miR-451在消化系統腫瘤中的研究進展

朱澤民，李弘夏，唐才喜

miRNA是20世紀90年代初發現的內源性非編碼調控的單鏈小分子RNA，其長度為18～24 bp，廣泛分布于所有生物體中，并參與許多生理和病理過程的調節[1]。miRNA主要靶向于信使RNA的3’非翻譯區(3’UTR)，并在翻譯水平上調節人類20%～30%的編碼基因，miRNA在血漿、血清和其他體液中含量豐富，能參與調控細胞增殖分化、遷移與凋亡、自噬與自身免疫應答等重要的生物學過程[2-3]。miRNA也在特殊病理條件下異常表達，在腫瘤的發生、發展中發揮重要作用[4-5]。miR-451是miRNA家族中最保守的miRNA，最早于2001年Ambros 等[6]在人腦垂體RNA中發現并命名，其定位于染色體基因組17q11.2，通過靶向調控基因對惡性腫瘤的發生、發展起重要作用。近年miR-451在消化系統腫瘤中的作用日趨受到關注，有望成為腫瘤治療的標志物和新靶點，本文結合相關文獻就miR-451在消化系統腫瘤中的研究進展作一綜述。

1 miR-451的結構特點與功能

首先miRNA在細胞核內RNA聚合酶Ⅱ作用下轉錄生成初始miRNA轉錄本(pri-miRNA)；其次在核糖核酸酶Ⅲ Drosha剪切加工作用下，生成發夾狀結構的前體miRNA(pre-miRNA)，最后經Dicer酶(負責miRNA生成的關鍵酶)剪切為成熟的miRNA；但miR-451與一般的miRNA不同，其表達調控具有獨特性，pre-miR-451的堿基序列互補配對完美，其末端的6個核苷酸跨越整個莖環區并延伸成為發夾狀結構的前體互補序列，莖環兩側的核苷酸共同參與成熟miR-451的形成，這與目前發現的其他miRNA不同[7]。Diederichs等[8]研究發現pre-miR-451的莖環在Ago2蛋白加工成為30 nt的中間體，最后在3’末端的核酸修飾下成為42 nt的發夾狀結構的成熟miR-451。

miR-451家族包括miR-451a和miR-451b，位于第17號染色體q11.2上(chr17：28861369-28861440和28861371-28861438)。它們的成熟序列長度為22個核苷酸，高度保守，有待進化。miR-451主要表達于紅細胞，在紅細胞生成過程中細胞miR-451含量顯著增加，在紅細胞分化過程中起重要作用[7]。Sun等[9]研究發現miR-451通過靶向TLR4抑制脊髓小膠質細胞激活介導的炎癥，從而減輕慢性炎癥疼痛。Liang等[10]研究發現miR-451靶向AMPKa1調節的內皮-間質轉化在糖尿病性心肌病心臟重構中發揮重要作用。Shen等[11]研究發現miR-451在胃癌組織中低表達，并認為miR-451可能是胃癌診斷和預后的潛在生物學標志物。Yamada等[12]研究發現miR-451a在腎癌細胞中的表達明顯下調，miR-451a通過靶向PMM2抑制腫瘤細胞的遷移和侵襲能力。Liu等[13]研究發現miR-451通過靶向IL-6R-STAT3-VEGF信號通路發揮潛在的抑制肝癌血管生成作用。上述研究表明，miR-451在人體內的多種生理和病理過程中發揮重要作用，在多種腫瘤中表達異常，在腫瘤發生、發展中發揮關鍵作用，miR-451作為腫瘤抑制因子，可通過多種特定的靶點改變應激反應和抑制細胞增殖、遷移。

2 miR-451與消化系統腫瘤

2.1 miR-451與食管癌食管癌是常見的消化系統惡性腫瘤，Gao等[14]研究認為miR-451a過表達促進食管癌細胞早期凋亡，抑制細胞增殖、遷移和侵襲。其機制可能是通過抑制ERK/c-Myc信號通路，抑制細胞周期和食管癌細胞的侵襲。邢艷麗[15]研究認為miR-451與食管癌的發生、發展及轉移密切相關，miR-451表達水平對判斷食管癌患者的預后有重要意義。Khazae等[16]探討miR-451在食管鱗狀細胞癌(esophageal squamous cell carcinoma, ESCC)中的表達，并分析miR-451在食管腫瘤微環境中的分泌作用，結果顯示：與正常組織及癌周組織相比，ESCC組織中miR-451低表達。此外，研究首次發現腫瘤相關成纖維細胞能利用外源性miR-451作為信號分子，為ESCC腫瘤細胞的遷移和腫瘤的進展提供有利環境，但具體作用機制尚不清楚，仍需進一步分析。楊艷等[17]檢測50例食管癌患者和20例健康患者中miR-451的表達，結果表明miR-451在食管癌患者中明顯高表達，診斷食管癌的特異度和敏感度分別為85%和88%，miR-451有望成為診斷食管癌的分子標志物。

2.2 miR-451與胃癌胃癌是我國常見的惡性腫瘤，Liu等[18]使用PCR技術檢測76例胃癌和癌旁組織中miR-451的表達，研究發現胃癌組織中miR-451表達比癌旁組織明顯降低，miR-451低表達組與miR-451高表達組相比，5年生存率僅為15.2%，預后差；提示miR-451有望成為胃癌行手術切除患者預后的新生物學標志物。You等[19]研究發現miR-451在人胃癌組織中表達下調，miR-451通過抑制ERK2的表達而負調控胃癌細胞的遷移、侵襲、增殖和上皮細胞-間質轉化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)過程，為miR-451在胃癌中的發生、發展作用和治療提供新視角。Peng等[20]研究認為異丙酚顯著上調miR-451表達，抑制胃癌細胞增殖，促進細胞凋亡。此外，miR-451過表達降低基質金屬蛋白酶-2(matrix metallo proteinase-2, MMP-2)的表達水平，異丙酚能有效抑制胃癌細胞增殖并誘導其凋亡，其機制可能與miR-451下調MMP-2的表達有關，但仍需進一步實驗證實。Ren等[21]檢測180例胃癌患者術后miR-451的表達，并探討miR-451的表達與胃癌患者預后的關系，結果表明miR-451低表達者32例(17.8%)，高表達者113例(62.8%)，不變者有35例(19.8%)，miR-451高表達組中患者比低表達或不改變的胃癌患者總生存率高。Shen等[11]探討胃癌組織中miR-451的表達，結果表明miR-451在胃癌組織中表達下調，miR-451低表達與腫瘤分期、淋巴結轉移呈正相關；與miR-451高表達的胃癌患者(59個月)相比，miR-451表達下調的胃癌患者中位生存期更低(44個月)，提示miR-451的低表達與患者預后不良有關，有望成為胃癌診斷、預后的潛在生物學標志物和治療靶點。

2.3 miR-451與肝癌肝癌是常見的消化系統惡性腫瘤，其發病率與病死率均較高，miR-451在肝癌等腫瘤中發生、發展的作用越來越受到關注，Lv等[22]采用qRT-PCR法檢測26例肝癌組織中miR-451的表達，結果表明miR-451在92%(24/26)的肝癌組織中低表達，進一步研究發現激活轉錄因子2(transcription factor 2, ATF2)是miR-451的靶基因，miR-451與ATF2呈顯著負相關，其與3’UTR結合抑制ATF2的表達及抑制肝癌細胞的轉移。上述結果提示miR-451是肝癌治療的潛在靶點，可作為診斷或預后因素。Liu等[13]研究發現miR-451通過靶向IL-6R-STAT3信號通路抑制肝癌細胞血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)的產生，顯著降低VEGF的表達，以腫瘤血管為靶點“餓死腫瘤”療法有望成為腫瘤治療的新途徑，提示miR-451有望成為肝癌治療的新途徑。Huang等[23]研究發現miR-451的低表達與肝癌患者較高的轉移率和較差的生存期有關；miR-451高表達能抑制肝癌細胞生長，誘導G0/G1期阻滯，促進肝癌細胞凋亡，通過調節EMT過程抑制肝癌的遷移和侵襲；研究還發現癌基因c-Myc是miR-451的直接作用靶點，敲除c-Myc基因抑制了miR-451對肝癌細胞EMT和轉移的影響，而c-Myc的過表達則減弱miR-451的修復功能，miR-451通過靶向調節c-Myc進而激活ERK1/2信號通路，發揮抑制肝癌細胞EMT和轉移的作用，這可能是未來治療轉移性肝癌的潛在策略，miR-451可能是潛在的預后生物學標志物，但仍需要進一步驗證。

2.4 miR-451與胰腺癌胰腺癌屬于惡性程度高、預后差的消化系統腫瘤，Goto等[24]探討日本旭川醫科大學32例新診斷的胰腺癌患者和未接受治療的29例胰腺導管內乳頭狀黏液瘤(intraductal papillary mucinous neoplasm, IPMN)以及22例健康患者miR-451a的表達水平，并通過Roc曲線比較miR-451a與CA199的診斷價值，研究發現miR-451a在胰腺癌和IPMN中的表達明顯上調，在Ⅰ和ⅡA期的胰腺癌和IPMN患者中，miR-451a的Ⅰ期患者Roc曲線面積AUC為0.742，特異度為85.7%，Ⅱa期AUC為0.734，特異度為5.7%；均高于Ⅰ期患者CA199(AUC為0.626、特異度為64.7%)以及Ⅱa期患者CA199(AUG為0.729，特異度為64.7%)，但在晚期(≥Ⅱb期)患者Roc曲線分析，miR-451a的AUC(0.768)明顯低于CA199的AUC(0.893)，miR-451a的特異度(81%)也低于CA199的特異度(100%)，提示miR-451a是診斷早期胰腺癌和IPMN的標志物，診斷準確率明顯優于傳統標志物CA199，但CA199對進展期腫瘤仍有較好的診斷價值。Takahasi等[25]檢測50例胰腺導管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma, PDAC)組織中miR-451a的表達，分為miR451a高表達組(n=25)和低表達組(n=25)，結果發現miR-451a高表達組患者的總生存率和無瘤生存率明顯低于miR-451a低表達組；進一步實驗發現miR-451a判斷腫瘤復發的敏感度和特異度分別為69.2%(18/26)和70.8%(17/24)，研究表明miR-451a的高表達與PDAC患者的復發和不良預后有關，miR-451a在PDAC患者中具有獨立的預后價值。Guo等[26]使用qRT-PCR法檢測miR-451在胰腺癌組織和細胞中的表達，結果表明miR-451在胰腺癌組織和細胞中的表達明顯高于癌旁、正常組織和細胞，miR-451高表達組中位生存時間為(13.21±2.48)個月，明顯低于miR-451低表達組(36.33±5.56)個月，miR-451的高表達與患者預后不良密切相關；研究進一步發現miR-451高表達患者與腫瘤的侵襲和轉移有關，提示miR-451可能參與胰腺癌的發生、發展，其機制可能是miR-451下調CAB39促進胰腺癌細胞的存活和侵襲，miR-451/CAB39將為胰腺癌的發病機制提供新思路和新途徑。

2.5 miR-451與結直腸癌結直腸癌在全球的發病率較高，且呈上升趨勢，病死率也較高[27]。Xu等[28]探討miR-451a及靶蛋白B細胞受體相關蛋白31(BAP31)在結直腸癌中的作用，研究發現在miR-451a的直接調控下，BAP31在結直腸癌的發生、發展中起著非常重要的作用，BAP31的表達水平與結直腸癌的臨床分期和遠處轉移密切相關，mi-451a過表達時，BAP31的表達明顯下調，miR-451a通過與BAP31的5’UTR結合抑制BAP31的表達；miR-451a過表達或抑制BAP31通過增加內質網應激而抑制結直腸癌細胞的增殖和凋亡。Ruhl等[29]研究發現miR-451a能抑制腫瘤細胞增殖，相反，抑制miR-451a可以促進腫瘤細胞的增殖、腫瘤細胞球的形成和腫瘤細胞的存活；miR-451a是結直腸癌增殖的負性調節因子，其機制可能是通過CAB39和EMSY靶基因的調節作用。Mamoori等[30]研究miR-451對結腸癌細胞生物學行為的影響及其靶向相互作用，結果發現miR-451過表達可導致結腸癌細胞增殖減少，細胞凋亡增加；miR-451與巨噬細胞移動抑制蛋白在結腸癌細胞中的表達呈負相關，恢復結腸癌細胞中miR-451的水平可以抑制腫瘤細胞球的形成；研究還發現miR-451在體外具有抑瘤作用，可抑制結腸癌中與腫瘤相關的信號通路，在結腸癌的發生、發展中起重要作用。

3 小結與展望

綜上所述，miR-451與消化系統腫瘤的細胞增殖、侵襲、轉移和預后密切相關。上述研究提示miR-451可能成為食管癌、胃癌、肝癌、胰腺癌和結直腸癌等消化系統惡性腫瘤診斷和預后的標志物，可以抑制腫瘤的進展及復發，有望成為腫瘤治療的新靶點。目前，有關miR-451在消化系統腫瘤中發揮抑癌作用的具體機制及靶向治療報道較少，但隨著分子生物學分析的不斷深入，miR-451將在消化系統腫瘤的早期診斷、靶向治療及預后監測方面發揮重要作用，有望成為今后研究的熱點和趨勢。