微小RNA与肿瘤发生的关系

1993年，Lee等利用遗传分析方法在线虫中发现了微小RNA（microRNA，miRNA）家族中的第一个成员lin-4，从此揭开了miRNA神秘的面纱。miRNA是一组广泛存在于真核生物中的短小单链RNA，长度约为19～25个核苷酸，由于不具备开放阅读框等条件而无法编码蛋白质，miRNA通过与靶mRNA特异性识别结合，抑制靶mRNA的翻译或影响其稳定性，来调控基因的表达；同时，miRNA在肿瘤中表达异常地上调或下降，对于肿瘤的发生起到促进或抑制的作用。

一、miRNA的生物学特性

近年来，miRNA已成为生命科学研究的热点。目前，在植物、哺乳动物、原生生物中发现的miRNA约为3000多个，其中已检测到的人类miRNA达500多个。miRNA在生物基因表达调控中具有重要作用，表现为以下特性：（1）组织特异性：是指miRNA在不同组织中表达为不同的类型，如miR-100、miR-145和miR-222主要分布于前列腺组织中，miR-205和m1R-146主要存在于乳腺组织中，而miR-302家族富含于胚胎干细胞中。（2）阶段特异性：是指miRNA在生物发育的不同阶段有着不同的表达，如lin-4主要在秀丽隐杆线虫幼虫发育的第一阶段中表达上调，而在第三和第四阶段主要表达的miRNA则为let-7，这有助于维持细胞和组织的特异性。（3）结构特异性：是指其3'端可有1-2个碱基长度的变化，其5'端第1个碱基对U有明显的倾向性，而第2～4个碱基却缺乏U；同时第1个碱基对G具有排斥性，除第4个碱基外，其他位置碱基都缺乏C。一般而言，成熟miRNA的5'端有一磷酸基团，3'端有一羟基，这使得miRNA与大多数寡核苷酸和功能RNA的降解片段可以区别。（4）高度保守性：是指各种miRNA都能在其他生物中找到同源体，提示不同生物中的miRNA在成熟的过程中，出现了相似的环节，如转录同一个前体RNA、相同的加工复合体酶等。（5）分布广泛性：①约80%的miRNA基因位于转录单位（如蛋白编码基因或非编码RNA基因）的内含子中，而剩余的miRNA则在转录单位的外显子或同时存在于内含子与外显子中；②许多miRNA基因位于基因间区域，多以基因簇、单拷贝或多拷贝的形式存在；③有些miRNA基因经常出现在染色体断裂或缺失的区域以及发生扩增的区域，这些区域染色体的异常影响着miRNA的表达，与肿瘤的形成有着密切的关系。

二、miRNA的生物学功能

miRNA是一个庞大的小分子调控家族，广泛存在干各种生物体中，参与许多生物学现象与生理过程：（1）参与胚胎发育：在秀丽隐杆线虫中，控制着左右神经元性不对称的基因通常位于双侧味觉受体上，而lsy-6和miR-273对该基因具有调控作用，通过反复地抑制cog-1、lsy-6-转录激活因子和die-1，来维持线虫神经系统发育的双侧不对称性。（2）参与细胞分化：组蛋白去乙酰化酶4（histone deacetylase4，HDAC4）抑制骨骼肌中成肌分化抗原-肌细胞增强因子2复合体（myogenic differentiation antigen-myocyte enhancer factor2 complex，MyoD-MEF2）的形成，而miR-1通过与靶HDAC4结合促进骨骼肌细胞的分化，同时抑制转录因子Hand2的表达，使在心脏形成过程中未分化的肌肉细胞前体达到充足的含量。（3）参与细胞凋亡和增殖：miR-14可与凋亡效应体Drice结合抑制其表达，从而使调亡信号基因介导的细胞死亡表型受到抑制，调控细胞的凋亡。

三、miRNA与肿瘤发生的关系

近年来，人们发现，miRNAs与肿瘤的发生和发展有着密切的关系。与正常组织相比，肿瘤组织中miRNA的表达谱发生明显的变化，并且miRNA与传统的抑癌基因和原癌基因相互作用，此消彼长，在肿瘤的发生和发展中扮演着“双重身份”。miRNA既可具备癌基因的功能，下调抑癌基因的水平，为肿瘤的增殖、转移和浸润等方面提供了有利的条件；又可具备抑癌基因的功能，下调癌基因的水平，为肿瘤的凋亡、分化和治疗等方面做出了有益的贡献。

1.呼吸系统肿瘤：肺癌是呼吸系统常见的肿瘤，Liu等通过半定量PCR和原位杂交实验发现，在人和鼠的肺癌组织中，miR-34c、miR-145和miR-142-5p的表达受到抑制，而在肺癌ED-1和ED-2细胞中恢复这3种基因的表达时，可观察到癌细胞被明显地抑制，提示miR-34c、miR-145和miR-142-5p在肺癌中具有抑癌基因的功能，其中m1R-34c作用于靶点细胞周期素E，抑制其表达，从而阻止癌细胞的增殖。作为另一种抑癌基因，miR-1在原发性肺癌中表达下调。Nasser等使用组蛋白乙酰化酶抑制剂激活裸鼠A549和H1299肿瘤细胞中miR-I的表达，使其上调，可以逆转肿瘤细胞的增殖、转移和侵袭等。Bandi等认为，miR-15a和miR-16同样具备抑癌基因的功能，在肺鳞癌和肺腺癌中，二者负调节周期素D1，抑制肿瘤细胞的生长。在非小细胞肺癌中，miR-15a和m1R-16表达的下降可导致周期素D1、D2和E1的表达上调，加速肿瘤细胞的增殖；当二者恢复表达时，可以使细胞阻滞在G1/G0期，抑制肿瘤细胞的复制。m1R-17-92位于13931.3区域内，常在肺癌中扩增而过度表达，通过作用于缺氧诱导因子1α（hypoxia-induciblefactor1α，HIF-1α），引起包括c-myc、miR-17-92和HIF-1α在内的信号通路的激活，从而促进肿瘤细胞的增殖，发挥癌基因的作用。

鼻咽癌好发于我国的广东、广西、福建等地，其病因与EB病毒感染、遗传、环境等因素有关。Chen等检测了13例鼻咽癌组织和9例癌旁组织的结果显示，miR-17-92簇和miR-155在癌组织中表达上调，而miR-34家族的miR-143和miR-145表达下调，这些基因的下调使得原来抑制的信号通路被激活，为鼻咽癌的发生提供了有利的条件。Sengupta等认为，miR-29c作为抑癌基因，可与编码细胞外金属蛋白基因mRNA的3'非翻译区结合，抑制其表达，使其无法编码复合胶原蛋白和γ粘连蛋白，达到抑制肿瘤的目的。

2.消化系统肿瘤：胃癌在我国的发病率居各种肿瘤的首位，死亡率占全部恶性肿瘤死亡人数的1/4。Takagi等通过检测43例胃癌患者的组织标本发现，miR-143和m1R-145在大多数标本中表达下调；与miR-143相比，将miR-145转染于人胃癌NKN-1细胞，可产生明显地抑制肿瘤细胞生长的效果，且miR-143和miR-145联合转染时的抑瘤效果更好。Du等研究显示，miR-141在80%的原发性胃癌组织中显著下调，当恢复其表达时，可观察到肿瘤细胞系MGC-803、HGC-27、SGC-7901和BGC-823的生长受到抑制。

Salvi等研究显示，在肝细胞癌中，miR-23b可识别尿激酶型纤溶原激活剂（urokinase type plasminogen activator，uPA）和肝细胞生长因子受体（hepatocyte growth factor receptor，HGFR）mRNA的3'非翻译区靶点，抑制二者在肝细胞中的翻译和表达，同时减少癌细胞的增殖和转移。因此，miR-23b的表达水平与肝癌的发生有着密切的关系。Kota等认为，miR-26a可直接作用于细胞周期素D2和E2，使肿瘤细胞的周期阻滞，抑制其增殖；如miR-26a明显下调可为肝癌细胞提供有利的增殖条件。此外，miR-23a作为一种促进肿瘤发生的基因，在早期肝癌Huh细胞中过表达，加快了肿瘤细胞的增殖。

在结直肠癌中，LaRocca等发现，miR-145可与胰岛素样生长因子1受体（insulin-likegrowthfactor1receptor，IGF-1R）和胰岛素受体底物l（insulinreceptorsubstrate1，IRS-1）mRNA的3'非翻译区结合，抑制结肠癌细胞的生长，从而发挥抑癌作用。Chen等通过荧光素酶受体实验发现，miR-143可识别原癌基因K-ras的靶点，影响其翻译过程，从而使结直肠癌细胞无法过度增殖。

3.神经系统肿瘤：神经胶质瘤起源于神经外胚层的间质细胞，Godlewski等发现，miR-128通过识别结合靶Bmi-1mRNA3'非翻译区和降低组蛋白甲基化的程度，影响Akt的磷酸化，并通过上调p21水平，显著下调原癌基因Bmi-1的水平，抑制胶质瘤细胞的增殖与转移。由于Bmi-1基因具有促进干细胞自我更新的作用，因此，miR-128可间接阻止胶质瘤细胞的更新。Huse等认为，在高度恶性的胶质瘤细胞中，miR-26a的扩增延伸与PTEN基因的缺失相关，PTEN基因作为Akt通路的拮抗剂，其表达下调可异常激活Akt通路，促进胶质瘤的形成。因此，miR-26a对PTEN的抑制作用可促进肿瘤的重新形成。作为另一种癌基因，人脑微血管上皮细胞中的miR-296可与靶HGS的3'非翻译区结合，使其表达下调，从而促进胶质瘤中血管的生成。

在好发于儿童的髓母细胞瘤中，miR-199b-5p通过负向调节HES1的表达，间接影响髓母细胞瘤细胞的分化速度，当其充分表达时，可阻断多种肿瘤干细胞的表达，抑制裸鼠小脑髓母细胞瘤的转移潜力，从而发挥抑癌作用。Northcott等通过检测90例原发性髓母细胞瘤中miRNA的表达谱发现，m1R-17和miR-92上调幅度最大，这使得音猬因子信号通路异常激活，为肿瘤的发生提供必要的条件。

4.泌尿生殖系统肿瘤：膀胱癌是泌尿系统中最常见的肿瘤。Dyrskjφt等通过检测106例膀胱癌组织标本和11例正常组织标本中miRNA的水平变化发现，miR-145表达下调幅度最大，miR-21表达上调幅度最大。将miR-129及其前体转染于膀胱癌细胞系724和SW700中，可观察到癌细胞的生长受到抑制，凋亡增加。经过荧光素酶分析，miR-129的这种抑癌作用可能与其作用于GALNT1和SOX4靶点相关。

前列腺癌是男性生殖系统中最常见的肿瘤，定量逆转录聚合酶链反应检测分析的结果显示，miR-23b、miR-145、miR-221和miR-222在前列腺癌组织中呈低水平表达，而恢复这些miRNAs的表达可抑制LNCap癌细胞的生长。DeVere等发现，miR-125b具有促癌作用，它可与靶BAKimRNA的3’菲翻译区特异性结合，抑制其表达而促进肿瘤细胞的增殖；同时，miR-125b可使LNCap癌细胞对雄激素戒断耐受，而这是前列腺癌发生的条件之一。miR-21同样具有促癌作用，通过调控其靶点PDCD4和MARCKS，促进肿瘤细胞的侵袭与转移，增加肿瘤细胞抗凋亡的能力。

5.血液系统肿瘤：急性淋巴细胞性白血病的主要特征是大量类淋巴细胞的未成熟白细胞的出现。Agirre等对353例急性淋巴细胞性白血病患者标本进行检测的结果显示，59%的标本中存在miR-124a下调，这主要是由has-miR-124a的启动子甲基化和组蛋白修饰所导致的，低表达的miR-124a促进了CDK6的表达上调，加快了急性淋巴细胞性白血病细胞的异常增殖。

6.骨骼和肌肉系统肿瘤：横纹肌肉瘤是一种常见的软组织内瘤。Wang等发现，在骨骼形成过程中，核因子κB和YY1的下调可抑制miR-29的表达。在横纹肌肉瘤细胞中，激活的NF-κB/YY1信号通路常引起miR-29沉默，当恢复miR-29的表达时，可观察到肿瘤生长受到抑制，肿瘤分化明显。

7.其他肿瘤：乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一。Iorio等发现，乳腺癌组织中miR-205表达下调.miR-205可直接作用于人类表皮生长因子受体3，干扰其介导的细胞增殖途径，抑制PI3k/Akt信号通路，发挥抑癌作用。Wang等的研究结果显示，与正常人类上皮细胞系MCF10A相比，乳腺癌细胞系MCF-7中miR-145表达下调，提示其具有抑制肿瘤的潜力。进一步研究的结果显示，充分表达的miR-145可直接抑制MCF-7细胞生长，促进其凋亡，发挥直接抑癌功能；miR-145可与RTKNmRNA的3'非翻译区识别结合，抑制RTKN蛋白的表达，发挥间接抑癌功能。

总之，miRNA参与了许多生物进程，包括胚胎发育、分化、增殖和凋亡等，并与肿瘤的形成有着密切的关系。miRNA通过影响肿瘤形成相关的基因和传导通路对肿瘤的发生和发展进行调控，而这个过程也将使miRNA的表达发生变化。随着相关研究的不断深入，miRNA有望成为肿瘤早期诊断的标志、药物治疗的靶点和预后检测的指标等，miRNA的应用空间将会越来越广阔。