miR-21-3p與腫瘤研究進展

杜小林，王襄陽，毛修月，李 恒，田新華

(廈門大學附屬中山醫院神經外科，福建 廈門361012)

癌癥嚴重影響著人類的身心健康，目前其發病機制和病因尚不十分明確。為降低癌癥的發病率、死亡率并改善患者的預后還有很多問題和難點需要研究探索。微RNA(microRNAs，miRNAs)是腫瘤研究的熱點之一,大部分miRNA的異常表達在腫瘤的發生、發展中發揮著重要作用。過去認為隨從鏈最終被降解，因此關于此研究較少，從而忽視其潛在作用。隨著研究的深入發現，隨從鏈miRNA*也在許多腫瘤的發生發展中扮演著一定的角色，與腫瘤的增殖、遷移以及預后等相關[1]。研究發現，miR-21-3p在泌尿系惡性腫瘤(腎癌、前列腺癌)[2-3]、消化道惡性腫瘤(食管癌、胃癌、肝癌、結直腸癌)[4-6]、女性生殖系統惡性腫瘤(卵巢癌、宮頸癌、子宮內膜癌)[7-8]、頭頸部惡性腫瘤(喉癌、口腔癌)[9]、皮膚惡性腫瘤[10]，呼吸系統惡性腫瘤(肺癌)[11]、乳腺癌[12]等中高表達，但具體功能不一。現就miR-21-3p與腫瘤的相關性進行綜述。

1 miR-21-3p簡介

miRNAs是一種長約22個核苷酸的非編碼內源性小RNA，廣泛存在于動植物中,許多miRNA在轉錄后水平發揮抑癌或促癌作用，其中miRNA 21也稱為hsa-mir-21、miRNA21、miR-21，其由miR-21基因編碼，是最早發現的哺乳動物miRNAs之一，人類miR-21基因位于染色體17q23.2上[13]。miR-21的形成過程首先是細胞核內編碼miR-21的基因被RNaseⅢDROSHA復合物剪切加工成長為70～100 nt 的帶有莖-環結構的miR-21前體(pre-miR-21)，然后在Ran-GTP依賴的轉運蛋白Exportin5的介導下從細胞核轉運到細胞質，之后進一步經RNAseⅢ酶Dicer(果蠅中為Dicer1)剪切為約22 nt大小的雙鏈RNA分子,即所謂的引導鏈(miRNA)和隨從鏈(稱為miRNA*)。過去認為，引導鏈被選擇性加載到Argonaute(AGO)蛋白上，然后進一步裝配到miRNA誘導的沉默復合體中，與靶基因信使RNA(message RNA，mRNA)結合，從而發揮相關調控作用，而隨從鏈因其較低的表達水平而被解旋酶降解[14]。然而最新證據表明，miRNA*在某些組織中的表達高于miRNA[15]，而且還可以作為功能鏈發揮重要作用[16]。如今對miRNA與miRNA*的命名逐漸被“miRNA-x-5p”和“miRNA-x-3p”所替代，如miR-21-5p和miR-21-3p，分別表示從pre-miR-21的5′端和 3′端加工而來。但miRNAs還存在許多亞型，這一發現開始顛覆經典的“一臂一miRNA”的觀點[17-18]。

2 miR-21-3p與腫瘤

在我國，癌癥已經成為人群死亡的首要原因，如此高的死亡率無疑給患者及其家屬帶來巨大的精神和經濟負擔，但治療措施仍無明顯進步。miRNAs可作為一種新的、非侵入性的生物標志物，或可給腫瘤的診斷和治療等提供指導性意見。miR-21-3p在很多常見腫瘤中異常表達，因此深入探討miR-21-3p與腫瘤之間的關系對腫瘤的治療具有潛在的重要作用。

2.1miR-21-3p與泌尿系統腫瘤 腎癌居泌尿系統惡性腫瘤的第二位,占成人惡性腫瘤的2%～3%，其發病率與年齡密切相關[19]。腎癌的惡性程度高,早期無明顯癥狀，對放療、化療、內分泌治療、免疫治療、靶向治療等均不敏感，導致腎癌的預后差、死亡率高。Osanto等[20]研究發現，在腎透明細胞癌中miR-21-3p呈高表達，并與L1細胞黏附分子(L1 cell adhesion molecule，L1CAM)的表達呈正相關，這導致腎癌細胞(A498、FoeHn、786-0)的遷移能力增強，從而縮短了患者的中位生存期。在正常腎臟中，L1CAM與miR-21-3p的表達無相關性,引導鏈miR-21-5p的表達也與L1CAM無相關性[1]。也有研究發現，miR-21-5p的過表達與腎癌患者的預后不良相關，這一機制與特異性AT-富序列結合蛋白1在腎透明細胞癌中表達的下調相關[2]。另外，前列腺癌雖然在我國的發病率低于西方國家，但隨著老齡化的到來，其發病率也呈明顯上升的趨勢。研究發現，在前列腺癌PC3細胞中靶向miR-21-3p可顯著抑制腫瘤細胞的增殖和侵襲能力[21]。在前列腺癌患者的尿液中miR-21-5p水平的上調有助于鑒別良惡性前列腺增生，特異性較好[3]。因此檢測尿液中miRNAs的表達水平可能有助于預測泌尿系統腫瘤的存在。與其他miRNA一樣，miR-21-3p可能也在泌尿系統腫瘤患者的血液中過表達。提示miR-21-3p、miR-21-5p可能在腎癌及前列腺癌中扮演著致癌作用，且miRNAs檢測屬于非創傷性檢查。

2.2miR-21-3p與消化道腫瘤

2.2.1食管癌 現已證明miRNA譜在區分正常組織與腫瘤組織、腫瘤亞型以及預測癌癥預后方面是有效的，但其應用于診斷和治療還需要考慮檢測技術的實用性以及miRNA測量的可重復性和特異性。食管癌是來源于食管上皮組織的惡性病變，其發病具有地區差異性，主要與遺傳因素、飲食習慣、環境因素等相關。盡管經手術、放療、化療后患者的死亡率有所降低，但仍然比較嚴峻，缺乏良好的生物學標志物指導臨床診療以及評估預后是其中的一個重要因素。最新數據表明，食管癌占癌癥總體死亡率的第四位[22]。有學者利用微陣列分析和逆轉錄聚合酶鏈反應技術發現，hsa-miR-21*在食管鱗癌組織中的表達高于癌旁組織，并與食管癌的發病風險相關，此外還發現過表達miR-21-3p可使食管癌細胞Eca9706的侵襲和遷移能力增強[23-24]。提示miR-21-3p可作為癌基因增加食管癌的侵襲和遷移能力，但具體機制還有待進一步研究。與正常食管組織相比，miR-21-5p在食管癌組織中也呈高表達[4]。另外有研究發現，miR-21-5p的下調抑制了食管癌細胞的增殖能力，并誘導細胞凋亡，這一機制與細胞黏附分子2(cell adhesion molecule 2，CADM 2)/蛋白激酶B通路相關[25]。綜上所述，無論是miR-21-3p還是miR-21-5p在食管癌中均具有致癌作用。基于在食管鱗癌中的差異表達，未來miRNA或許可用于高危人群的早期篩查和早期檢測。

2.2.2胃癌 在我國，胃癌的總體發病率居惡性腫瘤的第二位，總體死亡率居第三位[22]，其病因復雜,與遺傳因素、病原體感染、飲食因素、精神因素、地球化學因素、癌前狀態等有關。早發現、早診斷、早治療是改善胃癌患者預后的關鍵，但因缺乏有效的早期診斷的特異性標志物，大部分患者發現時已屬晚期，導致患者的病死率高，預后差。Xu等[26]發現，胃癌組織中miR-21-3p和miR-21-5p的表達水平高于癌旁組織，且表達水平與患者的TNM分期有關，在有淋巴結轉移的患者中miR-21-5p和miR-21-3p的表達明顯升高(P<0.01)，不同的是miR-21-5p的表達與腫瘤分化程度相關，而miR-21-3p與腫瘤分化程度無關。提示miR-21-3p在胃癌患者中的表達或可指導評估是否存在潛在的淋巴結轉移，幫助臨床醫師預測患者的預后。有研究發現，miR-21-5p可通過靶向Smad7誘導腹膜間皮細胞的上皮間充質轉化以及促進腫瘤腹膜轉移[27]。不僅如此，miR-21-5p還可以作為青年胃癌患者復發的預測指標，其預測胃癌復發的靈敏度和特異度分別為86.7%和65.5%[28]，結合病理學檢查可更準確地預測患者的預后。miRNA作為腫瘤的生物標志物尚處于起步階段，為使miRNA更好地應用于臨床，必須對腫瘤患者進行大規模的研究評估。

2.2.3肝癌 我國肝癌的總體發病率居第四位，而總體死亡率居第二位，死亡率僅次于肺癌[22]。Tarasov等[5]發現，肝癌HeLa細胞經X線和絲裂霉素C處理后miR-21-3p的表達增加。用小檗堿作用于肝癌HepG 2細胞后miR-21-3p的表達也是升高的，其過表達是通過靶向3′非翻譯區(untranslated region,UTR)，降低蛋氨酸腺苷轉移酶(methionine adenosyltransferase,MAT)2A和2B的表達，從而增加HepG2細胞內S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosyl-methionine,SAM)的含量，抑制HepG2細胞的生長，并誘導其凋亡[29]。提示miR-21-3p具有抑癌作用。需要說明的是，MAT是催化SAM合成的一種細胞酶，在肝細胞癌中，MAT1A下調和MAT2A上調發生被稱為MAT1A:MAT2A開關，該開關伴隨著MAT2B表達的增加，導致SAM水平降低，促進癌細胞生長。

2.2.4結直腸癌 目前尚缺乏一種無創、可靠和經濟有效的結直腸癌篩查方法。研究發現，結直腸癌中miR-21-3p的表達明顯高于健康對照組[6,30-31]，其高表達具有性別依賴性[25]。miR-21-3p可促進結直腸癌細胞的遷移和侵襲，這一機制可能是通過負調節Smad7或促進上皮間充質轉化實現的。研究發現，不同miR-21-3p亞型對結直腸癌的影響不同[18]。抑制miR-21-3p不僅通過Smad 4/胞外信號調節激酶信號通路直接靶向多重剪接RNA結合蛋白，從而抑制結直腸癌細胞的增殖、侵襲、遷移，誘導細胞凋亡，還可通過下調HCT 116細胞中cyclinD1和cyclinE的表達阻滯細胞周期[30]。Rotelli等[32]在結直腸癌患者術前的糞便中發現miR-21-3p的水平升高，但術后明顯下降。以上研究提示，靶向miR-21-3p可能是治療結直腸癌的潛在靶點，并可作為結直腸癌早期篩查以及預測預后的指標之一。miR-21-5p在結直腸癌中也異常表達，miR-21-5p與TET1(ten-eleven translocation 1)的結合位點在3′UTR，兩者的表達呈負相關，這說明TET1是miR-21-5p在結直腸癌中的潛在靶點[33]。綜上，miR-21-5p與miR-21-3p均與結直腸癌相關，是潛在的致癌基因，兩者或許是結直腸癌診斷和預后的生物標志物。

miRNAs靶向目標mRNAs的3′UTR，導致mRNA降解或抑制其翻譯，由于單個miRNA可以針對數百個mRNAs，調節多個生物學過程，包括凋亡、細胞分化、增殖。因此，針對單個miRNA的治療可能產生較大的效果，影響無數的細胞過程。現在以miRNA為基礎的治療方式已逐步出現，如①反義寡核苷酸和miRNAs的合成類似物(Antagomirs)以沉默致癌miRNAs；②合成模擬物miRNAs (mimics)、化學修飾寡核苷酸或基于腺相關病毒的載體以恢復下調的抑癌miRNAs的表達。目前關于miRNAs*用于治療的研究較少。

與其他系統的腫瘤相比，消化系統腫瘤與miR-21-3p的關系研究的相對較多。miR-21-3p參與了腫瘤的增殖、凋亡以及遷移、侵襲、轉移等病理過程，其在部分消化系統腫瘤中不僅具有診斷價值，還能預測患者的預后，有巨大的應用前景，是高危人群早期篩查、早期檢測以及治療的生物標志物和可能的藥物靶點。miR-21-3p與miR-21-5p的作用既存在相關性也具有不同性，雖然在大部分消化系統腫瘤中均具有致癌作用，但其作用的靶點是不同的。需要特別指出的是，miR-21-3p在肝癌HepG 2細胞中能抑制癌細胞的生長并誘導其凋亡，這提示miR-21-3p作為隨從鏈并不是毫無作用的，其在一部分腫瘤中發揮著致癌基因的作用，也在一部分腫瘤中發揮著抑癌基因的作用。此外，由于糞便與腸腔直接接觸，且大便中可能包含從惡性腫瘤中脫落的細胞，因此檢測大便中miRNAs的表達，可能能預測消化道腫瘤的存在。

2.3miR-21-3p與女性生殖系統腫瘤

2.3.1卵巢癌 卵巢癌作為女性三大常見的惡性腫瘤之一，其致死率為婦科惡性腫瘤之首。研究表明，卵巢癌的發生發展與miR-21-3p密切相關，其表達與L1CAM的表達呈正相關，這導致患者的總生存時間和無病生存時間縮短[1]。而靶向miR-21-3p不僅顯著抑制了卵巢癌SKOV3的增殖和侵襲，還可通過與多重剪接RNA結合蛋白、鳥嘌呤核苷酸交換因子以及鋅指蛋白608的3′UTR結合，降低卵巢癌細胞對順鉑化療的敏感性[21]。不僅如此，miR-21-3p高表達可通過靶向下調神經導航分子3而增加卵巢癌細胞對順鉑的耐藥性[7]。與miR-21-3p不同，miR-21-5p對卵巢癌細胞A2780表現出增敏作用[8]。以上研究提示，miR-21-3p可促進卵巢癌細胞的增殖和侵襲，增強順鉑的耐藥性。

2.3.2宮頸癌與子宮內膜癌 宮頸癌作為婦科最常見的惡性腫瘤之一，其發病與人乳頭瘤病毒感染密切相關。子宮內膜癌占婦科生殖道惡性腫瘤的20%～30%,其高危因素較多，包括長期使用雌激素、不孕、功能失調性子宮出血、初潮早、絕經延遲、多囊卵巢綜合征等。Han等[8]研究發現，在人乳頭瘤病毒陽性的宮頸癌組織中miR-21-3p和miR-21-5p的表達明顯高于正常對照組；在子宮內膜癌中，miR-21-3p不僅高表達，而且還與L1CAM的表達呈顯著正相關，導致患者的總生存時間縮短，但無病生存時間不受影響,而L1CAM與miR-21-5p的表達無相關性[1]。以上研究提示，miR-21-3p可能是子宮內膜癌與宮頸癌的致癌因子。miRNAs在子宮內膜癌的發病中發揮著重要作用，在治療方面的研究很有前景。目前仍然需要廣泛的臨床研究和轉化研究來提高基于miRNA治療的有效性。

2.4miR-21-3p與頭頸部腫瘤 頭頸部鱗狀細胞癌是頭頸部惡性腫瘤中病死率最高的，近年來其發病率和病死率逐年升高，約占我國全身惡性腫瘤的10%[34]。頭頸部鱗狀細胞癌在全球的發病率為14/10萬，發病與遺傳因素、生活環境(長期過度吸煙、嗜酒、有害化學氣體)等有關[35-36]。Ganci等[9]發現，miR-21-3p的高表達是頭頸部鱗狀細胞癌復發的高風險因素。在頭頸鱗狀細胞癌中，與TP53基因突變相關的3種miRNA(miR-17-3p、miR-21-3p、miR-21-5p)的表達均與無復發生存時間和癌癥相關生存時間有關[37]。口腔癌作為一種主要發生在口腔、唇、舌、牙齦或口咽的頭頸部的惡性腫瘤與miR-21-3p的表達密切相關。研究發現，在口腔鱗狀細胞癌組織中miR-21-3p的表達明顯高于相應的癌旁組織，并與口腔鱗狀細胞癌的生長、侵襲以及局部復發相關，致使無復發生存時間縮短[38-39]。轉染miR-21-3p的抑制劑后，口腔鱗癌細胞的侵襲能力明顯減弱。以上研究提示，miR-21-3p可促進口腔癌的復發轉移，是影響口腔癌預后的因素之一。

喉癌也是頭頸部惡性腫瘤之一，近年來其發病率也一直呈上升趨勢。諸多研究發現，miR-21-3p在喉癌的癌組織和血清中高表達[40-42]。Zhang等[40]發現，喉癌患者血清中miR-21-3p的表達水平明顯高于咽喉炎患者和健康人，喉癌的惡性程度越高，分化程度越低，血清miR-21-3p的表達水平越高，且術后血清miR-21-3p的水平低于術前。Cybula等[42]發現，miR-21-3p在喉癌中扮演著致癌基因的作用，其潛在的靶基因為卷曲蛋白4。

綜上，miR-21-3p的上調可能影響頭頸部鱗狀細胞癌的發生發展。隨著研究的深入，新技術為大規模的miRNA分類研究提供了新的可能性。進一步的基因組研究有可能擴大對miRNA在腫瘤中作用的認識。需要注意的是，對miRNA*功能的評估必須與miRNA引導鏈的功能效應相比較，才能準確地描述miRNA*的生物學效應。

2.5miR-21-3p與皮膚系統腫瘤 皮膚腫瘤也是較為常見的惡性腫瘤之一，主要包括黑色素瘤、皮膚鱗狀細胞癌、皮膚基底細胞癌等。黑色素瘤的發病率雖然只占皮膚腫瘤的4%，但死亡率卻占皮膚腫瘤的70%[43]，與其易侵襲、轉移，導致治療難度大有關。Babapoor等[39]在侵襲性黑色素瘤中發現，miR-21-3p與miR-21-5p均異常表達，且miR-21-5p在侵襲性黑色素瘤中的表達較原位黑色素瘤明顯增加，但未進一步研究其具體的作用及機制。Kikulska等[10]也在非黑色素瘤皮膚癌(基底細胞癌和鱗狀細胞癌)中發現了miR-21-3p的高表達，且其高表達伴隨著表皮分化基因GRHL1(Grainyhead-like 1)和GRHL3的協同下調，這兩種基因可能分別受miR-21-3p和miR-21-5p的調控,其中miR-21-5p調控GRHL3，而miR-21-3p通過與3′UTR相作用靶向調控GRHL1，與皮膚癌的形成有關。綜上所述，miR-21-3p可能參與皮膚腫瘤的發生、發展。另外，一些新的候選miRNAs可能也與黑色素細胞系有關，可作為生物學標志物，通過測定其在血液循環中的水平，幫助早期發現遠處轉移[44]。對黑色素細胞中miRNAs功能的研究將進一步揭示黑色素瘤的發展和進展。

2.6miR-21-3p與肺癌 肺癌既是現今最常見的惡性腫瘤，也是癌癥死亡的首要原因[22]。這主要是因為肺癌缺乏有效的早期篩查方法，而傳統的篩查方法效果較差，導致肺癌發現得較晚，如果血清中存在相應的腫瘤標志物，那么有可能成為肺癌早期篩查、危險分層的一個重要方法。Jiang等[45]發現，非小細胞肺癌的癌組織以及血清中miR-21-3p的表達水平均高于健康對照組，且腫瘤組織中的表達水平與血清中的表達水平呈顯著正相關，但miR-21-3p的表達與肺癌TNM分期、腫瘤分化程度無相關性。此外，miR-21-5p在肺癌中也是高表達，并與非小細胞肺癌的放療具有相關性，抑制miR-21-5p可通過靶向錯配修復基因2，增加非小細胞肺癌對放療的敏感性[11]。

2.7miR-21-3p與乳腺癌 乳腺癌居女性惡性腫瘤發病率的首位[22]，且患者呈年輕化趨勢。乳腺癌主要采用以手術治療為主輔以多種治療(放療、化療、內分泌治療、基因治療)的臨床綜合治療模式，雖然現在乳腺癌的生存率明顯提高,但晚期和復發性乳腺癌仍是困擾臨床醫師的難題。研究發現，miR-21-3p在乳腺癌患者中的表達是上調的[46-47]，其過表達能增加乳腺癌細胞KPL-4和MCF-7的增殖能力[41]。小檗堿可誘導乳腺癌細胞MCF-7中miR-21-3p的表達，從而抑制細胞色素P450 (cytochrome P450，CYP)酶系CYP1A1的表達，CYP1A主要參與活化多環芳烴類致癌物,抑制CYP1A的活性可抑制某些化合物在肝臟中產生毒性中間產物,降低致癌性,但miR-21-3p的高表達激活了芳烴受體[12]。此外，多環芳烴通過芳烴受體的介導以高度誘導CYP1A1形成，因此還需要進一步探索相關研究。某些miRNA可以預測乳腺癌患者的預后，如miR-210已被證明在乳腺癌中具有很強的預測預后的價值[48]。另外有研究發現，某些miRNA可能成為指導藥物藥理作用和毒性的關鍵調節因子[49-50]，這些發現將有助于更好地理解藥物配置、多藥耐藥以及藥物相互作用等。

3 展 望

隨著人們對癌癥的重視，關于miRNA與腫瘤調控方面的研究也取得了很大進展，但對miRNA *與腫瘤分子調控機制的研究仍處于初級階段。眾所周知，腫瘤的發生發展是一個復雜的過程，其致病機制及病因仍然不是十分明確。因此，尋找腫瘤致病的關鍵基因或明確腫瘤發病的啟動環節可能是探討多基因靶向聯合治療的新途徑和新方法。鑒于miRNA*在諸多腫瘤發生、發展中發揮著重要作用，且廣泛存在于人體體液 (血漿、血清、尿液、精液、經血)中，因而被認為是理想的疾病標志物，其作為惡性腫瘤研究的新熱點，在未來或許會成為腫瘤診斷、靶向治療、評估預后的無創生物標志物寫入臨床指南，從而為腫瘤的危險分層、治療、預后提供個體化指導。