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(xì)胞中，與腫瘤和腫瘤干細(xì)胞關(guān)系密切，功能復(fù)雜，通過對靶mRNA 的降解或?qū)Π?mRNA 翻譯的阻遏，起到腫瘤抑制或腫瘤促進(jìn)的作用，本文對此做一綜 述?！娟P(guān)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(gè)核苷酸構(gòu)成的非編碼單鏈 RNA 分 子，它們廣泛存在于動植物細(xì)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(gè)小

2、分子 RNA : Lin-4。到目前為止，共發(fā)現(xiàn)并且確認(rèn)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(gè)#表示其序號，第二個(gè)#表示同一個(gè) 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(gè) 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(xué)作用在細(xì)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

3、III 的作用下，剪切 miRNA 前體(pre-miRNA )。pre-miRNA 進(jìn)一步切割產(chǎn)生成熟的 miRNA，發(fā)揮下游生物學(xué)功 能。Pasquinelli 等3在對線蟲的研究中發(fā)現(xiàn)，22nt RNA 通過與 mRNA 的 3 UT 區(qū)不 完全互補(bǔ)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(bǔ)結(jié)合，并最終導(dǎo)致了靶 mRNA 的水解。 提示 miRNA 主要是通過兩種機(jī)制調(diào)節(jié)基因表達(dá)： 對靶 mRNA 的 降解或?qū)Π?mRNA翻譯的阻遏；采用哪種機(jī)制取決于 miRNA 與靶 mRNA 的互補(bǔ) 程度

4、：若 miRNA 與 mRNA兩者完全互補(bǔ)，miRNA 就引導(dǎo)靶 mRNA 的特異性溶 解；若兩者不完全互補(bǔ)則引起翻譯抑制5-6。2 miRNA 與腫瘤2.1 有抑癌基因作用的 miRNA2.1.1 miR-15/miR-16最初認(rèn)為 miRNA 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(dǎo)凋亡，而且 Xia 等8的實(shí)驗(yàn)也證實(shí)在胃癌 SGC7901 細(xì) 胞株中miR-15b/miR-16 可以通過調(diào)節(jié) Bcl-2 基因來控制 SGC7901 細(xì)胞株的多藥 耐受性。但是，Linsley 等9發(fā)現(xiàn) miR-15a/miR-16

5、-1 卻不能調(diào)節(jié) Bcl-2,其 mRNA 和蛋白表達(dá)都沒有變化，分析其實(shí)驗(yàn)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。2.1.2 Let-7Reinhart 等11在線蟲中發(fā)現(xiàn)了 Let-7, Let-7 對于誘導(dǎo)細(xì)胞周期的退出和終末分 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(rèn)識，Let-7 缺失將導(dǎo)致細(xì)胞不能退出細(xì)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

6、常在腫瘤中表達(dá)異常，并與細(xì)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 3 UTR 區(qū)中多個(gè) Let- 7 補(bǔ)充位點(diǎn)結(jié)合，負(fù)向調(diào)控 Ras 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。Ortholan 等13實(shí)驗(yàn)表明 Let-7 的 表達(dá)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 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(xiàng)目(2010CB529403)資助

7、馮華達(dá)水平顯著下降，且其表達(dá)水平越低，患者的預(yù)后越差；體外細(xì)胞培養(yǎng)表明，肺 癌細(xì)胞中若人工表達(dá) Let-7，會使細(xì)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(diǎn)結(jié)合，調(diào)節(jié) Ras 蛋白 表達(dá)水平，從而達(dá)到抑癌的作用：Let-7 水平下降，Ras 蛋白高表達(dá)，腫瘤惡性 化水平加大；let-7 水平上升，Ras 蛋白表達(dá)減少，抑制癌細(xì)胞增殖。2.1.3 miR-34/miR-155p53 是一種腫瘤抑制基因，在所有惡性腫瘤中，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(xué)改變。He 等16在通過在體外培養(yǎng)細(xì)胞中人工擴(kuò)增表 達(dá)miR-34 發(fā)現(xiàn)，miR-

8、34 家族(包括 miR-34a、miR-34b、miR-34c)的表達(dá)增 加，會通過p53 導(dǎo)致細(xì)胞衰老和凋亡，但若 miR-34 表達(dá)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(dá)，TP53INP1 是凋亡前 p53 靶基因，認(rèn)為其 抗腫瘤作用可能是活化了caspas 遴徑從而引起細(xì)胞凋亡；但 miR-155 在胰腺導(dǎo) 管癌細(xì)胞中過度表達(dá)。故僅由miR-155 對 TP53INP1 有抑制表達(dá)作用就推斷 miR- 155 具有抗腫瘤作用應(yīng)持謹(jǐn)慎態(tài)度。2.2 有癌基

9、因作用的 miRNA2.2.1 miR-155myc 基因參與細(xì)胞凋亡，其在腫瘤細(xì)胞中常過量表達(dá)。Metzle 等18在兒童Burkitt 淋巴瘤患者中證實(shí) 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(xì)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。222 miR-17-92 基因簇He 等19發(fā)現(xiàn)在多種淋巴瘤中常常有 13q31 位點(diǎn)的擴(kuò)增，這一位點(diǎn)編碼了 miR-17-92 基因簇，其中包

10、含了 7 個(gè) miRNAs : miR-17-5p, miR-17-3p, miR-18a, miR-19a，miR-19b-1， miR-20a和miR-92-1， 通過小鼠實(shí)驗(yàn)研究證明， 同時(shí)過表 達(dá)MYC和miR-17-92基因簇，則細(xì)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(dǎo)細(xì)胞不受控制地增殖，這導(dǎo)致了腫瘤發(fā)生。值得注意的是，ODonnell 等20發(fā)現(xiàn) MYC 誘導(dǎo)了 mir-17-92 的表達(dá)，而這些 miRNA可以抑制 E2F1 的翻譯，在這一實(shí)驗(yàn)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

11、反的?？赡芘c E2F1 可以促進(jìn)細(xì) 胞增殖，但是當(dāng) E2F1的表達(dá)水平超過一閾值，它也可以引起凋亡有關(guān)。3 miRNA 與腫瘤干細(xì)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(dǎo)入 CSCs 中，讓 Let-7 恢復(fù)表達(dá)，作用于 Let-7 的靶點(diǎn) H-RAS 和 HMGA2，使二 者表達(dá)降低。 其中， H-RAS 的低表達(dá)降低了腫瘤細(xì)胞的增值速度， 但沒有影響分 化； 而 HMGA2的低表達(dá)則加強(qiáng)分化，但并不會影響增殖的速度。Buckley 等22發(fā)現(xiàn)，作為干細(xì)胞調(diào)控因子的 REST，若表達(dá)降低 50%，則激活 miR-21 表達(dá)，進(jìn) 而使C

12、SCs 的全能型表達(dá)得到抑制，這提示 miR-212 可以降低CSCs成瘤能力。 Garzia等將 miR-199b-5p作用于轉(zhuǎn)錄因子 HES1,使 HES1表達(dá)降低，進(jìn)而通過調(diào)節(jié) Notch 途徑，降低髓母細(xì)胞瘤（MBs ）的增殖率，實(shí)驗(yàn)中還 發(fā)現(xiàn)，miR-199b-5p 的過表達(dá)會使去胸腺裸鼠體內(nèi) CSCs 基因的表達(dá)受阻，同時(shí)影 響小腦中正常細(xì)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(dá)率遠(yuǎn)高于轉(zhuǎn)移性腫瘤中的表達(dá)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

13、發(fā)現(xiàn)在腦膠質(zhì)瘤中，CD133-細(xì)胞有六種 miRNA（ miR-16, miR-107, miR-185, miR-425,miR-451, miR-486）表達(dá)上調(diào)，若提高腦膠質(zhì)瘤干細(xì)胞中 SMAD3和 SMAD4 的含量，可上調(diào) miRNA-451，促進(jìn)干細(xì)胞分化為 CD133-細(xì)胞。Silber 等24發(fā)現(xiàn) miR-124 和 miR-137 在正常神經(jīng)干細(xì)胞（NSCs）中高表達(dá)，但在腦膠 質(zhì)瘤干細(xì)胞，尤其是惡性多形性膠質(zhì)瘤干細(xì)胞（hGSCs）中低表達(dá)，而它們的表 達(dá)不但可誘導(dǎo)膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的分化，還可使腦膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的細(xì)胞周期停留在G0/G1 期，降低了成瘤性。4 miRNA 的研究意義

14、4.1 預(yù)測腫瘤發(fā)展、演進(jìn)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(dá)水平 存在較大差異，且不同類型腫瘤中異常表達(dá)的 miRNA 不盡相同，這提示了可以 通過檢測 miRNA水平，對細(xì)胞癌變趨勢進(jìn)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(gè)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(xué)的 研究提供了技術(shù)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(bào)道，主要 因?yàn)槟壳皩τ?

15、miRNA 的影響因素尚未確定。離體實(shí)驗(yàn)中，可行的調(diào)節(jié)方法也較 少，將外源 miRNA導(dǎo)入，如利用病毒載體轉(zhuǎn)導(dǎo)20。若能夠闡明 miRNA 在體內(nèi) 的上游調(diào)控機(jī)制，對于人工調(diào)節(jié) miRNA 水平，對于腫瘤的治療、改善預(yù)后具有 重要意義。4.3 人工調(diào)節(jié) miRNA 靶位由于 miRNA 對其靶位的調(diào)控是通過 3 TUR 位點(diǎn)完成的，因此，可以通過設(shè)計(jì) miRNA結(jié)合位點(diǎn)，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(dá)所造成的負(fù)面影響；人工加強(qiáng)miRNA 與靶位的結(jié)合，達(dá)到限制腫瘤發(fā)展演進(jìn)的目的。自 2005 年 Nature Cell 等雜志連續(xù)刊登多篇有關(guān) m

16、iRNA 相關(guān)研究的文章 后， miRNA已經(jīng)逐漸變成繼腫瘤干細(xì)胞后的另一腫瘤領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。miRNA不僅對于預(yù)測腫瘤發(fā)生、輔助腫瘤治療、控制腫瘤發(fā)展、參與術(shù)后恢復(fù)等方面有 著重要意義，為進(jìn)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(rèn)識還十分有限，但隨著新研究技術(shù)不斷出現(xiàn)和新miRNA 的不斷發(fā)現(xiàn)，miRNA 的研究一定會在腫瘤預(yù)防、治療方面扮演更加重要的角色。 參考文獻(xiàn)：1 Lee RC, Fein baum RL, Ambros V. The C. elega ns heterochr onic gen eli n-4 en codessmall

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