MicroRNAs靶向脂代謝重編程參與肝細胞癌發生的研究進展

王玉敏，陳濟超*，王洪權，王金華，唐 博

(1.航天中心醫院 北京大學航天臨床醫學院 呼吸與危重癥醫學科，北京 100049；2.天津醫科大學腫瘤醫院天津醫科大學腫瘤研究所 國家癌癥臨床醫學研究中心 天津市腫瘤防治重點實驗室 天津市惡性腫瘤臨床醫學研究中心胰腺腫瘤科，天津 300060；3.中國醫學科學院 北京協和醫學院 藥物研究所 天然藥物活性物質與功能國家重點實驗室藥物靶點研究與新藥篩選北京市重點實驗室，北京 100050)

肝細胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)是一種病死率極高的惡性腫瘤，全球發病率位居所有惡性腫瘤的前5位，病死率位列前3位。中國是肝癌的高發區，發病率與病死率均位居世界首位。當前，中國肝癌發病率仍呈逐年上升趨勢，但其發病機制尚不明確，這成為制約肝癌治療進展的重要原因。HCC主要繼發于肝硬化、病毒性肝炎(乙肝和丙肝)等。大多數常見HCC的病因會導致長期慢性炎性反應。最近研究表明，雖然病毒性肝炎的流行病學得到了很好的控制，但是肝癌相關的病死率仍呈現出上升趨勢，這表明其他形式的肝臟疾病可能與HCC的患病率有關，尤其是脂代謝異常在HCC中的作用引起學者關注。

近年，有報道微小RNAs(microRNAs, miRNAs)是一組多功能的非編碼RNA，通過脂質代謝重編程在肝細胞癌(HCC)的發生、發展中發揮重要作用。因此，本文介紹了具有調控脂質代謝重編程的特異性miRNAs在HCC發生發展中的研究進展，以期為臨床靶向腫瘤治療提供新的策略。

1 脂代謝異常與肝癌

脂質代謝的重編程是惡性腫瘤的一個新特征，最近的研究揭示了脂質代謝重編程在癌發生中的重要性。在多種癌中, 脂肪攝取、儲存和脂肪生成均被上調, 促進了腫瘤的快速生長。體內的脂質(lipids)主要由脂肪酸(fatty acids，FAs)、三酰甘油、鞘脂、磷脂和膽固醇組成，在細胞水平發揮重要作用。除了作為能量來源和生物膜的結構成分，一些脂質作為信號分子或第二信使發揮作用[1-2]。脂質在腫瘤發生中執行多種生物學功能，參與細胞膜形成，形成脂筏募集信號蛋白，從而促使蛋白-蛋白之間相互作用，促進細胞存活、血管生成和轉移，以及作為能量來源參與腫瘤發生發展。FAs作為信號分子、儲存化合物、能量來源以及細胞膜的結構成分發揮作用，所有這些都是癌細胞增殖所必需的。正常細胞優先使用循環中的外源性脂質，而包括肝細胞癌細胞在內的癌細胞表現出較高的脂質從頭合成(de novo lipid synthesis, DNL)[3]。此外，細胞對FAs攝取和脂肪酸的氧化(fatty acid β-oxidation，FAO)在多種癌中也會增加[4]。脂肪酸代謝異常，包括脂質儲存(lipid storage)、形成(lipid formation)、水解(lipid hydrolysis)、外源性FAs攝取(extra FAs uptake)、FAs合成(fatty acid synthesis)、脂肪酸氧化(fatty acid oxidation, FAO)、FA激活(fatty acid activation)和退飽和(fatty acid desaturation)異常均參與HCC發病機制。

2 miRNAs與HCC

miRNAs是一類長度為 20～24 nt的內源性非編碼RNA(non-coding RNAs, ncRNAs)，通過抑制mRNA翻譯或降低mRNA的穩定性來調節基因表達。異常的miRNA表達譜廣泛存在于腫瘤細胞中，誘導無限的復制潛能和逃避凋亡。miRNAs在腫瘤發生和發展過程中作為癌基因或抑癌基因發揮作用。miRNA功能失調可通過多種機制促進HCC的發生、進展和對治療的反應。近年來研究顯示，miRNA在HCC中通過調控脂代謝重編程參與HCC發病機制。

3 miRNAs調控脂代謝異常與HCC發生

3.1 調控FAs合成酶參與HCC發生

最有效的減少FAs的方法是抑制負責其合成的關鍵酶。糖代謝和脂質從頭合成之間的連接點是檸檬酸。檸檬酸位于線粒體是進入三羧酸循環，然而，當其被線粒體檸檬酸轉運體 (mitochondrial citrate carrier，CIC) 或SLC25A1轉運到胞質后通過DNL途徑，促進FA合成[5]。

在HCC細胞中，miR-1207-5p通過抑制Akt/mTOR通路，進而抑制FASN來抑制癌細胞進展[6]。最近研究顯示，miR-21抑制p53激活人HMG盒轉錄因子-1(HMG-box transcription factor 1, HBP1)降低p53的腫瘤抑制活性，促進固醇調節元件結合蛋白1c(sterol regulatory element-binding protein 1c, SREBP1c)的表達，從而導致肝細胞脂質聚集，進而促進肝癌發生，這表明miR-21 通過與HBP1-p53-SREBP1c通路相互作用促進肝細胞脂質合成和肝癌發生[7]。而在肝癌細胞系中，miR-449能夠通過降低SIRT1的表達，抑制SREBP1c轉錄，進而抑制脂肪酸合成酶(fatty acid synthase, FASN)和3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A還原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl CoA reductase, HMGCR)表達，從而抑制脂質聚集[8]。miR-4310通過靶向FASN和硬脂酰輔酶A去飽和酶-1(stearyl coenzyme A dehydrogenase-1, SCD1)抑制脂質合成。在肝癌患者中，miR-4310顯著下調，其表達與FASN和SCD1的表達呈負相關。此外，miR-4310的低表達與不良預后相關。miR-4310通過抑制SCD1和FASN介導的脂質合成，在體外抑制HCC細胞增殖、遷移和侵襲，在體內抑制HCC腫瘤生長和轉移。總之，miR-4310通過調節FASN和SCD1介導的脂質合成途徑在肝癌的生長和轉移中發揮重要作用。靶向miR-4310-FASN/SCD通路可能為肝癌治療提供一種新策略[9]。

在HCC中，IL-6誘導miR-603表達，進而抑制脂肪酸結合蛋白-1(fatty acid-binding protein-1, FABP-1)表達，促進脂質代謝和合成相關蛋白CPT1A、過氧化物酶體增殖物激活受體-α (peroxi-some proliferator-activated receptors-α, PPAR-α)和SREBP1表達，最終增加細胞氧化應激水平并導致肝癌轉移[10]。miR-449通過抑制SIRT1和SREBP1c表達并下調包括FASN和HMGCR在內的靶基因，控制肝癌細胞的脂肪生成和膽固醇生成，進而促進HCC腫瘤的發生[8]。 在乙肝病毒相關HCC中miR-384表達下調，乙肝病毒(hepatitis B virus,HBV) 抑制miR-384，并上調癌基因圍食膜因子(peritrophin)，后者通過PI3K/Akt/mTORC1通路上調SREBP-1c和FASN，進而促進FA合成增加，促進HCC癌細胞增殖和轉移, 表明miR-384功能失調可能在HBV相關HCC發病進程中起關鍵作用[11]。

綜上所述，miRNA可通過靶向調控FAs合成代謝的關鍵酶，參與HCC的發生和發展。

3.2 調控FAO參與HCC發生

脂肪酸氧化(fatty acid oxidation, FAO)主要是脂肪酸縮短的重復循環過程，每個循環縮短兩個碳，產生煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide, NADH)、黃素腺嘌呤二核苷酸(flavin adenine dinucleotide, FADH2)和乙酰輔酶A(acetyl-CoA)。NADH和FADH2除了具有氧化還原能力外，還可以進入電子傳遞鏈(ETC)，從而產生ATP。這一過程主要在需要能量的組織(心臟和骨骼肌)和提供營養的器官(肝臟)中進行[2]。不同的研究報道了在腫瘤中非編碼RNA調控肉毒堿棕櫚酰轉移酶(carnitine palmitoyltransferase, CPT)系統。

在肝癌細胞系中，二甲雙胍通過抑制SREBP1c和FASN表達、增加CPT1和肉堿O-辛烷酰轉移酶 (carnitine O-Octanoyltransferase, CROT)來減少高糖誘導的脂質聚集，miR-33b過表達顯著阻止二甲雙胍介導的細胞脂質和三酰甘油的含量降低，總之在HCC中，二甲雙胍通過促進CPT1表達和降低miR-33b的表達減少高糖誘導的脂質聚集[12]。HCC中miR-132-3p上調，抑制SLC25A20，抑制FAO促進肝癌的生長和轉移[13]。miR-612通過線粒體內膜蛋白HADHA介導的脂質重編程負調控HCC的侵襲足形成、基質降解、EMT和轉移。肝癌細胞中miR-612的降低導致水合酶亞單位A(hydratase subunit A, HADHA)上調，并啟動FAO，從而通過SREBP2/HMGCR通路為膽固醇生物合成提供足夠的乙酰輔酶A、ATP，從而通過脂筏影響肝癌轉移[14]。 總之，miRNA可靶向調控FAO進程，參與HCC的發生和發展。

3.3 通過影響脂滴形成參與HCC

脂滴(lipid droplets，LDs)主要是由中性脂質 (即三酰甘油, 固醇酯) 組成的細胞器，從而貯存細胞的絕大多數的能量，同時與脂質代謝相關信號傳導通路有關[15]。腫瘤細胞可在常氧和低氧狀態下促進LDs 來滿足自身對新細胞膜生物合成和高增殖速率的需求[16-17]。

許多研究表明miRNA對脂質貯存有影響。研究顯示miR-122是酰基甘油磷酸酰基轉移酶1/3/9(acylglycerolphosphate acyltransferase1/3/9,AGPAT1/3/9)和二酰基甘油轉移酶 (diacylglycerol acyltransferase, DGAT1) 的直接作用因子，在肝臟miR-122調控膽固醇代謝，miR-122的低表達促進HCC轉移，并與預后不良相關，這都表明，在HCC中miR-122為抑癌基因[18]。此外，circRNAs充當miRNAs的海綿，并作為與miRNAs競爭的內源性RNA發揮作用。 circRNA-miRNA-mRNA調控網絡已被確定為具有調控代謝的作用。例如，在circRNA_021412/miR-1972/LPIN1軸中，circRNA_021412和miR-1972的低表達抑制脂蛋白1(lipin 1, LPIN1)，LPIN1下調導致肝脂肪變性的長鏈酰基輔酶A合成酶(long chain acyl-CoA synthetases，ACSLs)的表達，導致肝脂肪變性(hepatosteatosis),后者為肝癌的潛在并發癥[19]。 最近研究顯示，過度表達miR-30b-5p可減少Huh-7細胞中脂滴的數量和大小以及細胞內三酰甘油濃度。在miR-30b-5p過表達的Huh-7細胞中，FAO相關基因PPAR-α的表達增加，脂質合成相關基因SREBP-1的表達降低。此外，miR-30b-5p通過靶向過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子1α(peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-α, PPARGC1A)調節細胞內脂質代謝[20]。

綜上所述，miRNA可靶向調控脂滴形成進程，參與HCC的發生和發展。

3.4 調控FAs激活和退飽和參與HCC發生

在FA進入代謝途徑之前，它需要先添加輔酶A(CoA)分子來激活。這些游離的FAs通過酰基輔酶A合成酶(acyl coenzyme A synthetase，ACS)轉化為FA-CoA[21]。這一過程允許FA進入多種生理和代謝途徑，例如三酰甘油合成和膽固醇酯、視網膜酯和磷脂、β-氧化(在過氧化物酶體、線粒體)、ω-氧化(在內質網)、伸長和/或去飽和、信號分子和蛋白質酰化等。哺乳動物最大的ACS家族為長鏈ACS (long-chain acyl-CoA synthetases, ACSL)家族，ACSL催化FA產生acyl-CoA。在腫瘤中，許多表觀修飾途徑調控ACSL，尤其miRNAs對ACSL的調控作用研究相對較多。在HCC中，miR-205通過降低ACSL1表達而減少脂質合成[22]。miR-205同時也調控ACSL4，降低肝細胞膽固醇的聚集[23]。

硬脂酰輔酶A去飽和酶(stearoyl-CoA desa-turase，SCD)是一種位于ACSLs下游快速降解的內質網膜蛋白。SCD去飽和的產物也可以作為合成包括磷脂、二酰甘油、三酰甘油、膽固醇和蠟酯在內的不同脂質的底物。近些年研究表明，SCD在多種癌中發揮作用，例如SCD調控肝癌細胞凋亡和促進肝細胞增殖。人類存在兩種SCD，即SCD1和SCD5。 SCD1是控制癌細胞中總的脂質合成的關鍵。 超保守RNA uc.372屬于lncRNA，其可以特異性抑制miR-195/miR-4668，釋放后者對功能靶基因(如SCD1、ACC、CD36和FAS)的抑制作用，導致肝癌HepG2細胞中脂質積聚[24]。

4 問題與展望

miRNA是表觀遺傳機制的重要組成部分，在HCC的多個過程中扮演重要角色，參與HCC的發病機制，同時也是研究最深入的非編碼RNA。miRNA可以從調控脂代謝的多個通路調控HCC的惡性生物學效應。 然而對于miRNA在HCC中調控糖酵解對脂代謝異常的研究較少。因此，探索其他miRNA在HCC中調控脂代謝異常的研究值得深入。 此外，近年來非酒精性脂肪肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)在HCC發病中的作用逐漸提升，以脂質在肝臟內聚集為特征的NAFLD相關HCC逐漸引起學者關注，現有研究顯示，部分miRNA能夠調控NAFLD-HCC進展，因此，深入研究其他miRNA如何調控這一過程也是未來的研究方向。