微小RNA和腫瘤治療的研究進展

邢智偉　蘇秀蘭

[摘要] 微小RNA（miRNAs）是一類在轉錄后階段調節轉錄組基因表達的非編碼小分子RNA。miRNAs在腫瘤中的作用是目前的研究熱點，研究顯示通過調節腫瘤細胞中特定miRNAs的表達可以影響腫瘤的發展，并且發現miRNAs可以在表觀遺傳方面調控腫瘤生長，此外許多抗腫瘤藥物在作用過程中也可以影響miRNAs的表達。因此，miRNAs目前在疾病的診斷及治療方面已經得到重視，并且日后可能被廣泛運用于臨床實踐。

[關鍵詞] 微小RNA；惡性腫瘤；表觀遺傳；抗腫瘤藥物

[中圖分類號] R3 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2017）01（c）-0027-04

[Abstract] MiRNAs are kinds of non-coding small RNA， which can regulate gene expression at the stage of post-transcription. At present， the role of miRNAs in tumor is a hot research topic. Studies show that the expression of miRNAs in tumor cells can affect the development of tumor， and it is found that miRNAs can regulate tumor growth at a deeper level of epigenetic aspect. In addition many anticancer drugs in the process also affect the expression of miRNAs. So， miRNAs have received much attention in the diagnosis and treatment of malignant tumor， and may be widely used in clinical practice in the near future.

[Key words] MiRNAs； Malignant tumor； Epigenetics； Antitumor drugs

微小RNA（miRNAs）是在轉錄后階段調節轉錄組基因表達的一類非編碼小分子RNA，它廣泛存在于動植物細胞內。目前科學家已在人類基因組中發現將近900條miRNAs，并且估算約30%的基因表達和翻譯受到miRNAs的調控[1]。miRNAs不但可以調控正常細胞的功能和行為，而且也可以調控腫瘤細胞的分化、增殖、凋亡、耐藥、侵襲及轉移等多種生物學行為[2]。通過調控腫瘤中特定miRNAs的表達，可在一定程度上對于疾病的發展和趨勢加以改變。

1 上調腫瘤組織中微小RNA的表達水平

通過基因治療的方法上調某些miRNAs在組織中的正常表達以達到抑制腫瘤的目的。Takaizawa等[3]在let-7低表達的肺腺癌細胞株A549中，通過表達重組的方法轉染let-7，發現細胞株細胞集落形成能力在轉染let-7f和let-7a后均明顯下降。XU等[4]發現p70S6K1作為miRNA-145的靶基因，當它過度表達miRNA-145時，miRNA-145可與p70S6K1的3′UTR結合，抑制表達，從而使基因產物（血管內皮生長因子和缺氧誘導因子1）生成減少，二者分別抑制腫瘤血管形成及卵巢癌細胞增殖，從而達到抑制腫瘤的目的。Kent等[5]研究發現RAS通路的活化可引起細胞中miR-143/miR-145表達下調，甚至miR-143/miR-145在KRAS突變的胰腺癌細胞中表達缺失，而恢復或上調該miRNA的表達可抑制腫瘤的發生、發展；因此MiR-143/ miR-145在RAS致癌機制中起到抑制作用。Scott等[6]利用表達miR-125a或miR-125b的逆轉錄病毒轉染乳腺癌SKBR3細胞，發現在轉錄和蛋白質水平上成功抑制了ERBB2和ERBB3表達。Diederichs等[7]發現miRNA-205在乳腺癌組織中的表達與正常乳腺組織相比明顯偏低。此外，miRNA-205可通過抑制HER3受體，從而促使其下游蛋白激酶B（PKB）表達下調；還可以通過抑制SKBr3細胞的增值速度、促進酪氨酸激酶活性等來抑制HER-3功能，促進細胞凋亡。吳曉峰等[8]研究高轉移潛能人肝癌細胞HCCLM3侵襲過程中的趨化因子受體CCR1作用時，發現HCCLM3的CCR1表達可被外源性導入的miRNAs有效抑制，進而降低HCCLM3細胞侵襲能力，但對細胞增殖無明顯影響。MiR-100的缺失至少通過部分上調AGO2基因的表達來促進前列腺癌細胞的轉移能力，這也說明miR-100/AGO2可能在前列腺癌轉移的調節中發揮重要作用，并且是防治前列腺癌潛在的靶點[9]。Santos等[10]研究顯示，TGF-β1相關的miR-143、miR-145、miR-146a和miR-199a可能在前列腺癌轉移的發生、發展中起到關鍵調節作用，恢復其表達可能是將來前列腺癌治療的一個新策略。

2 下調腫瘤組織中微小RNA的表達水平

在實體瘤的研究中發現，miRNA-21全部高表達可以抑制抑癌基因或其余凋亡相關基因而促使腫瘤的形成與發展，故可以認為這里的miRNA-21的作用與原癌基因相似。張寶貴等[11]將miRNA-21 inhibitor轉染進入胃癌細胞株HEK-293，下調miRNA-21的表達，研究結果發現腫瘤細胞增殖受到抑制，腫瘤細胞凋亡程序被啟動；此外還可以使腫瘤細胞G1+S期的比例增加從而更有利于放化療的敏感性，同時使HEK-293遷移能力下降，侵襲性下降。Si等[12]在雌性裸鼠的乳腺中注射轉染了與miRNA-21互補的寡核苷酸的乳腺癌細胞MCF-7后，經過28 d，該組裸鼠所生長出的腫瘤，與對照組相比要小50%，并且這種方法的腫瘤抑制作用可以維持2周。亦有研究顯示miR-483-3p明顯抑制PDGFB表達，直接促使人臍靜脈內皮樣細胞的增殖、遷移等惡性行為下調，并且抑制腫瘤血管生成。另外，miR-483-3p負調控PDGFB后可以下調Akt蛋白在PI3K/Akt信號通路中的磷酸化，故可以認為miRNA-483通過影響此通路從而調節的腫瘤細胞的浸潤和遠處轉移[13]。

3 微小RNA的表觀遺傳調控的腫瘤治療策略

在惡性腫瘤的發生、發展過程中，表觀遺傳機制的地位舉足輕重。有3種主要的表觀遺傳學改變可以在人類腫瘤發生中發揮作用：因自身CpG島超甲基化導致的相關基因沉默、基因組的整體低甲基化和各種組蛋白修飾所致的DNA空間結構改變[14]。miRNAs在基因表達所致的表觀遺傳變化過程中發揮著較為復雜的作用：一方面，基因DNA甲基化及組蛋白修飾可影響miRNAs的表達；另一方面，miRNAs也可促使基因DNA甲基化及組蛋白修飾而影響表觀遺傳的調控機制。

許多抑癌性miRNAs啟動子區結構常可因DNA超甲基化而沉默甚至關閉，從而使該基因轉錄下調[15]。DNA甲基化酶抑制劑以及組蛋白修飾酶抑制劑等是一類基因修飾藥物，該類化學藥物可通過下調啟動子區DNA甲基化或開放異常的基因結構，使miRNAs基因初級轉錄本功能恢復，而再次激活初級轉錄本經過加工形成成熟的miRNAs，重新發揮正常的基因調控作用[16]。利用諸如DNA甲基化抑制劑和組蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制劑等染色質修飾藥物來進行表觀遺傳學治療已經被認為在臨床治療腫瘤領域較為有應用前景。目前，HDAC抑制劑SAHA已被批準用于表皮性T細胞淋巴瘤的臨床治療。Saito等[17]用HDAC抑制劑4-苯基丁酸和DNMT抑制劑5-氮-2′-脫氧胞苷處理膀胱癌細胞T24后，用miRNAs基因芯片技術篩選miRNAs的異常表達情況，發現miRNAs上調超過3倍的約5%，其中以miR-127表達上調尤為明顯，其位于CpG島中，它在DNA甲基化水平降低和組蛋白標記活性增加的條件下顯著誘導而至表達明顯上調，約49倍。原癌基因Bcl-6目前認為是miR-127的靶基因之一，Bcl-6作為轉錄抑制子可以調控P53信號通路的功能。Lujambio等[18]利用基因敲除技術成果抑制結腸癌細胞HCT116的DNMT1和DNMT3b基因，與空白對照對比發現，處于CpG島上的miR-124a上調表達明顯，miR-124a在癌細胞中出現高甲基化，在正常細胞中則無甲基化，細胞周期依賴性蛋白激酶6（CDK6）是其靶基因之一，CDK6可參與并調節細胞周期的推進及細胞分化。而miR-124a甲基化引起的基因沉默可以使CDK6顯著過表達，用去甲基制劑處理細胞后，miR-124a明顯上調，CDK6表達下調，后者參與調節Rb抑癌基因的磷酸化過程[19]。

miRNAs通過靶向調節DNA甲基化而參與控制DNA甲基化。Garzon等[16]發現，在急性淋巴細胞白血病細胞中過度表達miR-29b可以在RNA及蛋白水平顯著降低DNA甲基轉移酶DNMT1、DNMT3a和DNMT3b的表達，引起細胞全基因的總體低甲基化及p15-INK4b和ESR1再次表達。miRNAs可通過調控機制改變細胞DNA的甲基化，也可以作為直接因素參與維持DNA甲基化。Benetti等[20]研究證實小鼠Dicer 1缺乏可減少DNA甲基化，隨后促進端粒的基因重組進而使端粒的延長。這些DNA甲基化缺陷與DNMT1、DNMT3a和DNMT3b甲基化轉移酶表達減少相關，而恢復其過度表達可以使甲基化水平恢復。視網膜母細胞瘤2蛋白（RbI2）與Dnmts表達減少相關，miR-29b可以沉默RbI2，從而促進Dnmts的表達恢復，最終控制細胞整體DNA甲基化水平。

miRNAs也可以改變組蛋白修飾水平從而調節基因的表觀遺傳情況。有研究團隊發現，miR-449a可靶向抑制HDAC1表達，前列腺癌組織的腫瘤細胞中miR-449a表達下調可促進HDAC1過表達；將miR-449a轉染前列腺癌細胞使其過表達，促使細胞周期停滯、衰老及凋亡[21]。多梳抑制復合物通過三甲基組蛋白H3賴氨酸27介導表觀遺傳基因的沉默，特別是腫瘤抑制基因，而EZH2是其催化亞基。EZH2在幾種腫瘤中過表達，可提高腫瘤的致病性及侵襲性。MiR-101在膀胱移形細胞癌中可直接抑制EZH2。miR-101在惡性腫瘤中的表達往往與EZH2表達趨勢相反，與腫瘤細胞高侵襲性具有相關性，上調miR-101表達水平可降低腫瘤侵襲性，而下調miR-101表達水平則可增加腫瘤的侵襲性[22]。

4 微小RNA與抗腫瘤藥物

托瑞米芬是乳腺組織中的雌激素受體拮抗劑，因而被用于絕經前后雌激素受體陽性的乳腺癌患者。Miller等[23]研究發現對內分泌治療有抵抗性質的HER陽性乳腺癌組織中miR-221/222異常升高，過度表達miR-221/222可以使MCF-7細胞對托瑞米芬產生抵抗性。而與雌激素受體α（ERα）陽性的乳腺癌相比，ERα陰性的乳腺癌細胞miR-221/222是上調的，這也說明miR-221/222是通過調節ERα的表達來實現細胞對內分泌治療的抵抗[24]。Cittelly等[25]也發現miR-342的下調與乳腺癌細胞和組織樣本對托瑞米芬抵抗有相關性，通過恢復miR-342可以明顯提高托瑞米芬所引起的乳腺癌細胞凋亡和細胞生長的抑制。

氟維司群適用于雌激素受體陽性的抗雌激素受體治療失敗所致的轉移性乳腺癌。Rao等[26]發現乳腺癌細胞中miR-221/222過表達導致細胞對于氟維司群的抵抗，并且促進腫瘤細胞生長和細胞周期的演進。ERα陽性細胞系中異常升高的miR-221/222可以對抗雌二醇耗盡和氟維司群所引起的細胞死亡，推斷β-catenin和TGF-β信號通路與miR-221/222對于抗氟維司群乳腺癌細胞功能相關。

長期應用和觀察發現非甾體類抗炎藥（NSAIDs）可以明顯減少結直腸癌、乳腺癌等多種腫瘤的發病率和死亡風險。研究顯示，COX-2的上調使得變異細胞得以長期存活，從而使遺傳改變不斷增加，因此增加了腫瘤形成率；COX-2的過度表達促進腫瘤的發生、發展，COX-2抑制劑可抑制腫瘤，COX-2的表達水平與腫瘤的預后呈相反趨勢[27]。Li等[28]發現硫化舒林酸（SS）可以通過COX的抑制活性直接抑制腫瘤細胞侵襲，硫化舒林酸的抑制活性與miRNAs的表達譜的變化相關。以上研究表明miRNAs與NSAIDs的抗腫瘤活性相關。后續的研究進一步表明被SS抑制的miRNAs啟動子區，115個序列中有81個序列包含NF-κB的結合位點。SS可以通過減少IKKβ和Iκβ的磷酸化從而抑制NF-κB的核轉運，其結果導致miRNAs的表達抑制，所以也表明了硫化舒林酸具有抗侵襲的功能是通過改變miRNAs表達實現的。

5 展望

miRNAs作為一種內源性非編碼小分子RNA，在細胞增殖、發育、分化、代謝、造血、凋亡、免疫和腫瘤發生、發展過程中發揮重要作用，各領域科學家、學者、科研機構對miRNAs均已給與了高度關注及深入研究。目前研究miRNAs的主要挑戰是預測目標miRNAs的靶基因與驗證其生物功能，并且多種信號通路的調控機制的進一步闡明。但是常規生物信息學方法的往往得到海量的miRNAs靶基因數據，因而更為準確和合理的靶基因篩選方法目前迫切需要。目前主要是采用人工合成的miRNAs轉染技術使其高表達或利用反義技術使目標miRNAs低表達，但是由于miRNAs調控多種靶基因，本身在生成、剪切、功能發揮的過程中又受到多方面因素左右，如何確保上下調的高效性和專一性或直接尋找腫瘤特異性的miRNAs非常關鍵。

隨著各種研究miRNAs技術的不斷推陳出新，使得對miRNAs作用機制研究的進一步深入，miRNAs無論是作為診斷標志物，或是作為治療的靶點，甚至是以藥物的角色應用于臨床，必將逐漸推廣并且最終變為現實。

[參考文獻]

[1] Griffithsjones S. MiRBase：tools for microRNA genomics [J]. Nucleic Acids Research，2008，36（Database issue）：154-158.

[2] Bartel DP. MicroRNAs：genomics，biogenesis，mechanism，and function [J]. Cell，2004，116（2）：281-297.

[3] Takamizawa J，Konishi H，Yanagisawa K，et al. Reduced expression of the let-7 microRNAs in human lung cancers in association with shortened postoperative survival [J]. Cancer Res，2004，64（11）：3753-3756.

[4] Xu Q，Liu LZ，Qian X，et al. MiR-145 directly targets p70S6K1 in cancer cells to inhibit tumor growth and angiogenesis [J]. Nucleic Acids Res，2012，40（2）：761-774.

[5] Kent OA，Chivukula RR，Mullendore M，et al. Repression of the miR-143/145 cluster by oncogenic Ras initiates a tumor-promoting feed-forward pathway [J]. Genes Dev，2010，24（24）：2754-2759.

[6] Scott GK，Goga A，Bhaumik D，et al. Coordinate suppression of ERBB2 and ERBB3 by enforced expression of micro-RNA miR-125a or miR-125b [J]. J Biol Chem，2007，282（2）：1479-1486.

[7] Diederichs S，Haber DA. Sequence variations of microRNAs in human cancer：alterations in predicted secondary structure do not affect processing [J]. Cancer Res，2006，66（12）：6097-6104.

[8] 吳曉峰，樊嘉，王曉穎，等.質粒介導外源性microRNA下調CCR1降低人肝癌細胞侵襲性[J].中華實驗外科雜志，2007，24（7）：784-786.

[9] Wang M，Ren D，Guo W，et al. Loss of miR-100 enhances migration，invasion，epithelial-mesenchymal transition and stemness properties in prostate cancer cells through targeting Argonaute 2 [J]. Int J Oncol，2014，45（1）：362-372.

[10] Santos JI，Teixeira AL，Dias F，et al. Restoring TGFβ1 pathway-related microRNAs：possible impact in metastatic prostate cancer development [J]. Tumour Biol，2014，35（7）：6245-6253.

[11] 張保貴，劉炳亞，燕敏，等.下調MicroRNA-21對胃癌細胞生物學行為及PTEN表達的影響[J].外科理論與實踐，2011，16（6）：562-567.

[12] Si ML，Zhu S，Wu H，et al. miR-21-mediated tumor growth [J]. Oncogene，2007，26（19）：2799-2803.

[13] Bertero T，Bourget-Ponzio I，Puissant A，et al. Tumor suppressor function of miR-483-3p on squamous cell carcinomas due to its pro-apoptotic properties [J]. Cell Cycle，2013，12（14）：2183-2193.

[14] Esteller M. Epigenetics provides a new generation of oncogenes and tumour-suppressor genes [J]. Br J Cancer，2006，94（2）：179-183.

[15] Pallasch CP，Patz M，Park YJ，et al. MiRNA deregulation by epigenetic silencing disrupts suppression of the oncogene PLAG1 in chronic lymphocytic leukemia [J]. Blood，2009，114（15）：3255-3264.

[16] Garzon R，Liu S，Fabbri M，et al. MicroRNA-29b induces global DNA hypomethylation and tumor suppressor gene reexpression in acute myeloid leukemia by targeting directly DNMT3a and 3b and indirectly DNMT1 [J]. Blood，2009，113（25）：6411-6418.

[17] Saito Y，Liang G，Egger G，et al. Specific activation of microRNA-127 with downregulation of the proto-oncogene BCL6 by chromatin-modifying drugs in human cancer cells [J]. Cancer Cell，2006，9（6）：435-443.

[18] Lujambio A，Ropero S，Ballestar E，et al. Genetic unmasking of an epigenetically silenced microRNA in human cancer cells [J]. Cancer Res，2007，67（4）：1424-1429.

[19] 屠超，馮同保，錢科卿，等.miRNA-124與腫瘤相關性的研究進展[J].癌癥進展，2015，13（3）：272-276.

[20] Benetti R，Gonzalo S，Jaco I，et al. A mammalian microRNA cluster controls DNA methylation and telomere recombination via Rbl2-dependent regulation of DNA methyltransferases [J]. Nat Struct Mol Biol，2008，15（9）：998.

[21] Noonan EJ， Place RF， Pookot D， et al. miR-449a targets HDAC-1 and induces growth arrest in prostate cancer[J]. Oncogene，2009，28（14）：1714-1724.

[22] Friedman JM，Liang G，Liu CC，et al. The putative tumor suppressor microRNA-101 modulates the cancer epigenome by repressing the polycomb group protein EZH2 [J]. Cancer Res，2009，69（6）：2623-2629.

[23] Miller TE，Ghoshal K，Ramaswamy B，et al. MicroRNA-221/222 confers tamoxifen resistance in breast cancer by targeting p27Kip1 [J]. J Biol Chem，2008，283（44）：29897-29903.

[24] Zhao JJ，Lin J，Yang H，et al. MicroRNA-221/222 negatively regulates estrogen receptor alpha and is associated with tamoxifen resistance in breast cancer [J]. J Biol Chem，2008，283（45）：31079-31086.

[25] Cittelly DM，Das PM，Spoelstra NS，et al. Downregulation of miR-342 is associated with tamoxifen resistant breast tumors [J]. Mol Cancer，2010，9（1）：317.

[26] Rao X，Di LG，Li M，et al. MicroRNA-221/222 confers breast cancer fulvestrant resistance by regulating multiple signaling pathways [J]. Oncogene，2011，30（9）：1082-1097.

[27] Tucker ON，Dannenberg AJ，Yang EK，et al. Cyclooxygenase-2 expression is up-regulated in human pancreatic cancer [J]. Cancer Res，1999，59（5）：987-990.

[28] Li X，Gao L，Cui Q，et al. Sulindac inhibits tumor cell invasion by suppressing NF-κB-mediated transcription of microRNAs [J]. Oncogene，2012，31（48）：4979-4986.

（收稿日期：2016-10-26 本文編輯：李岳澤）