劉曉艷 阮黎明

·綜述·

miR－31的腫瘤調(diào)控作用

劉曉艷 阮黎明

miR－31；腫瘤；調(diào)控作用

microRNA（miRNA）是一類長20～25nt的單鏈非編碼RNA分子，廣泛存在于從植物、線蟲到人類的細胞中。目前最新的miRNA數(shù)據(jù)庫（miRBase）版本號是21．0（2014．6，www．mirbase．org），涵蓋了223個物種、共35 828條成熟miRNA序列。miRNA通過與靶mRNA的互補配對在轉(zhuǎn)錄后水平對基因表達進行調(diào)控，導致mRNA的降解或翻譯抑制，參與包括細胞增殖凋亡、細胞分化、發(fā)育和逆境應答等所有已驗證的生物學過程，以及許多病毒致病和腫瘤發(fā)生的過程。研究表明，miRNA在人類的癌癥中扮演著至關(guān)重要的角色，可能起到癌基因或抑癌基因的作用[1－2]，被稱做“腫瘤性miRNA（oncomirs）”或“腫瘤抑制性miRNA（tumour suppressor miRNA）”。本文綜述miR－31在不同腫瘤中的作用、其調(diào)控的靶基因及其功能，以及miR－31自身的表達調(diào)控機制的研究進展。

1 miRNA的產(chǎn)生、作用機制與功能

通常編碼miRNA基因位于基因區(qū)間區(qū)域，有的位于基因的內(nèi)含子中，甚至是EST序列內(nèi)?；蜣D(zhuǎn)錄產(chǎn)生的初始Pri－miRNA在細胞核中被Drosha切成70nt左右莖環(huán)狀的Pre－miRNA。Pre－miRNA由核質(zhì)/細胞質(zhì)轉(zhuǎn)運蛋白Exportin－5運輸?shù)桨|(zhì)中，被Dicer酶剪切成22nt的雙鏈miRNA，這段序列定位于PremiRNA的3’端或5’端。其中1條形成RNA誘導基因沉默復合物（RNA induced silencing complex，RISC），后者結(jié)合到靶mRNA的3’非翻譯區(qū)（UTR），阻斷靶基因的翻譯[3－4]。在大多數(shù)情況下成熟miRNA和靶mRNA序列不完全互補，miRNA和它的目的mRNA互補的堿基配對決定了這個過程的特異性，miRNAs可以與不完全互補的目的mRNA3’UTR配對來抑制蛋白質(zhì)的翻譯，也可以與UTR完全互補而使目的mRNA降解[5]。

2 miR-31在正常生理狀態(tài)的表達

人類miR－31是由位于9p21．3的基因編碼，在一系列組織和細胞中表達，而且在脊椎動物和果蠅中，miR－31是廣泛保守的miRNA“種子家族”的成員，其擁有獨特的8個核苷酸序列而發(fā)揮miRNA的特異性靶向調(diào)控作用[6]。

miR－31在多能祖細胞和干細胞中呈差異表達并在細胞分化中發(fā)揮調(diào)控作用。研究[7]發(fā)現(xiàn)，miR－31是參與成骨分化的人非限制性體干細胞中三個表達下調(diào)的miRNAs分子之一。在間充質(zhì)干細胞中加入外源性骨形態(tài)發(fā)生蛋白2（BMP－2）能夠刺激miR－31的表達，其異常表達阻斷了間充質(zhì)干細胞向脂肪細胞的分化[8]。miR－31能夠直接靶向叉頭框蛋白3 （FOXP3）轉(zhuǎn)錄因子，后者在T細胞的分化和活化中發(fā)揮主要調(diào)控作用，因此推測miR－31通過抑制FOXP3轉(zhuǎn)錄因子的表達水平而拮抗Treg細胞的表型[9]。腫瘤壞死因子（TNF）能夠增強miR－31的表達而導致內(nèi)皮黏附分子E－選擇素表達下調(diào)，進而抑制內(nèi)皮細胞和中性粒細胞間的相互作用，最終觸發(fā)炎癥信號通路的負性反饋控制[10]。

3 miR-31，腫瘤抑制性miRNA

在miRBase關(guān)于miR－31（MI0000089）的注釋中將miR－31定義為腫瘤抑制性miRNA，該定義的產(chǎn)生基于miR－31在轉(zhuǎn)移性乳腺癌中多重抗轉(zhuǎn)移效應的經(jīng)典研究。研究[11]發(fā)現(xiàn)，miR－31表達的高低和15株乳腺癌細胞的侵襲能力以及臨床上原發(fā)性乳腺癌患者發(fā)生可測的遠處轉(zhuǎn)移灶時間的早晚呈負相關(guān)。在高侵襲性乳腺癌細胞中過表達miR－31能夠抑制腫瘤的轉(zhuǎn)移活性，而運用miRNA海綿策略則在體內(nèi)穩(wěn)定抑制了miR－31的表達，進而使非侵襲性乳腺癌細胞發(fā)生了轉(zhuǎn)移。這些表型的改變特定地歸因于miR－31介導的對轉(zhuǎn)移中包括局部侵襲、溢出、遠處灶的存活以及轉(zhuǎn)移灶的定植等多個步驟的影響，主要是因為miR-31對一系列腫瘤轉(zhuǎn)移促進基因的協(xié)同抑制，包括ras同系家族成員A（RhoA）、卷曲蛋白3（Fzd3）、整合素α5（ITGA5）、肌球蛋白磷酸酶-Rho相互作用蛋白（M-RIP）、基質(zhì)金屬蛋白酶 16 （MMP16）和根蛋白（RDX）等。通過RNAi手段證實，同時抑制RhoA、ITGA5和RDX的表達的確能夠削弱異種移植模型中侵襲性人乳腺癌細胞的轉(zhuǎn)移能力。而同時抑制RhoA、ITGA5和RDX的表達并不能模擬miR-31促進原發(fā)性乳腺癌生長的作用，提示存在其他的miR-31下游效應分子，介導了miR-31對腫瘤細胞非轉(zhuǎn)移行為的影響[12-13]。研究人員通過建立乳腺癌轉(zhuǎn)移模型評估m(xù)iR-31的治療效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)[14]在乳腺癌轉(zhuǎn)移模型中激活miR-31的表達能夠引起轉(zhuǎn)移灶的退化和延長實驗小鼠的生存期。侵襲性乳腺癌細胞株miR-31的表達較非侵襲性乳腺癌細胞株顯著下調(diào)[15]。miR-31還通過靶向調(diào)控α2β1、α5β1、αVβ1以及β3整合素的表達，以配體依賴的方式抑制腫瘤細胞的播散[16]。

近年來陸續(xù)有miR-31在其他腫瘤如胃癌[17-18]、膀胱癌[19]、前列腺癌[20]、胰腺癌[21]、漿液性卵巢癌[22]、間皮瘤[23]和黑素瘤[24-26]等表達下調(diào)的相關(guān)報道。以色列學者[24]報道在侵襲性黑素瘤中miR-31作為腫瘤抑制性miRNA發(fā)揮調(diào)控作用，而同期美國學者發(fā)現(xiàn)miRNA表達譜特征可以用于區(qū)分黑素瘤的亞型，和非肢端型的黑素瘤相比，肢端型黑素瘤miR-31、miR-142-3p、miR-486、miR-214、miR-218和miR-650的表達上調(diào)，而miR-362的表達下降[25]。但在黑素瘤A375細胞和人表皮黑素細胞的miRNA差異表達譜比較中，miR-31在A375中的表達增高[26]。在p53野生型的細胞中，E2F2（miR-31的靶基因）的過表達能夠通過p14（ARG）誘導p53依賴的細胞凋亡。在OVCAR8、OVCA433和SKOV3等一些p53異常的卵巢癌細胞中，miR-31的過表達能夠抑制細胞增殖和誘導凋亡，而在其他一些p53正常的卵巢癌細胞中miR-31則不能發(fā)揮此類作用[22]。胸膜惡性間皮瘤亦常常發(fā)生9p21.3染色體的缺失而導致miR-31表達的下調(diào)[23]，提示9p21.3染色體缺失的腫瘤可以研發(fā)基于miR-31的抗腫瘤治療藥物。

此外，miR-31還能恢復腫瘤細胞對放化療的敏感性。全miRNA芯片結(jié)果顯示miR-31在放療耐受的食管腺癌細胞中明顯下調(diào)，功能獲得實驗示過表達miR-31能夠恢復放療耐受的食管腺癌細胞對放療的敏感性，其機制可能與13個涉及DNA修復的基因有關(guān)，其中PARP1、SMUG1、MLH1和MMS19在放療敏感的食管癌患者的活組織檢查中是顯著下調(diào)的[27]。Bhatnagar[28]則發(fā)現(xiàn)miR-205和miR-31在高度惡性的膀胱癌WPE1-NB26細胞株中的表達顯著降低，通過靶向抑制抗凋亡基因BCL2L2（編碼Bcl-w）和E2F6的表達可促進前列腺癌細胞中化療藥物所誘導的細胞凋亡。

4 miR-31，腫瘤性miRNA

近年來不斷有研究揭示miR-31在很多類型腫瘤中發(fā)揮了腫瘤性miRNA的作用。Weinberg[29]的研究團隊先前的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在異種移植模型中miR-31的表達能夠輕度增加原發(fā)性乳腺癌腫瘤的增殖。

目前關(guān)于miR-31發(fā)揮腫瘤性調(diào)控作用的研究很多集中在結(jié)直腸腫瘤中[30-35]。早在2006年西班牙研究者即發(fā)現(xiàn)miR-31在結(jié)直腸癌樣本中的表達較周圍正常組織增高，且表達高低與結(jié)直腸癌的臨床分期呈正相關(guān)[30]，而捷克學者則觀察到結(jié)直腸癌中高表達的miR-31與腫瘤的分化級別相關(guān)，而低分化腫瘤miR-31的表達最低[31]。miR-31和miR-223在遺傳性非息肉性結(jié)直腸癌綜合征（Lynch綜合征）的患者組織中表達明顯上調(diào)[32]。Olaru AV等[33]發(fā)現(xiàn)miR-31在炎癥性腸?。↖BD）間變皮損中的表達較慢性炎癥性腸道黏膜增高，且隨著從正?；蚵匝装Y到IBD相關(guān)瘤變的病理類型的進展而變化。利用芯片技術(shù)檢測原發(fā)性結(jié)直腸癌樣本和腦轉(zhuǎn)移樣本miRNA表達譜的差異時卻發(fā)現(xiàn)后者miR-31表達下調(diào)[34]。另一研究結(jié)果則顯示miR-31和miR-21作為TGF-β信號通路的下游效應分子，通過靶向T細胞淋巴瘤侵襲和轉(zhuǎn)移誘導蛋白1（TIAM1）的表達而促進結(jié)腸癌腫瘤細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移[35]。除了觀察臨床樣本miR-31的表達差異外，Cekaite等[36]進行了miR-31功能效應的研究，發(fā)現(xiàn)在高表達miR-31的HCT-116細胞中抑制miR-31的表達能夠抑制細胞增殖和促進凋亡。Wang等[37]發(fā)現(xiàn)單一miR-31抑制劑的給藥在體外并不能影響p53野生型和突變型HCT-116結(jié)腸癌細胞增殖、細胞周期和克隆形成，而聯(lián)合5-Fu治療則能有效抑制兩種HCT-116細胞的增殖、遷移和侵襲能力。

目前已報道m(xù)iR-31呈高表達的腫瘤有甲狀腺癌[38-40]、頭頸部腫瘤[41-42]和肺癌[43-44]等。在甲狀腺乳頭狀癌的石蠟樣本中，miR-31的表達較結(jié)節(jié)性甲狀腺腫表達增高[38]。Yip等[39]則發(fā)現(xiàn)miR-31在侵襲性和非侵襲性甲狀腺乳頭狀癌中表達上調(diào)；與周圍正常組織比較，冷和良性甲狀腺結(jié)節(jié)（CBTN）樣本中miR-31呈11倍下調(diào)而其靶基因CCND1呈2.6倍上調(diào)。通過HTori和FTC-133細胞模型，過表達miR-31及隨后CCND1的表達下調(diào)導致細胞周期G1期細胞增多[40]。在頭頸部鱗狀細胞癌（HNSCC）中，常氧狀態(tài)下miR-31過表達在細胞模型和動物模型增加了HNSCC細胞的致瘤性，相反阻斷miR-31的表達則抑制了腫瘤的增殖，進一步的機制分析提示與miR-31靶向抑制因子抑制低氧誘導因子（FIH）有關(guān)[41]?？谇击[狀細胞癌患者血漿中miR-31的表達亦增高，而且隨著腫瘤的切除miR-31的水平顯著降低[42]。在轉(zhuǎn)基因小鼠模型中，Liu等[43]證實肺癌組織中miR-31的表達較周圍正常組織明顯增加，敲除miR-31的表達則顯著肺癌細胞的增殖。進而通過生物信息學預測和功能獲得和敲除實驗證實，miR-31通過抑制抑癌基因大腫瘤抑制子2（LATS2）和PP2A調(diào)節(jié)亞單位Bα型（PPP2A2R）的表達而發(fā)揮致瘤性miRNA的作用。值得注意的是，香煙煙霧的刺激能夠增加正常上皮呼吸道黏膜和肺癌細胞miR-31的表達和LOC554202啟動子的激活，而且此種狀態(tài)在停止香煙煙霧暴露后仍持續(xù)存在[44]。

5 問題與展望

隨著研究的深入，越來越多的miRNAs被證實與癌癥的發(fā)生有關(guān)，在癌癥的形成過程中扮演著越來越重要的角色。但仍有很多問題和疑惑亟待解決：目前大多數(shù)的研究集中于miRNA如何調(diào)控其下游目的基因的表達，但其自身的表達受到哪些因素的調(diào)控亟需深入研究；miRNA作用的發(fā)揮具有組織依賴、細胞依賴和時序依賴性，其決定和影響因素有哪些，尚需進一步探討；一個miRNA可以靶向不同基因，不同的miRNA又可以靶向同一基因，究竟哪個位點在起中心調(diào)控作用，仍需充分論證。梳理出miRNA的調(diào)控網(wǎng)絡將是一項具有挑戰(zhàn)性的工作。隨著研究的深入，將來有可能根據(jù)不同腫瘤miRNAs表達情況對腫瘤進行分類，以及確定miRNAs表達水平與腫瘤預后的關(guān)系，進而研制基于miRNA的治療性藥物，對于腫瘤的診斷和臨床治療有深遠的意義和價值。

［1］He L，Thomson JM，Hemann MT，et al.A microRNA polycistron as a potential human oncogene［J］.Nature，2005，435

（7043）：828-833.

［2］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 USA，2006，103（7）：2257-2261.

［3］Denli AM，Tops BB，Plasterk RH，et al.Processing of primary microRNAs by the Microprocessor complex［J］.Nature，2004，432（7014）：231-235.

［4］Gregory RI，Yan KP，Amuthan G，et al.The Microprocessor complex mediates the genesis of microRNAs［J］.Nature，2004，432（7014）：235-240.

［5］Ambros V.The functions of animal microRNAs［J］.Nature，2004，431（7006）：350-355.

［6］Grimson A，F(xiàn)arh KK，Johnston WK，et al.MicroRNA targeting specificity in mammals:determinants beyond seed pairing［J］.Mol Cell，2007，27（1）：91-105.

［7］Rouas R，F(xiàn)ayyad-Kazan H，El Zein N，et al.Human natural Treg microRNA signature:role of microRNA-31 and microRNA-21 in FOXP3 expression［J］.Eur J Immunol，2009，39（6）：1608-1618.

［8］Sun F，Wang J，Pan Q，et al.Characterization of function and regulation of miR-24-1 and miR-31［J］.Biochem Biophys Res Commun，2009，380（3）：660-665.

［9］Rouas R，F(xiàn)ayyad-Kazan H，El Zein N，et al.Human natural Treg microRNA signature:role of microRNA-31 and microRNA-21 in FOXP3 expression［J］.Eur J Immunol，2009，39（6）：1608-1618.

［10］Suárez Y，Wang C，Manes TD，et al.Cutting edge：TNF-induced microRNAs regulate TNF-induced expression of E-selectin and intercellular adhesion molecule-1 on human endothelial cells：feedback control of inflammation［J］.J Immunol，2010，184（1）：21-25.

［11］Valastyan S，Reinhardt F，Benaich N，et al.A pleiotropically acting microRNA，miR-31，inhibits breast cancer metastasis［J］.Cell，2009，137（6）：1032-1046.

［12］Valastyan S，Benaich N，Chang A，et al.Concomitant suppression of three target genes can explain the impact of a microRNA on metastasis［J］.Genes Dev，2009，23（22）：2592-2597.

［13］Valastyan S，Chang A，Benaich N，et al.Concurrent suppression of integrin alpha5，radixin，and RhoA phenocopies the effects of miR-31 on metastasis［J］.Cancer Res，2010，70（12）：5147-5154.

［14］Valastyan S，Chang A，Benaich N，et al.Activation of miR-31 function in already-established metastases elicits metastatic regression［J］.Genes Dev，2011，25（6）：646-659.

［15］Sossey-Alaoui K，Downs-Kelly E，Das M，et al.WAVE3，anactin remodeling protein，is regulated by the metastasis suppressormicroRNA，miR-31，duringtheinvasionmetastasis cascade［J］.Int J Cancer，2011，129（6）：1331-1343.

［16］Augoff K，Das M，Bialkowska K，et al.miR-31 is a broad regulator of β1-integrin expression and function in cancer cells［J］.Mol Cancer Res，2011，9（11）：1500-1508.

［17］Wu XM，Shao XQ，Meng XX，et al.Genome-wide analysis of microRNA and mRNA expression signatures in hydroxycamptothecin-resistant gastric cancer cells［J］.Acta Pharmacol Sin，2011，32（2）：259-269.

［18］Zhang Y,Guo J,Li D,et al.Down-regulation of miR-31 expression in gastric cancer tissues and its clinical significance［J］.Med Oncol，2010，27（3）：685-689.

［19］Wszolek MF，Rieger-Christ KM，Kenney PA,Gould JJ,et al.A microRNA expression profile defining the invasive bladder tumor phenotype[J].Urol Oncol,2011,29(6):794-801.

［20］Fuse M，Kojima S，Enokida H，et al.Tumor suppressive microRNAs（miR-222 and miR-31）regulate molecular pathways based on microRNA expression signature in prostate cancer［J］.J Hum Genet，2012，57（1）：691-699.

［21］Papaconstantinou IG，Manta A，Gazouli M，et al.Expression of microRNAs in patients with pancreatic cancer and its prognostic significance［J］.Pancreas，2013，42（1）：67-71.

［22］Creighton CJ，F(xiàn)ountain MD，Yu Z，et al.Molecular profiling uncovers a p53-associated role for microRNA-31 in inhibiting the proliferation of serous ovarian carcinomas and other cancers［J］.Cancer Res，2010，70（5）：1906-1915.

［23］Ivanov SV，Goparaju CM，Lopez P，et al.Pro-tumorigenic effects of miR-31 loss in mesothelioma［J］.J Biol Chem，2010，285（30）：22809-22817.

［24］Greenberg E，Hershkovitz L，Itzhaki O，et al.Regulation of cancer aggressive features in melanoma cells by microRNAs［J］.PLoS One，2011，6（4）：e18936.

［25］Chan E，Patel R，Nallur S，et al.MicroRNA signatures differentiate melanoma subtypes［J］.Cell Cycle，2011，10（11）：1845-1852.

［26］Xiao D，Ohlendorf J，Chen Y，et al.Identifying mRNA,MicroRNA and Protein Profiles of Melanoma Exosomes［J］. PLoS One，2012，7（10）：e46874.

［27］Lynam-Lennon N，Reynolds JV，Marignol L，et al.MicroRNA-31 modulates tumour sensitivity to radiation in oesophageal adenocarcinoma［J］.J Mol Med（Berl），2012，90 （12）：1449-1458.

［28］Bhatnagar N，Li X，Padi SK，et al.Downregulation of miR-205 and miR-31 confers resistance to chemotherapy-induced apoptosis in prostate cancer cells［J］.Cell Death Dis，2010，1（12）：e105.

［29］Valastyan S，Weinberg RA.miR-31：a crucial overseer of tumor metastasis and other emerging roles［J］.Cell Cycle，2010，9（11）：2124-2129.

［30］Bandrés E，Cubedo E，Agirre X，et al.Identification by Real-time PCR of 13 mature microRNAs differentially expressed in colorectal cancer and non-tumoral tissues［J］. Mol Cancer，2006，5（1）：29.

［31］Slaby O，Svoboda M，F(xiàn)abian P，et al.Altered expression of miR-21，miR-31，miR-143 and miR-145 is related to clinicopathologic features of colorectal cancer［J］.Oncology，2007，72（5-6）：397-402.

［32］Earle JS，Luthra R，Romans A，et al.Association of microRNA expression with microsatellite instability status in colorectal adenocarcinoma［J］.J Mol Diagn，2010，12（4）：433-440.

［33］Olaru AV，Selaru FM，Mori Y，et al.Dynamic changes in the expression of MicroRNA-31 during inflammatory bowel disease-associated neoplastic transformation［J］.Inflamm Bowel Dis，2011，17（1）：221-231.

［34］Li Z，Gu X，F(xiàn)ang Y，et al.microRNA expression profiles in human colorectal cancers with brain metastases［J］.Oncol Lett，2012，3（2）：346-350.

［35］Cottonham CL，Kaneko S，Xu L.miR-21 and miR-31 converge on TIAM1 to regulate migration and invasion of colon carcinoma cells［J］.J Biol Chem，2010，285（46）：35293-35302.

［36］Cekaite L，Rantala JK，Bruun J，et al.MiR-9，-31，and-182 deregulation promote proliferation and tumor cell survival in colon cancer［J］.Neoplasia，2012，14（9）：868-881.

［37］Wang CJ，Stratmann J，Zhou ZG，et al.Suppression of microRNA-31 increases sensitivity to 5-FU at an early stage,and affects cell migration and invasion in HCT-116 colon cancer cells［J］.BMC Cancer，2010，10：616.

［38］Tetzlaff MT，Liu A，Xu X，et al.Differential expression of miRNAs in papillary thyroid carcinoma compared to multinodular goiter using formalin fixed paraffin embedded tissues［J］.Endocr Pathol，2007，18（3）：163-173.

［39］Yip L，Kelly L，Shuai Y，et al.MicroRNA signature distinguishes the degree of aggressiveness of papillary thyroid carcinoma［J］.Ann Surg Oncol，2011，18（7）：2035-2041.

［40］Ferraz C，Lorenz S，Wojtas B，et al.Inverse correlation of miRNA and cell cycle-associated genes suggests influence of miRNA on benign thyroid nodule tumorigenesis［J］.J Clin Endocrinol Metab，2012，98（1）：E8-16.

［41］Liu CJ，Tsai MM，Hung PS，et al.miR-31 ablates expres－sion of the HIF regulatory factor FIH to activate the HIF pathway in head and neck carcinoma［J］.Cancer Res，2010，70（4）：1635-1644.

［42］Liu CJ，Kao SY，Tu HF，et al.Increase of microRNA miR-31 level in plasma could be a potential marker of oral cancer［J］.Oral Dis，2010，16（4）：360-364.

［43］Liu X，Sempere LF，Ouyang H，et al.MicroRNA-31 functions as an oncogenic microRNA in mouse and human lung cancer cells by repressing specific tumor suppressors ［J］.J Clin Invest，2010，120（4）：1298-1309.

［44］ Xi S，Yang M，Tao Y，et al.Cigarette smoke induces C/ EBP-β-mediated activation of miR-31 in normal human respiratory epithelia and lung cancer cells［J］.PLoS One，2010，5（10）：e13764.

（收稿：2015-10-08 修回：2015-11-30）

浙江省自然科學基金項目（LY13H190002）

浙江大學醫(yī)學院附屬第一醫(yī)院皮膚科（杭州 310003）

阮黎明，Tel：13957121201