來(lái)建飛 丁蕾 竇曉兵?

miRNA在結(jié)直腸癌中的作用研究進(jìn)展

來(lái)建飛 丁蕾 竇曉兵?

結(jié)直腸癌（Colorectal cancer，CRC）是最常見(jiàn)的消化道腫瘤之一，其發(fā)病率居世界惡性腫瘤第三位，是全球第四大癌癥死因［1］。引起CRC的危險(xiǎn)因素包括吸煙、肥胖、缺乏運(yùn)動(dòng)等。2015年的研究數(shù)據(jù)顯示［2］，早期診斷出結(jié)直腸癌的患者存活率約為60%，高于2005年至2009年的平均數(shù)據(jù)［3］。結(jié)直腸癌發(fā)生是多基因參與、多步驟發(fā)生的過(guò)程，其生物過(guò)程及分子機(jī)制尚不明確。1993年科學(xué)家首次在線(xiàn)蟲(chóng)發(fā)現(xiàn)微小RNA（microRNA，miRNA）lin-4［4］后，越來(lái)越多關(guān)于miRNA的問(wèn)題引起關(guān)注，其在人體多種疾病中扮演重要角色，包括各種癌癥。對(duì)miRNA的相關(guān)研究將有助于闡明其功能及分子機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，多種miRNA在結(jié)直腸癌患者中表達(dá)失衡，參與癌癥發(fā)生與發(fā)展過(guò)程。miRNA是一類(lèi)非編碼小分子單鏈RNA，是一類(lèi)重要的基因表達(dá)調(diào)控因子，可靶向結(jié)合mRNA，通過(guò)沉默癌細(xì)胞生長(zhǎng)相關(guān)基因的表達(dá)［5］，促進(jìn)或抑制腫瘤的生長(zhǎng)。miRNA可作為結(jié)直腸癌早期診斷、治療、預(yù)后的新的分子生物學(xué)標(biāo)志物，也可作為體內(nèi)CRC治療的靶點(diǎn)［6］。

1 miRNA 的分子結(jié)構(gòu)和生物功能

miRNA是一類(lèi)在多種真核細(xì)胞和病毒中發(fā)現(xiàn)的進(jìn)化上保守、長(zhǎng)度為19～22個(gè)核苷酸的非編碼單鏈RNA，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)上千種miRNA。miRNA的產(chǎn)生過(guò)程及生物功能各不相同，其核內(nèi)生成過(guò)程如下［7］：編碼miRNA的基因片段通過(guò)RNA聚合酶Ⅱ或聚合酶Ⅲ轉(zhuǎn)錄合成初級(jí)miRNA（primiRNA），pri-miRNA包含一個(gè)DROSHA蛋白和兩個(gè)DGCR8蛋白，經(jīng)過(guò)DROSHA酶切后，形成發(fā)夾狀前體miRNA（pre-miRNA），長(zhǎng)度為70～100nt；pre-miRNA在轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白Exportin-5和GTP酶共同作用下從核內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)，被核酸酶Dicer切割成21～25個(gè)堿基的雙鏈miRNA；該雙鏈解旋為兩條miRNA，其中一條為成熟的miRNA，另一條通常被降解。成熟miRNA分子可與其他蛋白質(zhì)組成RNA-誘導(dǎo)沉默復(fù)合體（RNA-induced silencing complex，RISC）。成熟miRNA 5' 端高度保守的種子序列（seed region）可與mRNA 3'端非編碼區(qū)域（3'UTR）完全或不完全識(shí)別結(jié)合，對(duì)其進(jìn)行剪切、降解或去腺苷酸化調(diào)控，影響mRNA 完整性，誘導(dǎo)靶分子mRNA降解或遏制其翻譯，在轉(zhuǎn)錄后水平影響基因或蛋白的表達(dá)。

2 miRNA與腫瘤的發(fā)生發(fā)展

2.1 miRNA與腫瘤的作用機(jī)制 不同種類(lèi)的miRNA生物學(xué)功能取決于其所結(jié)合的mRNA功能［8］。miRNA參與體內(nèi)多種調(diào)控機(jī)制和細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，一條單鏈miRNA可作用于多條mRNA，同時(shí)一條mRNA可被多條miRNA作用［9］；而同一miRNA在不同的腫瘤中作用不同，多種miRNA也可以作用于同一靶基因發(fā)揮作用。miRNA與腫瘤的作用方式主要包括［10］：（1）miRNA與靶mRNA 的3'-UTR不完全配對(duì)，阻斷其翻譯過(guò)程，從而下調(diào)靶mRNA的表達(dá)。（2）miRNA與靶mRNA的3'-UTR完全配對(duì)，引起靶基因互補(bǔ)區(qū)特異性斷裂，從而將基因沉默，使其無(wú)法表達(dá)。（3） miRNA可通過(guò)加速靶mRNA 3' 端polyA的脫腺苷酸化，從而迅速降解靶mRNA。miRNA家族中，部分為癌性基因，部分為抑癌基因，通過(guò)其下游基因或某些信號(hào)通路控制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)［11］，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞遷移與侵襲［12］。

2.2 miRNA參與腫瘤的發(fā)生、轉(zhuǎn)移和預(yù)后 近兩年又發(fā)現(xiàn)有多種miRNA參與腫瘤的發(fā)生、轉(zhuǎn)移和預(yù)后過(guò)程。2015年Cell上一篇文章表明［13］，一些miRNA在基因組上成簇存在，以多順?lè)醋有问睫D(zhuǎn)錄。miR-17-92基因簇是一個(gè)高度保守的基因簇，編碼miRNA-17、miRNA-18a、miRNA-19a、miRNA-20a、miRNA-19b-1和miRNA-92a這6個(gè)成熟miRNA，參與哺乳動(dòng)物多個(gè)器官發(fā)育，與多種腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)。miRNA-17-92基因簇在結(jié)直腸癌、胃癌、肝癌等多種腫瘤細(xì)胞中高度表達(dá)。因此精確調(diào)控這一miRNA基因簇，以及基因簇中各個(gè)miRNA的相對(duì)表達(dá)對(duì)于發(fā)育和腫瘤相關(guān)疾病有重大作用。

例如，Zhang G等研究發(fā)現(xiàn)［14］，miRNA-92a在淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移CRC患者中表達(dá)顯著升高，PTEN基因是其下游靶基因之一；miRNA-92a誘導(dǎo)上皮細(xì)胞至間葉細(xì)胞的轉(zhuǎn)化（EMT），通過(guò)下調(diào)PTEN表達(dá)調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)、遷移和入侵。臨床病理特點(diǎn)表明，miRNA-92a超表達(dá)與臨床晚期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)移以及低氧化應(yīng)激水平（OS）密切相關(guān)，推測(cè)miRNA-92a可作為CRC預(yù)后標(biāo)志［15］。2015年，Chang C等［16］發(fā)現(xiàn)，miRNA-339-5p可靶向結(jié)合mRNA PRL-1的3'UTR從而抑制腫瘤細(xì)胞增殖和遷移。體外實(shí)驗(yàn)證明miRNA-339-3p過(guò)度表達(dá)會(huì)抑制腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移，而PRL-1表達(dá)不受miRNA- 339-3p調(diào)控。表明miRNA-339-5p和miRNA-339-3p作用的目標(biāo)mRNA可能不同，miRNA-339-3p的目標(biāo)基因仍有待確定。因此，研究不同miRNA在腫瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的作用機(jī)制具有重要意義。

3 miRNA在結(jié)直腸癌中的表達(dá)及意義

目前CRC的篩選方法包括結(jié)腸鏡檢查和糞便隱血試驗(yàn)等常用的方法，但是這些方法受限于低特異性、敏感性、高侵襲性、高成本和高風(fēng)險(xiǎn)［17］。越來(lái)越多研究報(bào)道，miRNA作為潛在CRC診斷和預(yù)后的生物標(biāo)志物，廣泛存在于CRC患者糞便、血清、血漿和組織中。

3.1 miRNA在結(jié)腸癌組織中的表達(dá) 2015年，Raheleh A等［18］根據(jù)關(guān)于熒光素酶報(bào)告基因文獻(xiàn)，總結(jié)近10年發(fā)表的77篇文獻(xiàn)制訂出一份關(guān)于結(jié)直腸癌患者異常表達(dá)的不同miRNA及其靶基因信息表，列舉了多種miRNA靶基因及其在結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展中的調(diào)控作用。一篇Oncology 文獻(xiàn)報(bào)道［19］，miRNA-143靶向作用于MACC1的3'UTR，下調(diào)MACC1表達(dá)；提示miRNA-143可能直接作用于其靶分子MACC1，抑制癌細(xì)胞侵襲。2016年，Zhou B等［20］發(fā)現(xiàn)miRNA-382在結(jié)直腸癌組織中表達(dá)異常下調(diào)，經(jīng)熒光素酶報(bào)告基因分析證實(shí)miRNA-382直接作用于NR2F2的3'UTR；NR2F2在CRC組織中相對(duì)表達(dá)水平明顯高于癌旁正常組織；敲除NR2F2可抑制CRC細(xì)胞生長(zhǎng)、遷移、和入侵。因此，miRNA-382/ NR2F2可作為一個(gè)潛在機(jī)制調(diào)控CRC的發(fā)生發(fā)展。最近，Bo L等［21］發(fā)現(xiàn)在CRC細(xì)胞系和組織樣本中miRNA-152表達(dá)下調(diào)；恢復(fù)CRC細(xì)胞中miRNA-152表達(dá)后，CRC細(xì)胞增殖、遷移和入侵顯著減少；PIK3R3是miRNA-152直接和功能性下游靶目標(biāo)，PIK3R3表達(dá)和miRNA-152表達(dá)呈負(fù)相關(guān)；下調(diào)PIK3R3表達(dá)使miRNA-152超表達(dá)，抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)。

3.2 miRNA在結(jié)腸癌患者血清中的表達(dá) 目前miRNA在結(jié)腸癌患者外周血中表達(dá)水平研究較少，但其在結(jié)直腸癌早期的診斷治療中具有重要意義。2015年，F(xiàn)ang Z等［22］研究發(fā)現(xiàn)，CRC患者血清中miRNA-24、miRNA-320a和miRNA-423-5p表達(dá)水平明顯低于正常組標(biāo)本；手術(shù)后這三個(gè)分子濃度明顯增加。因此血清中miRNA-24，miRNA-320a和miRNA-423-5p表達(dá)水平有潛力作為CRC早期階段的新型生物標(biāo)志物檢測(cè)，且優(yōu)于目前臨床生物標(biāo)志物。2016年，Hu J等［23］表明在CRC細(xì)胞中miRNA-1914和miRNA-1915作用于NFIX RNA的3'UTR，下調(diào)NFIX RNA的表達(dá)；其過(guò)度表達(dá)會(huì)減弱5-FU和Oxaliplatin的抗腫瘤作用，降低CRC細(xì)胞的化學(xué)抵抗能力。因此miRNA-1914和miRNA-1915可能在結(jié)直腸癌治療和診斷中發(fā)揮重大作用。

3.3 miRNA在結(jié)腸癌患者糞便中的表達(dá) 為了在CRC初期進(jìn)行切除腫瘤，降低結(jié)直腸癌的發(fā)病率和病死率，進(jìn)行結(jié)直腸癌早期篩查非常必要。Lee JK等［24］發(fā)現(xiàn)，miRNA具有高度穩(wěn)定性，能夠抵抗核酸酶（Rnases）的消化，適合在血清/血漿等體液，甚至糞便樣本中進(jìn)行檢測(cè)。因此可以通過(guò)檢測(cè)糞便中miRNA表達(dá)來(lái)作為篩查結(jié)直腸癌的一種新方法。2015年，Zhu Y等［25］表明，與正常健康人比較，CRC患者糞便中miRNA-29a（P＜0.001），miRNA-223（P＜0.001）和miRNA-224（P＜0.001）表達(dá)水平均顯著降低；miR-29a水平在直腸癌患者糞便中的表達(dá)也顯著高于結(jié)腸癌患者（P＜0.001）。因此miRNA可以成為一個(gè)CRC的篩查和早期診斷的生物標(biāo)志物。

4 miRNA與結(jié)直腸癌的診斷治療

4.1 miRNA與CRC的早期診斷 CRC傳統(tǒng)化療主要基于5氟尿嘧啶（5-FU）。與目前廣泛應(yīng)用的腫瘤標(biāo)記物不同，miRNA表達(dá)譜具有高度特異性，通過(guò)其特征對(duì)腫瘤進(jìn)行早期診斷［26］。Lekun F等［27］在295位CRC患者樣本中發(fā)現(xiàn)，化療抵抗患者中，miRNA-17-5p表達(dá)水平比化療敏感患者高，miR-17-5p高表達(dá)的CRC患者預(yù)后效果較差，推測(cè)miRNA-17-5p可以作為對(duì)化療反應(yīng)的預(yù)測(cè)生物標(biāo)志物。2016年，Ghanbari R等［28］證實(shí)，CRC患者血清和糞便中l(wèi)et-7a-5p和let-7f-5p miRNA表達(dá)顯著降低，這可能是CRC早期檢測(cè)潛在分子生物標(biāo)志物。通過(guò)人為改變miRNA表達(dá)量控制癌細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移、浸潤(rùn)等，miRNA表達(dá)譜可用于評(píng)估腫瘤治療效果。

4.2 miRNA與CRC的靶向治療 隨著CRC研究不斷深入，個(gè)性化靶向治療得到發(fā)展，人類(lèi)腫瘤發(fā)生過(guò)程中miRNA成為一個(gè)新型特異性分子靶標(biāo)［29-30］。Min-Bin C等發(fā)現(xiàn)［31］，miRNA-451在結(jié)腸癌組織中過(guò)度表達(dá)，抑制AMPK活化機(jī)制，導(dǎo)致哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合體（mTORC1）過(guò)度活化和肌動(dòng)蛋白束蛋白（FSCN1）上調(diào)，增強(qiáng)癌細(xì)胞遷移和增殖能力；若敲除miRNA-451基因或使用miRNA-451抑制劑，結(jié)直腸癌細(xì)胞的遷移和增殖被抑制。2015年，YANG等［32］發(fā)現(xiàn)，miRNA-499在結(jié)直腸癌組織中異常表達(dá)，miRNA-499-5p靶向結(jié)合FOXO4和PDCD4，促進(jìn)大腸癌細(xì)胞侵襲和腫瘤轉(zhuǎn)移。由此可見(jiàn)miRNA-499-5p在結(jié)直腸癌的侵襲和生長(zhǎng)中起著重要的調(diào)控作用，有望成為CRC臨床診斷治療的潛在靶點(diǎn)。這些研究表明有多種miRNA促進(jìn)或抑制結(jié)直腸腫瘤入侵與轉(zhuǎn)移過(guò)程，通過(guò)調(diào)整相關(guān)基因?yàn)榭罐D(zhuǎn)移策略提供潛在治療靶點(diǎn)，為CRC的靶向治療提供重要線(xiàn)索。

5 展望

miRNA在腫瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程中具有重要作用，是目前研究的前沿。今后，若能在正常人、結(jié)直腸癌癌前病變患者及不同階段結(jié)直腸癌患者中建立系統(tǒng)完善的miRNA差異表達(dá)譜，將有助于闡明結(jié)直腸癌發(fā)病機(jī)制，為結(jié)直腸癌的診斷治療帶來(lái)新的研究方向和思路。如何特異性地將miRNA的激活劑及抑制劑引入腫瘤細(xì)胞，以及如何利用miRNA的表達(dá)譜為早期結(jié)直腸癌提供診斷依據(jù)，都是未來(lái)的研究方向。miRNA或許可成為結(jié)直腸癌早期診斷、特異性治療及評(píng)估預(yù)后的小分子標(biāo)志物。因此，miRNA在結(jié)直腸癌診療中具有重要意義。

［1］ Siegel,Desantis C,Jemal A.Colorectal cancer statistics.CA Cancer J Clin, 2014,64(2):104-117.

［2］ Jemal A,Bray F,Center M M,et al.Global cancer statistics.Ca A Cancer Journal for Clinicians,2011,61(2):69-90.

［3］ Allemani C,Weir HK,Carreira H,et al.Global surveillance of cancer survival 1995-2009:Analysis of individual data for 25,676,887 patients from 279 population-based registries in 67 countries(CONCORD-2).Lancet, 2015,385(9975):977-1010.

［4］ Lee RC,Feinbaum RL,Ambros V.The C.elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14.Cell,2009,89(6):1828-1835.

［5］ Lingchao C,Xiaofeng W,Hanbing W,et al.miR-137 is frequently down-regulated in glioblastoma and is a negative regulator of Cox-2.European Journal of Cancer,2012,48(16):3104-3111.

［6］ Xuan Y,Yang H,Zhao L,et al.MicroRNAs in colorectal cancer:Small molecules with big functions.Cancer Letters,2015,360(2):89-105.

［7］ Kwon SC, Nguyen TA, Choi YG, et al. Structure of Human DROSHA. Cell, 2016,164(1-2):81-90.

［8］ Raheleh A,Ulf S,Michael L,et al.MicroRNA-mRNA interactions in colorectal cancer and their role in tumor progression.Genes Chromosomes Cancer,2015,54(3):129-141

［9］ Silvia Anna C,Silvia G.microRNAs and RNA-binding proteins:a complex network of interactions and reciprocal regulations in cancer.Rna Biology,2013,10(6):935-943.

［10］ Gurtner A,Falcone E,Garibaldi F,et al.Dysregulation of microRNA biogenesis in cancer:the impact of mutant p53 on Drosha complex activity.J Exp Clin Cancer Res,2016,35(1):45.

［11］ Yoshinaga O,Yuji T,Ajay G.An update on microRNAs as colorectal cancer biomarkers:where are we and what's next? Expert Review of Molecular Diagnostics,2014,14(8):999-1021.

［12］ Hollis M,Nair K,Vyas A,et al.MicroRNAs potential utility in colon cancer:Early detection,prognosis,and chemosensitivity. World journal of gastroenterology, 2015,21(27):8284-8292.

［13］ Peng D,Longfei W,Piotr S,et al.A Biogenesis Step Upstream of Microprocessor Controls miR-17～92 Expression.Cell,2015, 162(4): 885-899.

［14］ Zhang G,Zhou H,Xiao H,et al.MicroRNA-92a functions as an oncogene in colorectal cancer by targeting PTEN.Digestive Diseases & Sciences,2013,59(1):98-107.

［15］ Zhou T,Zhang G,Liu Z,et al.Overexpression of miR-92a correlates with tumor metastasis and poor prognosis in patients with colorectal cancer.International Journal of Colorectal Disease,2012,28(1):19-24.

［16］ Chang Z, Yenxia LU, Xuenong LI. miR-339-3p inhibits proliferation and metastasis of colorectal cancer.Oncology Letters, 2015, 10(5):2842-2848.

［17］ Di LM,Travaglio E,Altomare DF.New strategies for colorectal cancer screening.World Journal of Gastroenterology Wjg, 2013, 19(12):1855-1860.

［18］ Raheleh A,Ulf S,Michael L,et al.MicroRNA-mRNA interactions in colorectal cancer and their role in tumor progression. Genes Chromosomes& Cancer,2015,54(3):129-141.

［19］ Xu Chang Juan,Deng Danling,Yan-qing Ding,et al.The miRNA-143 targeted MACC1 inhibition of cervical cancer cell invasion.Clin Oncology,2015,42(18):26-31.

［20］ Zhou B,Song J,Han T,et al.MiR-382 inhibits cell growth and invasion by targeting NR2F2 in colorectal cancer.Molecular Carc inogenesis,2016,55(12):2260-2267.

［21］ Bo L,Xie Z,Bai L.miR-152 functions as a tumor suppressor in colorectal cancer by targeting PIK3R3.Tumour Biology the Journal of the International Society for Oncodevelopmental Biology & Medicine,2016,37(8):10075-10084.

［22］ Fang Z,Tang J,Bai Y,et al.Plasma levels of microRNA-24,microRNA-320a,and microRNA-423-5p are potential biomarkers for colorectal carcinoma.Exp Clin Cancer Res,2015, 34(1):86.

［23］ Hu J,Cai G,Xu Y,et al.The Plasma microRNA miR-1914 and -1915 Suppresses Chemoresistant in Colorectal Cancer Patients by Down-regulating NFIX.Current molecular medicine, 2015,16(1):70-82.

［24］ Lee JK,Liles EG,Stephen B,et al.Accuracy of fecal immunochemical tests for colorectal cancer:systematic review and meta-analysis. Annals of Internal Medicine,2014,160(3):171-171.

［25］ Zhu Y,Xu A,Li J,et al.Fecal miR-29a and miR-224 as the noninvasive biomarkers for colorectal cancer.Cancer Biomark, 2015,19(5):755-762.

［26］ Ying-Jun L,Zhen-Yu Z,Ying-Ying M,et al.A genetic variant in MiR-146a modifies digestive system cancer risk:a metaanalysis. Asian Pacific Journal of Cancer Prevention Apjcp, 2014, 15(1):145-150.

［27］ Lekun F,Haoran L,Lei W,et al.MicroRNA-17-5p promotes chemotherapeutic drug resistance and tumour metastasis of colorectal cancer by repressing PTEN expression.Oncotarg et,2014,5(10):2974-2987.

［28］ Ghanbari R, Mosakhani N, Sarhadi VK, et al. Simultaneous Underexpression of let-7a-5p and let-7f-5p microRNAs in Plasma and Stool Samples from Early Stage Colorectal Carcinoma. Biomarkers in Cancer, 2015,7(s1):39-48.

［29］ Hur K.MicroRNAs:Promising biomarkers for diagnosis and therapeutic targets in human colorectal cancer metastasis.Bmb Reports,2015,48(4):217-222.

［30］ Rossi S, Narzo AFD, Mestdagh P,et al. microRNAs in colon cancer: A roadmap for discovery.Febs Letters, 2012, 586(19): 3000-3007.

［31］ Min-Bin C,Mu-Xin W,Jun-Yi H,et al.MicroRNA-451 regulates AMPK/mTORC1 signaling and fascin1 expression in HT-29 colorectal cancer.Cellular Signalling,2014,26(1):102-109.

［32］ Yang Yannan,Zhu Haihang.Progress of microRNA-499 in the colorectal cancer.Gastroenterol Hepatol,2015,24(5):41-44.

310053浙江中醫(yī)藥大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院

*通信作者