miR-301a與消化系統腫瘤

駱廣濤，湯為香，裘正軍

胃癌、結腸癌、胰腺癌、食管癌及肝癌等消化系統腫瘤均是臨床上常見的惡性腫瘤。我國常見消化系統腫瘤的整體發病率和病死率均位居前列，其總體治愈率近年來并未得到顯著提高。消化系統腫瘤的早期發現和診斷存在一定難度，其易轉移和預后差等特性仍是現階段需要攻克的難題。microRNAs(miRNAs)是一類長度為18～22個核苷酸的非編碼RNA，通過與靶基因mRNA的3′UTR互補配對誘導靶基因mRNA降解或抑制靶基因mRNA翻譯，在轉錄后水平對靶基因表達進行調控[1]。已經證實，miRNA發生突變、缺失或異常表達與包括惡性腫瘤在內的多種疾病的發生、發展密切相關[2]。2007年，美國俄亥俄州立大學的學者Lee等[3]首次發現miR-301a在胰腺癌組織中特異性高表達。隨后，人們在結直腸癌、胃癌、肝癌、乳腺癌等惡性腫瘤均發現了miR-301a的異常表達。近年miR-301a在消化系統腫瘤的作用日趨受到關注，其有望成為消化系統腫瘤治療的標志物和新靶點(圖1)。本文結合相關文獻就miR-301a在消化系統腫瘤的研究進展作一綜述。

圖1 miR-301a在消化系統腫瘤中的功能及靶基因

1 miR-301a的結構特點與功能

miR-301a定位于人類第17號染色體q22-q23.1區，與編碼絲粒蛋白的SKA2基因的第一個內含子區域重合[4]，其序列為：5′-CAGUGCAAUAGUAUUGUCAAAGC-3′。miR-301a和miR-130/454/721同屬miR-301家族，具有相同的3′UTR結合種子序列。已有研究證實，miR-301a在多種惡性腫瘤組織中高表達[3,5-7]。Sun等[5]發現miR-301a在膠質瘤組織中高表達；高表達的miR-301a通過靶向調控ZNRF3進而活化Wnt/β-catenin信號通路，促進腫瘤進展。曾小芳等[6]的研究結果表明miR-301a通過活化PI3K/Akt/mTOR通路促進卵巢癌細胞增殖、侵襲及轉移。Zheng等[7]發現miR-301a的高表達與乳腺癌患者的不良預后呈正相關。丁洪基等[8]報道了miR-301a在腫瘤微環境調控中的作用。腫瘤微環境中的免疫細胞類型多樣、異質性強，并通過分泌多種細胞因子，共同形成了抑制性的腫瘤免疫微環境。Li等[9]通過基因編輯技術建立miRNA-301a敲除小鼠模型，發現miR-301a缺失可通過負向調節其下游靶基因RUNX3，促進腫瘤微環境中浸潤性T細胞的募集，增強機體抗腫瘤免疫反應，進而抑制肺癌的發生、發展。上述研究結果表明，miR-301a可通過調控特定靶點及相關信號通路并“馴化”微環境的免疫細胞，重塑腫瘤微環境，促進腫瘤進展。

2 miR-301a與消化系統腫瘤

2.1 miR-301a與胰腺癌胰腺癌是一種預后極差的消化系統腫瘤，5年總生存率僅為9%[10]。胰腺癌起病隱匿，患者在就診時往往已處于局部晚期或已發生遠處轉移。Lee等[3]首先發現miR-301a在胰腺癌組織中特異性高表達(上調34.2倍)。Xia等[11]研究結果亦表明miR-301a在胰腺癌組織中高表達；此外，miR-301a高表達與胰腺癌患者不良預后呈正相關。miR-301a可通過靶向調控TGF-β信號通路的核心信號轉導分子Smad4增強胰腺癌侵襲、轉移及克隆形成能力[11]。Hu等[12]報道SOCS5是miR-301a的下游靶基因，也是miR-301a在胰腺癌侵襲轉移調控中的功能性靶基因。Xia等發現miR-301a對胰腺癌細胞增殖能力無明顯影響，這與Chen等[13]研究結果不一致，即miR-301a通過抑制Bim等的表達，促進胰腺癌細胞增殖。兩種研究結果的不同可能與采用不同胰腺癌細胞系及實驗方法有關。Pandit等[14]的體內實驗結果亦證實miR-301a促進腫瘤生長。

胰腺癌細胞存在多種上游因子參與對miR-301a的表達調控。Lu等[15]報道miR-301a與NF-κB的正反饋調控環路：miR-301a靶向調控NF-κB抑制因子NKRF，緩解NKRF對NF-κB活性的抑制，導致NF-κB入核并激活下游靶基因；另一方面，miR-301a的啟動子區域存在NF-κB結合位點，活化的NF-κB入核后促進胰腺癌細胞miR-301a的轉錄表達，進而形成miR-301a/NKRF/NF-κB正反饋環路。已經證實，胰腺癌是一種典型的乏氧性腫瘤。在低氧條件下miR-301a在胰腺癌細胞中表達上調。Zhang等[16]使用siRNA干擾技術下調低氧誘導因子HIF-1α/HIF-2α后，miR-301a表達降低，HIF-2α被敲低后miR-301a表達下降更為明顯。胰腺癌細胞中HIF-2α可能是通過直接結合miR-301a啟動子區促進miR-301a表達。此外，低氧條件下miR-301a通過靶向調控TP63促進胰腺癌上皮-間質轉化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)、侵襲轉移及化療耐藥[16-18]。Zhang等[16]的實驗結果亦證實胰腺癌中存在HIF-1α與miR-301a正反饋調控環路：低氧條件下敲低HIF-1α后，miR-301a表達降低；上調miR-301a表達后HIF-1α蛋白累積明顯增加，而使用CRISPR/Cas9技術敲除miR-301a后HIF-1α蛋白累積明顯減少。

外泌體作為信息傳遞的重要媒介，可通過其內部富集的miRNAs調控腫瘤的進展[19]。Wang等[20]發現低氧條件下胰腺癌細胞分泌的外泌體數量明顯增加。進一步研究發現低氧來源的外泌體miR-301a可通過激活PTEN/PI3Kγ信號途徑誘導巨噬細胞發生M2型極化，進而促進胰腺癌EMT及侵襲轉移。胰腺癌患者血漿外泌體miR-301a表達水平比健康人顯著升高，并與胰腺癌浸潤深度、淋巴結轉移和不良預后呈正相關[20]。綜上，外泌體miR-301a的表達水平可成為早期胰腺癌潛在的非侵入性診斷和篩查工具。

2.2 miR-301a與胃癌胃癌是全球范圍內第五大常見惡性腫瘤，東亞地區中國、日本、韓國均為胃癌高發國家。Lai等[21]在分析胃癌細胞miR-130b與RUNX3的靶向調控關系時，發現miR-130b同族的miR-301a與RUNX3的表達呈負相關。Wang等[22]的實驗結果證實miR-301a在胃癌組織中的表達水平高于癌旁組織；此外，miR-301a在胃癌細胞株中的表達水平顯著高于永生化胃黏膜GES-1細胞株。實驗進一步發現miR-301a通過調控下游靶基因RUNX3促進胃癌細胞的增殖和侵襲轉移。Dou等[23]的實驗結果證實miR-301a通過靶向調控TP53INP1促進胃癌進展。miR-301a可靶向調控NF-κB的抑制因子NKRF，促進NF-κB入核[24]。此外，miR-301a高表達預示胃癌患者預后較差[25]。

低氧微環境可促進胃癌細胞分泌富含miR-301a的外泌體[26]。Xia等[26]發現這些富集了miR-301a的外泌體在胃癌細胞間傳遞，通過靶向抑制脯氨酸羥化酶PHD3促進HIF-1α蛋白累積，進而促進胃癌EMT和侵襲轉移。染色質免疫共沉淀結果表明HIF-1α蛋白可直接與miR-301a的啟動子區結合促進miR-301a的表達。此外，胃癌患者外周血外泌體miR-301a表達水平與腹膜轉移呈正相關。低氧胃癌細胞來源的外泌體可通過miR-301a-HIF-1α環路為常氧細胞模擬低氧微環境，并維持低氧誘導的胃癌細胞EMT和侵襲轉移。

2.3 miR-301a與結直腸癌結直腸癌是一種常見的消化系統腫瘤之一，其發病率與病死率呈逐年上升，并有年輕化趨勢[27]。Liu等[28]采用實時定量PCR技術檢測結腸癌組織及結腸癌細胞株中miR-130a/301a/454的表達，發現結腸癌組織及結腸癌細胞株中miR-301a均高表達。此外，Liu等實驗結果亦證實Smad4是miR-301a在結腸癌細胞增殖和侵襲轉移調控中的功能性靶基因。Zhang等[29]報道miR-301a通過調節轉化生長因子β-II型受體(TGFBR2)的表達促進結腸癌細胞侵襲轉移。TGFBR2作為TGF-β信號通路的核心分子，與配體TGF-β結合后導致自身磷酸化并活化TGF-β信號通路。另外一項結腸癌的研究結果證實miR-301a可通過靶向調控DLC-1和RUNX3等抑癌基因，促進結腸癌細胞增殖及侵襲轉移[30]。

已有實驗證實，慢性炎癥與結腸癌的發生、發展密切相關[31]。在炎癥性腸病惡變為炎癥相關性結腸癌(colitis-associated cancer)的過程中，慢性炎癥可以加速腫瘤的進展和轉移。NF-κB作為炎癥反應及免疫反應的重要調控分子，其與miR-301a的正反饋調控環路提示miR-301a可能通過調控NF-κB促進炎癥反應[15]。Ma等[32]通過構建促炎劑硫酸葡聚糖鈉(DSS)誘導的小鼠慢性結腸炎-結腸癌模型，發現miRNA-301a敲除小鼠(miR-301a-/-;KrasLA2mice)形成結腸癌的比例比野生型小鼠顯著降低；實驗進一步發現miR-301a通過活化NF-κB等炎癥相關信號通路促進結腸炎加速發展為結腸癌。He等[33]的研究結果進一步證實了上述結論。活動期炎癥性腸病患者腸道上皮細胞中miR-301a的表達水平升高；動物模型發現miR-301a通過靶向調控BTG1的表達，降低腸道上皮的完整性并加重小鼠結腸炎癥，加速結腸癌的發生[33]。綜上，miR-301a在炎癥與腫瘤之間發揮橋梁作用，其介導的炎癥相關信號通路可能在結腸癌的發展過程中發揮重要作用。

2.4 miR-301a與其他消化系統腫瘤食管癌是常見的消化系統腫瘤之一。放療作為局部晚期食管癌患者的主要治療手段，可提高腫瘤局控率和患者生存時間。目前有部分食管癌患者對放療不敏感，導致治療效果欠佳。Zhang等[34]采用實時定量PCR技術檢測47例食管癌組織及癌旁組織中miR-301a的表達，結果表明食管癌組織miR-301a的表達水平高于癌旁組織(上調3倍)。通過測定并比較食管癌組織中miR-301a的表達水平與臨床病理特征后發現，miR-301a的表達水平與腫瘤大小及臨床分期密切相關。實驗結果進一步證實miR-301a可通過靶向調控PTEN，活化PI3K/Akt信號通路，促進食管癌細胞的增殖。Su等[35]的實驗結果發現包括miR-301a在內的多種miRNAs與食管癌放療敏感性關系密切；miR-301a通過靶向Wnt1調控Wnt/β-catenin通路增強食管癌細胞放療敏感性。然而Su等[36]結果表明miR-301a抑制食管癌KYSE-150放療抵抗細胞株(KYSE-150R)增殖和遷移能力，這與之前報道的miR-301a在食管癌細胞中的功能不一致?？赡芘cSu等采用的食管癌KYSE-150細胞株特殊的遺傳背景有關。

Zhou等[37]檢測并比較分析25例原發性肝癌組織及其癌旁組織中miR-301a的表達差異，發現miR-301a在原發性肝癌組織中高表達，提示miR-301a在肝癌中可能發揮促癌作用。在肝癌細胞HepG2抑制miR-301a表達后，HepG2細胞的增殖和遷移侵襲能力降低。Zhou等進一步通過雙熒光素酶報告實驗證實Gax基因是miR-301a下游靶基因，miR-301a通過靶向調控Gax基因提高NF-κB的表達及轉錄活性；miR-301a、Gax及NF-κB三者可能共同參與調控肝癌細胞的生物學行為。Dong等[38]發現低氧條件下肝癌Huh7和Hep3B細胞株中miR-301a表達升高；此外，miR-301a通過靶向調控IRF-1促進腫瘤細胞的增殖，并抑制細胞凋亡。Dong等[38]進一步分析了20例肝癌患者的生存曲線，發現miR-301a高表達患者(9例)與miR-301a低表達患者(11例)的2年總生存期差異無顯著性，作者猜測可能與樣本量較小有關。

3 結語

作為近年來新發現的miRNA，miR-301a通過調控PTEN、Smad4、TP63等下游靶基因，影響消化系統腫瘤細胞的增殖、侵襲遷移和放化療抵抗(表1)。此外，越來越多的實驗證據亦表明miR-301a參與炎癥與腫瘤的轉化及腫瘤微環境的重塑過程。然而人們對miR-301a的認識尚未深入，現列舉一些miR-301a在消化系統腫瘤研究中尚待解決的問題：(1)超過90%的胰腺癌患者均存在KRAS突變[39]。胰腺癌組織中miR-301a的高表達是否由KRAS突變介導的？(2)miR-301a與NF-κB的正反饋調控環路是否參與慢性胰腺炎至胰腺癌的炎癌轉化過程？(3)外泌體miR-301a是否能通過重塑T細胞、NK細胞等免疫細胞促進腫瘤進展？

表1 miR-301a在消化系統腫瘤中的功能與靶點

消化系統腫瘤中異常表達的miRNAs，為我們進一步探討腫瘤發病機制并攻克腫瘤開辟了新思路。隨著miR-301a在消化系統腫瘤中的研究不斷深入，將對消化系統腫瘤的診斷和預后評估產生重要影響，有望促進消化系統惡性腫瘤的個性化診療以及精準醫療的進步。