MiRNA及其與肺癌早期診斷的新認(rèn)識

曾鳳枝

肺癌是導(dǎo)致全球癌癥死亡的最主要原因，每年因肺癌死亡的人數(shù)超過100萬，且每年新增病例120萬。肺腺癌是最常見的癌癥，其中，約80%的肺癌是非小細(xì)胞肺癌（non small cell lung cancer，Nsclc），盡管手術(shù)、放療、化療技術(shù)不斷提高，但Nsclc的總體生存率仍小于20%[1]。被認(rèn)為是目前對人類健康和生命威脅最大的惡性腫瘤 。微小RNA（micro RNA，MiRNA）是一類分子量為22個核苷酸左右的內(nèi)源性非編碼RNA，于1993年被首次認(rèn)識，是細(xì)胞發(fā)育、凋亡和代謝等多種維持生命必需的生物學(xué)功能調(diào)節(jié)因子，MiRNA調(diào)節(jié)人類近30%的基因表達(dá)[2]。在基因組上，約有超過50%的MiRNA定位于與腫瘤相關(guān)的脆性位點（fragile site）[3]。Small等[4]研究表明，MiRNA已成為許多重要生物過程的主要調(diào)節(jié)因子，在腫瘤和心血管疾病發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。現(xiàn)就MiRNA的分子生物學(xué)研究及其與肺癌早期診斷關(guān)系的新認(rèn)識綜述如下。

1 MiRNA概述

繼1993年在果蠅中發(fā)現(xiàn)第一個MiRNA以來，現(xiàn)已有15172個MiRNA相繼在脊椎動物、蠕蟲、果蠅、植物和病毒等142個物種被發(fā)現(xiàn)，通過克隆技術(shù)（Cloning technology）、深度測序（deep Sequencing）以及復(fù)雜的生物信息學(xué)和遺傳篩選等方法，發(fā)現(xiàn)并鑒定在人類基因組中可能存在的1000個MiRNA[5]，參與生命過程中一系列重要進(jìn)程，包括發(fā)育、增殖、分化和凋亡等。

1.1 MiRNA的分子生物學(xué)特征 （1）MiRNA的長度為18~22 nt，在3’端可以有1~2個堿基的長度變化。（2）MiRNA為單鏈結(jié)構(gòu)，其5’端有一個磷酸基團，3’端為羥基，該結(jié)構(gòu)特點是使其與功能RNA的降解片段和大多數(shù)寡核苷酸保持區(qū)別。（3）MiRNA具有較強的同源性，來自不同基因簇的MiRNA的同源性較弱，其表達(dá)具有組織特異性和時間特異性。（4）MiRNA廣泛存在于真核生物基因組中，其本身不具有開放閱讀框架，是一組非編碼蛋白質(zhì)的短序RNA[6]。

1.2 MiRNA的生成及作用機制 MiRNA的生成過程包括轉(zhuǎn)錄、加工成熟及功能復(fù)合體裝配幾個主要步驟。研究表明，MiRNA的生成和作用須要經(jīng)歷兩個階段：（1）MiRNA基因經(jīng)RNA聚合酶Ⅱ的作用轉(zhuǎn)錄生成初級MiRNA（pri-MiRNA），再由RNA聚合酶Ⅲ-Dorsha-DGCR8復(fù)合體進(jìn)行切割形成前體MiRNA（pre-MiRNA），在細(xì)胞內(nèi)完成[7]。（2）在核酸酶Dicer（屬于RNaseⅢ家族）、RNA聚合酶Ⅲ及旋解酶的共同作用下將其剪切為21~23個核苷酸長度的雙鏈MiRNA，最后，雙鏈MiRNA被降解，其中5’端相對不穩(wěn)定的一條鏈被結(jié)合到核蛋白復(fù)合體并參與形成RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體（RNA-induced silencing complex，RISC）[8]，而另一條鏈隨即被降解，進(jìn)入RISC的MiRNA直接與Argonaute（AGO）家族的蛋白質(zhì)結(jié)合，作為“向?qū)А狈肿咏閷?dǎo)RISC剪切靶基因mRNA使其降解，或結(jié)合到靶基因mRNA的3’UTR抑制靶基因mRNA翻譯，從而在多種生物學(xué)過程中發(fā)揮功能[6]。

2 MiRNA在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用

MiRNA在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因的表達(dá)。超過半數(shù)的MiRNA定位于與腫瘤相關(guān)的脆性位點[3]。近期，Zimmerman等[9]研究認(rèn)為MiRNA通過調(diào)控靶基因的表達(dá)進(jìn)而參與一系列生理和病理進(jìn)程包括調(diào)節(jié)細(xì)胞自我更新、凋亡、干細(xì)胞分化和腫瘤的發(fā)生及轉(zhuǎn)移等。不同類型腫瘤有不同組合的異常MiRNA表達(dá)譜。MiRNA可通過類似癌基因和抑癌基因的作用參與腫瘤發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)歸過程[10]：（1）具有癌基因作用的MiRNA，通常處于靜止或低表達(dá)狀態(tài)，其活化可導(dǎo)致細(xì)胞癌變。在腫瘤組織中，某些MiRNA表達(dá)水平明顯上調(diào)，表現(xiàn)出癌基因的特征。（2）具有抑癌基因作用的MiRNA：具有抑制細(xì)胞過度生長和繁殖，遏制腫瘤形成，其失活亦可導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。Ueda等[11]在所診斷的胃癌病例中，22個MiRNA升高，13個降低，292例樣本均可由MiRNA差異表達(dá)，精確區(qū)分。其主要方式為抑制翻譯或降解mRNA。

3 MIRNA在肺癌中的調(diào)控機制和主要表達(dá)譜

肺癌中MiRNA的調(diào)控機制大致可分為三類[12]：（1）轉(zhuǎn)錄后調(diào)控。（2）表觀遺傳學(xué)（epigenetics）調(diào)控。（3）MiRNA自身的表達(dá)調(diào)控，即MiRNA的單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide ploy morphison，SNP）。MiRNA的多態(tài)性與肺癌形成密切相關(guān)。表1表明與肺癌相關(guān)的主要MiRNA表達(dá)譜及其靶基因和作用機理。

表1 肺癌相關(guān)的主要MiRNA表達(dá)譜、靶基因及作用機理

4 MiRNA與肺癌早期診斷的關(guān)系

目前，對肺癌的早期診斷存在困難，其被發(fā)現(xiàn)時2/3已為晚期。因此，如何提高肺癌早期診斷率已成為改善患者預(yù)后的重要課題。作為一種非侵入性診斷方法，MiRNA的出現(xiàn)和應(yīng)用為早期診斷肺癌提供了準(zhǔn)確可靠的支持。Chen等[13]通過深度測序分別檢測非肺癌患者與肺癌患者血清，發(fā)現(xiàn)其中有8種MiRNA在上述兩種人群血清中存在表達(dá)差異。Lodes等[14]通過交叉驗證分析預(yù)測肺癌的存在具有很高的準(zhǔn)確性，并表明血清中MiRNA的分布有助于肺癌的早期診斷。Rabinowits等[15]發(fā)現(xiàn)肺癌組MiRNA表達(dá)顯著高于對照組。Reller等[16]分別檢測Nsclc組和對照組細(xì)胞中17個和19個MiRNA，發(fā)現(xiàn)有27個MiRNA在肺癌組顯著下調(diào)，分析后結(jié)果表明，MiRNA診斷肺癌的準(zhǔn)確率為95.4%，特異性為98.1%，敏感度92.5%。近期，Mascaux等[17]研究認(rèn)為，支氣管肺癌發(fā)生的整個過程均伴隨著MiRNA表達(dá)譜的改變，而且，在支氣管肺癌形成的早期階段，MiRNA就已參與其中，因此，MiRNA很可能成為肺癌早期檢測的手段。業(yè)已證明，血清中MiRNA的表達(dá)水平與血漿中的表達(dá)水平基本沒有區(qū)別 。晚近，Wittmann等[18]認(rèn)為，血清MiRNA作為癌癥早期診斷工具具有下列優(yōu)勢：（1）MiRNA在癌癥患者血清中表達(dá)異常，且具有高穩(wěn)定性。（2）MiRNA表達(dá)具有組織特異性。（3）獲取方式為非侵入性，簡單易行。

肺癌患者痰液也是值得留取和檢測的有價值的標(biāo)本。Xing等[19]對6個MiRNA進(jìn)行pt-PCR檢測，結(jié)果表明聯(lián)合3個MiRNA：miR-205、miR-210、miR-708用以診斷肺鱗癌的敏感度和特異度分別為76%和96%。聯(lián)合4個MiRNA：miR-21、miR-486、miR-375、miR-200b，在診斷肺腺癌時的敏感度和特異度分別是80.6%和91.7%[20]。

5 小結(jié)與展望

MiRNA是近幾年生命科學(xué)的一大研究熱點，與人類疾病之間有密切關(guān)系。目前，人們對MiRNA的生物學(xué)特征、生成及作用機制，以及其在肺癌中的異常表達(dá)等，已有較全面的了解，這有助于為肺癌的診斷、治療提供新的途徑，為今后腫瘤的預(yù)防和早診早治提供有力的理論和實踐依據(jù)。癌癥患者的MiRNA檢測同時結(jié)合病理學(xué)檢查，有助于提高疾病診斷的準(zhǔn)確性。未來，MiRNA將作為血清學(xué)標(biāo)志物顯示其誘人的應(yīng)用前景，隨著MiRNA的研究進(jìn)展，肺癌患者將會顯著獲益。

[1] Juergens R A．Adjuvant treatment in non-samll cell lung cancer where are we now?[J].J Natl comp Canc Netw，2006，4（6）：595-600.

[2] Berezikov E，Guryev V，Vande Belt J，et al.Phylgdenetic shadowing and computational identification of human microRNA genes[J].Cell，2005，120（1）：21-24.

[3] Calin G A，Sevignanic C，Dumitru C D，et al.Human microRNA genes are frequently located at fragile sites and genomic regions involved in cancers[J].Proc Natl Acad Sci USA，2004，101（9）：2999-3004.

[4] Small E M，F(xiàn)rost R J，Olson EN.MicroRNAs add a new dimension to cardiovascular disease[J].Circulation，2010，121（18）：1022-1032.

[5] Lee Y S，Dutta A.MicroRNAs in cancer[J].Annu Rev Pathol，2009，4（2）：199-277.

[6] 沙龍澤，曾毅，王建博，等.小RNA分子研究進(jìn)展[J].生物學(xué)通報，2009，44（1）：1-5.

[7] Umbach J L，Kramer M F，Jurak I，et al.MicroRNAs expressed by herps simplex virus I during latent infection regulate viral m RNAs[J].Nature，2008，454（7205）：780-783.

[8] Fasanaro P，Greco S，Ivan M，et al.microRNA：emerging therapeutic targets in acute is cheminc diseases[J].Pharmacol Ther，2010，125（1）：92-104.

[9] Zimmerman A L，Wu S.MicroRNAs，cancer and cancer stem cells[J].Cancer Lett，2011，300（1）：10-19.

[10] Calin G A，Croce C M.MicroRNA-cancer connection ：the beginning of a new tale[J].Cancer Res，2006，66（15）：7390-7394.

[11] Ueda T，Volinia S，Okumura H，et al.Relation between microRNA expression and progression and prognosis of gastric cancer ：a microRNA expression analysis[J].Lancet Oncol，2010，11（2）：136-146.

[12] 馬忠良，金由辛.微RNA與肺癌[J].生命的化學(xué)，2010，30（4）：509-513.

[13] Chen X，Ba Y，Ma l，et al.Characterization of micro-RNAs in serum：a novel class of biomarkers for diagnosis of cancer and other dieases[J].Cell Res，2008，18（10）：997-1006.

[14] Lodes M J，Caraballo M，Suciu D，et al.Detetion of cancer with serum MiRNA on an oligonucleotide microarray[J].PLOS One，2009，4（7）：6629.

[15] Rabinowits G，Gercel-Taylor C，Day J M，et al.Exosomal microRNA：a diagnostic marker for lung cancer[J].Clin Lung Cancer，2009，10（1）：42-46.

[16] Keller A，Leidinger P，Borries A，et al.MiRNA in lung cancerstudying complex fingerprints in patient’s blood cells by microarray experiments[J].BMC Cancer，2009，9（4）：353.

[17] Mascaux C，Laes J F，Anthoine G，et al.Evolution of microRNA expression during human bronchial squamous carciongenesis[J].Eur Respir J，2009，33（2）：352-359.

[18] Wittmann J，Jack H M.Serum microRNAs as powerful cancer biomarkers[J].Biochim Biophys Acta，2010，1806（2）：200-207.

[19] Xing L，Todd N W，yu L，et al.Early detection of squamous cell lung cancer in sputum by a panel of microRNA marker[J].Mod Pathol，2010，23（8）：1157-1164.

[20] Yu L，Todd N W，Xing L，et al.Early detection of lung adenocarcinoma in sputum by a panel of microRNA marker[J].Int Cancer，2010，127（12）：2870-2878.