miR-181b-5p在惡性腫瘤發生發展中的作用研究進展

黃俊輝綜述 何迎春審校

微小RNA(microRNA,miRNA)是一類單鏈形式的內源小非編碼RNA,長度為19～25個核苷酸,參與轉錄后基因水平的調節,靶向結合信使RNA的3′ UTR,抑制其表達。miRNA的生成經歷了細胞核和細胞質中的一系列切割,產生兩條成熟miRNA。一條鏈與Argonaute結合,稱為引導鏈,形成miRNA誘導的沉默復合物,發揮識別和抑制蛋白質的功能;而另一條稱為乘客鏈的miRNA則被清除和降解[1]。在人類基因組中,miR-181b-5p屬于miR-181家族,主要在神經元、血液和淋巴組織中表達[2]。miR-181b-5p是一個高度保守的單鏈非編碼miRNA,通過與靶mRNA的3’UTR序列互補結合來調節基因表達,干擾致癌或腫瘤抑制靶基因的表達,調控腫瘤的增殖、凋亡、遷移和侵襲等,在某些腫瘤中,miR-181b-5p的表達與生存率和預后密切相關,本文對miR-181b-5p在惡性腫瘤發生發展中的作用進行綜述,為進一步研究和臨床診斷治療提供參考。

1 miR-181b-5p概述

miR-181b-5p在惡性腫瘤中被認為是一種重要的預后指標和治療靶點,在許多癌癥中表達異常,在膽管細胞癌、肺鱗癌、腎細胞癌、乳腺癌等癌癥中高表達[3-6],發揮促癌作用;而在前列腺癌、星形細胞瘤、肺癌等腫瘤中低表達[7-9]。在某些腫瘤中,miR-181b-5p的表達與生存率和預后密切相關,因此被認為是一種重要的預后生物標志物和治療靶點。血清miR-181b-5p的水平可以作為結腸癌、非小細胞肺癌等的診斷標志物[4,10],miR-181b-5p與膠質瘤的化療敏感性密切相關[11]。迄今為止,基于 miRNA 診斷的生物標志物和療法的已步入臨床試驗[12]。

2 miR-181b-5p與惡性腫瘤的關系

2.1 前列腺癌 前列腺癌(prostate cancer)是全球男性第二大常見癌癥和第五大癌癥死亡原因。局限性前列腺癌多無癥狀,當癥狀出現時,通常已是晚期并出現轉移而難以治愈[13],因此前列腺癌的早篩查和早診斷尤為重要。Han等[7]證實miR-181b-5p靶向抑癌素M(OSM) 3‘非編碼區,過表達miR-181b-5p抑制抑癌素M的mRNA表達,進而降低白介素6(IL-6)和雙向調節素(amphiregulin,AREG),增加破骨細胞抑制因子(osteoclastogenesis inhibitory factor,OPG),抑制前列腺癌細胞的增殖、遷移和侵襲,而OSM的過表達可以顯著逆轉miR-181b-5p過表達的作用,表明miR-181b-5p介導的前列腺癌的抑制作用可能與靶向OSM及其下游分子相關。Peika等[14]對23例前列腺癌和22例良性前列腺增生的樣本對比分析,發現miR-181b-5p在前列腺癌組織和鄰近組織中的表達較低,miR-181b-5p水平與Gleason評分呈負相關,而ROC曲線分析顯示miR-181b-5p的AUC為0.875,證實miR-181b-5p在前列腺癌具有較高的診斷價值,檢測前列腺癌患者中miR-181b-5p的表達水平是值得進一步研究的診斷方法。另外,在紫杉烷存在的情況下,miR-217和miR-181b-5p的模擬物顯著促進轉移性去勢抵抗前列腺癌細胞的凋亡,miRNAs模擬物下調了至少1 000種不同的轉錄本,這些轉錄本富含細胞增殖和焦點黏附功能的基因,合成的miR-181b-5p可能通過調節紫杉烷反應的基因,最大限度地減少紫杉烷耐藥的代償機制[15-16]。miR-181b-5p表達水平越高,前列腺癌的惡性程度越低,miR-181b-5p模擬物與紫杉烷的聯合治療或將有助于改善前列腺癌的化療反應。

2.2 肺癌 肺癌病理類型分為非小細胞肺癌(NSCLC)及小細胞肺癌(SCLC),其中非小細胞肺癌占肺癌的85%,是全球癌癥死亡的主要原因[17]。篩查高風險人群和早期診斷尤為重要,肺癌患者的預后與疾病分期密切相關,然而大多數肺癌患者(>75%)確診時已處于Ⅲ期或Ⅳ期,迫切需要新的生物標志物[18]。

血清和組織中的miR-181b-5p可能成為非小細胞肺癌組織學分型的有效標志物。有學者對血清和組織樣本中miRNAs進行了測序和生物信息學靶標預測,發現miR-181b-5p的表達在肺鱗癌組織中顯著增加,而Ras相關區域家族1(RASSF1)表達減少,RASSF1家族基因對肺癌的腫瘤發生、發展、轉移、耐藥性和復發過程發揮重要作用[19-20],上調的miR-181b-5p可能通過抑制RASSF1促進細胞周期蛋白D1的積累和細胞周期進展,促進細胞增殖,減少細胞凋亡。Li等[9]從無血清培養基中培養的A549細胞中分離出CD133 / CD326細胞亞級,這些細胞過度表達干性相關基因,顯示出較高的致瘤性,被視為腫瘤干細胞樣細胞。他們的研究證實miR-181b-5p通過抑制正常肺癌人類肺泡基底上皮A549細胞和具有腫瘤干細胞樣細胞特征的CD133 / CD326細胞中的E-鈣黏蛋白表達,介導TGF-β1誘導細胞EMT,并且,NSCLC患者外周血中miR-181b-5p的水平升高,特別是在Ⅱ/Ⅲ/Ⅳ期患者中。miR-181b-5p參與了NSCLC的腫瘤進展,可能是NSCLC的臨床分期診斷指標。然而,另一項研究發現,let-7c-5p和miR-181b-5p在A549細胞來源的外泌體中表達降低,21例健康者和37例NSCLC患者血清miRNA對比分析也得了同樣的結果,利用A549細胞的外泌體處理正常肺上皮細胞BEAS-2B后,細胞遷移和侵襲以時間和劑量依賴顯著增強;let-7c-5p和miR-181b-5p抑制劑分別轉染BEAS-2B細胞后,細胞遷移和侵襲顯示出輕微的增強,而兩個miRNAs共轉染的組合則顯著增強了細胞遷移和侵襲,提示let-7c-5p和miR-181b-5p促進了細胞發展為惡性腫瘤,miR-181b-5p和let-7c-5p可能存在協同作用[21]。綜上,血清中miR-181b-5p具有對肺癌分期區分和腫瘤轉移的診斷潛力,為肺癌的分期管理提供分子依據,但是目前研究中miR-181b-5p的表達有所差異,這可能是由于肺癌類型的差異、組織細胞和血清中miR-181b-5p表達量不同導致的,闡明miR-181b-5p在肺癌中的機制仍然是研究重點。

2.3 膽道腫瘤 膽囊癌(GBC)是最常見的膽道惡性腫瘤之一,占膽道惡性腫瘤的70%以上[22]。有研究發現miR-181b-5p在GBC中顯著上調,miR-181b-5p抑制劑可以通過上調丙酮酸脫氫酶激酶(PDHX),損害缺氧下GBC細胞的線粒體功能,并抑制GBC細胞能量代謝、增殖、遷移和侵襲。PDHX是調控惡性腫瘤細胞由三羧酸循環途徑向糖酵解途徑轉換的關鍵調控酶,丙酮酸脫氫酶激酶信號通路是癌癥藥物開發和靶點治療重要研究方向[23-24],miR-181b-5p可能是膽囊癌丙酮酸脫氫酶激酶信號通路的關鍵調節因子。人參皂苷Rg3具有抑制腫瘤細胞增殖和遷移、血管生成和逆轉耐藥性的作用[25],進一步研究miR-181b的藥理作用發現,人參皂苷Rg3給藥降低了GBC-SD細胞系和裸鼠皮下瘤中miR-181b的表達,免疫熒光顯示GBC細胞自噬增加,而外源性miR-181b過表達逆轉了人參皂苷Rg3的抗腫瘤作用,結果表明,miR-181b通過CREBRF/CREB3信號通路促進自噬,人參皂苷Rg3調節miR-181b信號通路發揮抗GBC作用[26]。這些結果表明,miR-181b-5p在膽囊癌中發揮促癌因子的作用,干擾miR-181b-5p的表達可以抑制膽囊癌的發生發展,機制與PDHX、CREBRF和CREB3相關,并且miR-181b-5p是藥物的作用靶點,闡明miR-181b-5p的作用機制和明確其功能學意義將有助于靶點治療和臨床藥物開發。

此外,膽管癌(CCA)是一種高度致死的肝膽系統腺癌,其病因和發病機制尚未明確,患者在癌癥早期通常無癥狀,進展至晚期時才會出現癥狀或體征[27]。研究發現miR-181b-5p在CCA患者血清、組織和細胞系中高表達,miR-181b-5p的高表達與淋巴結轉移和臨床分期顯著相關,基于miR-181b-5p在CCA患者血清和組織中的表達進行ROC曲線分析,結果顯示,ROC曲線下面積為0.828,其敏感度為0.762,特異度為0.765,生存曲線顯示miR-181b-5p高表達組總生存期較miR-181b-5p低表達組更短,多因素COX回歸分析顯示,他們的研究證實了miR-181b-5p在血清和組織中的表達水平是預測CCA預后的獨立因素。致癌的PI3K-AKT通路是人類癌癥最活躍的信號通路之一,另一項研究發現,過表達miR-181b-5p激活了PTEN/PI3K/AKT信號通路,顯著促進膽管癌細胞系的增殖、遷移和侵襲,miR-181b-5p抑制CAA的機制可能與PI3K-AKT通路有關[13]。綜上,CCA患者血清和組織中miR-181b-5p具有較高的診斷和預后價值,列入分期管理,并有可能成為CCA新的生物標志物。

2.4 腦腫瘤 星形細胞瘤是中樞神經系統中最常見的原發性腦腫瘤,通常預后不良[28]。Zhi等[8]對星形細胞瘤組和癌旁正常組織進行分析,發現隨著miR-181b-5p表達降低,星形細胞瘤從WHO分級Ⅰ級逐漸變為Ⅳ級,過表達的miR-181b-5p直接靶向抑制神經腫瘤腹側抗原1(neuro-oncological ventral antigen 1,NOVA1),進而抑制星形細胞瘤細胞增殖、遷移和侵襲,促進細胞凋亡。miR-181b-5p對星形細胞瘤調控作用可能與剪接機制有關。進一步研究對比星形細胞瘤患者和健康對照者血清miRNAs,發現miR-181b-5p在星形細胞瘤患者血清中上調超過2倍;對手術切除腫瘤的患者術前和術后血清樣品分析,術后樣本miR-181b-5p的水平顯著降低;根據腫瘤分級對樣品進行分層時,隨著miR-181b-5p的表達增加,WHO分級從Ⅱ級增加到Ⅳ級,表明miR-181b-5p的上調與星形細胞瘤的臨床晚期密切相關;前瞻性隨訪數據進行Kaplan-Meier生存分析顯示,miR-181b-5p的高表達與患者生存率低顯著相關[29]。他們的研究初步揭示了miR-181b-5p在星形細胞瘤中的分子機制,驗證了血清miR-181b-5p作為星形細胞瘤分期診斷和預后的無創生物標志物的可能性。

多形性膠質母細胞瘤(glioblastoma multiforme,GBM)是成人常見的原發顱內腫瘤,根據世界衛生組織的分類,GBM是最致命和最具侵襲性人類癌癥之一,化療是腦膠質瘤術后和輔助治療的主要手段。替莫唑胺固有的或獲得性耐藥的機制相當復雜,Zhan等[11]將miR-181b-5p模擬物導入膠質瘤細胞并用替莫唑胺處理,TMZ和miR-181b-5p聯合處理的細胞早期和晚期凋亡水平比單用替莫唑胺分別增加了55.61%和40.37%,G1期細胞百分率下降,而S期細胞百分率分別增加至20.16%(替莫唑胺)、29.73%(miR-181b-5p模擬物)、41.34%(miR-181b-5p模擬物+替莫唑胺),miR-181b-5p模擬物和TMZ單用組及聯用組均能抑制細胞增殖、遷移和侵襲,促進細胞凋亡,阻滯細胞周期在S期,且聯合處理組效果均作用優于單用組,雙熒光素酶報告基因分析表明miR-181b-5p特異性地靶向Bcl-2的3’-UTR區,表明miR-181b-5p通過靶向Bcl-2抑制GBM增殖、遷移和侵襲,并提高TMZ的化療敏感性。另一項研究證實了miR-181b-5p在化療藥物利多卡因中的作用,miR-181b-5p在膠質瘤組織和細胞中表達下調,CircEZH2是miR-181b-5p的海綿,利多卡因通過抑制CircEZH2的表達上調miR181b-5p的表達,進而抑制腦膠質瘤的增殖、遷移、侵襲,促進細胞分化,抑制腫瘤生長[13]。綜上,miR-181b-5p在膠質瘤發病機制中與Bcl-2、CircEZH2相關,miR-181b-5p的模擬物與化療藥物結合,靶向化療藥物,可能為常規化療和分子靶向治療開發新的療法,有助于解決當前膠質瘤化療耐藥相關的問題。

2.5 乳腺癌 乳腺癌的耐藥性仍然是當前治療的主要問題,并且容易導致復發和轉移[30-31]。Tamoxifen主要用于治療雌激素受體陽性乳腺癌,Behringer等[32]構建了Tamoxifen耐藥的MCF-7細胞,證實miR-181b-5p的表達在4-OH-Tamoxifen治療后的3個MCF-7細胞系中顯著上調。三陰性乳腺癌中化療耐藥與miR-181b-5p的上調相關,這可能是三陰性乳腺癌逃避化療、早期復發和高死亡風險的部分原因[33]。炎性乳腺癌(IBC)是一種罕見但侵襲性強的乳腺癌變體,伴有進展迅速和預后不良,由于沒有明顯的腫塊,常常被誤診為乳腺炎,多數患者進展至ⅢB-C或Ⅳ期才被診斷[34],早診斷是當前炎性乳腺癌的研究重點。Fahim等[35]對IBC患者和非IBC患者組織樣本分析顯示,IBC 中 miR-181b-5p 表達升高,通過受試者工作特征曲線分析評估,miR-181b-5p的曲線下面積為0.724,區分IBC與非IBC患者的敏感度為0.770,特異度為0.705。這與Ahmed等[6]研究中血漿小細胞外囊泡miR-181b-5p結果相同,miR-181b-5p在血漿小細胞外囊泡中表達水平顯著上調(>2倍),ROC分析評估AUC為0.826,靈敏度為0.739,特異度為0.853。這些研究揭示了miR-181b-5p作為炎性乳腺癌診斷生物標志物的可能性,還需要全面深入研究miR-181b-5p基因靶標和相關信號通路,以及大量前瞻性的IBC患者研究,驗證將其用作為非侵入性血液循環生物標志物的可能性。

2.6 腎癌 腎細胞癌(RCC)占腎癌(KC)病例的絕大多數(90%),早期診斷治療的患者預后通常良好[36]。miR-181b-5p參與的RNAs網絡有助于提高診斷準確性和治療效果。Li等[5]對108例RCC患者和112例正常對照者血清中miRNAs進行分析、訓練和驗證,包括miR-181b-5p在內的6個miRNAs表達水平顯著降低,選其中4個miRNAs(miR-18a-5p、miR-181b-5p、miR-138-5p和miR-141-3p)構建miRNAs組合診斷模型后,4-miRNAs組合的 AUC 為 0.908,靈敏度為0.808,特異度為0.889,4-miRNAs組合可能是篩選和診斷RCC的非侵入性和新型生物標志物。另外,miR-181b-5p與其他miRNAs形成miRNAs調控反饋網絡共同介導了RCC的發生發展,Hanusek等[37]發現TGF-β1上調了786-O和CAKI-2細胞miR-181a-5p、miR-181b-5p和miR-125b-5p的表達,抑制了細胞中miR-155-5p和miR-30c-5p的表達,TGF-β1對miRNAs的影響是由TGFBR1a介導的,加入TGFBR1抑制劑后逆轉了TGF-β1誘導的miRNAs的異常表達,進一步研究發現,上調的miR-181b-5p抑制Smad3的表達,miR-181a-5p的過表達下調TGFBR1、TGFBR3、Smad3和Smad7的表達,miR-155-5p過表達抑制TGFBR1和Smad1的表達,共同調節RCC細胞的增殖[13]。針對腎癌轉TGF-β1信號通路的藥物和miRNA相關的診療指標目前已進入臨床試驗[38-39],檢測miR-181b-5p的表達水平可應用于區分對此類治療效果較好的患者。另外,亞型腎透明細胞(ccRCC)是最具侵襲性和抗藥性的腎癌[40],有研究表明,在ceRNA網絡(RP11-478C19.2/hsa-miR-181b-5p,has-miR-181a-5p和has-miR-181c-5p/E2F7)中,靶向miR-181b-5p有助于提高亞型腎透明細胞免疫治療成功率[13]。

2.7 其他腫瘤 胰腺導管腺癌患者術前放化療具有較高的應用前景,然而放化療的耐藥性仍然是目前胰腺導管腺癌治療的主要難題之一[41-42]。Tomihara等[43]通過放療照射胰腺導管腺癌細胞,證實輻射誘導miR-181b-5p下調,抑制的miR-181b-5p誘導胰腺導管腺癌細胞中的c-Met轉錄因子ETS-1表達,上調的ETS-1增強了c-Met轉錄。c-Met表達與PDAC患者的總生存期相關,在術前CRT期間應用靶向c-Met通路靶點、miR-181b-5p抑制劑調節c-Met的表達,為PDAC提供新的多學科治療策略。

miRNAs在黑色素瘤免疫治療、靶向治療、腫瘤微環境、診斷和預后分層中發揮著重要作用[44]。夏利等[45]發現與人表皮黑素細胞相比,黑色素瘤細胞高表達PLEK mRNA和蛋白,miR-181b-5p低表達,干擾miR-181b-5p后PLEK的mRNA和蛋白表達水平顯著升高,黑色素瘤細胞增殖和侵襲能力增強,過表達miR-181b-5p后結果相反,并且,敲低PLEK后,干擾miR-181b-5p促進的黑色素瘤細胞增殖和侵襲均被逆轉,熒光素酶報告基因實驗證實miR-181b-5p和PLEK靶向結合,因此,miR-181b-5p在黑色素瘤中充當腫瘤抑制因子,通過靶向下調PLEK抑制黑色素瘤細胞的增殖和侵襲能力。

3 小結與展望

綜上,miR-181b-5p通過直接或間接影響上下游癌癥相關因子和信號通路,參與前列腺癌、肺癌、乳腺癌、膽囊癌等多種腫瘤的發生發展、轉移、復發和遠處轉移等,其調控機制與多個靶點多基因作用相關,是網絡化相互影響的。miR-181b-5p的這些機制在多種腫瘤診斷分期、分層治療和預后判斷等方面具有一定指導意義和應用潛力。目前,miR-181b-5p尚未在臨床腫瘤管理中進行試驗和應用,仍然需要進一步完善miR-181b-5p在腫瘤中的分子機制,為miR-181b-5p的臨床診斷和治療的開發應用奠定基礎。