micro-RNA在肿瘤发生发展中的作用

1、microRNA在肿瘤发生发展中的作用*【摘要】 microRNA(miRNA)作为近年来发现的一种非编码RNA，广泛存在于动植物细胞中，与肿瘤和肿瘤干细胞关系密切，功能复杂，通过对靶mRNA的降解或对靶mRNA翻译的阻遏，起到肿瘤抑制或肿瘤促进的作用，本文对此做一综述。【关键词】miRNA，非编码RNA，癌症，肿瘤发生1 microRNA简介1.1 microRNA的发现和命名microRNA（miRNA）是一类由长约2123个核苷酸构成的非编码单链RNA分子，它们广泛存在于动植物细胞中。miRNA最早于1993年发现，Lee等1在线虫研究中发现一个小分子RNA：Lin-4。到目前为止，共发

2、现并且确认了超过600种人类miRNA的存在2。除最早发现的Lin-4和Let-7外，其他miRNA都用miR-#-#表示，其中miR表示miRNA，第一个#表示其序号，第二个#表示同一个miRNA基因能够转录出的不同转录本，如miR-6转录出3个miRNA则分别记为miR-6-1、miR-6-2和miR-6-3。1.2 miRNA的生物合成与生物学作用在细胞核内，miRNA的基因在RNA转录酶的作用下生成miRNA的原始转录本pri-miRNA，然后pri-miRNA在RNA聚合酶III的作用下，剪切miRNA前体（pre-miRNA）。pre-miRNA进一步切割产生成熟的miRNA，发挥

3、下游生物学功能。Pasquinelli等3在对线虫的研究中发现，22nt RNA通过与mRNA的3UTR区不完全互补结合，来抑制该mRNA的翻译。Yekta等4在研究中发现了与Pasquinelli不同的现象，miRNA与靶mRNA完全互补结合，并最终导致了靶mRNA的水解。提示miRNA主要是通过两种机制调节基因表达：对靶mRNA的降解或对靶mRNA翻译的阻遏；采用哪种机制取决于miRNA与靶mRNA的互补程度：若miRNA与mRNA两者完全互补，miRNA就引导靶mRNA的特异性溶解；若两者不完全互补则引起翻译抑制5-6。2 miRNA与肿瘤2.1 有抑癌基因作用的miRNA2.1.1 m

4、iR-15/miR-16最初认为miRNA抑制肿瘤的原因之一是Cimmino等7发现miR-15/miR-16-1可以通过调节Bcl-2基因诱导凋亡，而且Xia等8的实验也证实在胃癌SGC7901细胞株中miR-15b/miR-16可以通过调节Bcl-2基因来控制SGC7901细胞株的多药耐受性。但是，Linsley等9发现miR-15a/miR-16-1却不能调节Bcl-2,其mRNA和蛋白表达都没有变化，分析其实验结果与Cimmino等和Xia等不同的原因可能在于，miRNA的作用靶位并不保守10，同一miRNA在不同种动物的靶位可能有不同。2.1.2 Let-7Reinhart等11在线

5、虫中发现了Let-7， Let-7 对于诱导细胞周期的退出和终末分化是非常必要的。作为早期发现的miRNA之一，现阶段对于Ler-7已经有了比较多的认识，Let-7缺失将导致细胞不能退出细胞周期，不能分化，这种现象在癌症中很常见。Ras 蛋白家族是生物体内信号级联放大系统中的最重要的成分之一，具有原癌基因的活性，通常在肿瘤中表达异常，并与细胞的恶性化倾向有着密切联系，Johnson 等12研究发现 Let-7 家族通过与 Ras基因的 3UTR 区中多个Let-7 补充位点结合，负向调控Ras信号转导通路。Ortholan等13实验表明Let-7的表达水平在肺癌组织要低于正常肺组织，Let-7

6、a-3 前体 miRNA 可以作为肺癌中的调节性 miRNA 基因，具有原癌基因的潜能。Akao 等14的研究表明Let-7在结肠癌中也起着肿瘤抑制因子的作用。Takamizawa等15在143例肺癌患者中发现，Let-7表*国家973项目（2010CB529403）资助 冯华达水平显著下降，且其表达水平越低，患者的预后越差；体外细胞培养表明，肺癌细胞中若人工表达Let-7，会使细胞的增殖得到抑制。以上结果均提示，Let-7家族与Ras蛋白家族基因上特异位点结合，调节Ras蛋白表达水平，从而达到抑癌的作用：Let-7水平下降，Ras蛋白高表达，肿瘤恶性化水平加大；let-7水平上升，Ras蛋白

7、表达减少，抑制癌细胞增殖。2.1.3 miR-34/miR-155p53是一种肿瘤抑制基因，在所有恶性肿瘤中，50%以上会出现该基因的突变，这是肿瘤中最常见的遗传学改变。He等16在通过在体外培养细胞中人工扩增表达miR-34发现，miR-34家族（包括miR-34a、miR-34b、miR-34c）的表达增加，会通过p53导致细胞衰老和凋亡，但若miR-34表达降低，又会使p53的肿瘤抑制作用减弱，这提示miR-34家族对于肿瘤的作用是双向的。Gironella等17发现miR-155能抑制 TP53INP1的表达，TP53INP1是凋亡前p53靶基因，认为其抗肿瘤作用可能是活化了caspa

8、se途径从而引起细胞凋亡；但miR-155在胰腺导管癌细胞中过度表达。故仅由miR-155对TP53INP1有抑制表达作用就推断miR-155具有抗肿瘤作用应持谨慎态度。2.2 有癌基因作用的miRNA2.2.1 miR-155myc基因参与细胞凋亡，其在肿瘤细胞中常过量表达。Metzle等18在儿童Burkitt淋巴瘤患者中证实miR-155与MYC，尤其是c-MYC协同作用，使 c-MYC在胞浆内合成后，与其它蛋白形成寡聚体，再转移到核内，并结合到特异性的 DNA序列上，从而激活和抑制许多靶基因的转录，引起细胞生长和分化的改变，发挥其生理调节功能及恶性转化作用，这提示了miR-RNA的肿瘤

9、基因作用。2.2.2 miR-17-92基因簇He等19发现在多种淋巴瘤中常常有13q31位点的扩增，这一位点编码了miR-17-92基因簇，其中包含了7个miRNAs：miR-17-5p，miR-17-3p，miR-18a，miR-19a，miR-19b-1，miR-20a和miR-92-1，通过小鼠实验研究证明，同时过表达MYC和miR-17-92基因簇，则细胞的存活率提升，提示miR-17-92基因簇可以协同地行使肿瘤基因的功能，诱导细胞不受控制地增殖，这导致了肿瘤发生。值得注意的是，O'Donnell等20发现MYC诱导了mir-17-92的表达，而这些miRNA可以抑制E2F

10、1的翻译，在这一实验中，miR-17-92基因簇所起的作用似乎是抑癌基因的作用，这与He等19的结果是相反的。可能与E2F1可以促进细胞增殖，但是当E2F1的表达水平超过一阈值，它也可以引起凋亡有关。3 miRNA与肿瘤干细胞（CSCs）Yu等21通过体外培养和小鼠体内培养两种方法，分别让Let-7通过慢病毒载体导入CSCs中，让Let-7恢复表达，作用于Let-7的靶点H-RAS 和HMGA2，使二者表达降低。其中，H-RAS的低表达降低了肿瘤细胞的增值速度，但没有影响分化；而HMGA2的低表达则加强分化，但并不会影响增殖的速度。Buckley等22发现，作为干细胞调控因子的REST，若表达

11、降低50%，则激活miR-21表达，进而使CSCs的全能型表达得到抑制，这提示miR-212可以降低CSCs成瘤能力。Garzia等将miR-199b-5p作用于转录因子HES1，使HES1表达降低，进而通过调节Notch途径，降低髓母细胞瘤（MBs）的增殖率，实验中还发现，miR-199b-5p的过表达会使去胸腺裸鼠体内CSCs基因的表达受阻，同时影响小脑中正常细胞的癌变率，Garzia等2在临床61例MBs患者中发现，非转移性肿瘤中miR-199b-5p的表达率远高于转移性肿瘤中的表达率，这提示miR-199b-5p除了影响CSCs的增殖、分化外，还降低了其转移可能。Gal等23发现在脑胶

12、质瘤中，CD133-细胞有六种miRNA（miR-16, miR-107, miR-185, miR-425, miR-451, miR-486)表达上调，若提高脑胶质瘤干细胞中SMAD3和SMAD4的含量，可上调miRNA-451，促进干细胞分化为CD133-细胞。Silber等24发现miR-124和miR-137在正常神经干细胞（NSCs）中高表达，但在脑胶质瘤干细胞，尤其是恶性多形性胶质瘤干细胞（hGSCs）中低表达，而它们的表达不但可诱导胶质瘤干细胞的分化，还可使脑胶质瘤干细胞的细胞周期停留在G0/G1期，降低了成瘤性。4 miRNA的研究意义4.1 预测肿瘤发展、演进趋势在近年对m

13、iRNA的研究中可发现，miRNA在健康人群和肿瘤患者中的表达水平存在较大差异，且不同类型肿瘤中异常表达的miRNA不尽相同，这提示了可以通过检测miRNA水平，对细胞癌变趋势进行有效监测。除了现阶段常用的Northen杂交、RT-PCR以外，Yin等25筛选出255个来源于编码基因内含子的siRNA和靶 mRNA，这一发现在现有水平上为miRNA临床检测和miRNA组学的研究提供了技术方法。4.2 人工调节miRNA水平到目前为止，尚未有在体调节miRNA水平，用以控制、治疗肿瘤的报道，主要因为目前对于miRNA的影响因素尚未确定。离体实验中，可行的调节方法也较少，将外源miRNA导入，如利

14、用病毒载体转导20。若能够阐明miRNA在体内的上游调控机制，对于人工调节miRNA水平，对于肿瘤的治疗、改善预后具有重要意义。4.3 人工调节miRNA靶位由于miRNA对其靶位的调控是通过3TUR位点完成的，因此，可以通过设计miRNA结合位点，人工限制miRNA与靶位的结合，降低mRNA受其的影响，减少其过表达所造成的负面影响；人工加强miRNA与靶位的结合，达到限制肿瘤发展演进的目的。自2005年Nature Cell等杂志连续刊登多篇有关miRNA相关研究的文章后，miRNA已经逐渐变成继肿瘤干细胞后的另一肿瘤领域的研究热点。miRNA不仅对于预测肿瘤发生、辅助肿瘤治疗、控制肿瘤发展

15、、参与术后恢复等方面有着重要意义，为进一步理解RNA对生命过程的影响提供了另一扇窗口。虽然目前对于miRNA的认识还十分有限，但随着新研究技术不断出现和新miRNA的不断发现，miRNA的研究一定会在肿瘤预防、治疗方面扮演更加重要的角色。参考文献：1 Lee RC, Feinbaum RL, Ambros V. The C. elegans heterochronic genelin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14J.Cell, 1993 , 75 (5): 843-854.2 Garzia L, An

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