MicroRNA在結直腸癌轉移中的研究進展

陳 雷 楊馥寧 邰建東

(吉林大學第一醫院結直腸肛門外科，吉林 長春 130021)

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MicroRNA在結直腸癌轉移中的研究進展

陳 雷 楊馥寧 邰建東

(吉林大學第一醫院結直腸肛門外科，吉林 長春 130021)

結直腸癌；轉移；MicroRNA(miRNA)

結直腸癌(CRC)是全球最常見的消化道惡性腫瘤之一，嚴重危害人類健康，約50%的患者死于轉移相關并發癥〔1〕。在我國，CRC是75歲以上老年人最常見的惡性腫瘤，每年75歲以上老年人中的發病人數約為7.82萬，占全球發病人數的18.08%；75歲以上老年人的CRC病例占每年新發胃腸道惡性腫瘤病例的28.86%，占每年胃腸道惡性腫瘤死亡病例的44.68%；與其他年齡段相比，75歲以上老年人CRC發病率的上升速度要明顯高于胃癌等其他胃腸道惡性腫瘤，其發病后5年生存率較低〔2〕。因此，探索新型生物標記物以利于CRC的篩查、早期診斷和及時治療，將有效改善老年患者的生存率以及生活質量。

1 miRNA與CRC

MicroRNA(miRNA)是一類長度為18～25個核苷酸的高度保守的內源性非編碼單鏈RNA，由高等真核生物基因組所編碼，通過調節基因的表達參與一系列生命過程。miRNA由具有發夾樣環狀結構、長約70～80個核苷酸的單鏈RNA前體經Dicer酶進行加工后生成，隨后降解為單鏈結構(即成熟的miRNA)，繼而被引入到RNA誘導沉默復合物(RISC)中，選擇性地與靶mRNA的互補序列結合。miRNA主要依賴其5'端前2～7個核苷酸(即種子序列〔3〕)與靶mRNA 3'端非翻譯區(3'UTR)序列結合，若不完全互補配對，則阻止翻譯而不影響mRNA的穩定性；若完全互補配對，則降解mRNA，前者多見于動物中，而后者在植物中多見。成熟miRNA的最終效應是通過阻止靶點蛋白的生成而下調靶基因表達，一旦其表達水平失調，則可能導致包括腫瘤在內的多種疾病發生。miRNA在CRC的發生發展過程中起到促進或抑制的作用，原癌miRNA負責調控腫瘤抑制基因的表達，抑癌miRNA負責調控原癌基因的表達〔4〕。

CRC轉移是一系列復雜的多步驟生物學過程，可大致分為以下幾個階段：血管生成、侵襲周圍組織、侵入血管、進入循環、逸出血管、轉移灶定殖〔5〕。近年來大量研究發現miRNA在上述轉移的重要步驟中均可發揮調控作用，miRNA在CRC轉移中的探索研究將成為今后科研工作的重心，為CRC的診斷及綜合治療提供理論依據。

2 miRNA參與CRC轉移的分子機制

CRC轉移是一系列復雜的多步驟生物學過程，CRC細胞逃離原發灶，侵及周圍組織進入血液或淋巴系統并隨之移動，最后經外滲作用逸出血管存活下來并在轉移灶定殖。Hanahan等〔5〕證實miRNA與CRC轉移密切相關，轉移大致可分為兩部分：第一部分為癌細胞從原發灶遷移至遠處組織或器官，第二部分為癌細胞在靶器官定殖，在這一過程中，存在著大量的細胞及分子水平的變化。miRNA表達模式與腫瘤發生發展的各個階段具有一致性，可以協助區分正常結腸黏膜、結腸腺瘤及結腸癌，例如miR-21在腺瘤及腸癌中表達上調，其表達水平的高低與腫瘤分期相關，提示miR-21在CRC發生發展中起到重要作用〔6〕。

2.1 血管生成 新血管的生成無論對于原發灶亦或是轉移灶的腫瘤生長都至關重要，腫瘤附近的血管生成有助于腫瘤生長及侵入循環系統，其受到促/抑血管生成因子的調節。最近研究表明，miRNA具有促/抑血管生成的作用〔7〕，主要通過調節編碼促/抑血管生成因子相關miRNA的水平發揮作用。

促癌miRNA-17-92家族調控血管形成、侵襲、定殖等多個轉移過程，但其在小鼠模型內卻發揮抑制腫瘤血管形成的作用〔7〕。Fish等〔8〕報道miR-126、194分別靶向于血管內皮生長因子(VEGF)及細胞間黏連蛋白(THBS1)而促進血管生成，同時miR-126還具有促進腫瘤細胞進入血液循環及在轉移灶定殖的功能。miR-221、222靶向作用于干細胞因子受體(c-Kit)、信號轉導及轉錄激活因子(STAT5A)從而抑制血管生成〔9〕。Guo等〔10〕研究發現miR-497可以靶向作用于胰島素樣生長因子受體(IGF1-R)發揮抑制血管生成、腫瘤侵襲、耐藥的作用。Ye等〔11〕研究發現CRC組織內miR-27b表達下調，用miR-27b轉染CRC細胞系后發現其可靶向作用于血管內皮生長因子(VEGFC)從而抑制血管生成。

2.2 腫瘤細胞侵襲 腫瘤細胞具有侵襲鄰近組織及遠處器官的特性，原發灶處腫瘤細胞侵襲鄰近組織是腫瘤進展的早期階段。miRNA參與調節腫瘤的侵襲性，其途徑主要包括特定蛋白水解酶的激活、細胞外基質的降解、EMT及腫瘤細胞移位。EMT可使無活動能力的上皮細胞失去細胞間的黏附力并轉變為有活動能力的間質細胞從而進入血液循環，進而發生遠處轉移，是腫瘤細胞侵襲的重要過程。

miR-21靶向于程序性凋亡因子(PDCD4)、抑癌基因(PTEN)進而促進腫瘤細胞的增殖及侵襲〔9〕，結腸癌細胞系轉染反義miR-21后，PDCD4蛋白水平上調，細胞侵襲性降低，雞胚轉移測定實驗證實血管浸潤和肺轉移下調；相反，轉染miR-21的結腸癌細胞系PDCD4蛋白水平顯著下調，細胞侵襲力升高，miR-21和PDCD4基因在結腸癌組織中表達呈負性相關，其中PDCD4蛋白的表達水平明顯低于正常結腸組織。這說明miR-21可負調控PDCD4表達，從而促進腫瘤細胞侵襲、血管浸潤和轉移的發生。Jahid等〔12〕研究發現miR-23a靶向作用于轉移抑制因子(MTSS1)使細胞侵襲性增加。Liu等〔13〕發現miR-499-5p在有淋巴結轉移的結腸癌細胞系內表達明顯升高，將轉染miR-499-5P的SW480細胞注入裸鼠體內后觀察到裸鼠體內肺和肝內都形成了轉移灶，通過熒光素酶報告基因的方法證明miR-499-5p靶向作用于轉錄因子(FOXO4)、PDCD4 促進腫瘤侵襲。miR-31、708 靶向于周期蛋白依賴性激酶(CDKN2B)促進腫瘤細胞侵襲〔14〕。miR-122靶向作用于堿性氨基酸轉運載體(CAT1)促進腫瘤侵襲轉移〔15〕。Toiyama等〔16〕證實miR-200家族靶向作用于鋅脂結合蛋白(ZEB1)而促進EMT的發生并通過對比患者及健康人血清、Ⅰ～Ⅳ期結直腸癌患者血清、組織及對應結直腸癌原發灶及肝轉移灶miR-200c表達水平，證實miR-200c與腫瘤轉移相關，同時提出血清中的miR-200c可能來自于轉移灶。miR-29a靶向作用于轉錄因子(KLF4)，進而下調鈣黏蛋白的表達，導致腫瘤侵襲性增加〔17〕。miR-106a通過抑制轉移生長因子受體(TGFBR2)的表達使細胞侵襲性增加〔18〕。研究報道抑癌miR-143通過作用于CRC轉移相關因子(MACC1)抑制腫瘤侵襲、抑癌miR-145 靶向作用于E2F5、BAG4、FMNL2起到抑制腫瘤增殖、侵襲的作用〔19，20〕。Zhou等〔21〕通過比較有無肝轉移的CRC原發灶miRNA表達水平，發現有肝轉移患者原發灶內miR-320b水平明顯上調，miR-320b可上調其同源miR-320a靶基因如細胞表面跨膜糖蛋白(NRP-1)、Ras相關的C3肉毒素底物1(RAC-1),進而發揮其促進腫瘤侵襲的作用。抑制結直腸癌細胞系 Let-7c的表達，可使其靶基因K-RAS、MMP11、PBX3表達上調，腫瘤侵襲性增加〔4〕。miR-196a可促進腫瘤侵襲、轉移，其靶基因為HOX家族〔22〕。

2.3 侵入血管、進入循環、逸出血管 miRNA與腫瘤的生長、侵襲及侵入血管密切相關，但其通過血管或淋巴管基底膜的機制尚不明確。腫瘤細胞進入血液循環時可在較大壓力及免疫系統的作用下發生退化〔23〕。已經證實miRNA參與調控T及B淋巴細胞的活化、非特異性及特異性免疫反應〔24〕，在血管及淋巴管內miRNA可以協助腫瘤細胞逃避免疫系統攻擊，具體機制不詳。腫瘤細胞逸出毛細血管并侵入實質臟器是腫瘤細胞在轉移灶定植的前提，多項研究證實miRNA參與了腫瘤細胞逸出血管的過程〔25〕。

據文獻報道，miR-21可靶向作用于PDCD4促進腫瘤細胞內滲入血管，miR-126通過下調血管細胞黏附因子(VCAM)-1、降低血管內皮細胞間黏附性而促進腫瘤細胞出、入血液循環〔9〕。miR-155、miR-17-92家族可以調節T、B淋巴細胞的活化及免疫反應進而保護血液循環內的腫瘤細胞〔9〕。

2.4 轉移定殖 腫瘤細胞在轉移灶的定殖是轉移的最終階段，進入循環的腫瘤細胞更傾向定植于某些器官，可能與相應器官所提供的微環境相關〔26〕。腫瘤細胞定殖依賴于其增殖及適應新環境的能力，腫瘤干細胞作為腫瘤細胞的一個亞群，具有自我更新及分化的潛能，在轉移定殖的過程中發揮重要作用。miRNA在腫瘤干細胞中的表達水平與其他腫瘤細胞比較差異明顯，由此推測miRNA可以調控腫瘤干細胞的特性進而在CRC轉移定殖當中起到一定作用，但具體機制尚不完全明確〔27〕。

miR-103、107在CRC組織內表達上調，其可靶向作用于死亡相關蛋白激酶(DAPK)及維持干細胞特性轉錄因子(KLF4)促進腫瘤細胞在轉移灶的定殖〔8〕。miR-328通過抑制干細亞群的增殖作用從而抑制腫瘤細胞轉移灶的形成〔9〕。

2.5 miRNA參與其他轉移相關途徑 巨噬細胞遷徙抑制因子 (MIF) 是一種固有的細胞因子，可調控宿主的炎癥及免疫反應，由于MIF可以抑制p53的活性，進而在CRC發生及缺氧誘導細胞凋亡等過程發揮重要作用〔28〕。MIF是miR-451 的潛在靶標，在胃癌及CRC中高表達的miR-451與細胞增生下調、放療敏感性增加及MIF在mRNA及蛋白水平下調關系密切。miRNA基因組區域甲基化與炎癥反應及腫瘤發生關聯密切，miR-34b/c基因組區CpG島高甲基化在CRC細胞系內及CRC原發灶內十分普遍，但在正常結腸黏膜內較少發現〔29〕。miRNAs可抑制DNA甲基化相關酶，改變腫瘤細胞的DNA甲基化狀態進而調控腫瘤的侵襲轉移，miR-342靶向作用于DNA甲基轉移酶(DNMT1)，抑制細胞增殖，在CRC組織中，miR-342表達下降而DNA高甲基化〔30〕。miR-143在體內靶向作用于原癌基因K-RAS，在CRC組織內，K-RAS表達下調并與甲基轉移酶3(DNMT3A)的mRNA及蛋白水平負相關，然而在miR-143表達重塑之后，腫瘤細胞生長被抑制，同時DNMT3A的mRNA及蛋白水平下調〔31〕。c-Myc可以通過調控miR-17-92家族來促進腫瘤生長〔32〕。在結直腸腺瘤及CRC組織中，APC mRNA 與 miR-135 的表達水平呈負相關〔33〕。在人CRC組織中let-7a 表達水平顯著下調〔34〕，低水平的let-7a激活包括c-Myc 及K-RAS在內的多種信號通路進而導致CRC發生及發展，但高水平的let-7a又抑制藥物誘導的CRC細胞凋亡。miR-212可靶向作用于轉移相關基因ZO-1抑制轉移發生，但在CRC中其表達下調〔35〕。環氧化酶(COX)-2可以促進CRC細胞的生長及侵襲，其在CRC細胞系內與miR-101的表達水平負相關，體外實驗發現miR-101可阻遏其翻譯過程〔36〕。Lee等〔37〕研究發現miRNA基因的單核苷酸多態性對用腫瘤的進展也可起到調控作用。

3 小結與展望

miRNA具有高度保守性、穩定性及特異性，在腫瘤轉移臨床治療方面擁有巨大潛力，但許多miRNA的功能及其在腫瘤轉移中的作用機制尚不明確，目前需著重研究以下問題：探索腫瘤相關miRNA的功能、確認腫瘤相關miRNA靶點及病理狀態下miRNA表達模式的改變。

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〔2015-12-19修回〕

(編輯 郭 菁)

邰建東(1972-)，男，教授，主任醫師，碩士生導師，主要從事結直腸肛門疾病的臨床研究。

陳 雷(1991-)，男，碩士，主要從事結直腸肛門疾病的臨床研究。

R730.6

A

1005-9202(2016)22-5753-04；

10.3969/j.issn.1005-9202.2016.22.120