MicroRNA在胃癌發生與治療的研究進展

劉圣活 龍周 吳東海 黃迪南

(1.廣東省深圳市第九人民醫院 廣東 深圳 518116; 2.廣東省醫學院病理教研室 廣東 湛江 524000)

胃癌與其他系統腫瘤一樣,是由一類復雜的基因表達異常性疾病,其中包括編碼及非編碼基因的結構和表達的異常。在過去幾十年里,人們普遍認為編碼蛋白表達的癌基因或抑癌基因的異常表達是胃癌發生的關鍵環節。然而,過去的幾年里隨著數千種非編碼RNA(ncRNA)的相繼發現,以及部分非編碼RNA在表達調控中所扮演的重要角色相繼被揭開,人們開始意識到胃癌發生的機制遠比我們當初想象的復雜[1]。

MicroRNA簡稱miRNA,通常長度為21～25個核苷酸,是一類重要高度保守的非編碼的小分子單鏈RNA,具有調節基因表達活性的功能[2],其通過和靶基因mRNA堿基配對引導沉默復合體(RNA-induced silencing complex,RISC)降解mRNA或阻礙其翻譯,在轉錄后水平調空靶基因的表達[3]。miRNA廣泛存在于真核生物體內,參與動植物的組織器官發育、細胞增殖、分化和凋亡、脂肪代謝、激素的分泌等各種過程,并廣泛參與腫瘤的發病機制。本文綜述其在胃癌中發病機制與治療研究進展。

1 miRNA結構與功能

在生物體細胞內不僅含有mRNA,還含有大量非編碼RNA,它們雖不編碼蛋白質,但廣泛參與基因的表達調控,其中miRNA就是一種具有重要功能非編碼RNA。第1個被確認miRNA是1993年Lee[4]等在線蟲中發現的Lin-4,并通過定點突變發現Lin-4不編碼蛋白,而是編碼一種小分子RNA,其與靶標基因Lin-4的mRNA的3`UTR特定區域結合來抑制Lin-4的翻譯。2000年Reinhart等[5]發現了另一個類似的具有轉錄后調節功能的小分子RNALet-7,隨后Let-7的同源物在人類和果蠅中被發現,其能與靶標mRNA的3`UTR結合引起靶標mRNA的翻譯抑制或降解[6],此后在南芥、小鼠與人類等各種生物及病毒中都相繼有miRNA的報道達8000多種,包括人類700余種miRNAs,它們調節著大量部分編碼蛋白基因和一部分非編碼基因。

miRNA的加工成熟過程分為兩步:pri-miRNA在核內被Drosha酶加工成具有發夾結構的前體[7]即pri-miRNA。primiRNA轉運到細胞質后在Dicer酶的作用下被加工為21～25nt的成熟miRNA[8],能夠和互補或部分互補的靶mRNA的3`未端非翻譯區結合,使mRNA降解或介導其翻譯抑制。其表達具有組織和時期特異性,而且其中一些基因在進化上有很高的保守性。Lira等[9]研究發現通過導入某些miRNA能夠導致上百個基因mRNA水平的下調,證明了一個miRNA可以調控多個靶基因。另一些則是多個miRNA作用于一個靶基因上。miRNA通過與靶標基因的mRNA配對來調節靶標基因的翻譯或者mRNA的穩定性,通過基因組學和蛋白組學研究發現,單個miRNA可以直接調節上百個基因的翻譯并間接影響上千個基因表達[10]。

miRNA通過與沉默復合體(RISC)相結合,通過互補或不完全互補的方式識別并結合靶基因,使靶基因mRNA裂解或抑制其蛋白翻譯,因而在轉錄后水平影響基因和/或蛋白的表達。這種調節既可以通過一個miRNA調控多個基因的表達,也可以通過幾個miRNA的組合來精細調控某個基因的表達。由于這些被調控的基因和蛋白在生物生命活動中功能各異,因此miRNA通過機體內復雜的網絡調控體系,對生物體的發育、分化、增殖、凋亡、免疫調控等生理活動以及惡性腫瘤等疾病的發生進行精確調控。例如miR-15和miR-16在調控抗凋亡基因B細胞淋巴瘤/白血病-2水平上起重要作用[11]。

近年來有學者提出miRNA與靶mRNA之間存在“調節靶標“的關系,認為miRNA將靶基因的水平調整到了最佳水平,且由于miRNA的保守性,因此提出在人類也存在這種關聯。如在果蠅中保守的miR-8發生突變則會使其靶基因atrophin活性有所增加。然而miR-8表達細胞中atrophin水平降低到miR-8調控水平以下也是有害的。隨著對miRNA調控基因表達研究的逐漸深入,將有助于人們理解高等真核生物基因組的復雜性和復雜的基因表達調控網絡。

2 miRNA與胃癌的發生

胃癌是消化系統腫瘤中發病率和惡性程度均高的腫瘤,其總體治愈率近十年來未得到顯著提高,而腫瘤的發生發展機理仍不十分清楚。近來大量研究表明,胃癌是一種多基因疾病,其發展是一個多步驟過程,是多種相關基因失活導致的結果[12]。miRNA可以作為癌基因和/或抑癌基因發揮促癌和/或抑癌作用。研究者將腫瘤中某些過表達miRNA稱作癌miRNA。Chan等[13]用定量PCR對37例胃癌病人的腫瘤組織和相應正常組織的miR-21表達水平進行測定,并對miR-21的臨床關聯性進行統計學分析,結果發現:miR-21在92%(34/37)的胃癌樣本中過表達。盡管如此,過表達的miR-21其表達水平與病人預后并沒有線形關系,即兩個均有miR-21表達增高的胃癌病人,miR-21水平越高并不代表預后就越差,因此miR-21可以作為胃癌診斷的一個有效標志物,但對判斷胃癌病人的臨床預后意義不大。Lu等[14]也發現miR-21具有原癌基因的作用。Zhang等[15]建立一種精確、快速的莖環狀反轉錄實時PCR方法來對胃癌中人類Let-7a miRNA進行定量,結果顯示胃癌組織中的表達水平顯著比正常組織低,提示Let-7a miRNA在胃癌的發展中起重要作用。Petrocca等[16]發現miR-106b-25可以抑制抑癌基因p21等的表達,并發現E2F1可以啟動miR-106b-25的轉錄。轉化生長因子TGF-beta在正常組織中可以抑制腫瘤的生成,但在腫瘤中卻會促進腫瘤細胞的生長,其機制一直不清楚,在人類胃癌中上調的miR-106b-25亞群直接影響TGF-beta信號通路的作用,使其由抑癌因子向促癌因子轉化,抑制miR-106b-25的表達可明顯消除腫瘤細胞對TGF-beta的抵抗。同時miR-106b和miR-932調控E2F1的表達,從而建立一個miRNA定向的負反饋圈。此外,這些miRNA的上調損害TGF-beta腫瘤抑制回路,干擾CD-KNIA和BCL2L11的表達。這些發現表明miR-106b-25亞群參與E2F1的轉錄后調節,且可能在胃癌TGF-beta抵抗的發生中起重要作用。

3 miRNA與胃癌的治療

從目前的研究現狀可以看出,由于miRNA在腫瘤的發生發展中起重要作用,可以直接調控細胞的分化和凋亡影響腫瘤的發生,也可以通過作用與癌基因或抑癌基因間接影響腫瘤的發展,因此miRNA在腫瘤中表達譜的改變可作為生物學標記用于甄別診斷,并且miRNA作為生物學治療靶標已經取得實驗性進展。Li等[17]用基于鼠類miR-155序列的人造miRNA(PCMV-PRL3 miRNA)有效地使靶基因PRL3在SGC7901胃癌細胞中的表達從mRNA和蛋白水平產生沉默。此后的體外實驗發現,PCMV-PRL3 miRNA能顯著減少SGC7901細胞的侵襲和遷移。在體內試驗,降低PRL3能有效抑制裸鼠胃癌細胞的轉移,明顯改善預后。Motoyama等[18]用實時定量反轉錄PCR分析110個不同臨床病理特征胃癌病人的高遷移率組A2(HMGA2)的表達,并且研究了胃癌中HMGA2的表達與Let-7miRNA家族表達的關系,結果發現HMGA2在胃癌的高表達與侵襲性有關,而且是一個獨立的預后因子,因此HMGA2可能是胃癌治療的一個潛在的靶點。miRNA的發現,是RNA研究領域的重要突破,使人們認識到生物基因和基因表達的本質。雖然在各個物種中發現了許多miRNA,但對胃癌中miRNA的研究尚不是很多,能給出直接證據證明miRNA的靶點及其功能、作用機制的miRNA則更少。胃癌中miRNA的篩選及其靶點的鑒定將提高人們對胃癌的發生、發展、診斷、預后,對它們在胃癌抗癌藥物療法中的作用進行研究將會很有前途,以miRNA為靶點或者以miRNA為手段的胃癌治療,必將成為抗腫瘤治療策略中的新亮點。

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