王一飛 綜述,梁徳森 審校

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)普外八科 150001)

miR-34s與大腸癌的發(fā)生

王一飛 綜述,梁徳森 審校

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)普外八科 150001)

微RNAs;細(xì)胞凋亡;細(xì)胞周期;大腸;腫瘤

隨著現(xiàn)代人類的生活環(huán)境和生活方式的改變,腫瘤的發(fā)生率也呈現(xiàn)出迅速增長(zhǎng)的趨勢(shì),其中消化道腫瘤是惡性腫瘤中發(fā)生率相對(duì)較高的疾病,大腸癌(colorectal cancer,CRC)是消化道腫瘤常見(jiàn)疾病之一,僅次于胃癌?食管癌?大腸癌是一個(gè)多基因?多階段?長(zhǎng)期形成的復(fù)雜的病變過(guò)程,是大腸黏膜上皮起源的惡性腫瘤,雖然近年來(lái)新的診斷治療方法相繼問(wèn)世,但大腸癌的病死率仍較高,目前大腸癌發(fā)生?發(fā)展的基因調(diào)控機(jī)制越來(lái)越受到人們的關(guān)注,其中MicroRNAs(miRNAs)作為一種新的內(nèi)源性非編碼RNA與大腸癌的發(fā)生?發(fā)展密切相關(guān),本文將就miR-34家族(miR-34s)與大腸癌的發(fā)生及其研究進(jìn)展進(jìn)行綜述?

1 miRNAs簡(jiǎn)介

miRNAs是一種新的內(nèi)源性非編碼 RNA(non-coding RNAs,ncRNAs),它廣泛存在于真核生物中,是生物體內(nèi)重要的基因調(diào)節(jié)器[1-4],研究證明,miRNAs在細(xì)胞的分化?增殖?發(fā)育?新陳代謝及凋亡過(guò)程中都起著非常重要的作用,它與人類腫瘤細(xì)胞的生成?增殖?發(fā)育過(guò)程關(guān)系非常密切,在miRNAs編碼的基因中既有癌基因又有抑癌基因[1,3-4],所以它的不恰當(dāng)?shù)谋磉_(dá)也就成了腫瘤發(fā)生的一種特征性標(biāo)志[3,5-6],實(shí)驗(yàn)證明,不同家族成員的miRNAs的表達(dá)與對(duì)應(yīng)類型癌的發(fā)生有著較為明確的關(guān)系[7]?它們?cè)谀[瘤的發(fā)生?發(fā)展過(guò)程中扮演著重要的角色?

2 miRNAs與腫瘤發(fā)生

目前發(fā)現(xiàn),在人類中有近1 000多種miRNAs,30%的人類基因都不同程度的受其控制[8],隨著研究的深入,miRNAs調(diào)控的靶基因越來(lái)越多地被揭示,人們發(fā)現(xiàn)一種miRNAs在不同腫瘤的表達(dá)作用情況不同甚至相反,因此,單純以抑癌與促癌把 miRNAs分成兩類顯然是不準(zhǔn)確的[9-10]?3種機(jī)制:(1)miRNAs定位的染色體異常[11];(2)表觀遺傳學(xué)改變[12];(3)miRNAs加工相關(guān)的基因及其蛋白的異常變化[13]?通過(guò)以上3種機(jī)制不難發(fā)現(xiàn)miRNAs與腫瘤的發(fā)生在基因水平上有著極為密切的關(guān)系,所以說(shuō)miRNAs與腫瘤細(xì)胞的發(fā)生?發(fā)展?抑制等活動(dòng)有著不容置疑的聯(lián)系?

3 miR-34家族介紹及激活

3.1 miR-34家族介紹 miR-34是最早從線蟲中被發(fā)現(xiàn)的一段保守miRNAs,而后在脊椎動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)3個(gè)成員:miR-34a?miR-34b以及miR-34c?不同物種中miR-34基因的同源性很高,其中成熟序列的同源性為68%,前體序列的同源性為38.89%[14]?人源 miR-34a的編碼序列位于轉(zhuǎn)錄前體的第2外顯子內(nèi)[15-16],miR-34b和 miR-34c的編碼序列分別位于第1內(nèi)含子和第2外顯子中[16]?染色質(zhì)免疫沉淀反應(yīng)和位點(diǎn)突變實(shí)驗(yàn)表明上述序列即為P53蛋白結(jié)合位點(diǎn),并且該結(jié)合序列前存在一個(gè)CpG島(CpG island)[17]?在某些腫瘤細(xì)胞中,正是由于該CpG島被甲基化阻礙了P53對(duì)miR-34的激活,從而使p53通過(guò)miR-34對(duì)細(xì)胞增殖的調(diào)控出現(xiàn)障礙,進(jìn)而加速了腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)[18]?這一現(xiàn)象已在多種癌細(xì)胞中被發(fā)現(xiàn),如肺癌?乳腺癌?前列腺癌,直腸癌和黑色素瘤等[19-20]?

3.2 miR-34的激活 miR-34激活機(jī)制在近年來(lái)也得到了廣泛的研究,通過(guò)RT-PCR方法 He等[16]對(duì)鼠胚胎成纖維細(xì)胞的145種miRNAs進(jìn)行了檢測(cè),發(fā)現(xiàn)miR-34的表達(dá)與p53基因有關(guān)?Tarasov等[15]發(fā)現(xiàn)miR-34a在p53激活后增加了300余倍,又進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)在 MCF-7細(xì)胞系中,加入能夠激活p53基因的依托泊苷可誘發(fā)miR-34a原初轉(zhuǎn)錄本(pri-mir-34a)的表達(dá)?隨后,人們通過(guò)核蛋白免疫共沉淀法發(fā)現(xiàn)miR-34存在著與p21類似的p53結(jié)合區(qū)域[16,18,21],并且發(fā)現(xiàn)在 Has-mir-34a的外顯子1內(nèi)及Has-mir-34b/c的啟動(dòng)區(qū)域內(nèi)存在與p53經(jīng)典結(jié)合區(qū)域相吻合的回文序列[15-16]?這些研究為p53直接作用并激活miR-34提供了有力的證據(jù)?截止到目前經(jīng)確認(rèn)的miR-34s作用靶蛋白及細(xì)胞因子有 CDK4?CDK6?CyclinE2?E2F3?E2F5?Met?Bcl-2及原癌基因c-myc等[22-23],miR-34通過(guò)被p53激活,抑制這些靶蛋白表達(dá)從而抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)?

4 miR-34a與大腸癌的發(fā)生

目前已發(fā)現(xiàn)多種miRNAs在大腸癌組織及大腸癌細(xì)胞系中異常表達(dá),其中一部分在癌細(xì)胞中較正常細(xì)胞表達(dá)明顯下降,如 miR-143?miR-145?let-7?miR-34a等,一部分表達(dá)則升高,如 miR-31?miR-21等?近年來(lái) miR-34作為一種比較新穎和熱門的大腸癌抑癌基因得到了人們的廣泛研究?

4.1 miR-34a促進(jìn)大腸癌細(xì)胞凋亡

4.1.1 通過(guò)降低Bcl-2含量促進(jìn)大腸癌細(xì)胞凋亡 Bcl-2蛋白通過(guò)抗細(xì)胞凋亡作用,在腫瘤的發(fā)生?進(jìn)展以及耐藥性等方面發(fā)揮重要作用,作為一種癌基因的產(chǎn)物Bcl-2在大腸癌細(xì)胞中有著過(guò)度的表 達(dá)[24-25],Cole等[26]發(fā) 現(xiàn) miR-34a的 過(guò) 度 表 達(dá) 能夠?qū)е?Bcl-2mRNA的減少?同時(shí) Bommer等[18]通過(guò)向Bcl-2的3′非編碼區(qū)熒光素酶報(bào)告質(zhì)粒轉(zhuǎn)染細(xì)胞系中加入miR-34模擬子后發(fā)現(xiàn)miR-34a能夠不同程度地抑制熒光素酶報(bào)告基因的表達(dá),表明miR-34a能直接作用于Bcl-2的3′非編碼區(qū)抑制Bcl-2蛋白的合成?因此,不難推導(dǎo)出miR-34可通過(guò)對(duì)Bcl-2進(jìn)行調(diào)控從而影響大腸癌細(xì)胞凋亡?

4.1.2 通過(guò)抑制SIRT1促進(jìn)大腸癌細(xì)胞凋亡 SIRT1是一類NAD依賴的脫乙酰化酶,在腫瘤的形成過(guò)程中發(fā)揮重要作用[27],SIRT1能夠通過(guò)脫乙?；饔檬筽53基因活性下降從而抑制細(xì)胞凋亡,SIRT1的3′UTR存在miR-34a的結(jié)合位點(diǎn),通過(guò)熒光素酶實(shí)驗(yàn)確認(rèn)其為miR-34a的靶序列,通過(guò)該序列miR-34a可以降解SIRT1mRNA從而下調(diào)SIRT1,人們通過(guò)一定方法敲除HCT116的miR-34a后能夠明顯增加SIRT1的表達(dá),同時(shí)能明顯下調(diào)p53基因的表達(dá)并降低PUMA基因的穩(wěn)定性;另外,miR-34a能夠直接作用于SIRT1mRNA的3′非編碼區(qū),降低SIRT1蛋白的水平,而敲除后則使得乙?；膒53增加,并上調(diào)其靶基因p21[28]?由此可見(jiàn),miR-34a通過(guò)抑制SIRT1的表達(dá),增強(qiáng)p53的穩(wěn)定性并提高其活性?

4.2 miR-34a下調(diào)E2F3蛋白的表達(dá)影響大腸癌腫瘤細(xì)胞周期 作為細(xì)胞周期調(diào)控和凋亡過(guò)程中重要的調(diào)控分子,E2F1～3使靜止的細(xì)胞進(jìn)入S期?在G1期,E2F1～3被視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤蛋白家族(Rb?p107和p130)結(jié)合抑制.在G1的中期和晚期,Rb被細(xì)胞周期素和細(xì)胞周期素依賴性激酶的復(fù)合體(cyclinD/Cdk4-Cdk6)磷酸化,Rb釋放 E2F,E2F與啟動(dòng)子結(jié)合隨后激發(fā)基因的轉(zhuǎn)錄,開(kāi)始G1/S期的進(jìn)程轉(zhuǎn)變[29],Tazawa等[17]將miR-34a注射入裸鼠的結(jié)腸癌細(xì)胞 HCT116及RKO移植瘤,兩周后腫瘤明顯消退,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)染 miR-34a后E2F1以及E2F3蛋白的表達(dá)都減少?Welch等[30]研究發(fā)現(xiàn)在將表達(dá)E2F3預(yù)測(cè)靶目標(biāo)的寡核苷酸序列克隆進(jìn)熒光素酶基因的3′非編碼區(qū)后,通過(guò)向神經(jīng)母細(xì)胞瘤SK-N-AS細(xì)胞系聯(lián)合轉(zhuǎn)染該熒光素酶基因和pre-miR-34a,miR-34a轉(zhuǎn)染后熒光素酶活性明顯下降?表明miR-34a直接作用于E2F3,通過(guò)下調(diào)其蛋白的表達(dá)影響細(xì)胞周期過(guò)程,從而抑制結(jié)腸癌細(xì)胞的生長(zhǎng)?

4.3 通過(guò)反饋循環(huán)通路提高miR-34a效能 通過(guò)上面所述可以得知,SIRT1的3′UTR存在 miR-34a的結(jié)合位點(diǎn),是 miR-34a的靶序列,通過(guò)該序列miR-34a可以降解SIRT1mRNA從而下調(diào) SIRT1,進(jìn)而正反饋?zhàn)饔糜?p53構(gòu)成 p53-miR-34s-SIRT1-p53正反饋調(diào)節(jié)循環(huán)?而當(dāng)miR-34a含量增加后,大腸癌細(xì)胞中的E2F3會(huì)出現(xiàn)下調(diào),進(jìn)而又正反饋?zhàn)饔糜趐53構(gòu)成p53-miR-34a-E2F-p53環(huán) 路,而 前 邊 已 經(jīng) 敘 述 miR-34a可 由p53激活?從而認(rèn)識(shí)到miR-34a是通過(guò)對(duì)E2F3通路及SIRT1通路的負(fù)性調(diào)節(jié)作用以及p53信號(hào)通路的正反饋調(diào)節(jié)循環(huán)來(lái)抑制腫瘤細(xì)胞增殖的[31],見(jiàn)圖1?

圖1 miR-34對(duì)E2F3?SIRT1的負(fù)性調(diào)節(jié)作用及p53信號(hào)通路的正反饋調(diào)節(jié)循環(huán)

5 miR-34b和miR-34c與大腸癌的發(fā)生

以上所述均為前人對(duì)miR-34a的研究,而對(duì)miR-34b和miR-34c的研究雖少但也有一個(gè)初步認(rèn)識(shí),之所以將二者同時(shí)敘述是因?yàn)閙iR-34b和miR-34c作為一個(gè)基因簇共同轉(zhuǎn)錄表達(dá)[32]?最近有學(xué)者對(duì) miR-34c進(jìn)行了單方面研究,并發(fā)現(xiàn)Myc基因是DNA損傷反應(yīng)中miR-34c的主要靶點(diǎn),因在人結(jié)腸癌細(xì)胞系中存在著c-myc基因的擴(kuò)增,說(shuō)明miR-34c可通過(guò)對(duì)DNA損傷過(guò)程的作用抑制人結(jié)腸癌細(xì)胞DNA的合成從而抑制腫瘤生長(zhǎng)[33]?大多數(shù)人體組織中miR-34b和miR-34c的表達(dá)量小于miR-34a,只有在肺中miR-34b和miR-34c的表達(dá)量才遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于miR-34a[34]?但是在大腸癌的發(fā)生及發(fā)展過(guò)程中miR-34b和miR-34c的作用同樣沒(méi)有被人們忽視?Toyota等[20]研究顯示在 CRC細(xì)胞系(9/9?100%)和原位 CRC腫瘤(101/111?90%)中 miR-34b和 miR-34c啟動(dòng)子附近的 CpG島在結(jié)腸癌中常被甲基化,從而促使miR-34b和miR-34c基因的表觀沉默,此時(shí)結(jié)腸癌細(xì)胞增殖加快?然而一旦去甲基化劑作用后抑制其下游靶蛋白肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體(c-Met)?細(xì)胞周期蛋白依賴激酶4(CDK4)和SFRS2的表達(dá),啟動(dòng)子被重新激活,結(jié)腸癌細(xì)胞內(nèi)即可檢測(cè)出大量 miR-34b和 miR-34c,同時(shí)結(jié)腸癌細(xì)胞增殖被明顯抑制?因CDK4是p53的作用靶點(diǎn),而MET和SFRS2都與p53調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)有關(guān),提示DNA甲基化導(dǎo)致的miR-34b/c失活也是通過(guò)p53網(wǎng)絡(luò)的作用來(lái)促進(jìn)大腸癌的發(fā)生?發(fā)展的?因此,miR-34b和miR-34c通過(guò)p53網(wǎng)絡(luò)顯示出了潛在的抑癌作用,是大腸癌中新的抑癌基因?同時(shí)證明miR-34b/c CpG島是CRC中表觀沉默的重要靶點(diǎn)?

6 展 望

目前,對(duì)miR-34家族的研究剛剛處于起步階段,研究者對(duì)此的研究尚不夠全面,尤其是在大腸癌發(fā)展過(guò)程中miR-34a減少的原因是什么還沒(méi)有得到證實(shí),是腫瘤發(fā)生的原因還是存在其他的調(diào)控過(guò)程而導(dǎo)致miR-34a的減少,還不得而知?另外,有研究發(fā)現(xiàn)在前列腺癌細(xì)胞中,只有miR-34a和miR-34c聯(lián)合作用才能夠產(chǎn)生p53介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡效應(yīng)[35]?所以miR-34家族成員之間的調(diào)控關(guān)系在大腸癌之中的作用還是一個(gè)未知數(shù),也為進(jìn)一步研究提供了一個(gè)方向?

綜上所述,從基因?qū)用嬷委煇盒阅[瘤為人們?cè)谥委煷竽c癌方面指出了一個(gè)新的方向,如何做到不手術(shù)或者手術(shù)后如何減少?gòu)?fù)發(fā)?轉(zhuǎn)移來(lái)治療癌癥是人們一直追求的目標(biāo),而近些年對(duì)miRNAs在惡性腫瘤中的發(fā)生?發(fā)展特點(diǎn)的深入研究為此提供了理論依據(jù),有理由相信,通過(guò)對(duì)miR-34s的深入研究,可以對(duì)大腸癌的發(fā)生?診斷以及治療有更深層次的認(rèn)識(shí)?

[1] Bartel DP.MicroRNAs:Genomics,Biogenesis,Mechanism,and Function[J].Cell,2004,116(36):281-297.

[2] Bartel DP.MicroRNAs:Target recognition and regulatory functions[J].Cell,2009,136(2):215-233.

[3] Esquela-Kerscher A,Slack FJ.Oncomirs -microRNAs with a role in cancer[J].Nat Rev Cancer,2006,6(4):259-269.

[4] Flynt AS,Lai EC.Biological principles of microRNA-mediated regulation:shared themes amid diversity[J].Nat Rev Genet,2008,9(11):831-842.

[5] Hammond SM.MicroRNAs as oncogenes[J].Curr Opin Genet Dev,2006,16(1):4-9.

[6] Medina PP,Slack FJ.MicroRNAs and cancer:an overview[J].Cell Cycle,2008,7(16):2485-2492.

[7] Volinia S,Calin GA,Liu CG,et al.A microRNA expression signature of human solid tumors defines cancer gene targets[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2006,103(7):2257-2261.

[8] Lewis BP,Burge CB,Bartel DP.Conserved seed pairing,often flanked by adenosines,indicates that thousands of human genes are microRNA targets[J].Cell,2005,120(1):15-20.

[9] Felli N,Fontana L,Pelosi E,et al.MicroRNAs 221and 222inhibit normal erythropoiesis and erythroleukemic cell growth via kit receptor down-modulation[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2005,102(50):18081-18086.

[10]Pineau P,Volinia S,McJunkin K,et al.MiR-221overexpression contributes to liver tumorigenesis[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2010,107(1):264-269.

[11]Calin GA,Sevignani C,Dumitru CD,et al.Human microRNA genes are frequently located at fragile sites and genomic regions involved in cancer[J].ProsNatlAcad Sci U S A,2004,101(9):2999-3004.

[12]Iorio MV,Visone R,Di Leva G,et al.MicroRNA signatures in human ovarian cancer[J].Cancer Res,2007,67(18):8699-8707.

[13]Thomson JM,Newman M,Parker JS,et al.Extensive post-transcriptional regulation of microRNAs and its implications for cancer[J].Genes Dev,2006,20(16):2202-2207.

[14]Chang TC,Wentzel EA,Kent OA,et al.Transactivation of miR-34aby p53broadly influences gene expression and promotes apoptosis[J].Mol Cell,2007,26(5):745-752.

[15]Tarasov V,Jung P,Verdoodt B,et al.Differential regulation of microRNAs by p53revealed by massively parallel sequencing:miR-34ais a p53target that induces apoptosis and G1-arrest[J].Cell Cycle,2007,6(13):1586-1593.

[16]He L,He XY,Lim LP,et al.A microRNA component of the p53tumour suppressor network[J].Nature,2007,447(7148):1130-1134.

[17]Tazawa H,Tsuchiya N,Izumiya M,et al.Tumor-suppressive miR-34ainduces senescence-like growth arrest through modulation of the E2Fpathway in human colon cancer cells[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2007,104(39):15472-15477.

[18]Bommer GT,Gerin I,Feng Y,et al.p53-mediated activation of miRNA34candidate tumor-suppressor genes[J].Curr Biol,2007,17(15):1298-1307.

[19]Lodygin D,Tarasov V,Epanchintsev A,et al.Inactivation of miR-34aby aberrant CpG methylationin multiple types of cancer[J].Cell Cycle,2008,7(16):2591-2600.

[20]Toyota M,Suzuki H,Sasaki Y,et al.Epigenetic silencing ofmicroRNA-34b/c and B-cell translocation gene 4isassociated with CpG island methylation in colorectalcancer[J].Cancer Res,2008,68(11):4123-4132.

[21]Raver-Shapira N,Marciano E,Meiri E,et al.Transcriptional activation of miR-34acontributes to p53-mediated apoptosis[J].Mol Cell,2007,26(5):731-743.

[22]Hermeking H.p53enters the microRNA world[J].Cancer Cell,2007,12(5):414-418.

[23]Corney DC,Flesken-Nikitin A,Godwin AK,et al.MicroRNA-34band MicroRNA-34care targets of p53and cooperate in control of cell proliferation and adhesion-independent growth[J].Cancer Res,2007,67(18):8433-8438.

[24]Oltersdorf T,Elmore SW,Shoemaker AR,et al.An inhibitor of Bcl-2family proteins induces regression of solid tumours[J].Nature,2005,435(7042):677-681.

[25]Han Z,Hong L,Han Y,et al.Phospho Akt mediatesmultidrug resistance of gastric cancer cells through regulation of P-gp,Bcl-2and Bax[J].J Exp Clin Cancer Res,2007,26(2):261-268.

[26]Cole KA,Attiyeh EF,Mosse YP,et al.A functional screen identifies miR-34aas a candidate neuroblastoma tumor sup-pressor gene[J].Mol Cancer Res,2008,6(5):735-742.

[27]Longo VD,Kennedy BK.Sirtuins in aging and age-related disease[J].Cell,2006,126(2):257-268.

[28]Yamakuchi M,Ferlito M,Lowenstein CJ.miR-34arepression of SIRT1regulates apoptosis[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2008,105(36):13421-3426.

[29]Ogawa H,Ishiguro K,Gaubatz S,et al.A complex withchromatin modifiers that occupies E2F-and Myc-responsive genes in G0cells[J].Science,2002,296(5570):1132-1136.

[30]Welch C,Chen Y,Stallings RL.MicroRNA-34afunctions as a potential tumor suppressor by inducing apoptosis in neuroblastoma cells[J].Oncogene,2007,26(34):5017-5022.

[31]Wu L,Timmers C,Maiti B,et al.The E2F1-3transcription factors are essential for cellular proliferation[J].Nature,2001,414(6862):457-462.

[32]He X,He L,Hannon GJ.The guardian′s little helper:microRNAs in the p53tumor suppressor network[J].Cancer Res,2007,67(23):11099-11101.

[33]Ian G,Cannell B,Bushell M.Regulation of Myc by miR-34c[J].Cell Cycle,2010,9(14):2726-2730.

[34]Corney DC,Flesken-Nikitin A,Godwin AK,et al.MicroRNA-34band MicroRNA-34care targets of p53and cooperate in control of cell proliferation and adhesion-independent growth[J].Cancer Res,2007,67(18):8433-8438.

[35]Rokhlin OW,Scheinker VS,Taghiyev AF,et al.MicroRNA-34mediates AR-dependent p53-induced apoptosis in prostate cancer[J].Cancer Biol Ther,2008,7(8):1288-1296.

10.3969/j.issn.1671-8348.2012.18.035

A

1671-8348(2012)18-1871-04

2011-10-09

2011-12-08)

?臨床護(hù)理?