miRNA-31生物学功能及其与肿瘤关系的研究进展△

王一帆，吴琼，揭君津，刘丹妮，方荣#

1宁波大学医学院，浙江 宁波 315211

2华中科技大学同济医学院，武汉 430022

3中南大学湘雅医学院，长沙 4100310

微小RNA（microRNA，miRNA）转录和加工的失调及其功能参与多种人类疾病（包括肿瘤）的发生发展。尽管治疗方法有了较大进展，但肿瘤仍然是全球的主要健康问题之一。经过近年来miRNA的广泛研究，其在肿瘤进展和转移中的基本作用逐渐被阐明。其中miRNA-31是高度进化保守的miRNA，在发育、骨和肌肉稳态以及免疫系统中发挥重要的调节作用，其在肿瘤中的作用也逐渐被阐明。本文对miRNA-31在恶性肿瘤发生发展、转移及治疗等方面的研究进展进行综述。

1 miRNA-31的生物学特性

miRNA是近年来在多种病毒及真核细胞中发现的一类来源于内源性染色体上的非编码小分子RNA短序列，长度多为20～25个核苷酸。miRNA与信使RNA（messenger RNA，mRNA）的3'-非翻译区（3'-untranslated region，3'-UTR）通过非完全配对结合，激活RNA诱导的沉默复合物（RNA-induced silencing complex，RISC）从而抑制mRNA的翻译或降解，调控基因的表达，进一步影响肿瘤的发生、发展过程。miRNA的调控机制与其他类型的RNA类似，如转录、表观遗传和降解速率的调控。miRNA的半衰期通常较长，多数miRNA可以持续5天或更长时间，但也有些miRNA的半衰期很短。这也使得miRNA成为潜在的肿瘤标志物。

通过在人类肿瘤细胞系、转基因小鼠和基因敲除小鼠模型中进行功能缺失和功能获得实验发现，miRNA在肿瘤的发生、发展和转移中发挥关键作用。研究显示，在恶性肿瘤（如直肠癌）和免疫性疾病（如系统性红斑狼疮）等组织或血液中可以检测到miRNA-31的异常表达，推测miRNA-31在这些疾病发展中发挥重要作用。与组织活检相比，血液检测相对比较简单、创伤小，但传统观点认为，血液中不存在miRNA分子，即使有也会很快被血液中核糖核酸酶降解而检测不到。2008年，Mitchell等的研究发现，循环miRNA在血液中稳定存在，可以作为标志物用于肿瘤检测。miRNA通过与核苷酸结合蛋白（如精氨酸酶蛋白）结合，保护其不被内源核糖核酸酶降解，使其稳定存在于血液中。上述研究结果为循环miRNA在肿瘤早期临床诊断中的作用提供了理论基础。

miRNA-31最早在Hela细胞中被识别，编码基因位于染色体9p21.3，种子序列单一且在果蝇和脊柱动物中高度保守。miRNA-31是胚胎着床、发育、骨骼和肌肉稳态、免疫系统功能的重要调节分子，其疗效与正反馈通路相关，miRNA-31可以与上游调节剂发挥协同作用。miRNA-31在肿瘤中的作用不尽相同，在肺癌中，肺癌组织和血浆中miRNA-31的相对表达量均异常升高，但在合并远处转移和淋巴结受累时明显下降；在肝癌中，miRNA-31在肝细胞癌组织中表达下调并与肝细胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）患者的临床分期直接相关；在胃癌中，miRNA-31的表达在胃癌组织和细胞系中显著降低。在不同类型的肿瘤中可能发挥截然相反的作用，这种复杂性是由于其广泛的分子靶点谱及其在各组织器官中的特异性表达所致。miRNA-31可与多种信号通路相互作用，包括大鼠肉瘤癌基因（rat sarcoma oncogene，RAS）/微管亲和力调节酶（microtubule affinity-regu-lating kinase，MARK）、磷脂酰肌醇-3-羟激酶（phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又称AKT）和RB/E2F等信号通路，发挥不同的功能。如在尤因肉瘤中，miRNA-31作为肿瘤抑制因子，可以显著促进细胞凋亡，并降低肿瘤细胞的侵袭能力。在肺癌中，miRNA-31通过靶向肿瘤抑制因子大肿瘤抑制激酶 2（large tumor suppressor kinase 2，LATS2）发挥致癌miRNA的作用；此外，miRNA-31本身还受表观遗传学及众多转录因子的调控。总体而言，miRNA-31通过靶向与细胞增殖、凋亡、细胞分化和细胞运动有关的基因，调节多种细胞生长和发育过程。

2 miRNA-31与肺癌

初步统计数据显示，2008—2012年中国肺癌的发病率约为54.66/100 000，居所有恶性肿瘤首位，主要病理类型包括非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）和小细胞肺癌，其中 NSCLC占80%，包括腺癌、鳞状细胞癌和大细胞肺癌等类型。多数肺癌患者确诊时已处于晚期，失去了手术治疗的机会，预后较差，5年生存率仅为15%。检测miRNA的表达水平可能是早期无创检测肿瘤的有效手段。一项研究对基因和miRNA表达的微阵列数据进行分析，共包括34个正常对照样品和32个NSCLC样品的功能富集分析、miRNA基因调控网络等全面的生物信息学分析，结果发现，与其他入选的miRNA相比，miRNA-31在miRNA基因调控网络和内源竞争性内源RNA（competing endogenous RNA，ceRNA）网络中显示出较高的水平，可能在NSCLC的发病过程中发挥重要作用。联合检测miRNA-31和其他两种已有报道与肺癌相关程度高的miRNA分子（miRNA-21和miRNA-let7），可提高肺癌诊断的准确度。越来越多的研究表明，miRNA-31是肺癌进展的重要调节剂。Edmonds等发现，miRNA-31通过调节肺上皮细胞的生长诱发肺腺癌，并确定RAS/MAPK信号转导通路的6个负调节基因为miRNA-31的直接靶点。王生采用实时荧光定量逆转录聚合酶链反应（reverse transcription-polymerase chain reaction，RT-PCR）检测40例NSCLC患者肿瘤组织及癌旁正常组织中miRNA-31的表达水平，结果发现，肿瘤组织中miRNA-31的相对表达量均高于癌旁正常组织；此外，NSCLC患者血浆中的miRNA-31也高于对照组；但miRNA-31的相对表达量与患者的性别、年龄、吸烟情况、肿块大小、病理类型等均无相关性。

Drosha、Dicer是双链RNA特异性核糖核酸内切酶。miRNA在基因组的不同部分转录时，通过Drosha酶加工成前体miRNA（pre-miRNA），premiRNA被转运到细胞质中，再通过Dicer酶加工成miRNA的双链形式。Szczyrek等根据Drosha、Dicer在多种肿瘤中均被破坏的结论，检测了未经治疗的肺癌患者中与Drosha、Dicer的mRNA互补的miRNA在血浆中的表达量，其中包括miRNA-31（miRNA-31可与mRNA结合），结果发现，miRNA-31在肿瘤细胞侵袭能力增强时表达降低。但肺腺癌患者的miRNA-31过表达，可能预示着患者生存率的下降。

耐药和转移是肺癌患者死亡的两个重要原因。肿瘤干细胞（cancer stem cell，CSC）是一组能够自我更新、分化的肿瘤细胞，这些细胞被认为是肿瘤的起源细胞。CSC是肺癌患者耐药复发和转移的重要原因之一。侯春英发现，miRNA-31在正常肺组织、肺腺癌细胞和肺腺癌干细胞中的相对表达量明显不同，miRNA-31可能具有靶向调控肺腺癌特别是肺腺癌CSC功能的作用，并通过双荧光素酶实验、实时RT-PCR和蛋白质印迹法等实验证实，miRNA-31可以靶向并抑制多个原癌基因的表达，如ret、met、生长因子受体结合蛋白10（growth factor receptor-hound protein 10，GRB10）和磷脂酰肌醇-4-磷酸3-激酶催化亚基2型α（phosphatidylinositol-4-phosphate 3-kinase,catalytic subunit type 2 α，PIK3C2A），为抑制NSCLC的耐药提供了新的研究思路。

3 miRNA-31与消化系统肿瘤

3.1 miRNA-31与肝癌

HCC是全球恶性肿瘤死亡的第三大主要原因。致病的危险因素主要包括乙型肝炎病毒感染或丙型肝炎病毒感染、酒精性肝病和非酒精性脂肪肝。HCC至今仍没有有效的全身治疗方法。miRNA-31在HCC组织中表达下调并与HCC患者的临床分期直接相关。关于miRNA-31影响肝癌发生的机制，研究发现的miRNA-31的靶点包括组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylasese，HDAC）2和细胞周期蛋白依赖性激酶2（cyclin dependent kinase 2，CDK2）等，此外，miRNA-31也可通过Rho相关卷曲螺旋蛋白激酶1（rho associated coiled-coil forming protein kinase 1，ROCK1）/F-肌动蛋白通路触发线粒体损伤抑制肝癌HepG2细胞凋亡和侵袭。miRNA-31自身受转录因子Sp1样蛋白4（Sp1-like protein 4，KLF4）、多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶-1[poly（ADP-ribose）polymerase-1，PARP1]的直接调控。成熟的miRNA源自前体miRNA的5'臂或3'臂，并分别以-5p或-3p后缀表示。miRNA-31-5p过表达可抑制HCC细胞的生长、迁移和侵袭。Zhao等发现，Sp1是miRNA-31-5p的潜在靶点。也有研究表明，LINC01234/miRNA-31-5p/黑色素瘤抗 原 A3（melanoma-associated antigen A3，MAGEA3）信号通路可参与HCC的发生发展，MAGEA3表达上调通常表明肝癌患者的预后较差，miRNA-31-5p与MAGEA3的3'-UTR特异性结合可直接靶向MAGEA3并影响HCC的发生。

复发和转移是肝癌患者预后不良的主要原因，如何降低肝癌患者的复发率成为临床研究的关键。Zhang等发现，肿瘤启动细胞（tumor initiating cell，TIC）或CSC负责维持肿瘤的生长并促进包括HCC在内的多种肿瘤的复发，HCC的TIC已通过多种干细胞表面标志物进行了分离和标记，如CD13、CD24、α2δ1等。miRNA-31-5p可以通过沉默ISL1负调控α2δ1和肝脏TIC的自我更新能力，从而抑制HCC的复发。因此，miRNA-31-5p可作为预防肝癌复发的治疗靶点。过氧化物酶体生物 发 生 因 子 5（peroxisomal biogenesis factor 5，PEX5）作为过氧化物酶体基质蛋白在细胞间转运的受体，是miRNA-31-5p的新靶点，可通过激活WNT/β-catenin信号转导和同源重组来提高HCC的放射抵抗能力。

3.2 miRNA-31与胃癌

胃癌的病死率在世界范围内，特别是发展中国家很高，居全球恶性肿瘤死亡原因的第二位。由于胃癌的早期症状不明显，多数患者确诊时已处于晚期，目前，胃癌尚无有效的治疗方法。Wei等发现，miRNA-31在胃癌组织和细胞中表达降低，其异常表达可抑制胃癌细胞增殖并诱导其早期凋亡。HDAC2基因和RhoA蛋白是miRNA-31的靶点，其中RhoA是Rho家族的一个小GTP酶蛋白，其异常表达与胃癌的发生有关。RhoA在高表达miRNA-31的胃癌细胞中的表达降低；此外，Mann-Whitney U检验结果表明，miRNA-31表达降低与淋巴结转移、TNM分期晚及淋巴管浸润能力增强有关。因此，检测miRNA-31的表达水平有助于胃癌的诊断与分期评估，其在患者血液中的表达与肿瘤的相关性仍有待进一步研究。

3.3 miRNA-31与大肠癌

大肠癌是胃肠道中常见的恶性肿瘤，早期症状不明显，是严重威胁人类生命健康的恶性肿瘤之一。刘祥宇研究发现，miRNA-31与大肠癌的发生发展相关，miRNA-31-5p在大肠癌组织中的表达水平明显高于癌旁组织，可作为潜在新的大肠癌诊断和治疗的生物标志物。韦皓棠研究发现，结直肠癌患者粪便中的miRNA-31明显高于健康者，有望为结直肠癌的筛查提供一种新的无创诊断方法。

新辅助放化疗（neoadjuvant chemoradiotherapy，NCRT）后全直肠系膜切除术已成为局部晚期直肠癌（locally advanced rectal cancer，LARC）患者的标准治疗方法。但多种患者对NCRT无反应，耽误了手术的时机。因此，筛选NCRT预测性生物标志物是当前亟待解决的问题。Caramés等在福尔马林固定石蜡包埋（formalin fixed paraffin embedding，FFPE）中测量了接受同步治疗的LARC患者肿瘤组织中miRNA-31的表达水平，探讨其与患者临床特征的关系，结果发现，miRNA-31过表达显著预示了不良的病理反应和较差的总生存率，因此，miRNA-31定量检测可能成为一种新的预测LARC患者病理反应和预后的工具。

结肠分别来自胚胎中肠和后肠，右结肠和左结肠在解剖学和生理学特征上具有不同的特征。根据其解剖位置，位于右左结肠的肿瘤分别称为右结肠癌（right colon cancer，RCC）和左结肠癌（left colon cancer，LCC）。越来越多的证据表明，RCC与LCC不仅在临床表现及治疗策略方面存在差异，分子机制也各不相同，有研究发现，miRNA-31与RCC的发生有关并与鼠类肉瘤病毒癌基因（Kirsten rat sarcoma viral oncogene，KRAS）和鼠类肉瘤滤过性毒菌致癌同源体B1（V-rafmurine sarcoma viral oncogene homolog B1，BRAF）突变有关。此外，miRNA-31高表达患者具有更高的淋巴结转移率和肿瘤特异性死亡率，预后较差。

4 miRNA-31与生殖系统肿瘤

4.1 miRNA-31与卵巢癌

浆液性上皮性卵巢癌（serous epithelial ovarian cancer，SEOC）是一种高度转移性恶性肿瘤。Ibrahim等研究发现，与正常卵巢组织相比，SEOC组织miRNA的表达谱中有38个表达显著失调的miRNA，其中有18个表达上调和20个表达下调的miRNA，表达下调的miRNA中包括miRNA-31。miRNA-31过表达可下调AFF1的表达，抑制SEOC细胞增殖及转移。

4.2 miRNA-31与乳腺癌

乳腺癌发病率居女性恶性肿瘤首位，目前乳腺癌的治疗方法很大程度上取决于雌激素受体（estrogen receptor，ER）、孕激素受体（progesterone receptor，PR）和人表皮生长因子受体2（human epidermal growth factor receptor 2，HER2）的表达或临床特征，如肿瘤大小、肿瘤等级和淋巴结转移情况。尽管已有这些参数指导治疗决策过程，但更精细化的生物标志物和治疗策略的制订对乳腺癌的治疗仍至关重要。Zhao等的研究表明，敲除HDAC3基因可上调miRNA-31的表达，而根据HDAC3基因与乳腺癌的关联性，推测miRNA-31的表达水平在乳腺癌的不同阶段发挥着不同的作用。首先，高水平的miRNA-31通过抑制WNT信号通路拮抗剂来促进乳腺癌的发生。随着病情的进展，miRNA-31的表达被表观遗传机制下调，导致乳腺癌转移，但其分子机制尚需要进一步研究。该推测在Rasheed等的研究中被部分证实。miRNA-31通过靶向乳腺癌细胞中的GNA13基因来部分促进乳腺癌细胞的侵袭。miRNA-31表达缺失和GNA13表达上调可以作为乳腺癌进展的生物标志物。

三阴性乳腺癌（triple negative breast cancer，TNBC）是一种高侵袭性且耐药亚型，与其他类型的乳腺癌患者相比，TNBC患者的预后最差，其特征是ER、PR和HER2的表达均为阴性。近年来，TNBC尚无有效的治疗方法。目前治疗乳腺癌的常规靶点是ER、PR或HER2，因此，寻找新的生物标志物及治疗靶点至关重要。Shen等的研究发现，miRNA-31在TNBC中发挥抑制作用，miRNA-31过表达可促进细胞凋亡并抑制TNBC细胞增殖，与顺铂+紫杉醇共同作用后，肿瘤细胞增殖减少、凋亡增加，可增强TNBC细胞对顺铂+紫杉醇治疗的敏感性，表明miRNA-31可成为治疗TNBC的潜在靶点。

5 miRNA-31与其他恶性肿瘤

多项研究表明，miRNA-31还与B淋巴细胞白血病、胆管癌、恶性胸膜癌、视网膜母细胞瘤等均有相关性，其在B淋巴细胞白血病、视网膜母细胞瘤中表达明显降低，表明miRNA-31在这些肿瘤中发挥抑癌因子的作用，而在胆管癌、宫颈癌、皮肤鳞状细胞癌中表达明显上调，说明其在这些肿瘤中发挥原癌基因的作用。此外，miRNA-31可调节恶性胸膜瘤对顺铂的敏感性。将miRNA-31作为靶点进行检测及干预，可能为上述肿瘤的早期诊断及治疗提供新思路。

6 小结与展望

miRNA的发现丰富了临床对肿瘤的认识，尤其是近年发现miRNA-31在恶性肿瘤中表达异常，但由于其作用机制尚不清楚，生物学作用复杂，尚有待进一步研究。本文总结了miRNA-31的部分生物学功能和靶向基因以阐明miRNA-31的多种潜在机制。考虑到多数常见的肿瘤筛查方法在疾病早期无法准确筛查肿瘤，检测血清和组织中miRNA-31的表达可能成为肿瘤诊断、预后及治疗的有效靶点，为miRNA在肿瘤治疗中的应用提供了广阔的应用前景。但仍有许多问题尚待阐明，如miRNA-31在肿瘤中的具体调节机制尚未明确；鉴于miRNA-31既可作为原癌基因又可作为抑癌基因，如何基于miRNA-31生物学特性制订精准化治疗策略仍需探讨。对上述问题的进一步研究有助于深入探讨肿瘤的发生机制，促进肿瘤相关临床诊断方法及新治疗靶点的开发。