癌症研究进展 miRNA在癌症的诊断与治疗中的研究进展

　　　　miRNA的生物学特征　　miRNA的概述：小分子RNA（miRNAs）是一种非编码RNA长度约22个核苷酸（nt），其作用为于转录后调节基因表达。1993年首次在秀丽隐杆线虫发育过程中描述了这种类型的调节1，2，从此以后在其他的生物体内也对此类的调节加以描述。迄今为止，已在人体内发现超过1400的miRNA，这些基因大约占在人类基因组中的1%～3%3。据估计，30%～60%的蛋白质编码基因由miRNA来调节4，5。miRNA调节多个细胞增殖、凋亡相关基因的表达，从而多种病理生理学过程。然而，其主要功能还是建立和维护多种细胞类型的分化状态6。miRNA存在于基因组的不同区域；其中70%位于基因内，宿主基因和miRNA具有相同的方向，且由相同启动子区域调控，可与宿主同时表达7。40%的miRNA以基因簇的形式存在，每个基因簇中的miRNA调控一种共同的途径8。
　　miRNA的生成：miRNA的生成是一个复杂的过程，他们首先通过的初级转录的miRNA（初级miRNA的）生成，它们可由60～80n长度茎环构成一个或几个二级结构，这些茎环结构在细胞核中被识别并被Drosha酶，RNA酶Ⅲ核糖核酸内切酶，以及其伴侣DGCR-8切割9。Pri-miRNA裂解生成miRNA前体（premiRNAs），它们是长度约70个核苷酸的发夹结构且有2～3个核苷酸的突出10。前体miRNA可被输出蛋白5以及其辅助因子RAN-GTP共同输送至细胞质11。最终，miRNA前体被Dicer酶，另一种核糖核酸内切酶核糖核酸酶Ⅲ及其伴侣-反式激活RNA结合蛋白（TRBP）加工成含有21～25nt的双链miRNA12。一旦成为成熟的miRNA，其双链就被Dicer酶加载至RNA诱导沉默复合物（RISC）内，保留其不太稳定的5"末端链，并随即启动转录后基因沉默。然而，剩余未使用的miRNA链可被纳入细胞中特异外来内，并从细胞中排出13，其作用尚不完全清楚。这可导致细胞外的miRNA于体液主要是血清中出现。因此，使用血清miRNA对癌症的诊断以及预后的可能性已引起广泛关注。
　　miRNA的作用：哺乳动物体内miRNA通常是通过与目标mRNA的3"UTR部分互补结合从而抑制其翻译表达14。不同物种中目标基因的表达与调控与miRNA的差异表达密不可分，因此这也使得对其调控机制的研究变得十分困难。然而，研究者已经开始探索新的miRNA和其下游靶基因，以及不同的物种细胞和组织中miRNA的表达谱15。近年来，越来越多的研究证实miRNAs肿瘤发生发展的各个阶段，并与肿瘤的侵袭转移密切相关，为肿瘤的诊断与治疗提供了新的线索和思路。
　　miRNA与肿瘤的发生
　　miR-15a和miR-16-1是最早发现的与肿瘤相关的miRNA，位于人类染色体13q14区域的LEU2基因5、6外显子之间，在慢性淋巴细胞白血病（CLL）中该区域的缺失被认为是导致了肿瘤侵袭转移发生的因素之一16。正常细胞中miRNA可通过抑制抗凋亡原癌基因BCL-2的表达而诱导细胞凋亡17。同时也发现其他许多miRNA在癌症发生中的改变，而大多数的改变导致了他们的调控异常。同时，研究还发现癌症细胞中也存在着这些基因的表达异常，并且大多数受到不同miRNA的调控。
　　研究发现50% miRNA基因位于肿瘤相关的染色体或其脆性位点上，肿瘤的发生直接及间接与这些基因相关。已证实60%肿瘤的发生与抑癌基因p53的异常表达及突变有关，He等人发现miRNA可通过干预P53的表达过程来抑制肿瘤细胞的生长。Guil等人发现，RNA链接蛋白能促进特定miRNA的表达，从而影响肿瘤的发生发展，如连接蛋白hnRNPA1能与miR-18a特异结合，促进miR-18a大量表达，从而促进肿瘤的发生发展。现在很多证据证明miRNA的表达改变是肿瘤发生的共同特征。
　　miRNA与肿瘤的侵袭与转移
　　肿瘤转移是指肿瘤细胞从最初部位通过血液循环定植于远隔器官并且不断生长，侵袭转移是恶性肿瘤的标志之一，也是导致癌症患者的主要死亡原因。研究证实，miRNA参与肿瘤转移的全过程，并可能成为治疗恶性肿瘤的新靶点以及判断病情预后的新标志。Kong等人发现18，miR-155表达水平升高可以促进肿瘤细胞间紧密连接的破坏，导致肿瘤转移。敲除miR-155基因的乳腺癌细胞侵袭能力大大降低。上皮间质转分化（EMT）是上皮细胞在某种特定的环境中获得间质细胞特性，成为间质样细胞其运动能力大大提高，此过程被认为是肿瘤细胞发生转移的重要机制，miRNA 可通过促进肿瘤细胞EMT的发生从而增加细胞的侵袭转移能力。E-钙黏素（E-cadherin）与细胞黏附能力密切相关，是调节EMT发生的重要分子，锌指蛋白转录因子ZEB1 和ZEB2可抑制E-cadherin的表达，从而促进肿瘤细胞EMT的发生，增加细胞的运动转移能力。研究发现，miRNA分子也参与了该过程，抑制miR-200及miR-205，可促进ZEB1 及ZEB2 的表达上调19。Gebeshuber等人发现20，miR-29a表达上调可抑制锌指蛋白36-TTP蛋白（tristetraprolin），促进EMT过程发生，导致肿瘤转移。miR-10b和miR-9是乳腺癌细胞侵袭和转移的重要参与者。同源异型盒基因HOXD10是miR-10b的下游目标基因；过表达的miR-10b可导致HOXD10表达持续下调，而过表达的miR-10b可诱导RhoGTP酶的亚家族成员Rhoc表达上调，在体外实验中过表达的HOXD10或者下调的Rhoc几乎完全抑制miR-10b诱导的转移和侵袭21。同时研究表明miR-9可直接作用于编码E-cadherin的CDH1基因的mRNA进而增加细胞的侵袭转移能力22。 　　miRNA与肿瘤的诊断
　　miRNA的表达谱与肿瘤的胚胎起源密切相关，并且其表达多呈现组织特异性，因此，miRNA可以作为有效的肿瘤诊断标志物用于临床。近年越来越多的证据表明循环中的miRNA 可作为无创的、敏感的肿瘤诊断标志物。Lu等最近提出利用全基因miRNA表达谱可鉴别一些靠组织学方法和基于mRNA的诊断法难以鉴别的低分化肿瘤23。miRNA表达谱也可用于辨别同一器官但组织来源不同的肿瘤，如鉴别胰腺内分泌性肿瘤和腺泡肿瘤、肺鳞癌和腺癌等，另外也可辨别组织学结构相似但分子组成不同的血液系统肿瘤。Mitchell等发现miRNA尚存在于外周循环中24，其种类和数量随生理状况、疾病的种类和病程不同而有所差异。
　　miRNA与肿瘤的治疗
　　功能研究表明miRNA通过转录后调节机制影响基因的表达从而发挥致癌或者抑癌作用，因此miRNA以及其靶基因可作为治疗肿瘤的有效的药物作用靶点。目前最有潜力的治疗手段是miRNA类似物（miRNA mimic）以及反miRNA寡聚核苷酸类。目前对miRNA进行干预来治疗肿瘤主要有两条思路：①通过转染或直接导入人工合成的miRNA，使有抑癌基因特性的miRNA表达上调，从而抑制肿瘤的生长及转移；②功能研究表明miRNA通过转录后调节机制影响基因的表达从而发挥致癌或者抑癌作用，因此miRNA以及其靶基因可作为治疗肿瘤的有效的药物作用靶点。目前最有潜力的治疗手段是miRNA类似物（miRNA mimic）以及反miRNA用与特异miRNA互补的反义小分子核苷酸，与相应的miRNA相结合，来沉默或竞争性抑制其与目标mRNA的结合，使有癌基因特性的miRNA功能得以阻断，达到抑制肿瘤生长的目的。在小鼠不同器官注入AMOs（一种抗microRNA寡核苷酸），抑制癌基因特性的microRNA，可以明显抑制肿瘤的生长25。用病毒或脂质法瞬时导入大量抑癌基因作用的microRNA，可用于某些肿瘤的治疗26，27。
　　2008年，首次进行了以调控miRNA为基础临床治疗试验。Ⅰ期临床试验使用与miR-122互补的LNA寡核苷酸来抑制此种致癌miRNA的表达，病毒的复制，通过抑制miR-122可治疗丙型肝炎。2010年，宣布这项临床试验的成功，并开始第二阶段临床试验28。尽管这是目前唯一的应用于临床miRNA表达调控的研究。然而另外几项针对哮喘，白血病和其他类型肿瘤的miRNA调控的临床试验正在进行中。
　　问题与展望
　　miRNA是小分子，在调节基因表达，维持分化状态和控制细胞周期等多种生理病理过程中均具有重要作用。据估计，大多数人通过表观遗传调控，而表观基因的结构域中常常存在与miRNA靶向互补的区域，表明这些基因的调控是相互关联的，这些基因及其调控途径同时参与肿瘤的发生发展。miRNA的表达异常引起肿瘤发生，以及肿瘤细胞，耐药，抗辐射，侵袭转移等能力的变化。研究发现miRNA与不同类型癌症的发生，癌症的化疗与放疗相关，而肿瘤的侵袭与转移可以导致更具个性化及更有效的癌症治疗药物的研发。此外，miRNA表达谱及组织特异性可帮助寻找转移肿瘤的原发灶成为肿瘤诊断治疗良好的工具
　　总之，更好的了解miRNA的功能和作用机制可为肿瘤的诊断和治疗提供更可靠的依据。
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