miRNA- 205調控靶基因的研究進展與趨勢

王蒙蒙，劉卓琦，王 晟，范瑞琦，楊曉紅，羅達亞*

(1.南昌大學 基礎醫學院 生物化學與分子生物學教研室， 江西 南昌 330006；2.杭州電子科技大學 研究生院 學位辦公室， 浙江 杭州 310018)

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短篇綜述

miRNA- 205調控靶基因的研究進展與趨勢

王蒙蒙1，劉卓琦1，王 晟2，范瑞琦1，楊曉紅1，羅達亞1*

(1.南昌大學 基礎醫學院 生物化學與分子生物學教研室， 江西 南昌 330006；2.杭州電子科技大學 研究生院 學位辦公室， 浙江 杭州 310018)

傳統的miRNA- 靶基因- 生物學功能研究思路忽略了靶基因之間、靶基因所在信號通路之間的聯系，使得miRNA調控作用的整體性與關聯性無法得到全面的闡釋。運用整體、系統且聯系的思維方式，通過對熒光素酶報告實驗驗證的miR- 205靶基因及其信號通路的整理和分析，將明確miR- 205的研究方向，并為突破現有miRNA研究的整體格局，探索新穎的miRNA調控機制提供幫助。

miR- 205；靶基因；研究進展與趨勢

microRNA(miRNA，miR)是一類長度約22 nt的非編碼小分子RNA，在轉錄和轉錄后水平調控基因表達。miRNA的發現，為探索生理、病理過程中人類基因的表達調控提供了新型的研究方向[1]。

1 非編碼小分子miR- 205的研究現狀

miR- 205是廣泛分布于高等生物鱗狀上皮組織的保守RNA分子，由于其調控諸多與腫瘤發生、發展密切相關的靶基因，現階段miR- 205的研究主要集中在腫瘤生物學領域：miR- 205既可能以癌基因作用的方式在食管癌、卵巢癌、肺癌、子宮內膜癌中發揮作用，也可能以抑癌基因的作用方式在乳腺癌、前列腺癌、黑色素瘤和浸潤性膀胱癌中發揮作用[2- 4]。 然而，縱觀miR- 205與其他miRNA的研究

現狀，大多數研究仍然局限于從單一的靶基因入手去闡明miRNA與生物學行為之間的關系，這種零散、單一的miRNA-靶基因-生物學功能研究思路忽略了靶基因所在信號通路及其之間的聯系，使得miRNA調控作用的整體性與關聯性無法得到全面的闡釋。miRNA- 205研究的局限性，一方面造成miR- 205研究中90%以上的文獻資料集中于腫瘤生物學領域，在其他領域研究甚少；另一方面，由于缺乏對miR- 205調控整體性的認知，miR- 205在腫瘤領域中的研究方向集中在細胞生長、增殖、分化、凋亡、血管生成、遷移和轉移等傳統領域，而與腫瘤生物學行為密切聯系的生化代謝、免疫和炎性反應等其他領域的研究進展較為緩慢。為此，本綜述通過對miR- 205調控靶點及其所在信號通路的整理，探索開辟miR- 205調控研究的新領域。

2 miR- 205調控靶基因的篩選及其KEGG信號通路歸類

熒光素酶報告實驗是目前公認的miRNA調控直接靶點的驗證方法。為獲得miR- 205調控的直接靶基因，通過對PUBMED收錄的287篇miR- 205相關文獻的閱讀和整理，搜索并整理經熒光素酶報告實驗驗證的miR- 205直接調控靶基因27個。為確認27個靶基因的信號通路定位，進一步選擇GeneCoDis3分析系統對27個靶基因進行了KEGG信號通路(KEGG Pathway)歸類分析。分析結果顯示，除9個靶基因未分類外，其余18個miR- 205靶基因分布于5類KEGG Pathway(表1)。

3 miR- 205調控KEGG信號通路特異基因

miR- 205調控9個KEGG信號通路特異靶基因的8篇文獻，7篇來源于腫瘤生物學的研究。E2F轉錄因子家族蛋白通過介導細胞周期蛋白以及抑癌蛋白活性調控細胞生長、增殖及凋亡，在多種腫瘤的發生、發展過程中發揮重要的作用[5]。miR- 205能抑制惡性黑色素瘤細胞的增殖、生長及克隆形成，在多種黑色素瘤細胞中，miR- 205的表達與E2F5的表達呈現反變關系，其抑制細胞增殖的機制與其降低E2F5的表達和抑制AKT的磷酸化有密切關系。此外，在C8161.9黑色素瘤細胞中，將包含miR- 205種子序列互補的E2F5 3′-UTR克隆到質粒載體行熒光素酶報告實驗，進一步驗證了E2F5是miR- 205的功能靶點[6]。YES1基因為非受體酪氨酸蛋白激酶Src家族成員，作為重要的細胞信號聯絡分子，在細胞生長和分化、生存和凋亡以及細胞骨架重塑等過程中發揮重要的作用[7]。YES1的多效功能使其成為潛在的分子干預靶標。miR- 205在腎癌細胞系及腎癌組織中的表達明顯低于非腎癌細胞系和正常腎臟組織，且與YES1的表達呈負相關。將miR- 205瞬時和穩定轉染腎癌細胞系A498后，miR- 205的表達升高，YES1的mRNA 水平及蛋白表達均明顯下調[8]。

表1 GeneDis3系統分析熒光素酶報告實驗驗證的miRNA- 205靶基因的KEGG信號通路歸類

*represents the genes only classified into a specific KEGG pathway.

4 miR- 205調控KEGG信號通路支點基因

GeneCoDis3分析顯示，miR- 205直接調控的9個靶基因歸屬于2～4個KEGG 通路，作為支點基因聯絡不同的生物學過程。ERBB3屬于受體酪氨酸蛋白激酶表皮生長因子受體家族的成員，通過與該家族的其他成員形成異源二聚體而活化，誘導細胞增殖、分化并抑制凋亡。在乳腺癌標本中，miR- 205和ERBB3的表達具有負相關性。細胞水平實驗中發現，在乳腺癌細胞中高表達miR- 205，不僅可以通過下調ERBB3的表達以及抑制下游PI3K/AKT信號通路的活化，減慢細胞增殖速度；而且，miR- 205可以通過誘導MCF7細胞對酪氨酸蛋白激酶特異性抑制劑——吉非替尼和拉帕替尼的敏感性而殺傷腫瘤細胞[9]。LAMC1承擔聯絡細胞間通訊的作用，與腫瘤、感染性和神經退化性疾病的發生、發展均密切相關。miR- 205前體轉染的MDA-MB- 231和BT- 549乳腺癌細胞系中LAMC1蛋白水平下調；相反，在SUM- 149 乳腺癌細胞系中轉染anti-miR- 205后LAMC1蛋白表達增加。在乳腺癌組織樣本中進行免疫組化和原位雜交檢測，觀察到miR- 205和LAMC1蛋白表達之間存在顯著負相關。熒光素酶報告分析證實miR- 205可以直接作用于LAMC1[10]。

5 miR- 205調控KEGG信號通路未分類基因

KEGG信號通路未分類基因編碼的蛋白，大部分通過單獨或形成蛋白復合體與特異核酸序列結合而發揮調控基因表達的作用。作為轉錄起始前復合物的組成部分，共激活蛋白MED1通過與多種轉錄因子形成復合物協助RNA聚合酶對基因的轉錄[11]。將miR- 205雙鏈寡核苷酸模擬物或抑制劑轉染人絨毛膜滋養層細胞系HTR- 8/SVneo后，內源性MED1蛋白表達量發生反向變化[12]。前列腺癌的相關研究中同樣發現，miR- 205能下調正常前列腺細胞中MED1的mRNA與蛋白表達；與癌旁正常組織相比，原發前列腺癌中miR- 205的甲基化誘導其表達下調，并與MED1的表達呈現反變關系[13]。E-黏連蛋白是負責細胞黏著和維持細胞骨架的黏合連接復合體的重要組成部分。E-黏連蛋白的下調表達可以導致多種腫瘤的早期轉移。ZEB1和ZEB2是抑制E-黏連蛋白轉錄相關的同源結構域轉錄因子，在多個研究報道中被確認為miR- 205的調控靶點[14- 15]。在食管鱗癌細胞中轉染miR- 205的抑制劑后，ZEB2表達升高，誘導細胞E-黏連蛋白的表達明顯減少和N-黏連蛋白表達上調。食管鱗癌細胞通過以上過程誘導的EMT獲得更強的轉移表型[16]。

6 miR- 205調控機制的研究趨勢

隨著miRNA領域的研究思路與研究手段逐漸完善，越來越多的miRNA及其調控分子機制被發現并闡明，對該領域的后續研究空間提出了新的挑戰。為此，通過對miR- 205調控靶點及其所在信號通路的整理分析，思考并探索miR- 205的研究趨勢，將為miR- 205及其他miRNA的研究開辟新的方向：1)利用高通量芯片或深度測序分析技術，構建整體、系統的miR- 205調控多基因、多信號通路網絡，將為miR- 205的研究注入新的動力。將miR- 205模擬物轉染MDA-MB- 231細胞系后，通過mRNA表達譜芯片分析獲得288個下調基因，IPA生物學軟件分析顯示，差異表達的基因與細胞運動、細胞生長與增殖、腫瘤、細胞間信號聯絡、炎癥反應等相關[17]。在前列腺癌的研究中，通過AGO2介導的RNA免疫共沉淀-表達譜芯片分析手段獲得與miR- 205相互作用的mRNA，不僅發現這些miR- 205關聯基因與MAPK/ERK、Toll樣受體、IL- 6介導的信號通路存在密切聯系，而且結合熒光素酶報告實驗等驗證了miR- 205靶向調控其中一個與前列腺癌發生密切相關的關鍵基因——AR[18]。2)miR- 205通過支點基因及其信號通路參與調控腫瘤之外的其他多種生物學進程，這將突破miR- 205現今研究主要局限于腫瘤生物學領域的格局，拓寬miR- 205的研究廣度。以miR- 205調控的信號通路支點基因PTEN為例，PTEN不僅通過負調控PI3K/AKT 通路發揮致癌作用[19]，而且可以通過PI3K/AKT依賴和非依賴性兩條途徑負調控糖酵解和谷氨酰胺分解兩個關鍵代謝途徑，調控細胞能量代謝[20]。這為促進miR- 205在非腫瘤學領域的創新研究指明了方向。3)miR- 205與其他miRNA通過共調基因、共調信號通路聯絡在一起，為miRNA與其他miRNA相互作用的研究提供了可能。在角膜上皮中，INPPL1是miR- 205調控的一個靶點，miR- 184可以通過干擾miR- 205的表達，導致INPPL1誘導的AKT信號通路的阻滯，以調控角質細胞的凋亡[21]。這是首個證明miRNA負調控另一個miRNA以維持靶蛋白水平的實例。

同時，miRNA互作調控網絡將聯絡同一miRNA的不同信號通路和生物學過程相互聯系，為生物學行為的調控機制探索開創了新的研究領域。miR- 205靶向的PTEN可以調控細胞能量代謝和腫瘤生物學行為，提示以PTEN作為信號通路支點基因聯絡的能量代謝與腫瘤發生、發展之間存在密切聯系。同樣，miR- 122、miR- 146a、miR- 205等均參與了炎性反應和腫瘤的發生、發展[22- 24]，提示以以上miRNA聯絡的炎癥與腫瘤之間也存在密切的聯系。如今，腫瘤細胞能量代謝異常以及慢性遷延性非可控性炎癥誘導并促進腫瘤轉移的觀點已被充分驗證并廣為接受[25]。

結合miRNA- 205的以上綜述分析，可以看到，以miRNA聯絡的多信號通路以及多種生物學行為之間密切聯系的事實。為此，運用整體、系統且聯系的思維方式，探索新穎的miRNA調控機制，充分挖掘miRNA研究中的潛能，將突破現有的miRNA研究格局，為系統性疾病的研究開辟新的思路。

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新聞點擊

老年婦女有抑郁癥或服抗抑郁藥可增糖尿病心血管病風險

2013-06-21《美國新聞與世界報道·每日健康新聞》(U.S.News & World Report·HealthDay Reporter)報道，一項新的研究發現，老年婦女有抑郁癥或服用抗抑郁藥可能會增加糖尿病和心血管疾病的風險。

研究人員觀察了美國幾千名絕經后的婦女約8年的數據。這些有抑郁癥或使用抗抑郁藥的人比那些沒有抑郁癥未服用抗抑郁藥的人，更傾向于有較高的身體質量指數(BMI)，腰圍也較大并有炎性反應。這些數據都與糖尿病和心血管疾病的風險增加有直接關系。

該研究發表于美國公共衛生雜志(American Journal of Public Health)。

Research progress and trend for miRNA- 205 regulated targets

WANG Meng-meng1, LIU Zhuo-qi1, WANG Sheng2, FAN Rui-qi1, YANG Xiao-hong1, LUO Da-ya1*

(1.Dept. of Biochemistry and Molecular Biology, School of Basic Medical Sciences, Nanchang University, Nanchang 330006; 2.Academic Degree Office, Graduate School, Hangzhou Dianzi University, Hangzhou 310018, China)

Traditional research ideas of miRNA-target gene-biological function have ignored the contact between the target genes and signaling pathways involved, making the integrity and relevance of miRNA regulatory mechanisms not be fully elucidated. Integrated with systematic and relevant way of thinking, summarization and analysis for the luciferase reporter assay validated miR- 205 target genes and their related signaling pathways will pave the way for new research area for miR- 205, and, it will be helpful for breaking through the status quo and exploring the novel research areas for miRNA.

miR- 205; target genes; research progress and trend

2014- 05- 15

2014- 06- 22

國家自然科學基金(30860319，81160248，81360313)；江西省研究生創新專項資金(YC2013-S006)

1001-6325(2015)01-0112-05

R34

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*通信作者(corresponding author)：luodaya@hotmail.com