miRNA在結直腸癌中的作用研究進展

來建飛 丁蕾 竇曉兵?

miRNA在結直腸癌中的作用研究進展

來建飛 丁蕾 竇曉兵?

結直腸癌（Colorectal cancer，CRC）是最常見的消化道腫瘤之一，其發病率居世界惡性腫瘤第三位，是全球第四大癌癥死因［1］。引起CRC的危險因素包括吸煙、肥胖、缺乏運動等。2015年的研究數據顯示［2］，早期診斷出結直腸癌的患者存活率約為60%，高于2005年至2009年的平均數據［3］。結直腸癌發生是多基因參與、多步驟發生的過程，其生物過程及分子機制尚不明確。1993年科學家首次在線蟲發現微小RNA（microRNA，miRNA）lin-4［4］后，越來越多關于miRNA的問題引起關注，其在人體多種疾病中扮演重要角色，包括各種癌癥。對miRNA的相關研究將有助于闡明其功能及分子機制。研究發現，多種miRNA在結直腸癌患者中表達失衡，參與癌癥發生與發展過程。miRNA是一類非編碼小分子單鏈RNA，是一類重要的基因表達調控因子，可靶向結合mRNA，通過沉默癌細胞生長相關基因的表達［5］，促進或抑制腫瘤的生長。miRNA可作為結直腸癌早期診斷、治療、預后的新的分子生物學標志物，也可作為體內CRC治療的靶點［6］。

1 miRNA 的分子結構和生物功能

miRNA是一類在多種真核細胞和病毒中發現的進化上保守、長度為19～22個核苷酸的非編碼單鏈RNA，目前已經發現上千種miRNA。miRNA的產生過程及生物功能各不相同，其核內生成過程如下［7］：編碼miRNA的基因片段通過RNA聚合酶Ⅱ或聚合酶Ⅲ轉錄合成初級miRNA（primiRNA），pri-miRNA包含一個DROSHA蛋白和兩個DGCR8蛋白，經過DROSHA酶切后，形成發夾狀前體miRNA（pre-miRNA），長度為70～100nt；pre-miRNA在轉運蛋白Exportin-5和GTP酶共同作用下從核內轉運至細胞質，被核酸酶Dicer切割成21～25個堿基的雙鏈miRNA；該雙鏈解旋為兩條miRNA，其中一條為成熟的miRNA，另一條通常被降解。成熟miRNA分子可與其他蛋白質組成RNA-誘導沉默復合體（RNA-induced silencing complex，RISC）。成熟miRNA 5' 端高度保守的種子序列（seed region）可與mRNA 3'端非編碼區域（3'UTR）完全或不完全識別結合，對其進行剪切、降解或去腺苷酸化調控，影響mRNA 完整性，誘導靶分子mRNA降解或遏制其翻譯，在轉錄后水平影響基因或蛋白的表達。

2 miRNA與腫瘤的發生發展

2.1 miRNA與腫瘤的作用機制 不同種類的miRNA生物學功能取決于其所結合的mRNA功能［8］。miRNA參與體內多種調控機制和細胞信號轉導通路，一條單鏈miRNA可作用于多條mRNA，同時一條mRNA可被多條miRNA作用［9］；而同一miRNA在不同的腫瘤中作用不同，多種miRNA也可以作用于同一靶基因發揮作用。miRNA與腫瘤的作用方式主要包括［10］：（1）miRNA與靶mRNA 的3'-UTR不完全配對，阻斷其翻譯過程，從而下調靶mRNA的表達。（2）miRNA與靶mRNA的3'-UTR完全配對，引起靶基因互補區特異性斷裂，從而將基因沉默，使其無法表達。（3） miRNA可通過加速靶mRNA 3' 端polyA的脫腺苷酸化，從而迅速降解靶mRNA。miRNA家族中，部分為癌性基因，部分為抑癌基因，通過其下游基因或某些信號通路控制腫瘤細胞生長［11］，參與調節細胞遷移與侵襲［12］。

2.2 miRNA參與腫瘤的發生、轉移和預后 近兩年又發現有多種miRNA參與腫瘤的發生、轉移和預后過程。2015年Cell上一篇文章表明［13］，一些miRNA在基因組上成簇存在，以多順反子形式轉錄。miR-17-92基因簇是一個高度保守的基因簇，編碼miRNA-17、miRNA-18a、miRNA-19a、miRNA-20a、miRNA-19b-1和miRNA-92a這6個成熟miRNA，參與哺乳動物多個器官發育，與多種腫瘤的發生密切相關。miRNA-17-92基因簇在結直腸癌、胃癌、肝癌等多種腫瘤細胞中高度表達。因此精確調控這一miRNA基因簇，以及基因簇中各個miRNA的相對表達對于發育和腫瘤相關疾病有重大作用。

例如，Zhang G等研究發現［14］，miRNA-92a在淋巴結轉移CRC患者中表達顯著升高，PTEN基因是其下游靶基因之一；miRNA-92a誘導上皮細胞至間葉細胞的轉化（EMT），通過下調PTEN表達調節細胞生長、遷移和入侵。臨床病理特點表明，miRNA-92a超表達與臨床晚期、淋巴結轉移、遠距離轉移以及低氧化應激水平（OS）密切相關，推測miRNA-92a可作為CRC預后標志［15］。2015年，Chang C等［16］發現，miRNA-339-5p可靶向結合mRNA PRL-1的3'UTR從而抑制腫瘤細胞增殖和遷移。體外實驗證明miRNA-339-3p過度表達會抑制腫瘤生長和轉移，而PRL-1表達不受miRNA- 339-3p調控。表明miRNA-339-5p和miRNA-339-3p作用的目標mRNA可能不同，miRNA-339-3p的目標基因仍有待確定。因此，研究不同miRNA在腫瘤發生發展過程中的作用機制具有重要意義。

3 miRNA在結直腸癌中的表達及意義

目前CRC的篩選方法包括結腸鏡檢查和糞便隱血試驗等常用的方法，但是這些方法受限于低特異性、敏感性、高侵襲性、高成本和高風險［17］。越來越多研究報道，miRNA作為潛在CRC診斷和預后的生物標志物，廣泛存在于CRC患者糞便、血清、血漿和組織中。

3.1 miRNA在結腸癌組織中的表達 2015年，Raheleh A等［18］根據關于熒光素酶報告基因文獻，總結近10年發表的77篇文獻制訂出一份關于結直腸癌患者異常表達的不同miRNA及其靶基因信息表，列舉了多種miRNA靶基因及其在結直腸癌發生發展中的調控作用。一篇Oncology 文獻報道［19］，miRNA-143靶向作用于MACC1的3'UTR，下調MACC1表達；提示miRNA-143可能直接作用于其靶分子MACC1，抑制癌細胞侵襲。2016年，Zhou B等［20］發現miRNA-382在結直腸癌組織中表達異常下調，經熒光素酶報告基因分析證實miRNA-382直接作用于NR2F2的3'UTR；NR2F2在CRC組織中相對表達水平明顯高于癌旁正常組織；敲除NR2F2可抑制CRC細胞生長、遷移、和入侵。因此，miRNA-382/ NR2F2可作為一個潛在機制調控CRC的發生發展。最近，Bo L等［21］發現在CRC細胞系和組織樣本中miRNA-152表達下調；恢復CRC細胞中miRNA-152表達后，CRC細胞增殖、遷移和入侵顯著減少；PIK3R3是miRNA-152直接和功能性下游靶目標，PIK3R3表達和miRNA-152表達呈負相關；下調PIK3R3表達使miRNA-152超表達，抑制腫瘤細胞生長。

3.2 miRNA在結腸癌患者血清中的表達 目前miRNA在結腸癌患者外周血中表達水平研究較少，但其在結直腸癌早期的診斷治療中具有重要意義。2015年，Fang Z等［22］研究發現，CRC患者血清中miRNA-24、miRNA-320a和miRNA-423-5p表達水平明顯低于正常組標本；手術后這三個分子濃度明顯增加。因此血清中miRNA-24，miRNA-320a和miRNA-423-5p表達水平有潛力作為CRC早期階段的新型生物標志物檢測，且優于目前臨床生物標志物。2016年，Hu J等［23］表明在CRC細胞中miRNA-1914和miRNA-1915作用于NFIX RNA的3'UTR，下調NFIX RNA的表達；其過度表達會減弱5-FU和Oxaliplatin的抗腫瘤作用，降低CRC細胞的化學抵抗能力。因此miRNA-1914和miRNA-1915可能在結直腸癌治療和診斷中發揮重大作用。

3.3 miRNA在結腸癌患者糞便中的表達 為了在CRC初期進行切除腫瘤，降低結直腸癌的發病率和病死率，進行結直腸癌早期篩查非常必要。Lee JK等［24］發現，miRNA具有高度穩定性，能夠抵抗核酸酶（Rnases）的消化，適合在血清/血漿等體液，甚至糞便樣本中進行檢測。因此可以通過檢測糞便中miRNA表達來作為篩查結直腸癌的一種新方法。2015年，Zhu Y等［25］表明，與正常健康人比較，CRC患者糞便中miRNA-29a（P＜0.001），miRNA-223（P＜0.001）和miRNA-224（P＜0.001）表達水平均顯著降低；miR-29a水平在直腸癌患者糞便中的表達也顯著高于結腸癌患者（P＜0.001）。因此miRNA可以成為一個CRC的篩查和早期診斷的生物標志物。

4 miRNA與結直腸癌的診斷治療

4.1 miRNA與CRC的早期診斷 CRC傳統化療主要基于5氟尿嘧啶（5-FU）。與目前廣泛應用的腫瘤標記物不同，miRNA表達譜具有高度特異性，通過其特征對腫瘤進行早期診斷［26］。Lekun F等［27］在295位CRC患者樣本中發現，化療抵抗患者中，miRNA-17-5p表達水平比化療敏感患者高，miR-17-5p高表達的CRC患者預后效果較差，推測miRNA-17-5p可以作為對化療反應的預測生物標志物。2016年，Ghanbari R等［28］證實，CRC患者血清和糞便中let-7a-5p和let-7f-5p miRNA表達顯著降低，這可能是CRC早期檢測潛在分子生物標志物。通過人為改變miRNA表達量控制癌細胞增殖、轉移、浸潤等，miRNA表達譜可用于評估腫瘤治療效果。

4.2 miRNA與CRC的靶向治療 隨著CRC研究不斷深入，個性化靶向治療得到發展，人類腫瘤發生過程中miRNA成為一個新型特異性分子靶標［29-30］。Min-Bin C等發現［31］，miRNA-451在結腸癌組織中過度表達，抑制AMPK活化機制，導致哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復合體（mTORC1）過度活化和肌動蛋白束蛋白（FSCN1）上調，增強癌細胞遷移和增殖能力；若敲除miRNA-451基因或使用miRNA-451抑制劑，結直腸癌細胞的遷移和增殖被抑制。2015年，YANG等［32］發現，miRNA-499在結直腸癌組織中異常表達，miRNA-499-5p靶向結合FOXO4和PDCD4，促進大腸癌細胞侵襲和腫瘤轉移。由此可見miRNA-499-5p在結直腸癌的侵襲和生長中起著重要的調控作用，有望成為CRC臨床診斷治療的潛在靶點。這些研究表明有多種miRNA促進或抑制結直腸腫瘤入侵與轉移過程，通過調整相關基因為抗轉移策略提供潛在治療靶點，為CRC的靶向治療提供重要線索。

5 展望

miRNA在腫瘤發生發展過程中具有重要作用，是目前研究的前沿。今后，若能在正常人、結直腸癌癌前病變患者及不同階段結直腸癌患者中建立系統完善的miRNA差異表達譜，將有助于闡明結直腸癌發病機制，為結直腸癌的診斷治療帶來新的研究方向和思路。如何特異性地將miRNA的激活劑及抑制劑引入腫瘤細胞，以及如何利用miRNA的表達譜為早期結直腸癌提供診斷依據，都是未來的研究方向。miRNA或許可成為結直腸癌早期診斷、特異性治療及評估預后的小分子標志物。因此，miRNA在結直腸癌診療中具有重要意義。

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310053浙江中醫藥大學生命科學學院

*通信作者