miR-181b-5p在惡性腫瘤發(fā)生發(fā)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(jié),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(fā)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(jié)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(fā)生發(fā)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(fā)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(xiàn)時,通常已是晚期并出現(xiàn)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(qū),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(jié)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(fā)現(xiàn)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(jié)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(lián)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(fā)現(xiàn)miR-181b-5p的表達在肺鱗癌組織中顯著增加,而Ras相關區(qū)域家族1(RASSF1)表達減少,RASSF1家族基因對肺癌的腫瘤發(fā)生、發(fā)展、轉移、耐藥性和復發(fā)過程發(fā)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(yǎng)基中培養(yǎng)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(fā)現(xiàn),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(fā)展為惡性腫瘤,miR-181b-5p和let-7c-5p可能存在協(xié)同作用[21]。綜上,血清中miR-181b-5p具有對肺癌分期區(qū)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(fā)現(xiàn)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(huán)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(fā)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(jié)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(fā)現(xiàn),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(jié)miR-181b信號通路發(fā)揮抗GBC作用[26]。這些結果表明,miR-181b-5p在膽囊癌中發(fā)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(fā)生發(fā)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(fā)。

此外,膽管癌(CCA)是一種高度致死的肝膽系統(tǒng)腺癌,其病因和發(fā)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(xiàn)癥狀或體征[27]。研究發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn),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(tǒng)中最常見的原發(fā)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(fā)現(xiàn)隨著miR-181b-5p表達降低,星形細胞瘤從WHO分級Ⅰ級逐漸變?yōu)棰艏?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(fā)現(xiàn)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(chuàng)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(fā)顱內腫瘤,根據世界衛(wèi)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(lián)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(lián)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(lián)合處理組效果均作用優(yōu)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(qū),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(fā)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(guī)化療和分子靶向治療開發(fā)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(fā)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(fā)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(qū)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(huán)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(fā)生發(fā)展,Hanusek等[37]發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn),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(jié)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(qū)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(jié)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(huán)境、診斷和預后分層中發(fā)揮著重要作用[44]。夏利等[45]發(fā)現(xiàn)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(fā)生發(fā)展、轉移、復發(fā)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(fā)應用奠定基礎。