miR-221-3p在人類消化道腫瘤中的研究進展

李興亮 吳紫瑤 馬繼春 祝成樓 達明緒

近年來全球范圍內消化道腫瘤發生率居高不下，發生率前十的癌癥中將近一半為消化道腫瘤，我國消化道腫瘤的發生率與病死率均高于世界平均水平[1]。患者群體主要集中在農村，這與落后的醫療水平和患者不注重醫療體檢有關，人口老齡化也是一重要因素[2]。消化道腫瘤早期癥狀不明顯，易誤診、漏診，且晚期難治療，我國依然缺乏有效的早期診斷措施和治療方式，因此迫切需要尋找新的腫瘤標志物來提高消化道腫瘤的早期檢出率，改善預后和治療效果。miR-221-3p被認為是一種促進腫瘤進展的小RNA分子，研究報道，miR-221-3p可與靶基因的信使RNA(mRNA)3′端非翻譯區(UTR)結合，抑制靶基因的表達，調控腫瘤的生長與侵襲。對miR-221-3p的作用機制研究，可能會為腫瘤的診斷和治療帶來新的途徑。本文對miR-221-3p在人類消化道腫瘤中的研究進展進行綜述。

一、microRNA家族與miR-221-3p

微小RNA(miRNA)是短鏈(約22個核苷酸長)非編碼RNA分子，通過在細胞質中與mRNA非翻譯區 (UTR) 相互作用，增加 mRNA 的不穩定性，降解 mRNA 從而負性調控基因表達[3]。作為基因表達的負調節因子，miRNA 參與許多生物調節過程，包括在生理條件下和腫瘤等疾病相關的細胞生長、分化和凋亡[4]。大量研究報道了過表達抑癌miRNA和沉默促癌miRNA具有抑癌作用，這為靶向miRNA 進行腫瘤治療提供了可能性。

miRNAs有很多種類型，其中miR-221-3p作為與癌癥密切相關的一種miRNA近年來被許多文獻所報道，目前發現它的功能主要涉及介導炎癥病變、肥胖以及腫瘤發生發展、血管重塑等方面[5～7]。Zhao等[8]通過分析基因芯片在微陣列GSE20086中發現miR-221-3p在腫瘤相關成纖維細胞中高表達，miR-221-3p極有可能影響細胞增殖、分化、黏附、遷移及細胞與細胞之間的相互作用，而且許多研究證實在腫瘤當中miR-221-3p的表達水平偏高，促進癌癥的發展[7, 9]。

二、miR-221-3p與胃癌

胃癌(gastric carcinoma，GC)作為最常見的消化道腫瘤，2020年全球發生率超過108萬例，早期無明顯癥狀，易于良性病變混淆[1]。雖然胃鏡作為診斷胃癌的最常用措施，具有較高的檢出率，但是診斷明確時往往已處于疾病晚期，致死率高。對于胃癌，目前缺乏早期的診斷措施。

Shi等[10]在胃癌標本和正常胃組織，以及胃癌細胞系和正常胃上皮細胞系中檢測miR-221-3p水平，發現miR-221-3p在胃癌細胞系中表達水平顯著高于正常胃上皮細胞，miR-221-3p在胃癌組織中的表達高于在癌旁組織中的表達。此外， miR-221-3p在Ⅲ～Ⅳ期胃癌患者中表達最高，miR-221-3p表達越高預后越差，高表達的miR-221-3p可能預示著較差的患者存活率。Shi等[10]通過建立miR-221-3p高表達或敲減胃癌細胞系，檢測相應的生物學形態和功能，發現高表達miR-221-3p能促進胃癌增殖、生長和侵襲。并且通過熒光素酶報告和Western blot法發現高表達的miR-221-3p直接靶向抑癌因子PTEN激活PI3K/Akt/4E-BP1信號通路促進胃癌細胞的生長和侵襲。相反，Feng等[11]通過miRNA微陣列分析篩選可能參與胃癌細胞腹膜轉移的miRNAs，采用普通GC9811細胞作為對照，發現miR-221-3p在GC9811-P細胞(具有高轉移潛能胃癌細胞株)中顯著低表達，表明其可能參與抑制胃癌的腹膜轉移。

以上不同的研究結果表明，miR-221-3p在胃癌當中的作用存在爭議，但由于Feng 等[11]未進行深入的機制研究和探討，實驗結果可能存在誤差和偏倚。Zhang等[12]通過評估胃癌患者血清miR-221-3p和miR-122-5p的表達水平，發現胃癌患者血清miR-221-3p高表達，并且與miR-122-5p表達呈負相關，兩者均與腫瘤分化程度、腫瘤直徑、淋巴結轉移、轉移分期、侵襲深度顯著相關。作為胃癌的獨立預后因素，miR-221-3p診斷敏感度為71.6%，特異性為82.7%；miR-122-5p 診斷敏感度為 91.5%，特異性為 73.6%，兩者聯合檢測的敏感度為91.5%，特異性為82.7%。以上研究表明，miR-221-3p+miR-122-5p聯合檢測用于診斷早期胃癌具有較高的可靠性，可用于臨床診斷胃癌。

三、miR-221-3p與肝癌

目前肝癌(hepatocellular carcinoma, HCC)在全世界范圍內發生率較高，超聲檢查和血清甲胎蛋白(alpha fetoprotein, AFP)的聯合檢測是HCC監測應用最廣泛的一種檢查方法，但是由于其缺乏特異性和難以檢出微小腫瘤，因此迫切需要一種高敏感度和特異性的檢出方法提高肝癌的早期診斷率。

Dong等[7]研究發現，miR-221-3p和miR-15b-5p在肝癌組織和細胞中經常表達上調，miR-221-3p和miR-15b-5p的高表達與TNM分期、浸潤和預后不良有關。此外miR-221-3p和miR-15b-5p通過軸形成抑制因子(Axin2)促進了肝癌細胞的體外增殖和侵襲，在肝癌的發生、發展中具有重要作用，并促進肝癌的轉移。Ghosh等[13]研究發現，與肝硬化和慢性肝炎比較，肝癌組織當中miR-221-3p升高顯著，并且在區分低AFP的肝癌與良性病變時，miR-10b-5p+miR-221-3p+miR-223-3p聯合檢測表現出比AFP更好的特異性和敏感度。De Conti等[14]對肝癌、癌旁組織、健康肝組織和5個肝癌細胞系(HL-7702、BEL-7404、SMMC-7721、Huh-7 和 Hep G2)使用實時熒光定量PCR (qPCR)檢測miR-221-3p的表達水平，發現無論是在肝癌組織還是肝癌細胞中miR-221-3p的表達水平都明顯更高，并且高表達miR-221-3p的 HCC 患者比低表達患者預后更差。同時發現，miR-221-3p可以通過抑制O6-甲基鳥嘌呤-DNA甲基轉移酶(MGMT)的轉錄和翻譯來促進 HCC 細胞的增殖、遷移和侵襲。Lin等[15]研究發現，長鏈非編碼RNA(lncRNA)C1QTNF1-AS1和細胞因子信號抑制蛋白3(SOCS3)在HCC中高表達， Western blot法檢測結果顯示，C1QTNF1-AS1的過表達可使JAK/STAT信號通路失活抑制HCC進展。在肝癌細胞中單獨轉染miR-221-3p，發現高表達的miR-221-3p可促進肝癌細胞的增殖和侵襲，但miR-221-3p+C1QTNF1-AS1均高表達的細胞株的增殖和侵襲能力較差。熒光素酶報告顯示miR-221-3p為C1QTNF1-AS1的靶基因，SOCS3為miR-221-3p的靶基因，SOCS3的過度表達又會抑制STAT磷酸化，從而抑制了JAK/STAT信號通路的激活，減緩HCC的進展。這證明C1QTNF1-AS1/miR-221-3p/SOCS3調控軸通過JAK/STAT信號通路調控肝癌的發生和進展。

miR-221-3p在肝癌組織中普遍升高，是肝臟細胞惡性轉化的關鍵miRNA，在診斷肝癌方面具有重要臨床價值，并且血清中的循環miRNAs可以通過胞外包裹或與蛋白質結合保持穩定性，從而逃避RNA裂解酶介導的降解，有望成為HCC早期篩查和術后復發動態監測的最佳選擇。

四、miR-221-3p與胰腺癌

胰腺癌是一種高度惡性腫瘤，預后極差，具有早期不易診斷和易出現誤診的特點。2020年因胰腺癌致死約46.6萬例，盡管胰腺癌在全世界發生率并不高，但是死亡病例卻高居第7位，手術治療效果差，5年生存率低于10%[16]。因此，胰腺癌的早期診斷就顯得極為重要。據報道，miR-221-3p在胰腺癌組織、血液和細胞中高表達，促進胰腺癌細胞的增殖、侵襲和耐藥并抑制凋亡，miR-221-3p的表達水平與遠處轉移、患者預后生存和TNM分期相關， 并且miR-221-3p比CA19-9能更有效地預測遠處轉移[17]。Kuratomi等[18]通過對胰腺導管內乳頭狀黏液性腫瘤(intraductal papillary mucinous neoplasms, IPMN)中的miRNAs進行測序，發現與非浸潤性IPMN比較，miR-10a-5p和miR-221-3p在胰液和血液中顯著上調，miR-10a-5p+miR-221-3p可作為惡性IPMN的miRNA生物學標志物。Zhao等[19]通過培養耐5-氟尿嘧啶(5-FUPA)TU8988細胞，與原代細胞胰腺癌細胞系miRNA比較，miR-221-3p在抗5-FUPA TU8988細胞中顯著上調，在對胰腺癌細胞進行miR-221-3p過表達后發現其對5-FUPA和吉西他濱的耐藥性增加，同時高表達的miR-221-3p促進了胰腺癌細胞的上皮間質轉化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)。

上述研究結果表明，miR-221-3p參與了胰腺癌的惡性行為，包括增殖、凋亡、侵襲、轉移和化療耐藥性，隨著檢測miRNA技術的進步，miR-221-3p很有可能成為區分胰腺良惡性程度的生物學標志物。

五、miR-221-3p與結直腸癌

據統計，結直腸癌(colorectal cancer, CRC)為全球第三大癌癥，分別占癌癥發病和死亡總數的10.0%和9.4%，結直腸癌在全球高發，東亞地區發生率最高[16]。目前治療直腸癌的主要方法是手術，但效果較差，尤其在發展中國家5年生存率低于50%，這促使廣大學者不斷探究結直腸癌的早期診斷方法和療效更佳的治療方式。

Dokhanchi等[20]從HCT116 CRC細胞培養基中純化出外泌體miR-221-3p(EVs-miR-221-3p)，并利用HCT116 CRC細胞中分離的PKH26標記外泌體(extracellular vesicles，EVs)從而觀察到CRC細胞來源的EVs可被內皮細胞(human umbilical vein endothelial cell， HUVECs)攝取內化。隨后將HUVECs與CRC衍生的EVs一起孵育，HCT116-EVs處理的HUVECs中miR-221-3p水平以時間依賴性方式增加，從而確定了miR-221-3p通過外泌體轉運的方式被轉移到HUVECs中。隨著HUVECs中miR-221-3p不斷升高， SOSC3下游分子STAT3(血管生成的功能性介質)和血管內皮生長因子受體-2(vascular endothelial growth factor receptor-2, VEGFR2)呈高表達,表明CRC來源EVs-miR-221-3p靶向SOSC3調控內皮細胞STAT3/VEGFR-2信號軸促進內皮細胞增殖、遷移和血管樣結構的形成。Khalighfard等[21]通過分析miRNA GSE125961和GSE112955數據集發現miR-221-3p在CRC組織中上調。然后通過分析55例直腸癌患者和10例健康受試者血漿樣品以評估放射治療前后miR-221-3p的表達水平。結果顯示，與健康受試者比較，放療前miR-221-3p表達水明顯較高；放療后miR-221-3p的表達水平顯著降低，與健康受試者比較，差異無統計學意義，并通過ROC生存分析驗證了miR-221-3p作為對放療反應預測的生物學標志物的潛在效用，此外miR-221-3p的血漿水平升高也可以用作預測CRC患者不良總生存率。

Tao等[22]研究了90例對結腸癌和癌旁組織的miR-9-1、miR-203-3p、miR-221-3p、miR-342-3p、miR-491-5p和miR-503-5p的水平，發現miR-221-3p在CRC組織中高表達，高水平的miR-221-3p與更短的存活時間相關。miR-221-3P、miR-342-3P和miR-491-5P表達的組合分析顯示，這3種miRNA高表達的患者的存活率降低，尤其是TNM階段Ⅰ期和Ⅱ期的患者，miR-221-3P+miR-342-3P+miR-491-5P聯合診斷有助于更好地預測結腸癌的預后和指導治療。田雯等[23]也研究發現，結腸癌患者血清miR-221-3p表達水平明顯升高,而血清miR-133a-3p表達水平明顯降低, 兩項聯合診斷結腸癌敏感度和特異性分別為90.2%和84.5%，miR-221-3p+miR-133a-3p聯合診斷也可成為結直腸癌新的診斷方法。

但是Gasparello等[24]通過檢測35例患者血漿miR-221-3p，發現僅有31.4%的受試患者miR-221-3p的血漿水平超過對照組的最高水平，并不能有效區分CRC患者和無腫瘤供體，雖然本研究樣本量較小，可能存在偏倚風險，但上述研究結果相反的具體原因未知，miR-221-3p在CRC領域的研究具有爭議性，依舊需要更多的臨床研究和基礎研究來證明miR-221-3p在CRC進展中的作用。

六、展 望

miR-221-3p是一種短鏈非編碼RNA，可通過降低mRNA的穩定性和抑制蛋白翻譯來促進腫瘤的發生和發展，具有促癌作用。但有研究表明，miR-221-3p在部分腫瘤中可能參與抑制癌癥發生并改善其化療耐藥性，這提示miR-221-3p在腫瘤發生、發展中具有雙重作用。比如在乳腺癌當中，miR-221-3p高表達并直接靶向血小板反應蛋白基序6，異常激活ERK信號通路促進乳腺癌的侵襲和進展[25]。但是在三陰性乳腺癌(triple negative breast cancer, TNBC)當中，miR-221-3p表達水平在預后不良的患者中明顯降低，并且miR-221-3p通過靶向下調PARP1的表達從而改善TNBC患者的預后[26]。同樣，在肺癌當中miR-221-3p高表達，并且通過靶向HMBOX1激活Akt/mTOR信號通路促進肺癌的進展，但是Ni等[27]研究發現，miR-221-3p的低表達與T分期不良相關，而且上調的miR-221-3p通過靶向非小細胞肺癌細胞系中的MDM2/p53信號通路增加A549細胞(抗紫杉醇)對紫杉醇的化療敏感度，逆轉紫杉醇耐藥性并誘導其凋亡[28]。

近年來，對腫瘤微環境的研究有所增加，一些研究表明，腫瘤微環境中的巨噬細胞表達高水平的miR-221-3p，并以外泌體的形式在組織中釋放，為腫瘤發生創造有利環境，促進腫瘤發生[29]。腫瘤來源的EVs-miR-221-3p也可被內皮細胞攝取，引起腫瘤侵襲和淋巴結轉移[30, 31]。由于細胞的獨特分泌作用，miR-221-3p可以通過外泌體形式分泌到循環當中，并保持其穩定性和可檢測性。Gao等[32]和Yu等[33]開發了一種多功能磁珠流式細胞儀分析方法和 miRNA 流體活檢技術，解決了臨床上難以檢測 miR-221-3p 的問題，同時可采用多種miRNA共診斷策略將miR-221-3p的與其他miRNA聯合使用，針對不同類型腫瘤均具有較高的敏感度和特異性，有望成為早期腫瘤標志物，提高消化道腫瘤早期檢出率，改善患者預后。

目前miR-221-3p在腫瘤早期診斷方面具有廣闊的應用前景，但關于miR-221-3p在腫瘤中的作用和相關通路研究還停留在較為表淺的水平，需要深入研究闡明其具體的作用機制，才有可能為消化道腫瘤的早期診療開辟新的道路。