MicroRNAs靶向脂代谢重编程参与肝细胞癌发生的研究进展

王玉敏，陈济超*，王洪权，王金华，唐 博

(1.航天中心医院 北京大学航天临床医学院 呼吸与危重症医学科，北京 100049；2.天津医科大学肿瘤医院天津医科大学肿瘤研究所 国家癌症临床医学研究中心 天津市肿瘤防治重点实验室 天津市恶性肿瘤临床医学研究中心胰腺肿瘤科，天津 300060；3.中国医学科学院 北京协和医学院 药物研究所 天然药物活性物质与功能国家重点实验室药物靶点研究与新药筛选北京市重点实验室，北京 100050)

肝细胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)是一种病死率极高的恶性肿瘤，全球发病率位居所有恶性肿瘤的前5位，病死率位列前3位。中国是肝癌的高发区，发病率与病死率均位居世界首位。当前，中国肝癌发病率仍呈逐年上升趋势，但其发病机制尚不明确，这成为制约肝癌治疗进展的重要原因。HCC主要继发于肝硬化、病毒性肝炎(乙肝和丙肝)等。大多数常见HCC的病因会导致长期慢性炎性反应。最近研究表明，虽然病毒性肝炎的流行病学得到了很好的控制，但是肝癌相关的病死率仍呈现出上升趋势，这表明其他形式的肝脏疾病可能与HCC的患病率有关，尤其是脂代谢异常在HCC中的作用引起学者关注。

近年，有报道微小RNAs(microRNAs, miRNAs)是一组多功能的非编码RNA，通过脂质代谢重编程在肝细胞癌(HCC)的发生、发展中发挥重要作用。因此，本文介绍了具有调控脂质代谢重编程的特异性miRNAs在HCC发生发展中的研究进展，以期为临床靶向肿瘤治疗提供新的策略。

1 脂代谢异常与肝癌

脂质代谢的重编程是恶性肿瘤的一个新特征，最近的研究揭示了脂质代谢重编程在癌发生中的重要性。在多种癌中, 脂肪摄取、储存和脂肪生成均被上调, 促进了肿瘤的快速生长。体内的脂质(lipids)主要由脂肪酸(fatty acids，FAs)、三酰甘油、鞘脂、磷脂和胆固醇组成，在细胞水平发挥重要作用。除了作为能量来源和生物膜的结构成分，一些脂质作为信号分子或第二信使发挥作用[1-2]。脂质在肿瘤发生中执行多种生物学功能，参与细胞膜形成，形成脂筏募集信号蛋白，从而促使蛋白-蛋白之间相互作用，促进细胞存活、血管生成和转移，以及作为能量来源参与肿瘤发生发展。FAs作为信号分子、储存化合物、能量来源以及细胞膜的结构成分发挥作用，所有这些都是癌细胞增殖所必需的。正常细胞优先使用循环中的外源性脂质，而包括肝细胞癌细胞在内的癌细胞表现出较高的脂质从头合成(de novo lipid synthesis, DNL)[3]。此外，细胞对FAs摄取和脂肪酸的氧化(fatty acid β-oxidation，FAO)在多种癌中也会增加[4]。脂肪酸代谢异常，包括脂质储存(lipid storage)、形成(lipid formation)、水解(lipid hydrolysis)、外源性FAs摄取(extra FAs uptake)、FAs合成(fatty acid synthesis)、脂肪酸氧化(fatty acid oxidation, FAO)、FA激活(fatty acid activation)和退饱和(fatty acid desaturation)异常均参与HCC发病机制。

2 miRNAs与HCC

miRNAs是一类长度为 20～24 nt的内源性非编码RNA(non-coding RNAs, ncRNAs)，通过抑制mRNA翻译或降低mRNA的稳定性来调节基因表达。异常的miRNA表达谱广泛存在于肿瘤细胞中，诱导无限的复制潜能和逃避凋亡。miRNAs在肿瘤发生和发展过程中作为癌基因或抑癌基因发挥作用。miRNA功能失调可通过多种机制促进HCC的发生、进展和对治疗的反应。近年来研究显示，miRNA在HCC中通过调控脂代谢重编程参与HCC发病机制。

3 miRNAs调控脂代谢异常与HCC发生

3.1 调控FAs合成酶参与HCC发生

最有效的减少FAs的方法是抑制负责其合成的关键酶。糖代谢和脂质从头合成之间的连接点是柠檬酸。柠檬酸位于线粒体是进入三羧酸循环，然而，当其被线粒体柠檬酸转运体 (mitochondrial citrate carrier，CIC) 或SLC25A1转运到胞质后通过DNL途径，促进FA合成[5]。

在HCC细胞中，miR-1207-5p通过抑制Akt/mTOR通路，进而抑制FASN来抑制癌细胞进展[6]。最近研究显示，miR-21抑制p53激活人HMG盒转录因子-1(HMG-box transcription factor 1, HBP1)降低p53的肿瘤抑制活性，促进固醇调节元件结合蛋白1c(sterol regulatory element-binding protein 1c, SREBP1c)的表达，从而导致肝细胞脂质聚集，进而促进肝癌发生，这表明miR-21 通过与HBP1-p53-SREBP1c通路相互作用促进肝细胞脂质合成和肝癌发生[7]。而在肝癌细胞系中，miR-449能够通过降低SIRT1的表达，抑制SREBP1c转录，进而抑制脂肪酸合成酶(fatty acid synthase, FASN)和3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl CoA reductase, HMGCR)表达，从而抑制脂质聚集[8]。miR-4310通过靶向FASN和硬脂酰辅酶A去饱和酶-1(stearyl coenzyme A dehydrogenase-1, SCD1)抑制脂质合成。在肝癌患者中，miR-4310显著下调，其表达与FASN和SCD1的表达呈负相关。此外，miR-4310的低表达与不良预后相关。miR-4310通过抑制SCD1和FASN介导的脂质合成，在体外抑制HCC细胞增殖、迁移和侵袭，在体内抑制HCC肿瘤生长和转移。总之，miR-4310通过调节FASN和SCD1介导的脂质合成途径在肝癌的生长和转移中发挥重要作用。靶向miR-4310-FASN/SCD通路可能为肝癌治疗提供一种新策略[9]。

在HCC中，IL-6诱导miR-603表达，进而抑制脂肪酸结合蛋白-1(fatty acid-binding protein-1, FABP-1)表达，促进脂质代谢和合成相关蛋白CPT1A、过氧化物酶体增殖物激活受体-α (peroxi-some proliferator-activated receptors-α, PPAR-α)和SREBP1表达，最终增加细胞氧化应激水平并导致肝癌转移[10]。miR-449通过抑制SIRT1和SREBP1c表达并下调包括FASN和HMGCR在内的靶基因，控制肝癌细胞的脂肪生成和胆固醇生成，进而促进HCC肿瘤的发生[8]。 在乙肝病毒相关HCC中miR-384表达下调，乙肝病毒(hepatitis B virus,HBV) 抑制miR-384，并上调癌基因围食膜因子(peritrophin)，后者通过PI3K/Akt/mTORC1通路上调SREBP-1c和FASN，进而促进FA合成增加，促进HCC癌细胞增殖和转移, 表明miR-384功能失调可能在HBV相关HCC发病进程中起关键作用[11]。

综上所述，miRNA可通过靶向调控FAs合成代谢的关键酶，参与HCC的发生和发展。

3.2 调控FAO参与HCC发生

脂肪酸氧化(fatty acid oxidation, FAO)主要是脂肪酸缩短的重复循环过程，每个循环缩短两个碳，产生烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide, NADH)、黄素腺嘌呤二核苷酸(flavin adenine dinucleotide, FADH2)和乙酰辅酶A(acetyl-CoA)。NADH和FADH2除了具有氧化还原能力外，还可以进入电子传递链(ETC)，从而产生ATP。这一过程主要在需要能量的组织(心脏和骨骼肌)和提供营养的器官(肝脏)中进行[2]。不同的研究报道了在肿瘤中非编码RNA调控肉毒碱棕榈酰转移酶(carnitine palmitoyltransferase, CPT)系统。

在肝癌细胞系中，二甲双胍通过抑制SREBP1c和FASN表达、增加CPT1和肉碱O-辛烷酰转移酶 (carnitine O-Octanoyltransferase, CROT)来减少高糖诱导的脂质聚集，miR-33b过表达显著阻止二甲双胍介导的细胞脂质和三酰甘油的含量降低，总之在HCC中，二甲双胍通过促进CPT1表达和降低miR-33b的表达减少高糖诱导的脂质聚集[12]。HCC中miR-132-3p上调，抑制SLC25A20，抑制FAO促进肝癌的生长和转移[13]。miR-612通过线粒体内膜蛋白HADHA介导的脂质重编程负调控HCC的侵袭足形成、基质降解、EMT和转移。肝癌细胞中miR-612的降低导致水合酶亚单位A(hydratase subunit A, HADHA)上调，并启动FAO，从而通过SREBP2/HMGCR通路为胆固醇生物合成提供足够的乙酰辅酶A、ATP，从而通过脂筏影响肝癌转移[14]。 总之，miRNA可靶向调控FAO进程，参与HCC的发生和发展。

3.3 通过影响脂滴形成参与HCC

脂滴(lipid droplets，LDs)主要是由中性脂质 (即三酰甘油, 固醇酯) 组成的细胞器，从而贮存细胞的绝大多数的能量，同时与脂质代谢相关信号传导通路有关[15]。肿瘤细胞可在常氧和低氧状态下促进LDs 来满足自身对新细胞膜生物合成和高增殖速率的需求[16-17]。

许多研究表明miRNA对脂质贮存有影响。研究显示miR-122是酰基甘油磷酸酰基转移酶1/3/9(acylglycerolphosphate acyltransferase1/3/9,AGPAT1/3/9)和二酰基甘油转移酶 (diacylglycerol acyltransferase, DGAT1) 的直接作用因子，在肝脏miR-122调控胆固醇代谢，miR-122的低表达促进HCC转移，并与预后不良相关，这都表明，在HCC中miR-122为抑癌基因[18]。此外，circRNAs充当miRNAs的海绵，并作为与miRNAs竞争的内源性RNA发挥作用。 circRNA-miRNA-mRNA调控网络已被确定为具有调控代谢的作用。例如，在circRNA_021412/miR-1972/LPIN1轴中，circRNA_021412和miR-1972的低表达抑制脂蛋白1(lipin 1, LPIN1)，LPIN1下调导致肝脂肪变性的长链酰基辅酶A合成酶(long chain acyl-CoA synthetases，ACSLs)的表达，导致肝脂肪变性(hepatosteatosis),后者为肝癌的潜在并发症[19]。 最近研究显示，过度表达miR-30b-5p可减少Huh-7细胞中脂滴的数量和大小以及细胞内三酰甘油浓度。在miR-30b-5p过表达的Huh-7细胞中，FAO相关基因PPAR-α的表达增加，脂质合成相关基因SREBP-1的表达降低。此外，miR-30b-5p通过靶向过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子1α(peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-α, PPARGC1A)调节细胞内脂质代谢[20]。

综上所述，miRNA可靶向调控脂滴形成进程，参与HCC的发生和发展。

3.4 调控FAs激活和退饱和参与HCC发生

在FA进入代谢途径之前，它需要先添加辅酶A(CoA)分子来激活。这些游离的FAs通过酰基辅酶A合成酶(acyl coenzyme A synthetase，ACS)转化为FA-CoA[21]。这一过程允许FA进入多种生理和代谢途径，例如三酰甘油合成和胆固醇酯、视网膜酯和磷脂、β-氧化(在过氧化物酶体、线粒体)、ω-氧化(在内质网)、伸长和/或去饱和、信号分子和蛋白质酰化等。哺乳动物最大的ACS家族为长链ACS (long-chain acyl-CoA synthetases, ACSL)家族，ACSL催化FA产生acyl-CoA。在肿瘤中，许多表观修饰途径调控ACSL，尤其miRNAs对ACSL的调控作用研究相对较多。在HCC中，miR-205通过降低ACSL1表达而减少脂质合成[22]。miR-205同时也调控ACSL4，降低肝细胞胆固醇的聚集[23]。

硬脂酰辅酶A去饱和酶(stearoyl-CoA desa-turase，SCD)是一种位于ACSLs下游快速降解的内质网膜蛋白。SCD去饱和的产物也可以作为合成包括磷脂、二酰甘油、三酰甘油、胆固醇和蜡酯在内的不同脂质的底物。近些年研究表明，SCD在多种癌中发挥作用，例如SCD调控肝癌细胞凋亡和促进肝细胞增殖。人类存在两种SCD，即SCD1和SCD5。 SCD1是控制癌细胞中总的脂质合成的关键。 超保守RNA uc.372属于lncRNA，其可以特异性抑制miR-195/miR-4668，释放后者对功能靶基因(如SCD1、ACC、CD36和FAS)的抑制作用，导致肝癌HepG2细胞中脂质积聚[24]。

4 问题与展望

miRNA是表观遗传机制的重要组成部分，在HCC的多个过程中扮演重要角色，参与HCC的发病机制，同时也是研究最深入的非编码RNA。miRNA可以从调控脂代谢的多个通路调控HCC的恶性生物学效应。 然而对于miRNA在HCC中调控糖酵解对脂代谢异常的研究较少。因此，探索其他miRNA在HCC中调控脂代谢异常的研究值得深入。 此外，近年来非酒精性脂肪肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)在HCC发病中的作用逐渐提升，以脂质在肝脏内聚集为特征的NAFLD相关HCC逐渐引起学者关注，现有研究显示，部分miRNA能够调控NAFLD-HCC进展，因此，深入研究其他miRNA如何调控这一过程也是未来的研究方向。