microRNAs與骨肉瘤關(guān)系的相關(guān)研究

呂沐天

（中國醫(yī)科大學(xué)95期七年制3班，沈陽 110001）

?綜述?

microRNAs與骨肉瘤關(guān)系的相關(guān)研究

呂沐天

（中國醫(yī)科大學(xué)95期七年制3班，沈陽 110001）

骨肉瘤是一種最常見的惡性骨腫瘤，特點是腫瘤細胞產(chǎn)生骨樣基質(zhì)，存在多種亞型和繼發(fā)性骨肉瘤。目前，其病因及發(fā)病機制尚不完全明確，microRNAs是近來發(fā)現(xiàn)的約由19～24個具有基因表達調(diào)控功能的核苷酸序列所組成的小分子非編碼RNA家族，其表達的差異性可能與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。文章對microRNAs的差異性表達及靶向調(diào)控與骨肉瘤發(fā)生發(fā)展的關(guān)系加以綜述。

microRNAs；骨肉瘤；差異性

骨腫瘤是發(fā)生在骨內(nèi)或起源于各種骨組織成分的腫瘤，不論是原發(fā)性、繼發(fā)性，還是轉(zhuǎn)移性腫瘤的統(tǒng)稱。骨肉瘤屬于成骨性腫瘤，又分為普通性骨肉瘤（90%）和繼發(fā)性骨肉瘤，其中前者包含6種亞型，后者包含3種亞型。骨肉瘤好發(fā)于十幾歲的青少年，＞40歲發(fā)病者多繼發(fā)于其他運動系統(tǒng)疾病，如放射性骨病、遺傳性多發(fā)性骨軟骨瘤。骨肉瘤多發(fā)生于長管狀骨的干骺端，最常見于股骨遠端和脛骨近端（50%），其次為肱骨近端（25%），可累及骨膜、骨皮質(zhì)及髓腔。迄今為止，國內(nèi)對骨腫瘤尚無完整的流行病學(xué)統(tǒng)計資料，國外統(tǒng)計資料也僅集中于骨肉瘤方面，據(jù)不完全統(tǒng)計，骨肉瘤約占所有腫瘤的0.2%，約占原發(fā)性惡性骨腫瘤的35%，是最常見的原發(fā)性惡性骨腫瘤。有研究表明，骨肉瘤的發(fā)病率呈上升趨勢[1-4]，不斷威脅著人類，尤其是青少年的生命，是目前醫(yī)學(xué)界亟待解決的醫(yī)學(xué)難題之一。

1969年，Woodruff發(fā)表文章，對骨肉瘤進行了初步探索[5]。隨后科研人員進行了深入研究，發(fā)現(xiàn)了IGF-1[6-7]、3,3'-Diindolylmethane[8]、HER2/erbB-2[9-10]、MAPK7[11]、PEDF[12-13]、VEGF[14-15]與骨肉瘤的可能性關(guān)系。21世紀以來，有學(xué)者逐漸探索到microRNAs與骨肉瘤細胞的增殖、分化、代謝、凋亡以及個體發(fā)育和病毒感染等方面可能存在一定關(guān)系[16-18]。

1 microRNAs的形成

microRNAs是長約19～24個核苷酸序列的單鏈非編碼小分子RNA，是由莖環(huán)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄前體加工而成的[19-21]。其形成是一個多步驟、多環(huán)節(jié)的生物學(xué)過程，分別在細胞核和細胞質(zhì)中進行。其中，編碼microRNAs的基因以單基因或基因簇的形式存在于基因組中，大部分位于基因間隔區(qū)。首先，在RNA聚合酶II（RNA pol II）的作用下編碼microRNAs的基因轉(zhuǎn)錄出具有幾百到數(shù)千個堿基對（kb）的初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，并且具有莖環(huán)結(jié)構(gòu)。然后由RNA水解酶（RNase Drosha）將其剪切為發(fā)夾狀雙鏈RNA，轉(zhuǎn)運蛋白（Exportin-5）識別該發(fā)夾狀雙鏈RNA 3’端特殊結(jié)構(gòu)，在Ran-GTP輔助下將其轉(zhuǎn)運至細胞質(zhì)，最后，在胞質(zhì)中RNase Dicer將發(fā)夾狀雙鏈RNA進行切割，部分產(chǎn)物被降解，部分形成成熟的microRNAs。所形成的成熟microRNAs為單鏈結(jié)構(gòu)，5’端為磷酸基，3’端為羥基，使其與大多數(shù)寡核苷酸和功能RNA的降解片段相區(qū)別[22]。

2 microRNAs的調(diào)控作用

microRNAs是一種轉(zhuǎn)錄后產(chǎn)物，是非編碼小分子RNA，既不能行使mRNA的功能，也不具有tRNA或rRNA的功能。microRNAs可能存在的調(diào)控方式見圖1。

3 microRNAs與腫瘤的關(guān)系

圖1 microRNAs的調(diào)控作用方式gene：基因；mRNA：信使RNA；protein：蛋白質(zhì)

2002年Calin等首先揭示了microRNAs與腫瘤的關(guān)系。研究表明，microRNA-15a和microRNA16-1可以抑制慢性淋巴細胞白血病（CLL）的發(fā)生，原因是在大多數(shù)CLL的病例中這些基因的表達可以抑制白血病細胞的生長繁殖。自此以后，研究人員進行了各方面的實驗研究發(fā)現(xiàn)，某些腫瘤相關(guān)microRNAs基因在腫瘤組織與正常組織間存在異常表達[23-25]。目前，已有某些腫瘤相關(guān)microRNAs基因的大量研究，其中研究較為深入的有microRNA-17-92[26-27]、microRNA-21[28-29]，并且后者主要與宮頸癌、乳腺癌、肝癌、胰腺癌等相關(guān)。由此可見，microRNAs在正常組織及腫瘤組織中的存在差異表達，并且具有潛在的抑癌或促癌作用。

4 microRNAs與骨肉瘤的關(guān)系

microRNAs在腫瘤與正常組織間存在差異性表達，在許多腫瘤中，一部分microRNAs被上調(diào)，一部分microRNAs被下調(diào)。這種失控的microRNAs表達在一定程度上說明，microRNAs影響已知癌基因和抑癌基因的功能，而這些基因可能與組織惡變具有相關(guān)性。細胞周期中生存期延長，無限增殖等一切腫瘤的特征可能都受microRNAs的影響，這說明microRNAs本身可能就是致癌基因或抑癌基因。

隨著基因?qū)W研究的發(fā)展，骨肉瘤中某些上調(diào)或下調(diào)較為顯著的microRNAs逐漸受到人們的重視。目前在動植物以及病毒中已發(fā)現(xiàn)4 000多個microRNA分子。其中，有研究證實的與骨肉瘤相關(guān)的有microRNA-21[30]、microRNA-143[31]、microRNA-125b[32]、microRNA-145[33]、microRNA-183[34]、microRNA-140[35]、microRNA-20a[36]、microRNA-34c[37]等18種，上述大部分研究均通過基因敲除、細胞轉(zhuǎn)染、細胞增殖，繼而進行實時定量RT-PCR檢測細胞中microRNAs的表達，并通過與對照組相比較，經(jīng)過統(tǒng)計學(xué)分析，得出其表達的差異性。以下重點介紹3種研究較為深入的microRNAs分子。

microRNA-21作為一種腫瘤基因，其表達的上調(diào)是骨肉瘤發(fā)生的一個危險因素。有研究表明，microRNA-21的過度表達對骨肉瘤的形成具有重要作用，研究者發(fā)現(xiàn)經(jīng)過microRNA-21基因敲除的MG-63細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移能力明顯降低，并且RECK(reversion-inducingcysteine-rich protein with kazal motifs，RECK)是microRNA-21的靶向調(diào)控因子之一。其主要調(diào)控機制在于microRNA-21通過與mRNA分子上的特殊位點RECK-3'-UTR相結(jié)合，影響mRNA的翻譯過程，從而抑制腫瘤抑制因子RECK的表達。最終實驗結(jié)果表明microRNA-21的表達對骨肉瘤細胞的增殖和凋亡起到關(guān)鍵作用，RECK也可能成為骨肉瘤基因治療的靶點。microRNA-143表達的下調(diào)是骨肉瘤發(fā)生的一個危險因素。有文獻指出，骨肉瘤細胞中的microRNA-143具有細胞凋亡作用，其表達的意義在于減少細胞變異，促進細胞凋亡和抑制腫瘤基因，主要機制可能是通過抑制bcl-2的表達[38]。microRNA-125b表達的下調(diào)是骨肉瘤發(fā)生的一個危險因素。有實驗證明microRNA-125b可以抑制骨肉瘤細胞的增殖、擴散與轉(zhuǎn)移。其可能機制之一是microRNA-125b在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控STAT3的表達，在生理情況下，STAT3在該循環(huán)中保持低水平表達；病理情況下，microRNA-125b表達異常引起STAT3的變化，進一步影響骨肉瘤的生物學(xué)行為。以上研究揭示了microRNAs抑制骨肉瘤細胞生長繁殖的可能機制之一。由此可見，microRNAs的差異性表達可能調(diào)控一種或多種癌基因或抑癌基因的表達，并可同時促發(fā)某些細胞的基因調(diào)控活動。

5 結(jié)語

骨腫瘤是威脅人類生命的一項重大隱患。microRNAs的發(fā)現(xiàn)及其在骨腫瘤細胞中表達的差異，為深入研究提供了方向，為探索骨腫瘤的發(fā)病機制、臨床診斷方法及相關(guān)基因治療提供可靠證據(jù)。microRNAs可能為骨腫瘤的基因治療帶來希望。但目前人們對microRNAs的種類及作用機制的認識仍較局限，可能受其靶向調(diào)控的生物因子還有待進一步發(fā)現(xiàn)，并且不同的microRNAs之間是否存在一定的調(diào)控關(guān)系，對某一腫瘤細胞增殖或轉(zhuǎn)移的綜合效應(yīng)如何仍需進一步研究。

[1] Burningham Z, Hashibe M, Spector L, et al. The epidemiology of sarcoma[J]. Clin Sarcoma Res, 2012, 2(1): 14.

[2] Ropper AE, Cahill KS, Hanna JW, et al. Primary vertebral tumors: a review of epidemiologic, histological and imaging findings, part II: locally aggressive and malignant tumors[J]. Neurosurgery, 2012, 70(1): 211-219.

[3] Anfinsen KP, Devesa SS, Bray F, et al. Age-periodcohort analysis of primary bone cancer incidence rates in the United States (1976-2005)[J]. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev, 2011, 20(8): 1770-1777.

[4] Goldsby R, Burke C, Nagarajan R, et al. Second solid malignancies among children, adolescents, and young adults diagnosed with malignant bone tumors after 1976: follow-up of a Children’s Oncology Group cohort[J]. Cancer, 2008, 113(9): 2597-2604.

[5] Woodruff M. The challenge of osteosarcoma[J]. Ann R Coll Surg Engl, 1969, 44(6): 299-307.

[6] Asmane I, Watkin E, Alberti L, et al. Insulin-like growth factor type 1 receptor (IGF-1R) exclusive nuclear staining: a predictive biomarker for IGF-1R monoclonal antibody (Ab) therapy in sarcomas[J]. Eur J Cancer, 2012, 48(16): 3027-3035.

[7] Wang YH, Han XD, Qiu Y, et al. Increased expression of insulin-like growth factor-1 receptor is correlated with tumor metastasis and prognosis in patients with osteosarcoma[J]. J Surg Oncol, 2012, 105(3): 235-243.

[8] Lu YC, Chen IS, Chou CT, et al. 3,3’-Diindolylmethane alters Ca2

+homeostasis and viability in MG63 human osteosarcoma cells[J]. Basic Clin Pharmacol Toxicol, 2012, 110(4): 314-321.

[9] Rainusso N, Brawley VS, Ghazi A, et al. Immunotherapy targeting HER2 with genetically modified T cells eliminates tumor-initiating cells in osteosarcoma[J]. Cancer Gene Ther, 2012, 19(3): 212-217.

[10] Shan LQ, Ma S, Qiu XC, et al. A novel recombinant immuno-tBid with a furin site effectively suppresses the growth of HER2-positive osteosarcoma cells in vitro[J]. Oncol Rep, 2011, 25(2): 325-331.

[11] Tesser-Gamba F, Petrilli AS, de Seixas Alves MT, et al. MAPK7 and MAP2K4 as prognostic markers in osteosarcoma[J]. Hum Pathol, 2012, 43(7): 994-1002.

[12] Chandolu V, Dass CR. Cell and molecular biology underpinning the effects of PEDF on cancers in general and osteosarcoma in particular[J]. J Biomed Biotechnol, 2012: doi: 10.1155/2012/740295

[13] Broadhead ML, Dass CR, Choong PF. Systemically administered PEDF against primary and secondary tumours in a clinically relevant osteosarcoma model[J]. Br J Cancer, 2011, 105(10): 1503-1511.

[14] Holzer G, Hamilton G, Angelberger P, et al. Imaging of highly malignant osteosarcoma with iodine-123-vascular endothelial growth factor[J]. Oncology, 2012, 83(1): 45-49.

[15] Chen GL, Lin HB, Wu XW, et al. The correlation between thelevel of serum VEGF and bFGF with metastasis and prognosis of osteosarcoma[J]. Xibao Yu Fenzi MianYiXue ZaZhi, 2011, 27(12): 1343-1345.

[16] Baumhoer D, Zillmer S, Unger K, et al. MicroRNA profiling with correlation to gene expression revealedthe oncogenic miR-17-92 cluster to be up-regulated in osteosarcoma[J]. Cancer Genet, 2012, 205(5): 212-219.

[17] Maire G, Martin JW, Yoshimoto M, et al. Analysis of miRNA-gene expression-genomic profiles reveals complex mechanisms of microRNA deregulation in osteosarcoma[J]. Cancer Genet, 2011, 204(3): 138-146.

[18] Jones KB, Salah Z, Del Mare S, et al. miRNA signatures associate with pathogenesis and progression of osteosarcoma[J]. Cancer Res, 2012, 72(7): 1865-1877.

[19] Szcze? niak MW, Owczarkowska E, Gapski J, et al. MicroRNA databases[J]. Postepy Biochem, 2012, 58(1): 91-99.

[20] Iorio MV, Croce CM. microRNA involvement in human cancer[J]. Carcinogenesis, 2012, 33(6): 1126-1133.

[21] Nikitina EG, Urazova LN, Stegny VN. MicroRNAs and human cancer[J]. Exp Oncol, 2012, 34(1): 2-8.

[22] Kobayashi E, Hornicek FJ, Duan Z. MicroRNA Involvement in Osteosarcoma[J]. Sarcoma, 2012: doi: 359739.

[23] He XP, Shao Y, Li XL, et al. Downregulation of miR-101 in gastric cancer correlates with cyclooxygenase-2 overexpression and tumor growth[J]. FEBS J, 2012, 279(22): 4201-4212.

[24] Zhang M, Zhou S, Zhang L, et al. miR-518b is downregulated, and involved in cell proliferation and invasion by targeting Rap1b in esophageal squamous cell carcinoma[J]. FEBS Lett, 2012, 586(19): 3508-3521.

[25] Xu N, Shen C, Luo Y, et al. Upregulated miR-130a increases drug resistance by regulating RUNX3 and Wnt signaling in cisplatin-treated HCC cell[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2012, 425(2): 468-472.

[26] Kaluza D, Kroll J, Gesierich S, et al. Histone deacetylase 9 promotes angiogenesis by targeting the antiangiogenic microRNA-17-92 cluster in endothelial cells[J]. Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2013, 33(3): 533-543.

[27] Kandalam MM, Beta M, Maheswari UK, et al. Oncogenic microRNA 17-92 cluster is regulated by epithelial cell adhesion molecule and could be a potential therapeutic target in retinoblastoma[J]. Mol Vis, 2012, 18: 2279-2287.

[28] Yuan J, Chen L, Chen X, et al. Identification of Serum MicroRNA-21 as a Biomarker for Chemosensitivity and Prognosis in Human Osteosarcoma[J]. J Int Med Res, 2012, 40(6): 2090-2097.

[29] Huang Y, Yang YB, Zhang XH, et al. MicroRNA-21 gene and cancer[J]. Med Oncol, 2013, 30(1): 376.

[30] Ziyan W, Shuhua Y, Xiufang W, et al. MicroRNA-21 is involved in osteosarcoma cell invasion and migration[J]. Med Oncol, 2011, 28(4): 1469-1474.

[31] Osaki M, Takeshita F, Sugimoto Y, et al. MicroRNA-143 regulates human osteosarcoma metastasis by regulating matrix metalloprotease-13 expression[J]. Mol Ther, 2011, 19(6): 1123-1130.

[32] Liu LH, Li H, Li JP, et al. miR-125b suppresses the proliferation and migration of osteosarcoma cells through down-regulation of STAT3[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2011, 416(1-2): 31-38.

[33] Riggi N, Suvà ML, De Vito C, et al. EWS-FLI-1 modulates miRNA145 and SOX2 expression to initiate mesenchymal stem cell reprogramming toward Ewing sarcoma cancer stem cells[J]. Genes Dev, 2010, 24(9): 916-932.

[34] Zhu J, Feng Y, Ke Z, et al. Down-regulation of miR-183 promotes migration and invasion of osteosarcoma by targeting Ezrin[J]. Am J Pathol, 2012, 180(6): 2440-2451.

[35] Song B, Wang Y, Xi Y, et al. Mechanism of chemoresistance mediated by miR-140 in human osteosarcoma and colon cancer cells[J]. Oncogene, 2009, 28(46): 4065-4074.

[36] Huang G, Nishimoto K, Zhou Z, et al. miR-20a encoded by the miR-17-92 cluster increases the metastatic potential of osteosarcoma cells by regulating Fas expression[J]. Cancer Res, 2012, 72(4): 908-916.

[37] Bae Y, Yang T, Zeng HC, et al. miRNA-34c regulates Notch signaling during bone development[J]. Hum Mol Genet, 2012, 21(13): 2991-3000.

[38] Zhang H, Cai X, Wang Y, et al. microRNA-143, downregulated in osteosarcoma, promotes apoptosis and suppresses tumorigenicity by targeting Bcl-2[J]. Oncol Rep, 2010, 24(5): 1363-1369.

1672-7185（2014）10-0015-04

10.3969/j.issn.1672-7185.2014.10.009

2014-02-12）

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