低氧環(huán)境下miRNA表達對人類腫瘤的影響

摘要：miRNA是一類具有調(diào)控功能的非編碼內(nèi)源性小分子，定位于基因組上與疾病相關(guān)的脆性位點，通過堿基互補配對方式調(diào)節(jié)基因的表達。miRNA本身也受缺氧調(diào)控機制的影響，在低氧環(huán)境下參與腫瘤發(fā)生發(fā)展的過程。本文主要闡述了miRNA的結(jié)構(gòu)、作用機制，以及低氧微環(huán)境下對腫瘤的增殖、凋亡、侵襲等影響，促進對人類腫瘤發(fā)病機制的理解，為臨床治療提供新的思路。

關(guān)鍵詞：miRNA；低氧；腫瘤；侵襲轉(zhuǎn)移

1 miRNA概述

miRNA通常約22個核苷酸大小，分子5'端為磷酸基團，3'端為羥基。它由RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄而成，首先形成約幾百個核苷酸長度的前體miRNA分子，依次通過RNase Ⅲ Drosha和RNase Ⅲ Dicer 處理成為成熟的RNA分子，發(fā)揮生物效應(yīng)。一個miRNA分子可結(jié)合多達200余個目標基因，同時每個目標基因的3'端具有多個miRNA結(jié)合位點，這表明miRNA與目標基因的組合模式復(fù)雜多變，任何錯配、缺失都可能導(dǎo)致疾病，包括腫瘤的發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計，人類miRNA大部分于轉(zhuǎn)錄庫的內(nèi)含子或外顯子區(qū)域中聚集成簇。HE[1]等研究淋巴瘤時發(fā)現(xiàn)過度表達的6個miRNA中，5個屬于mir-17-92基因簇，基因簇的過度表達可能與原癌基因發(fā)生協(xié)同作用，使細胞的增殖不受凋亡因子的調(diào)控。

miRNAs通過兩種方式反向調(diào)節(jié)靶基因：與靶基因mRNA近乎完全互補，其沉默復(fù)合體被相關(guān)酶切斷致使靶基因降解；與靶基因mRNA堿基部分互補，降低蛋白質(zhì)翻譯水平。發(fā)揮抑癌基因功能的miRNA被抑制，或發(fā)揮原癌基因功能的miRNA過度表達，都可以導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。在靶向治療中，可給予與靶基因互補的具有抗miRNA性能的物質(zhì)，使其失活；或利用脂質(zhì)體引入多量的miRNA，促進其內(nèi)源性加工，發(fā)揮抑癌作用。

2 miRNA與低氧微環(huán)境

實體腫瘤中普遍存在低氧微環(huán)境，低氧誘導(dǎo)一系列基因的轉(zhuǎn)錄激活，包括促紅細胞生成素、酪氨酸羥化酶、糖酵解酶等，這些物質(zhì)使細胞適應(yīng)缺氧環(huán)境，導(dǎo)致腫瘤細胞增殖、侵襲行為。目前，miRNA分析表達譜已確定了幾種缺氧調(diào)控的miRNA， Beth[2]等在一個關(guān)于女性子癇前期胎盤狀態(tài)研究中發(fā)現(xiàn)，缺氧使胎盤血供減少，導(dǎo)致mir-210表達顯著增加。該基因位于11號染色體短臂頂端，這個區(qū)域經(jīng)常發(fā)生腫瘤細胞等位基因的缺失，被證實與肺癌、卵巢癌、乳腺癌、腎母細胞瘤、橫紋肌肉瘤等腫瘤有關(guān)。此外， mir-210可以調(diào)控DNA修復(fù)基因，抑制核蛋白質(zhì)纖維形成和同源依賴修復(fù)。

暴露于低氧環(huán)境后，細胞代謝由線粒體氧化磷酸化變?yōu)樘墙徒?，以肺動脈內(nèi)皮細胞為例，mir-210被HIF-1缺氧誘導(dǎo)后表達上調(diào)，直接破壞鐵硫簇支架蛋白（ISCU）完整性和相關(guān)依賴性代謝蛋白的活性；而ISCU可促進順烏頭酸酶的生成，催化檸檬酸的產(chǎn)生，促進線粒體復(fù)合物生成[3]。因此，抑制ISCU即抑制了線粒體呼吸，減少了活性氧的生成，抑制了電子傳遞以及相關(guān)下游功能。此外，低氧刺激細胞周期蛋白、細胞周期因子依賴性激酶等一系列因子，加速細胞分裂進程，引起腫瘤細胞增殖[4]。

3 miRNA與人類腫瘤

2002年，Calin[5]等研究慢性淋巴細胞白血病時首次證明miRNA表達失調(diào)可能與癌癥相關(guān)。隨后，人們發(fā)現(xiàn)大約50%的人類miRNA位于癌癥相關(guān)的基因組注釋區(qū)域。不同的miRNA標記也與多種癌癥及其預(yù)后相關(guān)聯(lián)： miR-17-92通過激活原癌基因來誘導(dǎo)血管生成和促進腫瘤增殖[6]。miR-10b在轉(zhuǎn)移性乳腺癌和肝癌晚期中超表達，促進腫瘤細胞入侵周圍基質(zhì)并遠處轉(zhuǎn)移[7，8]。而抑制mir-210表達可促進細胞凋亡。

Toyama[9]等證實了miR-210在三陰性乳腺癌患者中的表達水平顯著高于ER受體陽性患者，表明miR-210與患者的無病生存期和總體生存期呈負相關(guān)。Camps C[10]等將癌細胞進行低氧培養(yǎng)16h后發(fā)現(xiàn)，包括mir-210在內(nèi)的3個RNA表達高于常氧組的2倍，且mir-210受缺氧時間及氧濃度的影響明顯高于其他miRNA。

Antonis[11]等曾經(jīng)報道過人類卵巢癌基因復(fù)制和變異普遍發(fā)生在mir-210位點上，且基因復(fù)制數(shù)目與蛋白表達量呈正相關(guān)。他們將卵巢癌細胞缺氧培養(yǎng)16h后發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)了約3倍VEGF表達上調(diào)；將卵巢癌細胞和宮頸癌細胞缺氧培養(yǎng)后，確定miRNA均有2倍以上表達差異，且只有mir-210在各細胞系均表達上調(diào)。

Redova[12]等將兩種腎癌細胞轉(zhuǎn)染mir-210抑制劑進行體外功能試驗，包括細胞生存、凋亡、周期測定、劃痕試驗、侵襲及遷移能力等。結(jié)果證實mir-210在腎癌細胞中表達增加；其表達沉默后，兩種細胞株生存能力均較前下降，其中CAKI-2細胞的發(fā)育在細胞周期的G2階段停止，并且侵襲和遷移能力也明顯下降。

4結(jié)論

miRNA已成為一個連接微環(huán)境、新陳代謝、臨床疾病的中心點，可以為腫瘤生物學(xué)臨床分析提供有價值的信息?；趍iRNA的治療策略在腫瘤疾病治療中具有巨大的潛力，為腫瘤患者提供安全有效的抗癌治療。

參考文獻：

[1]He L，Thomson JM，et al.A microrna polycistron as a potential human oncogene.[J].Nature 2005.

[2]Beth LP，Roberto R，et al.Distinct subsets of microRNAs are expressed differentially in the human placentas of patients with preeclampsia.[J].Am j Obstet Gynecol，2007.

[3]Tong WH，Rouault TA.Functions of mitochondrial ISCU and cytosolic ISCU in mammalian iron-sulfur cluster biogenesis and iron homeostasis. [J].Cell Metab，2006.

[4]Kulshreshtha R，F(xiàn)erracin M，et al.A microRNA signature of hypoxia.[J].Mol Cell Biol，2007.

[5]Calin GA，Dumitru CD，et al.Frequent deletions and down-regulation of micro-rna genes mir15 and mir16 at 13q14 in chronic lymphocytic leukemia.[J].Proc Natl Acad Sci USA，2002.

[6]Dews M，Homayouni A，et al.Augmentation of tumor angiogenesis by a myc-activated microrna cluster.[J].Nat Genet，2006.

[7]Gabriely G，Yi M，et al.Human glioma growth is controlled by microrna-10b.[J].Cancer Res.2011

[8]Ma L，Teruya-Feldstein J;et al.Tumour invasion and metastasis initiated by microrna-10b in breast cancer.[J].Nature，2007.

[9]Toyama T，Kondo N，et al.High Expression of MicroRNA-210 is an Independent Factor Indicating a Poor Prognosis in Japanese Triple--negative Breast Cancer Patients.[J].Jpn J Clin Oncol，2012.

[10]Camps C，Buffa FM，et al.Hsa-miR-210 is induced by hypoxia and is an independent prognostic factor in breast cancer.[J].Clin Cancer Res，2008.

[11]Antonis G，Huang J，et al.MiR-210 links hypoxia with cell cycle regulation and is deleted in human epithelial ovarian cancer.[J].Cancer Biol Ther，2008.

[12]Redova M，Alexandr P，et al.MiR-210 expression in tumor tissue and in vitro effects of its silencing in renal cell carcinoma.[J].TumorBiology，2013.

編輯/申磊