miR-429在肿瘤发展、耐药、诊断及预后中的作用研究进展*

郭金晶,杜华综述,师迎旭审校

(内蒙古医科大学 a.第一临床医学院,b.基础学院, c.附属医院检验科,呼和浩特 010050)

肿瘤是全球范围内导致人类死亡最主要的原因。据最新全球肿瘤数据库统计发现,全球肿瘤的发病率和死亡率正在迅速增长[1]。基于目前诊断和治疗方式的局限性,需要进一步研究肿瘤早期诊断和治疗的有效策略。微小核糖核酸(MicroRNA,miRNA)是一类长度为21～22 nt的非编码RNA,靶向调控人类约60%的基因表达[2],除参与胚胎发育、细胞增殖、血管生成等一系列重要的生物学过程外,还与肿瘤的发生、发展紧密相关[3]。在多数肿瘤中存在miRNA差异表达,这种表达差异赋予miRNA在肿瘤发生、发展中的“双重身份”——促进或抑制肿瘤的进展[2],且与肿瘤的类型、分期以及临床症状等密切相关。因此,miRNA逐渐成为一种潜在的肿瘤生物学标志物,用于判断肿瘤发生和预测治疗的预后[4]。在众多的miRNA中,miR-429因其在多种肿瘤中均发挥重要作用而备受关注。研究表明,异常表达的miR-429通过影响不同基因的表达以及信号通路的活性,抑制或促进肿瘤的发生、发展。提示miR-429具有巨大的临床应用潜力,有望成为临床诊断、治疗肿瘤的新靶点。因此,本文结合近年来国内外的研究进展,就miR-429的结构、生物学特性和其在各系统肿瘤中的作用进行简要的综述,并对其用于评估预后和提高药物敏感性等情况进行讨论,以期为进一步深入研究miR-429在肿瘤防治方面的机制提供思路。

1 miR-429的生物学结构和特性

miR-429是miR-200家族成员,该家族还包括miR-200a、miR-200b、miR-200c和miR-141。miR-200a/200b/429位于染色体1p36.33,而miR-200c/141位于染色体12p13.31。因种子序列在第3个核苷酸上存在差异(miR-200a/200b/429种子序列为U,miR-200c/141种子序列为C)导致某些miRNA靶点出现特异性。尽管如此,在大多数肿瘤中都存在相似的表达模式[5-6]。miR-429的生成过程与多数miRNA的生成过程一致,且表达序列高度保守。当启动子区域经多梳群介导的组蛋白修饰后,可沉默miR-429的表达[7]。

miR-429可参与调节机体多种活动。研究证实,在口腔牙龈上皮细胞中miR-429通过直接下调牙龈上皮细胞中核因子κB抑制物激酶β(IKKβ)的分子表达水平,阻止NF-κB通路的激活,使得IL-8等炎性细胞因子生成减少,从而发挥抗炎症作用[8]。在缺血缺氧引起的脑损伤小鼠模型中,通过沉默LncRNA MALAT1后上调了miR-429的表达,进而抑制WNT1表达,增强右美托咪定对缺血缺氧引起的脑损伤的保护作用[9]。此外,miR-429还可靶向 HIF-1α提高人羊膜间充质干细胞对于缺氧的耐受性[10]。上述研究表明,过表达miR-429可以改善细胞缺血缺氧的情况。除此之外,在动脉硬化的小鼠模型体内上调miR-429的表达后,会导致Bcl-2蛋白表达减少,促进与动脉硬化相关的内皮细胞凋亡,延缓小鼠动脉硬化的进展[11]。这些研究结果提示miR-429主要参与调节机体抗炎、抗缺血缺氧、抗动脉硬化等过程。

2 miR-429在肿瘤中的作用

miR-429在肿瘤中具有双重作用,在多数肿瘤中是抑癌因子[12-17],但在部分肿瘤里是促癌因子[18-19],通过直接靶向多种分子参与调控肿瘤的增殖、迁移和侵袭[20-26](表1)。此外,miR-429也与肿瘤的预后及耐药相关。

表1 不同肿瘤中miR-429的作用

2.1miR-429对肿瘤细胞增殖和凋亡的影响 miR-429作为一种肿瘤抑制因子通过调节特定靶基因的表达,抑制肿瘤细胞的增殖,促进其凋亡。例如,与正常组织相比,miR-429在骨肉瘤中呈低表达,经转染miR-429 mimic后,即可直接靶向下调HOXA9的表达,也可降低c-myc和β-catenin的表达以阻止Wnt/β-连环蛋白信号通路的激活,从而降低细胞的增殖活力[12]。同样,在弥漫性大B细胞淋巴瘤中,miR-429靶向抑制CBX8的表达,促进淋巴瘤细胞的凋亡[13]。除了调控靶基因外,miR-429也可作为中间通路的靶点,参与调节肿瘤细胞的增殖和凋亡。维生素Eδ-生育三烯醇已被证实在体内外均发挥抗癌活性,研究发现,在三阴乳腺癌中,经维生素Eδ-生育三烯醇处理后,MDA-MB-231和MDA-MB-468细胞中miR-429表达量增加,致使miR-429的靶基因XIAP表达减少,乳腺癌细胞凋亡增多[14]。此外,LncRNA HIF1A-AS2可通过海绵化miR-429加速胃癌的进展,将HIF1A-AS2敲除后可上调低表达的miR-429水平,进而抑制下游PD-L1表达,抑制胃癌细胞的增殖[15]。

除此之外,已证实miR-429可以与肿瘤细胞周期相关基因相互作用,调控肿瘤细胞周期的进程进而影响其增殖。研究发现,在卵巢癌细胞中过表达miR-429可以逆转LncRNA GIHCG对肿瘤细胞集落形成和细胞周期的促进作用,从而抑制卵巢癌的进展[16]。提示增加miR-429的表达可以导致肿瘤细胞周期阻滞。随后,在肾母细胞瘤的研究中发现,miR-429对其细胞周期同样发挥阻滞作用。这种阻滞作用的分子机制为:miR-429可以与刺激细胞增殖,诱导静止细胞进入细胞分裂阶段的c-myc靶向结合,下调c-myc表达,抑制其功能,使肿瘤细胞增殖减慢[17]。但其对于肿瘤细胞周期调控表现出一定的双重性,除上述的阻滞作用外,在部分肿瘤中存在促进作用。在前列腺癌中,miR-429可以通过调控细胞周期蛋白和细胞周期蛋白依赖激酶(cyclin-dependent kinase,CDK)的复合物,防止肿瘤细胞阻滞于G0/G1期,促进前列腺癌细胞的增殖。基因库预测发现,p27Kip1是miR-429的直接靶点,且可以调控细胞周期蛋白和CDK的表达。当上调p27Kip1的表达后可抑制miR-429的促癌作用[18]。无独有偶,研究发现在膀胱癌中,miR-429与细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂2B(cyclin-dependent kinase inhibitor 2B,CDKN2B)的3′端结合,抑制其表达,减少细胞凋亡,发挥促癌作用[19]。由此推测可能在不同的肿瘤中基因及蛋白质的表达谱不同,所以miR-429对于周期调控的靶分子不同,导致其对于肿瘤细胞的命运决策不同。但无论是加速还是阻滞细胞周期进程,miR-429的表达差异对维持组织稳态和防止肿瘤发生、发展具有重要意义。

2.2miR-429对肿瘤迁移、侵袭的影响 肿瘤细胞的迁移、侵袭机制较为复杂,涉及多基因、多通路,影响着肿瘤的发生、转移。大量研究发现,miR-429对多数肿瘤细胞的迁移、侵袭具有抑制作用。该抑制作用主要通过以下途径实现:(1)降低与肿瘤迁移相关靶基因的表达。研究发现,过表达miR-429可降低高迁移率族蛋白3(high mobility group box 3,HMGB3)的蛋白质表达水平,限制结肠癌细胞的增殖、迁移,并促进其凋亡。miR-429还可直接靶向下调与细胞迁移相关的p21活化激酶6(P21-activated kinase 6,PAK6)的表达,阻止Cofilin信号通路被激活,抑制结肠癌细胞的迁移和侵袭[20-21]。同样,在肾透明细胞癌中,上调miR-429的表达后,一方面阻碍TGF-β对CRKL的诱导,遏制肿瘤细胞的迁移和侵袭;另一方面也限制CRKL对SOS1的招募能力,抑遏MEK/ERK/MMP2/MMP9通路激活,从而促进肾透明细胞癌的进展和恶性程度[20]。(2)阻碍肿瘤细胞的上皮细胞间质转化过程(mesenchymal epithelial transformation, EMT)。研究发现,相比于癌旁组织,miR-429在乳腺癌组织中低表达。上调miR-429后,FN1的表达被降低,阻止了Wnt/β-连环蛋白信号通路的激活,进而阻碍EMT,抑制乳腺癌细胞迁移和侵袭[22]。对于宫颈癌,研究发现,miR-429可导致与EMT相关通路ZEB1/CRB3/CHK1的失活,提升了NEEDL4对SAMD2、SAMD3表达的抑制作用,从而遏制肿瘤细胞的迁移和侵袭,促使细胞凋亡增多[23]。而在膀胱癌里,miR-429则下调其靶基因ZEB1的表达,促使E-钙黏蛋白(e-cadherin,E-Cad)的合成增多,阻止肿瘤的EMT进程,进而抑制膀胱癌细胞的迁移能力;也可通过下调/抑制MMP-2的表达来降低肿瘤细胞的侵袭能力[24]。上述实验提示将miR-429作为阻断肿瘤EMT的靶基因,可能为临床提供一种有效的治疗策略——预防肿瘤侵袭、转移,延缓肿瘤的进程。

除上述的抑制作用外,在部分肿瘤中miR-429还可促进肿瘤细胞的增殖、迁移。在HER2+的乳腺癌中,miR-429直接靶向下调VHL的表达水平,降低HIF1α和CXCR4的降解速度,加速肿瘤细胞的增殖、迁移[25]。另有研究发现,miR-429在肺癌中高表达且通过与DLC-1-3′-UTR结合,促进肺癌细胞增殖、迁移[26]。但目前关于miR-429促癌作用的研究较少。

2.3miR-429对肿瘤耐药性的影响 肿瘤细胞的耐药发生仍是肿瘤治疗面临的严峻问题。耐药细胞会随着治疗过程选择性地生长,而其产生的确切机制尚不明确。目前普遍认为与药物摄取减少、代谢增加的相关靶基因如hENT1、T790M、L1196M等表达减少或突变有关[27]。研究发现,miR-429可以提高肿瘤细胞的药物敏感性,延缓耐药。在胰腺癌耐药细胞里,miR-429和耐药相关因子PDCD4的表达均下调。生物信息学分析提示miRNA-429可靶向PDCD4,上调miR-429的表达后,PDCD4表达量也相应增加,耐药细胞的IC50被降低[28]。这表明miR-429作为启动分子主导了提高胰腺癌细胞对吉西他滨敏感性的整个过程。临床数据显示,常因肿瘤细胞发生耐药导致尼替达尼的治疗达不到预期效果。研究发现,转染miR-429至结肠癌耐药细胞中,可下调DUSP4的表达,减少了JNK的去磷酸化,使JNK信号通路不能被激活,耐药细胞凋亡增多,提高了结肠癌细胞对尼替达尼的敏感性[29]。以上结果表明miR-429即可以调控耐药相关靶基因表达来延缓肿瘤细胞耐药,又可以促进耐药细胞凋亡。而与上述结论有所不同的是,在卵巢癌中,有学者发现患者血清外泌体中miR-429显著增加,这可能导致了肿瘤细胞的耐药性:一方面增加的miR-429降低了钙敏感受体(CASR)的表达,抑制了CASR/STAT3通路诱导卵巢癌细胞耐药,另一方面miR-429的启动子区域有3个NF-κB结合位点,NF-κB可能通过促进miR-429的转录来增加卵巢癌细胞的耐药性[30]。

2.4miR-429对肿瘤诊断和预后的影响 多数肿瘤早期症状轻微且缺乏典型表现,确诊时已达中晚期,错失最佳治疗时机,导致预后不良。因此肿瘤的早期、特异性的诊断对于肿瘤进展及患者预后至关重要。而临床常用的血清学肿瘤标志物如甲胎蛋白(AFP)、癌胚抗原(CEA)、糖类抗原(CA)等,灵敏度低、特异性差,早期诊断效果并不理想[31]。近年来研究发现,miRNA除在肿瘤组织中差异表达外,也广泛、稳定地分布在患者的体液中,通过从患者体液样本中提取miRNA,经RT-PCR分析miRNA的表达水平的变化,或可作为肿瘤早期诊断和预后评估的生物学标志物。例如,在胰腺导管腺癌中,从15例患者和15例健康人的血清样本中提取miRNA,进行RT-PCR分析miR-429的表达后发现,与健康人相比,患者血清中miR-429的表达显著下调,将它作为诊断标志物,经ROC曲线分析,ROC曲线下面积(AUCROC)达0.858,提示miR-429可能作为胰腺导管腺癌的血清诊断标志物[32]。miR-429在非小细胞肺癌(NSCLC)患者血清和组织中的表达水平显著相关。ROC曲线数据显示,在Ⅰ期NSCLC患者中,miR-429的AUCROC为0.727,显著高于CEA(0.534),提示miR-429对于Ⅰ期NSCLC的敏感性高于CEA,有助于其早期诊断[33]。同样,miR-429也可用于乳腺癌的诊断,并且当它联合miR-148b和miR-190b时,诊断的敏感性和特异性分别达89.4%和89.2%,表明其对乳腺癌的诊断性能较为可靠[34]。基于此,笔者推测miR-429或许对肿瘤具有潜在的诊断价值,可能在未来成为新的肿瘤诊断标志物。

除此之外,很多研究对miR-429的表达水平与患者预后的关系进行了探讨,虽仍未明确机制,但可以肯定的是miR-429与患者的预后密切相关。一项回顾性分析50例乳腺浸润癌患者术后切除标本发现,miR-429在癌组织中低表达且启动子区域高度甲基化。这种启动子的高甲基化导致肿瘤体积增大、腋下淋巴结转移增多并与患者的预后不良相关[35]。另有研究分析了76例临床分期不同的膀胱癌患者标本后发现,miR-429的表达水平与患者的肿瘤分期、分级、5年生存率和5年无复发生存率显著相关。当患者高表达miR-429时,较miRNA-429低表达患者的肿瘤分期更低,5年生存率和5年无复发生存率更高[36],表明miR-429可以用于评估膀胱癌的进展和预后。同样,在胰腺导管腺癌中miR-429的表达降低常与患者的预后不良相关[37]。提示上调miR-429的表达水平可以改善患者的预后,提高患者的生存期。上述研究表明,miR-429可以作为一种新的、敏感的、微创的早期诊断和预后的评估指标,为临床诊断、治疗肿瘤提供指导。

3 小结与展望

综上所述,miR-429可能根据肿瘤的不同类型表现出抑癌或促癌性,并在肿瘤的发生、进展、预后、转移、凋亡和耐药性中发挥重要作用。研究发现在多数肿瘤中,miR-429作为抑癌因子呈低表达,抑制肿瘤的恶性进展。因其在体液中稳定表达,通过检测患者体液中miR-429表达量的变化或可实现肿瘤的早期诊断,值得进一步探索。了解miR-429对肿瘤耐药的作用,有助于开发个性化的抗肿瘤方案,建立新的治疗策略,逆转部分肿瘤化疗药物的耐药性。因此,miR-429或许能成为肿瘤诊断和治疗的新靶点。尽管miR-429在肿瘤发生、发展中作用突出,但目前关于miR-429的研究还存在一些局限:(1)miR-429的促癌或抑癌作用是否具有组织或分子通路的特异性,尚不明确。(2)关于miR-429促癌作用的机制研究较少,其致病机制仍需深入剖析。(3)miR-429是否可以受中药的调控,是否可进行中西药配伍研究,最终实现降低化疗药的用量或提升治疗效果尚不清楚。这些可能是未来miR-429应用于肿瘤防治的研究方向。