micro-RNA在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用

1、microRNA在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用*【摘要】 microRNA(miRNA)作為近年來發(fā)現(xiàn)的一種非編碼RNA，廣泛存在于動植物細胞中，與腫瘤和腫瘤干細胞關系密切，功能復雜，通過對靶mRNA的降解或?qū)Π衜RNA翻譯的阻遏，起到腫瘤抑制或腫瘤促進的作用，本文對此做一綜述?！娟P鍵詞】miRNA，非編碼RNA，癌癥，腫瘤發(fā)生1 microRNA簡介1.1 microRNA的發(fā)現(xiàn)和命名microRNA（miRNA）是一類由長約2123個核苷酸構成的非編碼單鏈RNA分子，它們廣泛存在于動植物細胞中。miRNA最早于1993年發(fā)現(xiàn)，Lee等1在線蟲研究中發(fā)現(xiàn)一個小分子RNA：Lin-4。到目前為止，共發(fā)

2、現(xiàn)并且確認了超過600種人類miRNA的存在2。除最早發(fā)現(xiàn)的Lin-4和Let-7外，其他miRNA都用miR-#-#表示，其中miR表示miRNA，第一個#表示其序號，第二個#表示同一個miRNA基因能夠轉(zhuǎn)錄出的不同轉(zhuǎn)錄本，如miR-6轉(zhuǎn)錄出3個miRNA則分別記為miR-6-1、miR-6-2和miR-6-3。1.2 miRNA的生物合成與生物學作用在細胞核內(nèi)，miRNA的基因在RNA轉(zhuǎn)錄酶的作用下生成miRNA的原始轉(zhuǎn)錄本pri-miRNA，然后pri-miRNA在RNA聚合酶III的作用下，剪切miRNA前體（pre-miRNA）。pre-miRNA進一步切割產(chǎn)生成熟的miRNA，發(fā)揮

3、下游生物學功能。Pasquinelli等3在對線蟲的研究中發(fā)現(xiàn)，22nt RNA通過與mRNA的3UTR區(qū)不完全互補結(jié)合，來抑制該mRNA的翻譯。Yekta等4在研究中發(fā)現(xiàn)了與Pasquinelli不同的現(xiàn)象，miRNA與靶mRNA完全互補結(jié)合，并最終導致了靶mRNA的水解。提示miRNA主要是通過兩種機制調(diào)節(jié)基因表達：對靶mRNA的降解或?qū)Π衜RNA翻譯的阻遏；采用哪種機制取決于miRNA與靶mRNA的互補程度：若miRNA與mRNA兩者完全互補，miRNA就引導靶mRNA的特異性溶解；若兩者不完全互補則引起翻譯抑制5-6。2 miRNA與腫瘤2.1 有抑癌基因作用的miRNA最初認為miR

4、NA抑制腫瘤的原因之一是Cimmino等7發(fā)現(xiàn)miR-15/miR-16-1可以通過調(diào)節(jié)Bcl-2基因誘導凋亡，而且Xia等8的實驗也證實在胃癌SGC7901細胞株中miR-15b/miR-16可以通過調(diào)節(jié)Bcl-2基因來控制SGC7901細胞株的多藥耐受性。但是，Linsley等9發(fā)現(xiàn)miR-15a/miR-16-1卻不能調(diào)節(jié)Bcl-2,其mRNA和蛋白表達都沒有變化，分析其實驗結(jié)果與Cimmino等和Xia等不同的原因可能在于，miRNA的作用靶位并不保守10，同一miRNA在不同種動物的靶位可能有不同。Reinhart等11在線蟲中發(fā)現(xiàn)了Let-7， Let-7 對于誘導細胞周期的退出和

5、終末分化是非常必要的。作為早期發(fā)現(xiàn)的miRNA之一，現(xiàn)階段對于Ler-7已經(jīng)有了比較多的認識，Let-7缺失將導致細胞不能退出細胞周期，不能分化，這種現(xiàn)象在癌癥中很常見。Ras 蛋白家族是生物體內(nèi)信號級聯(lián)放大系統(tǒng)中的最重要的成分之一，具有原癌基因的活性，通常在腫瘤中表達異常，并與細胞的惡性化傾向有著密切聯(lián)系，Johnson 等12研究發(fā)現(xiàn) Let-7 家族通過與 Ras基因的 3UTR 區(qū)中多個Let-7 補充位點結(jié)合，負向調(diào)控Ras信號轉(zhuǎn)導通路。Ortholan等13實驗表明Let-7的表達水平在肺癌組織要低于正常肺組織，Let-7a-3 前體 miRNA 可以作為肺癌中的調(diào)節(jié)性 miRNA

6、 基因，具有原癌基因的潛能。Akao 等14的研究表明Let-7在結(jié)腸癌中也起著腫瘤抑制因子的作用。Takamizawa等15在143例肺癌患者中發(fā)現(xiàn)，Let-7表*國家973項目（2010CB529403）資助 馮華達水平顯著下降，且其表達水平越低，患者的預后越差；體外細胞培養(yǎng)表明，肺癌細胞中若人工表達Let-7，會使細胞的增殖得到抑制。以上結(jié)果均提示，Let-7家族與Ras蛋白家族基因上特異位點結(jié)合，調(diào)節(jié)Ras蛋白表達水平，從而達到抑癌的作用：Let-7水平下降，Ras蛋白高表達，腫瘤惡性化水平加大；let-7水平上升，Ras蛋白表達減少，抑制癌細胞增殖。p53是一種腫瘤抑制基因，在所有惡

7、性腫瘤中，50%以上會出現(xiàn)該基因的突變，這是腫瘤中最常見的遺傳學改變。He等16在通過在體外培養(yǎng)細胞中人工擴增表達miR-34發(fā)現(xiàn)，miR-34家族（包括miR-34a、miR-34b、miR-34c）的表達增加，會通過p53導致細胞衰老和凋亡，但若miR-34表達降低，又會使p53的腫瘤抑制作用減弱，這提示miR-34家族對于腫瘤的作用是雙向的。Gironella等17發(fā)現(xiàn)miR-155能抑制 TP53INP1的表達，TP53INP1是凋亡前p53靶基因，認為其抗腫瘤作用可能是活化了caspase途徑從而引起細胞凋亡；但miR-155在胰腺導管癌細胞中過度表達。故僅由miR-155對TP53

8、INP1有抑制表達作用就推斷miR-155具有抗腫瘤作用應持謹慎態(tài)度。2.2 有癌基因作用的miRNAmyc基因參與細胞凋亡，其在腫瘤細胞中常過量表達。Metzle等18在兒童Burkitt淋巴瘤患者中證實miR-155與MYC，尤其是c-MYC協(xié)同作用，使 c-MYC在胞漿內(nèi)合成后，與其它蛋白形成寡聚體，再轉(zhuǎn)移到核內(nèi)，并結(jié)合到特異性的 DNA序列上，從而激活和抑制許多靶基因的轉(zhuǎn)錄，引起細胞生長和分化的改變，發(fā)揮其生理調(diào)節(jié)功能及惡性轉(zhuǎn)化作用，這提示了miR-RNA的腫瘤基因作用。He等19發(fā)現(xiàn)在多種淋巴瘤中常常有13q31位點的擴增，這一位點編碼了miR-17-92基因簇，其中包含了7個miR

9、NAs：miR-17-5p，miR-17-3p，miR-18a，miR-19a，miR-19b-1，miR-20a和miR-92-1，通過小鼠實驗研究證明，同時過表達MYC和miR-17-92基因簇，則細胞的存活率提升，提示miR-17-92基因簇可以協(xié)同地行使腫瘤基因的功能，誘導細胞不受控制地增殖，這導致了腫瘤發(fā)生。值得注意的是，O'Donnell等20發(fā)現(xiàn)MYC誘導了mir-17-92的表達，而這些miRNA可以抑制E2F1的翻譯，在這一實驗中，miR-17-92基因簇所起的作用似乎是抑癌基因的作用，這與He等19的結(jié)果是相反的?？赡芘cE2F1可以促進細胞增殖，但是當E2F1的表達

10、水平超過一閾值，它也可以引起凋亡有關。3 miRNA與腫瘤干細胞（CSCs）Yu等21通過體外培養(yǎng)和小鼠體內(nèi)培養(yǎng)兩種方法，分別讓Let-7通過慢病毒載體導入CSCs中，讓Let-7恢復表達，作用于Let-7的靶點H-RAS 和HMGA2，使二者表達降低。其中，H-RAS的低表達降低了腫瘤細胞的增值速度，但沒有影響分化；而HMGA2的低表達則加強分化，但并不會影響增殖的速度。Buckley等22發(fā)現(xiàn)，作為干細胞調(diào)控因子的REST，若表達降低50%，則激活miR-21表達，進而使CSCs的全能型表達得到抑制，這提示miR-212可以降低CSCs成瘤能力。Garzia等將miR-199b-5p作用于

11、轉(zhuǎn)錄因子HES1，使HES1表達降低，進而通過調(diào)節(jié)Notch途徑，降低髓母細胞瘤（MBs）的增殖率，實驗中還發(fā)現(xiàn)，miR-199b-5p的過表達會使去胸腺裸鼠體內(nèi)CSCs基因的表達受阻，同時影響小腦中正常細胞的癌變率，Garzia等2在臨床61例MBs患者中發(fā)現(xiàn)，非轉(zhuǎn)移性腫瘤中miR-199b-5p的表達率遠高于轉(zhuǎn)移性腫瘤中的表達率，這提示miR-199b-5p除了影響CSCs的增殖、分化外，還降低了其轉(zhuǎn)移可能。Gal等23發(fā)現(xiàn)在腦膠質(zhì)瘤中，CD133-細胞有六種miRNA（miR-16, miR-107, miR-185, miR-425, miR-451, miR-486)表達上調(diào)，若提高

12、腦膠質(zhì)瘤干細胞中SMAD3和SMAD4的含量，可上調(diào)miRNA-451，促進干細胞分化為CD133-細胞。Silber等24發(fā)現(xiàn)miR-124和miR-137在正常神經(jīng)干細胞（NSCs）中高表達，但在腦膠質(zhì)瘤干細胞，尤其是惡性多形性膠質(zhì)瘤干細胞（hGSCs）中低表達，而它們的表達不但可誘導膠質(zhì)瘤干細胞的分化，還可使腦膠質(zhì)瘤干細胞的細胞周期停留在G0/G1期，降低了成瘤性。4 miRNA的研究意義4.1 預測腫瘤發(fā)展、演進趨勢在近年對miRNA的研究中可發(fā)現(xiàn)，miRNA在健康人群和腫瘤患者中的表達水平存在較大差異，且不同類型腫瘤中異常表達的miRNA不盡相同，這提示了可以通過檢測miRNA水平，

13、對細胞癌變趨勢進行有效監(jiān)測。除了現(xiàn)階段常用的Northen雜交、RT-PCR以外，Yin等25篩選出255個來源于編碼基因內(nèi)含子的siRNA和靶 mRNA，這一發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)有水平上為miRNA臨床檢測和miRNA組學的研究提供了技術方法。4.2 人工調(diào)節(jié)miRNA水平到目前為止，尚未有在體調(diào)節(jié)miRNA水平，用以控制、治療腫瘤的報道，主要因為目前對于miRNA的影響因素尚未確定。離體實驗中，可行的調(diào)節(jié)方法也較少，將外源miRNA導入，如利用病毒載體轉(zhuǎn)導20。若能夠闡明miRNA在體內(nèi)的上游調(diào)控機制，對于人工調(diào)節(jié)miRNA水平，對于腫瘤的治療、改善預后具有重要意義。4.3 人工調(diào)節(jié)miRNA靶位由于

14、miRNA對其靶位的調(diào)控是通過3TUR位點完成的，因此，可以通過設計miRNA結(jié)合位點，人工限制miRNA與靶位的結(jié)合，降低mRNA受其的影響，減少其過表達所造成的負面影響；人工加強miRNA與靶位的結(jié)合，達到限制腫瘤發(fā)展演進的目的。自2005年Nature Cell等雜志連續(xù)刊登多篇有關miRNA相關研究的文章后，miRNA已經(jīng)逐漸變成繼腫瘤干細胞后的另一腫瘤領域的研究熱點。miRNA不僅對于預測腫瘤發(fā)生、輔助腫瘤治療、控制腫瘤發(fā)展、參與術后恢復等方面有著重要意義，為進一步理解RNA對生命過程的影響提供了另一扇窗口。雖然目前對于miRNA的認識還十分有限，但隨著新研究技術不斷出現(xiàn)和新miRN

15、A的不斷發(fā)現(xiàn)，miRNA的研究一定會在腫瘤預防、治療方面扮演更加重要的角色。參考文獻：1 Lee RC, Feinbaum RL, Ambros V. The C. elegans heterochronic genelin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14J.Cell, 1993 , 75 (5): 843-854.2 Garzia L, Andolfo I. MicroRNA-199b-5p impairs cancer stem cells through negative regulation o

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