现代分子生物学专题讲座论文

现代分子生物学专题讲座小论文

miRNA与肿瘤相关研究进展

摘要：miRNA是近年来发现的一种小分子RNA，长度为19-23nt。在肿瘤中，miRNA通常以瘤基因或抑瘤基因的角色参与肿瘤的发生发展，并与肿瘤的发生及发展密切相关。本文摘要了近年来miRNA与肿瘤相关的各方面进展，包括MiRNA 参与肿瘤发生发展的调控机制（包括转录因子-miRNA调控的多样性、MiRNA-靶基因调控的多样性、MiRNA加工成熟过程的调控及竞争性内源RNA对miRNA的调控）、miRNA与肿瘤诊断、miRNA 与肿瘤细胞的耐药性、miRNA与肿瘤细胞周期及miRNA抑制肿瘤转移。

关键词：肿瘤、miRNA

miRNA是近年来发现的一种小分子RNA，长度为19~23nt。最早发现的miRNA 是秀丽杆菌线虫体内的lin-4，但miRNA术语的提出首见于2001 年《科学》杂志的3篇文章。miRNA在物种间具有高度的保守性、时序性和组织特异性[1]。目前已发现人类miRNA 达800 多种，并证实部分miRNA异常表达与特定的肿瘤具有相关性在肿瘤中，miRNA通常以瘤基因或抑瘤基因的角色参与肿瘤的发生发展，并与肿瘤的发生及发展密切相关。通过了解miRNA与肿瘤的密切关系，有助于未来对肿瘤的防治、治疗和诊断，并最终使肿瘤不再是一种绝症，而成为一种常规疾病，可防、可控、可治疗。由于对于这种关系研究的并不透彻，该领域未来研究方向将主要集中在新miRNA靶标分子的识别、miRNA参与疾病发生分子机制的研究及作为某些疾病诊断、预后和治疗的特异性miRNA分子的筛选及鉴定等方面。

一、MiRNA 参与肿瘤发生发展的调控机制[2]

1、转录因子-miRNA 调控的多样性 miRNA的转录过程是顺式作用元件和反式作用因子交互作用的结果。在miRNA编码基因(gDNA)转录成miRNA初级转录产物(primary miRNA，pri-miRNA)的调控过程中，转录因子发挥了关键作用，其表达或活化程度直接影响miRNA初级转录产物的表达。一个基因的表达通常受到多个转录因子的调控，一个转录因子也可能同时对多个靶基因进行转录调控，MiRNA的转录调控过程也遵循类似的调控规律。这种转录因子-miRNA调控的多样性，增加了miRNA表达调控的复杂性，与肿瘤的发病直接相关。

2、MiRNA-靶基因调控的多样性 MiRNA能够识别特定目标mRNA的3'-U TR，通过降低靶mRNA的稳定性或转录后抑制翻译过程而负性调控靶基因的表达。在

肿瘤中，miRNAs-靶基因调控的多样性决定了miRNA在肿瘤中的生物学功能。MiR-21在乳腺癌、前列腺癌、肝癌、脑瘤、肺癌等多种恶性肿瘤中表达显著上调，并与其恶性分级呈正相关，致瘤性miR-21可以同时负性调控其下游抑瘤性靶基因ANP32A，SMARCA4，PDCD4和PTEN的表达而促进肿瘤细胞的增殖、侵袭转移及化疗耐药，说明miRNA对多个靶基因的调控是miRNA参与肿瘤发生发展的重要机制。

3、MiRNA加工成熟过程的调控 miRNA加工成熟是一个复杂的生物学过程，其中Drosha和Dicer在miRNA加工和成熟过程中发挥重要作用。在miRNA 的剪切和成熟过程中，Drosha和Dicer的结构、表达和活性均可能影响miRNA 成熟体的合成。在绝大部分实体瘤组织中存在miRNA整体水平的表达下调，说明miRNA加工成熟过程中某一共同环节——miRNA处理机器中的关键部件出现异常。Martello等发现miR-103/107在乳腺癌中表达上调，与肿瘤的侵袭和转移正相关，并证实Dicer是其直接靶分子，miR-103/107通过负性调控其靶基因Dicer的表达而整体下调miRNA的表达水平，且Dicer介导的miR-200下调是miR-103/107促进乳腺癌上皮间质转化的分子机制。这些依据表明，Drosha和Dicer的表达和活性通过影响成熟miRNA的合成，参与肿瘤的发生发展。

4、竞争性内源RNA对miRNA的调控竞争性内源RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)是一种内源性RNA转录体，能与其它RNA转录体竞争相同的miRNA，从而实现相互间的交流与调节。ceRNA假说是基于近期一系列关于RNA转录体之间相互对话的研究而提出的，该假说认为：ceRNA能与其它RNA转录体竞争相同的miRNA，形成大规模的转录调控网络，从而扩大人类基因组的遗传信息。近年来，许多在肿瘤中具有重要生物学功能的ceRNA被相继发现和鉴定。因此，ceRNA是miRNA活性调节的一种方式，在肿瘤的发生发展中发挥重要的生物学功能，其表达和结构异常是恶性肿瘤发生发展的重要分子机制

二、miRNA与肿瘤诊断[3]

同正常细胞相比，某些miRNA在肿瘤组织及细胞中呈现高表达，因此miRNA 有潜力成为肿瘤新标记，并有可能成为肿瘤诊断、预后的生物标记物。Lee等通过原位PT-PCR技术在胰腺细胞中发现miR-221、miR-376a和miR-301有异常表达，而在基质细胞、良性的胰腺腺泡或腺管中则未出现异常。Yanaihara等发现has-miR155高表达和has-let-7a-2低表达与肺肿瘤的预后不良有关。Lu等根据微珠流式细胞术建立的miRNA表达图谱，对肿瘤组织和正常组织的miRNA表达谱进行了比较，发现不同肿瘤类型间的miRNA的表达谱存在一定差异。利用miRNAs 表达谱的不同对不同组织来源的肿瘤进行单独聚类。来源于上皮细胞的肿瘤如结肠癌、胰腺癌和胃癌等可以归为一类，显示出miRNAs表达谱有助于人类肿瘤

的组织分型。另外Lu等认为，miRNAs可能会在决定细胞分化状态方面起到进一步的作用，将肿瘤组织的miRNA表达谱与正常组织相比可确定这些细胞的分化程度。因此建立肿瘤miRNA标签或miRNA表达谱，将有助于对癌症的诊断与治疗。

三、miRNA与肿瘤细胞的耐药性[4]

1、miRNA突变与肿瘤细胞的耐药 miRNA突变包括影响 miRNA正常功能的各种基因变异, 可以纯合或杂合的形式存在。在人类基因组中导致 miRNA 功能增强或减弱的各种突变形式包括插入、扩增、缺失、转置和单碱基突变等。这些突变可以分为 3 类: 影响miRNA生物合成的基因突变(如 pri-miRNA和pre-miRNA的突变、成熟miRNA的突变、Drosha、Dicer及Exportin5-RanGTP 的突变等)、miRNA靶基因的突变(包括miRNA结合位点及附近序列的突变)、影响 miRNA 基因正常表观遗传学调节(如甲基化和乙酰化)的突变。 miRNA突变通过改变药物吸收、代谢、分布和药物靶标修复、细胞凋亡等通路中基因的表达水平影响药物的临床效果。

2、miRNA异常表达与肿瘤细胞的耐药多数恶性肿瘤中存在miRNA的异常表达现象。miRNA表达水平异常的原因可能包括:miRNA半数以上定位于肿瘤中易发生改变的染色体区域,这些区域包括最小杂合子缺失区域(minimal regions of LOH)、最小扩增区域(minimal regions of amplifica- tion)、常见的断裂位点(breakpoint regions)以及脆性位点(fragile sites, FRA)；与miRNA加工相关的基因及其蛋白发生异常变化；调控 miRNA 表达的表观遗传发生改变。miRNA 的表达水平上调或下调时, 直接造成靶基因蛋白表达水平异常, 最终通过细胞信号通路改变肿瘤细胞的药物敏感度。这些靶基因包括药物转运体、药物靶点、细胞凋亡、细胞修复和细胞周期调节相关的基因。

四、miRNA与肿瘤细胞周期[5]

细胞周期调控网络的异常与肿瘤的发生发展密切相关，细胞周期蛋白(cyclin)、细胞周期蛋白依赖性激酶的异常表达、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂的缺失以及检测点的异常等都将使细胞周期发生紊乱，细胞增殖失控，导致癌变。大量证据表明，miRNAs可通过调控其靶基因参与的信号通路，影响肿瘤的发生发展，发挥着类似于癌基因或抑癌基因的功能。某些miRNAs与细胞周期调控有关，它们可以通过靶向E2F、Cdks、cyclins、CKI等促进或阻滞细胞周期的关键调节因子，进而调控细胞周期，并且这种由miRNAs介导的细胞周期调控方式与恶性肿瘤的发生发展密切相关。因此，阐明miRNAs在细胞周期调控网络中所扮演的功能角色，尤其是其在人类肿瘤发生发展过程中的作用机制是一个值得深入研究的方向。

五、miRNA抑制肿瘤转移[6]