遗传学作业

ｍｉＲＮＡ与肿瘤的关系摘要：微小RNA（microRNA，miRNA）是一类大小约为22个核苷酸左右的单链非编码RNA，这些小分子能形成RNA诱导的沉默复合物，并作用于靶mRNA诱导其降解或阻遏翻译过程而发挥功能。研究发现miRNA参与人类各种生命活动的调节，例如发育、病毒防御、器官形成等。最近的研究发现miRNA与肿瘤的产生、侵袭和转移以及肿瘤耐药等过程均密切相关，有望为肿瘤的诊断、治疗以及预后评估提供新的策略。本文综述了miRNA在肿瘤发生发展过程中的作用及其在肿瘤的诊断、治疗和预后判断中的潜在应用价值。关键词：微小RNA；肿瘤；诊断；预后评估；治疗前言miRNA是一类大小约为22个核苷酸左右的单链非编码RNA，广泛存在于动物和植物细胞体内，通过作用于靶mRNA而使其降解或抑制翻译；大部分的miRNA被认为受RNA内切酶Ⅱ和RNA内切酶Ⅲ的调控［1-2］。在细胞核及细胞质中，miRNA首先被转录为长的、初始的片段（primiRNAs），然后经过一系列的过程生成成熟的miRNA，其过程共分三步：首先细胞核中miRNA基因生成原始转录片段（pri-miRNAs）；然后经RNA内切酶III家族的Drosha酶剪切及一系列复杂的过程，生成70nt长度miRNA前体（premiRNAs）；随后pre-miRNAs被转运到细胞质，在这里它们被Dicer酶切割成成熟的miRNA［3］。到目前为止，通过克隆和生物信息学的方法在动物基因组中已发现1000余种miRNA。这些miRNA参与调控胚胎发育、器官分化、调控生长和程序性细胞死亡、干细胞的维持、神经系统的发育、病毒感染［4-5］。肿瘤是异常基因表达的结果，miRNA表型实验表明许多miRNAs在多种肿瘤中异常表达，被认为与肿瘤的多种生物学行为密切相关［6-7］，因此，miRNAs表达的改变可能在肿瘤的发生和发展过程中起着十分重要的作用。1miRNA与肿瘤的发生miRNA通过直接或间接的方式作用于原癌基因或抑癌基因而参与肿瘤的发生［8］。由于miRNA发挥作用是通过负性调控靶基因的表达，因此，若其靶mRNA是抑癌基因，则miRNA表达水平的上调可促进肿瘤的发生，LaiJH等在肺非小细胞癌CL1-0中发现上调的miRNA372通过作用于靶基因肿瘤抑制基因同源物2（lats2）而促进肿瘤的发生［9］。反之，若其靶mRNA为原癌基因，miRNA表达水平的升高亦可抑制肿瘤的形成，miRNA31被发现在肺癌细胞中通过直接作用于靶基因而抑制肺癌的产生，这些靶基因包括肿瘤抑制基因LATS2和PPP2R2A［10］。细胞增殖是生物体的基本特点，同时也是生物体生长、发育的基础；凋亡是细胞在特定的内源和外源信号诱导下，死亡途径被激活，并在有关基因的调控下发生的程序性死亡的过程。细胞增殖与凋亡之间的平衡对维持细胞的数目及个体的生存非常重要，该平衡的失调与肿瘤的发生密切相关。目前发现与细胞周期调控相关的分子主要有三大类：（1）细胞周期蛋白cyclin，（2）细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK），（3）细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂（CKI）。研究发现miRNA主要是通过调节上述三大类细胞周期因子从而影响细胞增殖，进而参与肿瘤的发生。Gong发现let-7c能抑制人肝癌细胞系HCCLM3的增殖和提高其在G1期的比例，其机制可能是let-7c在蛋白和mRNA两个水平抑制其CyclinD1的表达［11］。Li在体内及体外实验中发现过表达的miRNA-409通过作用于其靶基因PHF10抑制人胃癌细胞增殖和诱导凋亡［12］。miRNA-133在前列腺癌中被发现其通过作用于其靶基因表皮生长因子受体而抑制其增殖［13］。研究还发现过表达的miRNA-508-3p和miRNA-509-3p抑制肾癌细胞（786-0）的增殖［14］。某些特定的miRNA可诱导凋亡；而另外一些miRNA可以抑制凋亡。miRNA调节细胞凋亡主要通过以下几个途径：（1）死亡受体介导的凋亡通路，（2）线粒体介导的凋亡通路，（3）内质网应激介导的凋亡通路；这些通路和P53、C-myc、bcl-2家族等构成一个复杂的网络对凋亡进行精细的调控。例如Catuogno发现miRNA-34C通过作用于其靶基因Bmf（BCL-2修饰因子）和c-myc而抑制紫杉醇诱导的肺癌细胞凋亡［15］。最近研究发现miR-195，miR-24-2和miR-365-2通过结合到人类BCL-2基因的3'UTR而负调节BCL-2基因的表达，除此之外还发现这些miRNA的过度表达不仅能诱导细胞凋亡，还能增加依托泊苷对乳腺癌MCF7细胞的促凋亡作用［16］。因此通过调节miRNA的表达水平从而达到抑制增殖和诱导凋亡，有望为肿瘤的治疗提供一个新的途径。2miRNA与肿瘤的侵袭和转移侵袭和转移是良恶性肿瘤的一个重要鉴别点。上皮间质转化（epitheliaomesenchymaltransitions，EMT）是指具有极性的上皮细胞转变为具有活动能力的间质细胞并获得侵袭转移能力的过程。EMT是侵袭和转移的一个重要事件［17］。研究发现miRNA1和miRNA200通过Slug-dependent而抑制EMT［18］。Wang通过转化生长因子beta-1(TGF-beta1)诱导肺癌细胞A549，然后用荧光定量PCR（RealtimequantitativeRT-PCR）分析其中miRNA表达谱的变化，发现18种miRNA上调，33种miRNA下调，其中miR-33a和miR-193a-3p分别下调73.1％和56.6％，由此推断EMT能影响miRNA的表达，miRNA能通过EMT调节肿瘤的侵袭转移［19］。在乳腺癌细胞中，miR-10b和miR-9是侵袭和转移的重要参与者。HOXD10是miR-10b的有效靶基因；过表达的miR-10b导致HOXD10表达持续下调，而过表达的miR-10b可诱导Rhoc表达上调，过表达的HOXD10或者下调的Rhoc在体外实验中几乎完全抑制miR-10b诱导的转移和侵袭［20］。同时显示miR-9通过直接作用于编码上皮粘附分子E-钙蛋白的CDH1mRNA进而增加细胞的侵袭能力［21］。３miRNA与肿瘤的治疗药物耐受是临床治疗肿瘤的一个主要障碍，其机制研究对肿瘤治疗相当重要，越来越多的证据表明异常表达的miRNA同肿瘤对药物的敏感性相关［2２］。Xu通过miRNA芯片分析多种药物耐药的大肠癌细胞HCT116/L-OHP和其母细胞HCT116中的miRNA1915水平发现，miRNA1915在HCT116/L-OHP中的表达量较其母细胞HCT116低；通过转染miRNA1915mimics进入HCT116/L-OHP，发现能降低BCL-2蛋白的量，并能增加HCT116/L-OHP对一些抗癌药物的敏感性［2３］。在体外实验中，通过实时荧光定量PCR发现，多种药物耐药的胃癌细胞SGC7901同不耐药的SGC7901细胞株相比，SGC7901中的miRNA15b和miRNA16下调，通过转染miRNA15b和miRNA16到胃癌细胞中，可使其对多种抗肿瘤药物的敏感性增加，同时还发现miRNA215b和miRNA216通过作用于靶基因BCL2而增加肿瘤细胞对抗肿瘤药物诱导凋亡的敏感性［2４］。Kurokawa发现在5-FU耐药的大肠癌细胞株DLD-1中，miRNA19-b的表达较对5-FU不耐药的大肠癌细胞株DLD-1上调3.47倍［2５］。如能深入了解miRNA在肿瘤耐药中的机制，miRNA可为攻克抗癌药物的耐药提供有价值的信息。miRNA的生物学意义决定其靶向治疗的可能。miRNA相关肿瘤的发生、发展基于以下两种情况：（1）某些肿瘤特定的miRNA低表达或者不表达，（2）某些肿瘤特定的miRNA的高表达。对于前者可以采用外源基因导入的方法。例如Kotal在肝癌老鼠模型中发现注射单个miRNA能引起肿瘤的抑制，在体外实验中发现miRNA26-a通过作用其靶基因cyclinsD2andE2，而诱导人肝癌细胞停滞于细胞周期G1期，通过注入miRNA26-a的老鼠肝癌模型，发现其能抑制肿瘤细胞的增殖、诱导细胞的凋亡［2６］。对于后者可以采用如下一些方法下调或者抑制其表达：1）通过反义寡聚核苷酸（AMOs）与其结合，2）通过小分子的抑制作用。如Krützfeldt使用与胆固醇偶联的miRNA寡聚核苷酸（Antagomirs）注射小鼠后，可以在不同器官有效抑制miR-16、miR-122、miR-192和miR-194的活性，其阻滞作用特异、有效、持久［２７］。Gumireddy在体外实验发现偶氮苯作为一种小分子能抑制miRNA-21的生物学功能［２８］。随着研究的深入，miRNA在临床上的应用将会逐步得到推广。４展望尽管miRNA在肿瘤中的重要性已经日益受到关注，并且发现一些特别的miRNA能作为肿瘤发生、发展的监测指标，但miRNA用在肿瘤治疗中的应用仍在不断探索中。到目前为止，miRNA的表达模式及生物学功能已部分得到阐明，但许多机制仍不确切，相信随着研究的不断深入，miRNA在肿瘤的诊断、监测、治疗与预防中的地位日益凸显。参考文献［1］LeeY,KimM,HanJ,etal.MicroRNAgenesaretranscribedbyRNApolymeraseII［J］.TheEMBOJournal,2004,30(23):4051-4060.［2］BorchertG.M,LanierW,DavidsonBL.RNApolymeraseIIItranscribeshumanmicroRNAs［J］.NatureStructuralandMolecularBiology,2006,13(46):1097-1101.［3］LeeY,AhnC,HanJ,etal.ThenuclearRNaseIIIDroshainitiatesmicroRNAprocessing［J］.Nature,2003,425(6956):415-419.［4］Alvarez-GarciaI,MiskaEA.MicroRNAfunctionsinanimaldevelopmentandhumandisease[J].Development,2005,132(21):4653-4662.［5］KloostermanWP,PlasterkRH.ThediversefunctionsofmicroRNAsinanimaldevelopmentanddisease［J］.DevCell,2006,11(4):441-450.［6］LuJ,GetzG,MiskaEA,etal.MicroRNAexpressionprofilesclassifyhumancancers［J］.Nature,2005,435(7043):834-838.［7］SassenS,MiskaEA,CaldasC.MicroRNA—implicationsforcancer［J］.VirchowArchiv,2008,452(1):1-10.［8］TieJ,FanD.BigrolesofmicroRNAsintumorigenesisandtumordevelopment［J］.HistolHistopathol,2011,26(10):1353-1361.［9］LaiJH,SheTF.Comparativeproteomicprofilingofhumanlungadenocarcinomacells(CL1-0)expressingmiR-37２［J］.Electrophoresis,2012,33(4):675-688.［10］LiuX,SempereLF,OuyangH,etal.MicroRNA-31functionsasanoncogenicmicroRNAinmouseandhumanlungcancercellsbyrepressingspecifictumorsuppressors［J］.ClinInvest,20