microRNAs在炎性反應與腫瘤關系中的作用

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microRNAs在炎性反應與腫瘤關系中的作用

胡光富張宏偉

(復旦大學附屬中山醫院普外科，上海200032)

Pathways Connecting Inflammation and Cancer: microRNAs may Serve as a Bridge

HUGuangfuZHANGHongweiDepartmentofGeneralSurgery，ZhongshanHospital，FudanUniversity，Shanghai200032，China

miroRNA(miRNA)由真核生物基因組編碼、RNA聚合酶II或III轉錄，依次經細胞核中Drosha和細胞質中Dicer酶(RNase III家族)剪切，最終形成約含22個核苷酸的小分子非編碼單鏈RNA[1-2]。miRNA作為一種重要的基因表達調控因子，主要在轉錄后水平負調控靶基因的表達。Virchow首次提出了慢性炎性反應與癌變的關聯假說[3-4]，而Allavena等[5]將炎性反應與腫瘤間相互作用的機制概括為基因調控和炎性反應兩個途徑。近年來，miRNA在炎性反應、腫瘤、免疫反應中的作用逐漸被揭示[6]。miRNA是免疫系統的一把雙刃劍，既可維持機體內環境穩定，也可促進疾病的惡性循環[7]。目前，有關炎性反應與胃癌、結腸癌、肝癌、肺癌、食管癌、甲狀腺癌、宮頸癌、膀胱癌、前列腺癌等腫瘤的關系的研究已較多，而有關炎性反應與乳腺癌的研究相對較少[3,8]。本文就miRNA在炎性反應與腫瘤(尤其是乳腺癌)間的橋梁作用作一綜述。

1炎性反應與腫瘤的關系

1.1腫瘤基因水平上引發的炎性反應有文獻[9]將炎性反應與腫瘤間的相互作用概括為內外兩個途徑，其中內途徑指的是腫瘤細胞在基因水平上引發炎性反應，而炎性反應微環境又進一步干擾腫瘤細胞的基因穩定性，進而在基因層面形成惡性循環。以往研究認為，腫瘤的炎性反應不同于之前流行病學中的炎性反應，并認為這種異常的炎性反應可能是由腫瘤內的癌變基因引發的；之后發現多個腫瘤癌變基因及其介導的信號通路參與了此炎性反應的發生，如甲狀腺癌RET/PCT基因重排尤其是RET/PCT1基因重排能誘導活化細胞集落刺激因子(CSFs)、白介素-1(IL-1)、環氧化酶2(COX2)、趨化因子受體8(CXCR8)、CCL2、CCL20等炎性反應因子參與募集巨噬細胞、樹突狀細胞，引發炎性反應[10-11]。有趣的是，炎性反應微環境可以促使腫瘤的發生發展。通過向Hela細胞內轉導活化的ras基因，誘導其分泌過量的IL-8/CXCL8因子，可以促進腫瘤血管新生[12]。誘導非小細胞肺癌 PTEN基因突變能上調低氧誘導因子(HIF-1)及HIF-1依賴的CXCR4基因表達，進而促進非小細胞肺癌轉移[13]。而且，越來越多的證據表明，炎性反應細胞和炎性反應介質可以通過直接損傷DNA、干擾DNA修復系統和干擾細胞周期等方式促進腫瘤的生成及發展[14]。錯配修復(mismatch repair，MMR)屬于堿基剪切修復(base excision repair，BER)，是重要的DNA修復系統之一。MMR家族成員可通過微衛星不穩定(microsatellite instability，MSI)現象發生基因沉默，從而增加基因的不穩定性[15]。研究[16]顯示，炎性反應微環境中常過表達BER相關酶，如酸性糖蛋白(AAG)、脫嘧啶核酸內切酶(APE1)，通過促進MSI抑制MMR，最終導致腫瘤發生。

1.2腫瘤相關炎性反應微環境(cancer-relate inflammation，CRI)Colotta所指的炎性反應與腫瘤間相互作用的外途徑即：炎性反應微環境內的炎性反應細胞或炎性反應因子可以協助腫瘤細胞增殖或轉移，而腫瘤細胞本身可通過自分泌或旁分泌形式維持或推進炎性反應進程。炎性反應微環境包括炎性反應細胞和炎性反應因子，前者主要包括腫瘤相關巨噬細胞(tumor-associated macrophages，TAM)、腫瘤相關樹突細胞(tumor-associated dendritic cells ，TADC)、腫瘤浸潤T細胞(tumor-infiltrating T cells，TIL)等，后者主要包括細胞因子[腫瘤壞死因子(TNF)、白細胞介素1(IL-1)、IL-6]和趨化因子(CXC型和CC型)等[3]。誘導腫瘤血管生成是炎性反應細胞或炎性反應因子促進腫瘤增生的重要途徑之一。已有多項研究表明，炎性反應細胞尤其是TAM浸潤與腫瘤血管生成及腫瘤進展密切相關[17]。TAM還可以產生轉化生長因子(TGF)，直接或間接通過誘導血管內皮生長因子(VEGF)刺激腫瘤血管增生；TNF、IL-1、IL-6、IL-8也可以誘導VEGF的表達增加[18]。

此外，炎性反應因子或炎性反應細胞參與腫瘤細胞轉移的多個環節。TNF、CC型趨化因子可以誘導產生多種細胞外蛋白酶，協助腫瘤細胞穿過細胞外基質。而“逆向浸潤假說”認為，炎性反應細胞在浸潤腫瘤組織時遺留了其遷移途徑，腫瘤細胞可經此途徑逆向轉移，從而脫離腫瘤組織[19]。研究[20]認為，某些腫瘤細胞可利用黏附分子、細胞因子、趨化因子及受體等實現特定器官的遠處轉移[20]。

2miRNA在炎性反應與腫瘤間的橋梁作用

2.1miRNA在基因水平上對炎性反應和腫瘤的橋梁作用miRNA是炎性反應與腫瘤重要的調節因子。腫瘤可利用miRNA刺激炎性反應發生，而炎性反應可以通過調控miRNA基因表達從而引發癌變[6]。單個miRNA可以通過與靶基因mRNA 3’UTR不完全互補結合抑制靶基因翻譯，故單個miRNA可以同時調控多個通路上的基因表達。因此，miRNA的微小改變即可引起炎性反應或腫瘤發生[21]。腫瘤通過miRNA介導引發炎性反應，主要是因為miRNA在先天性和獲得性免疫系統中均發揮重要的調控作用。免疫細胞的正常分化和成熟需要miRNA的調控[7]。腫瘤發生時，機體免疫系統的平衡被打破，由抗瘤與促瘤平衡傾向于促瘤，并促發非自限性的腫瘤相關炎性反應的發生[22]。抗腫瘤微環境以Th1細胞和M1型巨噬細胞為主，而促腫瘤微環境則以Th2細胞和M2型巨噬細胞為主。同時，炎性反應可以通過使多種miRNA基因表達改變而誘導腫瘤發生。研究[23-24]發現，炎性反應因子IL-6可以通過JAK2/STAT3信號通路誘導miR-21的表達，而miR-21可以抑制多種抑癌基因的表達。內毒素(LPS)、TNF-α、干擾素-β(IFN-β)均可通過誘導miR-155高表達而抑制p53信號通路，從而誘導腫瘤的發生[25-26]。

2.2miRNA在腫瘤相關炎性反應微環境中的作用miRNA在調整和維護腫瘤相關炎性反應微環境中扮演著重要的角色。由TAM所分泌的VEGF-A是與腫瘤增生和轉移有關的重要的調節因子。近來，Jafarifar等[27]報告了在腫瘤微環境內，缺氧逆轉miRNA介導的VEGF-A表達沉默的新機制。他們發現，至少有4種miRNA靶向負調控位于VEGF-A 3'-UTR區域的CA富含元件(CA-rich element，CARE)，而不均一核糖核蛋白-L(hnRNP-L)結合于CARE；在TAM中，缺氧促使大量hnRNP-L從細胞核轉運到細胞質，與miR-297、miR-299競爭VEGF-A 3'-UTR區域的CARE，進而促使TAM分泌VEGF-A。腫瘤細胞可通過募集免疫抑制細胞，如骨髓性抑制細胞(myeloid-derived suppressor cell，MDSC)，營造腫瘤相關炎性反應微環境，實現腫瘤細胞的免疫逃逸。以往的研究發現，多種因子可以誘導骨髓前體細胞向MDSC分化。Wang等[28]研究顯示，腫瘤細胞可通過miR-34a及轉錄因子twist調節TGF-b和(或)IL-10的水平，從而促進骨髓前體細胞向的MDSC分化。

3miRNA在炎性反應與乳腺癌間的橋梁作用

3.1miRNA在基因水平上介導炎性反應與乳腺癌的發生1999年Howe等[29]發現，轉染攜帶Wnt-1癌基因的逆轉錄病毒可上調小鼠乳腺上皮RAC311和C57MG細胞中COX-2的表達，進而誘導細胞癌變，這個過程同COX-2促發腸癌相似。Gerger等[30]研究了432例乳腺癌患者中IL-10的基因多態性，Cox回歸分析顯示，IL-10 592C>A基因多態性可作為乳腺癌患者無病生存(disease-free survival，DFS)的有效預后指標。Jiang[31]等發現，miR-155可通過直接抑制腫瘤抑制基因SOCS-1，促進乳腺癌細胞增殖及裸鼠體內成瘤，并激活聯系癌癥-炎性反應的關鍵信號通路JAK/STAT3；他們同時發現，在IFN-γ、IL-6、LPS、poly(I:C)等炎性反應因子刺激下，乳腺癌細胞中miR-155表達增加，提示miR-155可能在癌癥與炎性反應間發揮橋梁作用。而研究[32]發現，miR-155通過激活STAT3和抑制miR-143，在轉錄和轉錄后水平調控Warburg效應中的關鍵酶之一——己糖激酶-2(hexokinase-2)的表達，從而促進腫瘤的發生。乳腺癌細胞中的miR-155不僅調控多種癌相關基因的表達，還通過靶向抑制C/EBPβ和Ets-1調控一系列癌相關miRNA，通過炎性反應信號促進乳腺癌細胞的增殖及遷移[33]。

3.2miRNA在乳腺癌炎性反應微環境中的作用乳腺癌炎性反應微環境中的TAM分泌大量的TNF-α，而乳腺癌細胞可合成胸苷磷酸化酶(thymidine phosphorylase，TP)。1998年Leek等[34]發現，TNF-a可以上調TP水平，這兩者均是促進腫瘤血管生成的重要因子，從而揭示了乳腺癌炎性反應微環境中TAM浸潤促進腫瘤血管生成的分子機制。最近，Kong等[35]研究了miR-155在乳腺癌中調節腫瘤血管生成的作用，發現miR-155靶向負調控VHL腫瘤抑制基因，從而促進人臍靜脈血管內皮細胞網形成、增生、浸潤及遷移；體內實驗發現，異種移植高表達miR-155的乳腺脂肪墊可以促進腫瘤血管增生，并募集TAM等多種炎性反應細胞。Xiang等[36]發現，乳腺上皮細胞中存在一個由miR-146b參與調節的STAT3負反饋環：轉錄因子STAT3轉錄miR-146b，miR-146b抑制轉錄因子NF-kB轉錄IL-6，而IL-6又是轉錄因子STAT3的激活劑，即“IL-6、STAT3、miR-146b、NF-kB、IL-6”負反饋環；乳腺癌細胞中miR-146b的啟動子被甲基化失活，負反饋環失活使得STAT3過表達，從而促使乳腺癌炎性反應微環境形成。Iliopoulos等[37]發現，炎性反應因子在腫瘤蛋白和miRNA參與下形成一個正反饋環，可以在無其他致瘤因素下誘導乳腺細胞癌變，激活乳腺上皮MCF-10A細胞內Scr蛋白，并通過NF-kB信號通路直接激活Lin28轉錄因子、降低let-7miRNA的表達水平，從而上調炎性反應因子IL-6所介導的STAT3轉錄因子的水平，最終導致乳腺細胞發生表皮-間充質轉化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)。

3討論與展望

當機體受到可控損傷時，免疫系統啟動炎性反應反應，經過良性自限性過程修復損傷；當損傷過度或免疫缺陷時，炎性反應過激或低效、無效甚至反效，發生惡性非自限性過程，導致癌變[38]。miRNA作為核心調控因子，在炎性反應與腫瘤、修復與癌變關系中起到了重要調控作用[39]。miRNA的這種調控作用可概括為基因調控、炎性反應兩個途徑，miRNA似乎依托于免疫系統在炎性反應與腫瘤間起到了重要的橋梁作用。從流行病學角度來看胃癌、結腸癌、肝癌等與慢性胃炎、慢性結腸炎、慢性肝炎等有較為明確的關系，而乳腺癌與慢性乳腺炎似乎沒有直接聯系。所以，此處乳腺癌炎性反應微環境不完全等同與流行病學上的慢性炎性反應。實際上，此炎性反應與彼炎性反應的異同和調節機制尚未完全明確[4]。另外，不同組織的腫瘤炎性反應微環境也存在差異，其內部發生機制可能存在明顯不同，而乳腺癌炎性反應微環境還與激素水平密切相關[14,40]。未來的挑戰正是要揭示這些炎性反應的本質，理清免疫、炎性反應、腫瘤間錯綜復雜的關系網，探索miRNA在其中的重要地位。

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