乳腺癌相關microRNA研究進展

涂 軼(綜述),梅金紅(審校)

(南昌大學a.研究生院醫學部2009級;b.第一附屬醫院病理科,南昌330006)

乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤之一,WHO資料顯示全球每年約120萬婦女發生乳腺癌。近年來我國乳腺癌的發病率呈逐年上升的趨勢,目前已位居女性惡性腫瘤死亡率之首,嚴重危害廣大女性的健康。隨著分子生物學研究技術的發展,發現人體內基因的表達異常與腫瘤的發生、發展密切相關,腫瘤的基因治療成為近年來研究的熱點。目前的研究證明,miRNA分子調控了人體基因組內約1/3的基因表達[1],如何對調控腫瘤基因表達的特異性miRNA分子進行調節為全世界腫瘤研究者所矚目。

microRNA(miRNA)是一種內源性的大小在21～23個核苷酸的一類非編碼RNA,其通過下調靶基因的表達或翻譯而參與調節細胞的發育、增殖、分化、凋亡。miRNA的這些生物學特性可能與包括人類腫瘤在內的多種疾病有關。最近的研究表明,miRNA在人類腫瘤的發生和發展中扮演重要角色,發揮著癌基因或抑癌基因的作用。本文綜合目前的研究進展,對miRNA與乳腺癌的關系作一綜述。

1 miRNA分子概述

miRNA存在于染色體的非編碼區域,在細胞核內,編碼miRNA的基因在RNA聚合酶Ⅱ的參與下生成pri-miRNA,并經轉錄后修飾,增加5′-端帽結構和3′-端尾結構,接著 pri-miRNA 在核酸內切酶Drosha和輔助因子DGCR8/Pasha的作用下,形成約70nt、具有莖環結構的miRNA前體pre-miRNA[2],在核膜轉運蛋白Exp5的協助下,從核內轉運到胞質中,在胞質內經Dicer酶進一步加工后與其互補序列相結合,形成miRNA,其作用是在轉錄后調控基因表達[3]。目前的研究認為miRNA主要通過兩種機制進行基因表達的調控[4],一是miRNA序列與靶基因mRNA的3'-UT R結合,如果兩者堿基序列完全互補,miRNA則促使靶基因的mRNA發生降解[5];另一個作用機制是miRNA與靶基因mRNA的3′-UTR的結合,堿基序列不完全互補,則阻止靶基因mRNA的翻譯,但不影響其穩定性[6]。迄今為止,科學家在人類中鑒定出500多種miRNA,占人類已知基因的3%左右[4]。這些miRNA調節的靶基因的產物包括:轉錄因子、分泌蛋白、受體、轉運蛋白等。研究表明miRNA的表達失調,可能引起大量相關基因的表達異常,導致細胞功能的紊亂,甚至出現癌變。

2 miRNA在乳腺癌中的異常表達

miRNA表達異常與人類腫瘤關系密切,在腫瘤發生過程中起癌基因或抑制癌基因的作用[4]。應用miRNA芯片技術和實時定量PCR方法檢測乳腺癌及癌旁組織miRNA的差異性表達,可發現一些與乳腺癌相關的miRNA,通過研究miRNA作用的靶基因,可進一步闡明乳腺癌的發病機制。

2.1 促癌基因miRNA

1) miR-27:細胞轉錄因子ZBTB10/R INZF是一種調控細胞周期的特殊轉錄因子蛋白(SPl)的抑制物。miR-27作為一種腫瘤癌基因miRNA,通過調節ZBTB10表達后從而使SPl蛋白過度表達,引起細胞癌變,miR-27也可使SP2和SP3過度表達,這同樣具有引起細胞癌變的作用[7]。

2) miR-155:Iorio M.V.等[8]采用芯片技術發現乳腺癌組織中 miR-155的表達量顯著上調。miR-155可通過抑制 MAD1、MX11、ROX/MNT 等基因的表達,增加MYC基因的活性,從而促進細胞增殖,起到促癌基因的作用。

3) miR-21:2006年 Volinia S.等[9]就通過研究發現miR-21在結腸癌、肺癌、胰腺癌、前列腺癌、胃癌、乳腺癌等多種實體腫瘤中表達上調,提示其對腫瘤的作用可能具有普遍性。此后,Zhu S.等[10]在MCF-7乳腺癌細胞系中發現抑癌基因 Tropomyosin 1(TPM1)是miR-21的靶基因之一。在兩組細胞中分別導入miR-21質粒和反義寡核苷酸(miR-21抑制劑),可以分別下調和上調 TPM1蛋白表達的水平。最近,Frankel L.B.等[11]在乳腺癌細胞株中發現miR-21的另外一個靶基因:抑癌基因PDCD4。研究證實PDCD4在介導乳腺癌細胞的凋亡中發揮著重要的作用[12]。以上研究結果表明miR-21在乳腺腫瘤的發生、發展過程中通過下調多種抑癌基因而發揮作用。

2.2 抑癌基因miRNA

1) miR-20b處于低氧微環境中的腫瘤細胞,其血管生成和代謝方式的改變使之能在低氧環境中生存及增殖,這是腫瘤微環境的主要特征之一,其中血管內皮生長因子VEGF起著重要作用。Cascio S.D.等[13]通過模擬MCF-7乳腺癌細胞低氧環境,利用蛋白免疫印跡法和RT-PCR等方法發現miR-20b能夠通過調節 HIF-1(低氧誘導因子 1)及STAT3(信號轉導及轉錄激活子3)通路下調VEGF的表達,從而抑制腫瘤細胞的增殖和轉移,起到抑癌基因的作用。

2) miR-195、miR-let7a有研究者在對比分析了7名正常女性與148名乳腺癌患者的血液標本后發現,乳腺癌患者外周血液中miR-195表達均高于正常人。此外,在乳腺癌術后miR-195及miR-let7a的含量明顯降低,與乳腺癌根治術后病情穩定的乳腺癌患者外周血液中miRNA含量相當[14]。此結果說明miRNA可作為乳腺癌早期診斷的生物標記,并能夠反映乳腺癌手術的治療效果。

3) miR-125研究表明高表達的 HER2基因及其蛋白產物可導致乳腺腫瘤惡化[15],miR-125a和miR-125b在SKBR3細胞中呈過表達,能降低HER2和HER在蛋白水平上的表達,因此可以抑制腫瘤細胞的生長、增殖。此外,miR-125a和miR-125b還能通過下調PERK1/2和p-AKT水平來抑制腫瘤細胞侵襲轉移[16]。

3 miRNA與乳腺癌生物學行為

腫瘤的侵襲轉移是導致惡性腫瘤患者死亡的主要原因,因此抑制乳腺癌轉移的發生具有重要意義。miRNA能夠在轉錄水平調節基因的表達,近年研究發現很多與乳腺癌侵襲轉移相關miRNA,人類的癌組織與正常組織相比較,其miRNA普遍被抑制。動物實驗中,人為恢復或上調相關miRNA的表達可通過不同的調節機制來抑制腫瘤細胞在體內的轉移。

Tavazoie S.F.等[17]研究者用微陣點芯片檢測了多個具有高度轉移特性的乳腺癌MDA-MB-231衍生細胞系,發現miR-335與miR-126表達缺失,其中miR-335通過抑制轉錄因子SOX4和細胞外基質成分tenascin C來抑制腫瘤細胞生長及轉移,miR-335調節一系列與腫瘤遠距離轉移相關基因的表達,然而恢復miR-335的表達只能抑制轉移細胞的入侵,而恢復miR-126的表達可以減少整個腫瘤的生長和增殖。另外,這兩者表達缺失提示預后較差。這些研究結果給乳腺癌患者的治療提供了新的靶點。上皮細胞向間質細胞的轉變(EM T)是上皮細胞獲得遷移能力的有效方式,目前體內外實驗均表明,EMT在乳腺癌、結腸癌、肺癌、前列腺癌、肝癌、胰腺癌等多種癌癥的原發性侵襲和繼發性轉移中有重要的作用。發生EMT常伴有E-鈣粘蛋白的表達缺失,而恢復腫瘤細胞中E-鈣粘蛋白的表達可以減少腫瘤細胞的轉移。Dykxhoorn D.M.等[18]用miRNA微陣列和RT-PCR技術在乳腺癌老鼠模型中發現,miR-200家族可抑制轉錄抑制基因Zeb2的表達及增強E-鈣粘蛋白的表達,從而促進EMT,促進了細胞的惡變,也增強腫瘤細胞在轉移部位的定植。MUC1是由muc1基因表達的一種高糖基化蛋白。它在上皮更新與分化,維持上皮完整性和癌的發生與轉移等方面都起到重要的作用。最新研究表明miR-145能通過沉默muc1基因的表達來抑制乳腺癌細胞的轉移,這在肺癌的動物模型中也得到了同樣的實驗結果[19]。因此,上調miR-145的表達可以減少乳腺癌及肺癌細胞的轉移。

然而,并不是所以miRNA在腫瘤細胞轉移中表達缺失,部分miRNA表達增加同樣可以促進腫瘤細胞的轉移。HoxD10基因是同源異型盒基因家族成員之一,HoxD10基因的表達能夠抑制乳腺癌的轉移侵襲能力[20]。Ma L.等[21]發現在乳腺癌轉移細胞中miR-210b、miR-10b的表達升高,而這兩種miRNA的高表達可抑制HOXD10的表達,從而導致轉移基因RHOC的表達增加,引起腫瘤細胞的侵襲轉移。最新研究表明,Schmittgen T.[22]通過一系列體外實驗證明乳腺癌細胞中miR-31表達水平與細胞的侵襲轉移相關,miR-31表達水平升高,細胞轉移能力下降。隨后,在乳腺癌患者中的研究發現,miR-31作用的靶基因表達水平下降,患者的生存期可延長。這為乳腺癌轉移患者的治療提供了一條新的路徑。

綜上所述,miRNA可通過上調或下調基因的表達來影響腫瘤細胞的生物學行為,可用于臨床指導乳腺癌的治療和預后評價。

4 miRNA與乳腺癌多藥耐藥性(MDR)

腫瘤MDR是指腫瘤細胞對一種抗腫瘤藥物產生耐藥的同時,對化學結構和作用機制完全不同的其他抗腫瘤藥物產生交叉、廣譜耐藥的現象。MDR是目前臨床上化療過程中面臨的一個難題。隨著對miRNA研究的不斷深入,表明miRNA與MDR存在密切的聯系。

4.1 miRNA相關的MDR產生機制

1) P-gp過度表達而引起的藥物外排是產生MDR的經典機制之一。Kovalchuk O.等[23]通過研究表明,在耐阿霉素的乳腺癌細胞株MCF-7/DOX中miR-451表達水平下降,促使MDR1及P-gp表達的增加;進而用擬miR-451寡核苷酸轉染細胞,發現其對阿霉素的敏感性增強,提示miR-451能負向調節乳腺癌MCF-7的耐藥性。耐藥的腫瘤細胞表現為自發凋亡能力下降以及癌細胞的無限增殖。

2) Bcl-2是公認的細胞凋亡抑制基因,也是腫瘤MDR的主要機制之一。有研究表明miR-21在惡性膠質瘤、膽管癌和乳腺癌細胞中過表達,具有抗凋亡作用,而在乳腺癌細胞株MCF-7中,miR-21能間接調節Bcl-2的水平,使Bcl-2的過表達,從而增加細胞的凋亡和對化療藥物的敏感性[24]。因此筆者認為miR-21可以作為化療藥物抗耐藥的靶基因。

4.2 近期發現與MDR相關的miRNA

多重耐藥相關蛋白(M RP)在多種腫瘤細胞的耐藥機制中起著關鍵作用,最近有研究表明[25],miR-326在MCF-7/VP細胞系中的表達下調,且與MRP-1的表達呈負相關。上調miR-326的表達,能夠使MRP-1蛋白的含量降低,同時增強細胞對VP和多柔吡星的敏感性。這些異常表達的miRNA與細胞信號轉導、細胞存活、DNA甲基化及侵襲力有關。其中 miR-146a、miR-10a、miR-221/222、miR-345、miR-200b和 miR-200c的表達顯著異常。而且,miR-345和miR-7也是通過作用于MRP1來調節細胞耐藥性。最近,Mei M.等[26]通過實驗發現下調miR-21可以增強乳腺癌細胞對紫杉醇的敏感性。這些結果為基于microRNA分子設計乳腺癌化療藥物提供了新的線索。

5 展望

miRNAs作為抑癌和促癌基因不僅與腫瘤的發生有關,在調節腫瘤細胞的侵襲轉移及耐藥中也發揮著重要作用。特異性腫瘤相關miRNA編碼基因的發現為腫瘤的基因治療提供了新的路徑,一些針對miRNA作用靶點的特異性藥物已進入臨床試驗階段,miRNA的干擾技術也具有巨大的應用前景,但目前對miRNAs的作用靶點、作用機制了解非常有限,利用特異性miRNA的檢測早期診斷乳腺癌、指導術前分期以及乳腺癌手術切除方式并制定術后的化療方案,在已發生侵襲轉移的患者中運用miRNA靶向治療控制腫瘤發展等,這一系列基于miRNA的診療手段還需要更多、更詳細的研究。

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