分子生物学论文microRNA

MiRNA与人类肿瘤关系

摘要：microRNA又称miRNA,是真核生物细胞中固有的一类不编码蛋白的小分子RNA。生物体中,miRNA能够转录后调控基因的表达,影响着几乎所有的信号通路,参与多种生理病理过程,在肿瘤的发生和发展中也发挥了重要的调节作用。研究miRNA与肿瘤的关系是近年来备受关注的热点之一,其影响肿瘤发生和发展的作用机制将为肿瘤的诊断和治疗提供新的思路。

关键词：微小RNA;肿瘤;基因调控;靶基因

1. miRNA的介绍

1.1 miRNA的发现

1993年,Lee RC等[2]在秀丽新小杆线虫(c.elegans)中意外地发现了一种定时调控胚胎后期发育的RNA,它是一种非编码RNA,长度为22 nt，称为miRNA-lin4。2000年,miRNA-let7的发现掀起了寻找miRNA的热潮。近几年,随着生物信息学的发展,分子克隆技术的改进和模式物种cDNA文库的建立,相继又在线虫、果蝇、Hela细胞等许多真核模式生物和细胞中找到了数百种相似的小分子RNA,并将其称为miRNA(microRNA)。自从1993年发现了首个miRNA以来，miRNA被发现参与调节了众多的细胞功能与发育过程。这一小分子连续几年被国际分子生物学顶级杂志评为“十大科技突破之一”，也成为遗传、发育、癌症、干细胞等多个领域中的研究新热点。时至今日，已有约1000个动物的miRNA被报道，且约30%的基因被预测为miRNA的靶基因，能够被miRNA所直接调控。

1.2 miRNA的特点

MiRNA广泛存在于真核生物中, 是一组不编码蛋白质的短序列RNA , 它本身不具有开放阅读框架(ORF) ;

通常的长度为20～24 nt , 但在3′端可以有1～2 个碱基的长度变化;

成熟的miRNA 5′端有一磷酸基团, 3′端为羟基, 这一特点使它与大多数寡核苷酸和功能RNA 的降解片段区别开来；

多数miRNA 还具有高度保守性、时序性和组织特异性。

1.3 miRNA的生成及成熟过程

体内外实验研究表明miRNA的生成至少需要两个步骤：

1）由长的内源性转录本（pri-miRNA)生成70nt左右的miRNA前体（pre-miRNA)，该

过程发生在细胞核;

2)将pre-miRNA加工为成熟miRNA，该过程发生在细胞质。

其具体过程为：

miRNA基因在核内由RNA聚合酶II(polII)转录，产生大的具有帽子结构和多聚腺苷酸尾巴的pri-miRNA。pri-miRNA在核酸酶Drosha和其辅助因子Pasha的作用下被处理成70个核苷酸组成的pre-miRNA。RNA–GTP和exportin 5将pre-miRNA输送到细胞质中。随后，另一个核酸酶Dicer将其剪切产生约为22个核苷酸长度的miRNA:miRNA*双链。这种双链很快被引导进入沉默复合体(RISC)复合体中，其中一条成熟的单链miRNA保留在这一复合体中。成熟的miRNA结合到与其互补的mRNA 的位点通过碱基配对调控基因表达。

2.miRNA与肿瘤的关系

在过去10年里，随着癌症的分子分类学方法的发展，我们取得了许多成绩[3]，尤其是在22000种蛋白质编码转录产物中，mRNAs被用于人类多种癌症的分类。最近，发现了许多个小的非编码miRNAs[4]。第一个被确认的miRNAs是秀丽隐杆线虫基因lin-4 and let-7的产物，它在控制生物周期中起重要作用，并很有可能调控mRNA的翻译[5～7]。当lin-4 或let-7被灭活，特种上皮细胞开始进行额外分裂而非正常分化。因为异常细胞增殖是癌症的标志，那么miRNA表达模式就有可能指示出肿瘤的恶性状态。事实上，在一些类型的肿瘤中，已经发现有些miRNA表达的改变[8～11]。

最近的研究确实发现，miRNA表达与多种癌症相关，大约50%得到注解的miRNAs在基因组上定位于与肿瘤相关的脆性位点（fragile site）。这说明miRNAs在肿瘤发生过程中起至关重要的作用，这些miRNAs所起的作用类似于抑癌基因和癌基因的功能。

2.1 miRNA的分类

2.1.1充当抑癌基因的MiRNA

mir-125b-1，位于染色体的11q24脆性位点，乳腺癌、肺癌、卵巢癌、子宫癌病人中11q924位点常有缺失，而这一位点并不存在已知的抑癌基因。且65%B细胞慢性淋巴型白血病（CLL）病人，50%的套细胞淋巴瘤病人，16-40%的骨髓瘤病人、60%的前列腺癌病人中有13q14位点的缺失。因此，在这个30Kb的区域中必定有一个肿瘤抑制基因的存在。而mir-15a和mir-16-1位于这一区域中一个功能未知的被称为LEU2的非编码蛋白的RNA基因的内含子区域。Climmino等最近报道，miR-15a和miR-16-1负调控BCL2，一个抗凋亡基因，因此，这两个miRNAs的缺失或下调，导致了BCL2表达的升高，促进了白血病、淋巴瘤和前列腺癌的发生。

还有研究报道，mir-143和mir-145在结肠癌中明显下调。有趣的是，其发夹结构的前体分子在肿瘤和正常组织中含量相似，这表明，可能是由于其成熟过程受到破坏。mir-143和mir-145的肿瘤抑制基因功能不仅仅局限于结肠癌，在乳腺癌、前列腺癌、子宫癌、淋巴癌等细胞系中其表达量也明显下调。此外，Takamizawa等发现肺癌与let-7表达显著降低有关，会这导致这些病人预后更差。

2.1.2充当癌基因作用的miRNA

miR-21在胶质母细胞瘤中表达增加。这个基因在肿瘤组织中表达量比正常组织高5-100倍。反义核酸的研究发现这个miRNA通过抑制凋亡而并非影响细胞增殖控制细胞生长，这预示着这个miRNA具有癌基因的功能。由于mir-21不是一个大脑特异性的基因，在乳腺癌样品中表达也有增加，这个基因可能在肿瘤发生中起到广泛的作用。

Metzler等人发现，在BIC基因上具有一段138个核苷酸的保守序列，编码mir-155的发夹结构。该研究组还发现在Burkitt淋巴瘤中，miR-155表达量上升了100倍，此外的研究也发现，Hodgkin淋巴瘤等肿瘤中miR-155水平也有提高。因此，mir-155可能是作为一个癌基因和MYC协同作用，而其正常功能是在B细胞的分化中起作用，其可能的靶基因是那些对抗MYC信号通路的基因。

He等人发现在散布的B细胞淋巴瘤、滤泡型淋巴瘤、套细胞淋巴瘤等肿瘤中常常与13q31位点的扩增有关。而在甲状腺癌、结肠癌、宫颈癌、胰腺癌等实体瘤中，miR-155高表达，预示预后不良。miR-155在急性髓性白血病M4、M5型中、慢性淋巴细胞白血病表达增加。Nikiforava等检测甲状腺癌的乳头状型、滤泡状癌型、末分化癌型中，miR-155表达分别上调9.5、5.5、13.2倍。

2.2因此，miRNA与肿瘤细胞的分化、与肿瘤细胞的增殖和凋亡以及肿瘤细胞的侵袭与转移有很大的关系

2.2.1 miRNA与肿瘤细胞的分化

细胞分化是受基因高度精细调控的过程。Eis PS等[12]发现编码lin-28蛋白的mRNA3'UTR和let-7a、miR-125b以及miR-218的碱基互补配对,而lin-28蛋白在胚胎癌性细胞和NT2/D1神经细胞发育过程中表达水平逐渐下降,与此同时,let-7a,miR-125b 和miR-218在胚胎癌性细胞和NT2/D1神经细胞发育过程中表达水平逐渐升高。这提示,编码lin-28蛋白的mRNA可能是let-7a,miR-125b和miR-218的靶mRNA。

let-7a,miR-125b和miR-218可能通过调节lin-28Mrnade表达控制NT2/D1神经细胞分化和发育。

2.2.2 miRNA与肿瘤细胞的增殖和凋亡

肿瘤的发生是细胞增殖、凋亡和分化失衡的结果。研究显示,miRNA既可以促进细胞增殖,抑制细胞凋亡,又可以抑制细胞增殖,促进细胞凋亡。

Eis PS等[12]在B细胞淋巴瘤的研究中发现,在各种类型的B细胞淋巴瘤组织miR-155的表达较正常组织高10～30倍,而恶性程度高、预后较差、弥散性大的B细胞淋巴瘤miR-155增高尤为显著。miR-21在人类恶性胶质瘤组织中高表达,抑制

miR-21的表达后,肿瘤细胞凋亡明显增加,而与凋亡密切相关的胱酰蛋白酶-3和胱酰蛋白酶-7活性增加了3倍[13]。

miRNA不但可以促进肿瘤发生发展,而且可以抑制肿瘤的生长。在肺癌组织和肺癌A549细胞中,let-7表达均显著降低,将let-7a和let-7f转染入A549细胞中,细胞增殖受抑制,而且let-7f的抑制作用更为显著[14]。

2.2.3 miRNA与肿瘤细胞的侵袭与转移