并与口腔鳞状细胞癌的生长、侵袭以及局部复发相关，致使无复发生存时间缩短[38-39]。转染miR-21-3p的抑制剂后，口腔鳞癌细胞的侵袭能力明显减弱。以上研究提示，miR-21-3p可促进口腔癌的复发转移，是影响口腔癌预后的因素之一。

喉癌也是头颈部恶性肿瘤之一，近年来其发病率也一直呈上升趋势。诸多研究发现，miR-21-3p在喉癌的癌组织和血清中高表达[40-42]。Zhang等[40]发现，喉癌患者血清中miR-21-3p的表达水平明显高于咽喉炎患者和健康人，喉癌的恶性程度越高，分化程度越低，血清miR-21-3p的表达水平越高，且术后血清miR-21-3p的水平低于术前。Cybula等[42]发现，miR-21-3p在喉癌中扮演着致癌基因的作用，其潜在的靶基因为卷曲蛋白4。

综上，miR-21-3p的上调可能影响头颈部鳞状细胞癌的发生发展。随着研究的深入，新技术为大规模的miRNA分类研究提供了新的可能性。进一步的基因组研究有可能扩大对miRNA在肿瘤中作用的认识。需要注意的是，对miRNA*功能的评估必须与miRNA引导链的功能效应相比较，才能准确地描述miRNA*的生物学效应。

2.5miR-21-3p与皮肤系统肿瘤 皮肤肿瘤也是较为常见的恶性肿瘤之一，主要包括黑色素瘤、皮肤鳞状细胞癌、皮肤基底细胞癌等。黑色素瘤的发病率虽然只占皮肤肿瘤的4%，但死亡率却占皮肤肿瘤的70%[43]，与其易侵袭、转移，导致治疗难度大有关。Babapoor等[39]在侵袭性黑色素瘤中发现，miR-21-3p与miR-21-5p均异常表达，且miR-21-5p在侵袭性黑色素瘤中的表达较原位黑色素瘤明显增加，但未进一步研究其具体的作用及机制。Kikulska等[10]也在非黑色素瘤皮肤癌(基底细胞癌和鳞状细胞癌)中发现了miR-21-3p的高表达，且其高表达伴随着表皮分化基因GRHL1(Grainyhead-like 1)和GRHL3的协同下调，这两种基因可能分别受miR-21-3p和miR-21-5p的调控,其中miR-21-5p调控GRHL3，而miR-21-3p通过与3′UTR相作用靶向调控GRHL1，与皮肤癌的形成有关。综上所述，miR-21-3p可能参与皮肤肿瘤的发生、发展。另外，一些新的候选miRNAs可能也与黑色素细胞系有关，可作为生物学标志物，通过测定其在血液循环中的水平，帮助早期发现远处转移[44]。对黑色素细胞中miRNAs功能的研究将进一步揭示黑色素瘤的发展和进展。

2.6miR-21-3p与肺癌 肺癌既是现今最常见的恶性肿瘤，也是癌症死亡的首要原因[22]。这主要是因为肺癌缺乏有效的早期筛查方法，而传统的筛查方法效果较差，导致肺癌发现得较晚，如果血清中存在相应的肿瘤标志物，那么有可能成为肺癌早期筛查、危险分层的一个重要方法。Jiang等[45]发现，非小细胞肺癌的癌组织以及血清中miR-21-3p的表达水平均高于健康对照组，且肿瘤组织中的表达水平与血清中的表达水平呈显著正相关，但miR-21-3p的表达与肺癌TNM分期、肿瘤分化程度无相关性。此外，miR-21-5p在肺癌中也是高表达，并与非小细胞肺癌的放疗具有相关性，抑制miR-21-5p可通过靶向错配修复基因2，增加非小细胞肺癌对放疗的敏感性[11]。

2.7miR-21-3p与乳腺癌 乳腺癌居女性恶性肿瘤发病率的首位[22]，且患者呈年轻化趋势。乳腺癌主要采用以手术治疗为主辅以多种治疗(放疗、化疗、内分泌治疗、基因治疗)的临床综合治疗模式，虽然现在乳腺癌的生存率明显提高,但晚期和复发性乳腺癌仍是困扰临床医师的难题。研究发现，miR-21-3p在乳腺癌患者中的表达是上调的[46-47]，其过表达能增加乳腺癌细胞KPL-4和MCF-7的增殖能力[41]。小檗碱可诱导乳腺癌细胞MCF-7中miR-21-3p的表达，从而抑制细胞色素P450 (cytochrome P450，CYP)酶系CYP1A1的表达，CYP1A主要参与活化多环芳烃类致癌物,抑制CYP1A的活性可抑制某些化合物在肝脏中产生毒性中间产物,降低致癌性,但miR-21-3p的高表达激活了芳烃受体[12]。此外，多环芳烃通过芳烃受体的介导以高度诱导CYP1A1形成，因此还需要进一步探索相关研究。某些miRNA可以预测乳腺癌患者的预后，如miR-210已被证明在乳腺癌中具有很强的预测预后的价值[48]。另外有研究发现，某些miRNA可能成为指导药物药理作用和毒性的关键调节因子[49-50]，这些发现将有助于更好地理解药物配置、多药耐药以及药物相互作用等。

3 展 望

随着人们对癌症的重视，关于miRNA与肿瘤调控方面的研究也取得了很大进展，但对miRNA *与肿瘤分子调控机制的研究仍处于初级阶段。众所周知，肿瘤的发生发展是一个复杂的过程，其致病机制及病因仍然不是十分明确。因此，寻找肿瘤致病的关键基因或明确肿瘤发病的启动环节可能是探讨多基因靶向联合治疗的新途径和新方法。鉴于miRNA*在诸多肿瘤发生、发展中发挥着重要作用，且广泛存在于人体体液 (血浆、血清、尿液、精液、经血)中，因而被认为是理想的疾病标志物，其作为恶性肿瘤研究的新热点，在未来或许会成为肿瘤诊断、靶向治疗、评估预后的无创生物标志物写入临床指南，从而为肿瘤的危险分层、治疗、预后提供个体化指导。