miR-21與宮頸癌關系的研究進展

劉 靜，王艷林，黃利鳴

(腫瘤微環境與免疫治療湖北省重點實驗室 三峽大學醫學院，湖北 宜昌 443002)

miR-21與宮頸癌關系的研究進展

劉 靜，王艷林，黃利鳴

(腫瘤微環境與免疫治療湖北省重點實驗室 三峽大學醫學院，湖北 宜昌 443002)

人類乳頭瘤病毒(HPV)持續感染是導致宮頸癌發生的主要原因，但是越來越多的證據表明單獨HPV感染不足以導致宮頸的惡性轉化，其他基因表達水平的改變也參與了宮頸癌的發生和發展。近期研究發現，多種miRNA參與宮頸癌的病理進程，其中在宮頸癌中高表達的miR-21可以通過阻遏腫瘤抑制相關基因，如PTEN、PDCD4、TPM1、CCL20和LATS1等的表達而發揮癌基因的作用。本文就miR-21與宮頸癌的關系的研究進展做一綜述。

宮頸癌；miR-21；人類乳頭瘤病毒

宮頸癌是婦科高發惡性腫瘤之一，為第三大女性癌癥死亡原因。調查顯示，2012年全球范圍內有將近527 600例新增的宮頸癌病例，265 700例患者死于宮頸癌[1]。Zur等[2]在40年前最早提出宮頸癌的發生與發展與人類乳頭瘤病毒(Human papilloma virus，HPV)感染有關，而HPV16和HPV18是目前已知與宮頸癌關系最密切的病毒亞型。隨著研究的不斷深入，人們發現單獨的HPV感染不足以導致宮頸組織細胞的惡性轉化，多種其他基因功能和表達水平的改變也參與了宮頸癌的病理進程。近年來的研究發現，microRNA與腫瘤的發生發展、侵襲轉移和細胞凋亡等過程密切相關，能發揮癌基因或者抑癌基因的功能[3-5]。在眾多與腫瘤相關的microRNA中，miR-21已經被發現在人類多種腫瘤中發揮癌基因的作用[6]。本文就miR-21與宮頸癌關系的研究進展做一綜述。

1 microRNA

1993年Lee等[7]首先在線蟲中發現了一種小分子非編碼RNA，并命名為microRNAs，這些小的單鏈RNA雖然不為蛋白編碼，但卻是許多重要的生物進程如細胞生長、凋亡、病毒性感染和腫瘤進展的重要調節者[5，8]，自此拉開了miRNA與腫瘤之間關系的研究序幕。

腫瘤細胞的主要特征包括不受控制的快速增殖、拮抗細胞凋亡和易發生侵襲和轉移等，這些過程與腫瘤相關基因，包括癌基因和抑癌基因的突變和表達異常密切相關。最近的研究證據表明，部分microRNA (miRNA)也可以作為致癌miRNA(oncomiR)或腫瘤抑制miRNA(Tumor suppressor miRs)而參與腫瘤發生與發展的進程，由此成為腫瘤診斷新的標記物或腫瘤靶向治療的新靶點[9]。miRNA是一類長約20～23個核苷酸的小RNA分子，它們能在mRNA水平上調控其他基因的表達水平。位于染色體DNA上的miRNA基因在細胞核內首先被轉錄為初始miRNA (pri-miRNA)。pri-miRNA經核糖核酸酶Ⅲ家族的Drosha酶剪切成前體miRNA(pre-miRNA)后，再被另一個核糖核酸酶Ⅲ家族成員Dicer切割為成熟的miRNA分子。成熟的miRNA能與靶mRNA的3'非編碼區內特殊序列互補結合，由此抑制靶mRNA的翻譯或促進其降解，從而負向調控靶基因的表達。

在真核細胞蛋白翻譯的起始階段，翻譯起始因子PABP(Poly A結合蛋白)和eIF4E將分別結合到mRNA的3'末端poly A序列和5'末端的m7G“帽子”結構上，這兩種因子同時與翻譯起始因子eIF4E結合而使mRNA形成首尾相接的環狀結構，在此基礎上加入其他翻譯起始因子共同構成真核蛋白翻譯的起始復合體，由此啟動蛋白質的翻譯過程。當miRNA結合到mRNA 3'非編碼區的靶序列上后，能在該位點誘導形成CCR4-CAF1-NOT復合物，它是一種poly A尾切割酶，可以切割mRNA 3'末端的poly A序列，由此抑制翻譯起始復合體的形成從而發揮抑制蛋白翻譯的生物學效應[10]。

2 miR-21的生物學特性及在腫瘤中的表達

全基因組分析顯示近半數miRNA基因位于染色體脆性位點和一些在腫瘤中異常表達的基因組區域。miR-21即位于染色體17q23.2的常見脆性位點FRA17B上，該位點在許多實體腫瘤中大量擴增[11]，這與miR-21在這些腫瘤中高表達相一致。miR-21已被證實在幾乎所有實體腫瘤中高表達，包括胃癌、前列腺癌、頭頸部腫瘤、食管癌、惡性膠質瘤、神經母細胞瘤、膽管癌、乳腺癌、肺癌和胰腺癌，因而被認為是一種致癌miRNA[12-13]。大量研究證實，多種腫瘤抑制基因mRNA的3'非編碼區內含有miR-21特異性識別和結合的位點，因而是miR-21的直接靶分子。腫瘤細胞內高表達miR-21將顯著性下調這些基因的表達水平，這可能是miR-21促腫瘤功能的分子基礎。能被miR-21下調的腫瘤抑制基因包括：能抑制PI3K促腫瘤生長信號通路活性的抑癌基因PTEN(第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因)[14]；能抑制腫瘤細胞增殖的抑癌基因TPM1(原肌球蛋白)[15]；能促進細胞凋亡和抑制腫瘤細胞侵襲轉移的腫瘤抑制基因PDCD4(程序性細胞死亡因子4)等[16-20]。降低腫瘤細胞中miR-21的水平將上調上述基因的表達，從而抑制腫瘤細胞增殖，誘導細胞凋亡和阻遏細胞的侵襲和轉移。由于不同腫瘤細胞存在遺傳背景和所處腫瘤微環境的差異，miR-21在不同腫瘤中可能作用于不同的靶基因，影響腫瘤發生與發展的不同環節，由此產生不同的效應[21]。

3 microRNA21與宮頸癌

越來越多的研究發現，多種microRNAs的異常表達與宮頸癌的發生發展關系密切[22-25]，其中miR-21對宮頸癌的影響尤其為人們所關注。

Yao等[26]的報道指出，在快速增殖的宮頸癌Hela細胞中miR-21高表達，用反義核酸抑制細胞內miR-21可以通過上調腫瘤抑制基因PDCD4的表達而顯著抑制細胞的增殖和細胞集落克隆的形成，對PDCD4 mRNA的分析發現，其3'非翻譯區內含有由18個堿基序列構成的miR-21的靶向結合種子序列，該序列直接介導miR-21對PDCD4的表達抑制，對該種子序列的突變將阻遏miR-21對Hela細胞的影響。上述研究提示，miR-21在宮頸癌的進程中扮演著一個癌基因的角色，這為宮頸癌的有效治療提供了一個新的靶點。

高水平持續活化的STAT3是許多上皮細胞惡性腫瘤的一個重要特點，且這種作用與miR-21密切相關。已經在miR-21基因上游的增強子內發現存在兩個高度保守的STAT3結合位點，STAT3可通過與此增強子結合而上調miR-21的細胞內水平[14]。腫瘤抑制基因PTEN是miR-21的下游靶基因之一，具有抑制STAT3(Tyr705)的磷酸化而負性調控STAT3活性的功能，其3'非編碼區內含有miR-21的結合靶序列[27]。持續活化的STAT3將通過上調miR-21的轉錄而抑制PTEN的表達水平，由此解除后者對STAT3活性的抑制。Shishodia等[28]報道，用靶向STAT3的siRNA或特異性抑制劑抑制STAT3活性不僅能抑制宮頸癌Siha細胞增殖和促進細胞凋亡，同時也顯著性下調miR-21和上調PTEN的的表達水平。與此相一致的是，用反義核酸抑制宮頸癌細胞中miR-21表達后，細胞內PTEN的表達水平大幅上調，STAT3(Tyr705)的磷酸化水平顯著性下降，同時癌細胞增殖受到顯著抑制和細胞凋亡增加。在由人類乳頭瘤病毒(HPV)誘導轉化的宮頸癌細胞中，病毒蛋白HPV16-E6是誘導細胞惡性轉化的重要致癌因子。該研究組的進一步分析發現，HPV16-E6能通過上調miR-21表達而增加STAT3的活性。用siRNA技術沉默宮頸癌SiHa細胞內的E6后，miR-21表達水平下降而PTEN表達水平升高，同時細胞增殖受到顯著性抑制。除miR-21外，HPV16-E6還能顯著性下調SiHa細胞中miR let-7α的表達水平。重要的是，STAT3是let-7α的下游靶基因，在STAT3的3'非編碼區內存在有一個let-7α的結合位點[29]。用let-7αmimic轉染而升高Siha細胞中的let-7α可導致STAT3蛋白水平急劇下降，而用靶向E6的特異性siRNA阻遏其表達則可以導致let-7α水平升高。上述研究結果提示，宮頸癌細胞內存在一個由STAT3/miR-21/let-7α/PTEN構成的信號調節環路，病毒源性的腫瘤蛋白E6能夠通過上調miR-21和下調let-7α表達水平而導致STAT3持續活化，由此促進腫瘤的發生和發展。該調節環路的存在為持續高表達STAT3腫瘤的治療提供了一種潛在的新靶點。

Yao等[30]分析了臨床HPV感染患者宮頸癌組織中miR-21的表達水平及其與病理特征的關系，結果發現miR-21在宮頸鱗癌組織中過表達，回歸分析顯示miR-21的表達與腫瘤分化程度和腫瘤淋巴結轉移狀態高度相關，而且在宮頸鱗癌細胞系中miR-21表達上調與HPV16感染密切相關。在體外細胞實驗中，抑制miR-21表達可以抑制宮頸鱗癌細胞的增殖和遷移，敲除miR-21后可以促進宮頸鱗癌細胞凋亡。基因芯片和報告基因分析發現，細胞趨化因子CCL20是miR-21的直接靶基因，CCL20的3'非編碼區內存在的miR-21結合位點，在宮頸癌細胞中轉染miR-21將下調CCL20的表達水平。對臨床宮頸癌組織的分析也發現，CCL20表達水平和miR-21的表達呈負相關。上述研究提示，miR-21在HPV感染的宮頸鱗癌組織中過表達，可以用作宮頸癌的生物學標志，它對下游靶基因CCL20的表達抑制可能與其促腫瘤功能相關。抑制宮頸鱗癌中miR-21表達或阻斷miR-21/CCL20之間的相互作用可能成為宮頸鱗癌新的治療策略。

臨床研究發現，包括miR-21在內的多種miRNA的異常表達與高危HPV陽性宮頸癌產生的放射治療耐受現象密切相關。Liu等[31]的研究證實，miR-21表達水平與高危HPV陽性宮頸癌細胞的放射敏感性呈負相關，它能降低射線誘導的G2/M細胞周期阻滯，增加細胞在S期的比率。利用雙報告基因分析發現，在腫瘤抑制基因LATS1(Large tumor suppressor kinase 1)的3'非翻譯區內含有miR-21的識別和結合位點，miR-21通過直接與LATS1 mRNA結合而抑制后者的表達。在宮頸癌細胞中過表達LATS1能恢復細胞對放射處理的敏感性，逆轉miR-21介導的高細胞集落克隆的生成率，降低放射條件下細胞在S期的比率和恢復G2/M細胞周期阻滯。上述研究結果提示，miR-21-LATS1反應軸在調節宮頸癌細胞的放射治療敏感性中發揮重要作用。

4 結語

作為一種致癌性miRNA，miR-21通過負性調節多種腫瘤抑制相關基因的表達而在宮頸癌的發生和發展中發揮重要作用。雖然人們對miR-21的生物學特性和功能有了一定的了解，但它促進腫瘤發生與發展的確切分子機制尚未完全闡明，其多個下游靶基因之間復雜的相互作用和協調的關系尚待進一步深入研究。相信隨著研究的深入，miR-21有望成為抗宮頸癌治療新的分子靶點。

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Research progress on the relationship between miR-21 and cervical cancer.

LIU Jing,WANG Yan-lin,HUANG Li-ming.Hubei Key Laboratory of Tumor Microenvironment and Immunotherapy,Medical College of Three Gorges University,Yichang 443002,Hubei,CHINA

Persistent infection of high risk HPV(human papilloma virus)is a major cause of cervical cancer. However,growing evidence indicate that HPV infection alone is not enough to cause the malignant transformation of cervical cells.Change of the expression levels in other genes is also involved in the occurrence and development of cervical cancer.Recent studies found that many miRNAs were involved in the pathological process of cervical cancer. Among these miRNAs,the high-expressed miR-21 in cervical cancer plays the role of oncogene by inhibiting the expression of multiple tumor suppressor genes such as PTEN,PDCD4,TPM1,CCL20 and LATS1.The article here makes a brief review on the research progress on the relationship between miR-21 and cervical cancer.

Cervical carcinoma;miR-21;Human papilloma virus

R737.33

A

1003—6350（2015）19—2885—04

10.3969/j.issn.1003-6350.2015.19.1049

2015-04-10)

國家自然科學基金（編號：81374024）

劉 靜。E-mail：249132949@qq.com