刘圣活 龙周 吴东海 黄迪南

(1.广东省深圳市第九人民医院 广东 深圳 518116; 2.广东省医学院病理教研室 广东 湛江 524000)

胃癌与其他系统肿瘤一样,是由一类复杂的基因表达异常性疾病,其中包括编码及非编码基因的结构和表达的异常。在过去几十年里,人们普遍认为编码蛋白表达的癌基因或抑癌基因的异常表达是胃癌发生的关键环节。然而,过去的几年里随着数千种非编码RNA(ncRNA)的相继发现,以及部分非编码RNA在表达调控中所扮演的重要角色相继被揭开,人们开始意识到胃癌发生的机制远比我们当初想象的复杂[1]。

MicroRNA简称miRNA,通常长度为21～25个核苷酸,是一类重要高度保守的非编码的小分子单链RNA,具有调节基因表达活性的功能[2],其通过和靶基因mRNA碱基配对引导沉默复合体(RNA-induced silencing complex,RISC)降解mRNA或阻碍其翻译,在转录后水平调空靶基因的表达[3]。miRNA广泛存在于真核生物体内,参与动植物的组织器官发育、细胞增殖、分化和凋亡、脂肪代谢、激素的分泌等各种过程,并广泛参与肿瘤的发病机制。本文综述其在胃癌中发病机制与治疗研究进展。

1 miRNA结构与功能

在生物体细胞内不仅含有mRNA,还含有大量非编码RNA,它们虽不编码蛋白质,但广泛参与基因的表达调控,其中miRNA就是一种具有重要功能非编码RNA。第1个被确认miRNA是1993年Lee[4]等在线虫中发现的Lin-4,并通过定点突变发现Lin-4不编码蛋白,而是编码一种小分子RNA,其与靶标基因Lin-4的mRNA的3`UTR特定区域结合来抑制Lin-4的翻译。2000年Reinhart等[5]发现了另一个类似的具有转录后调节功能的小分子RNALet-7,随后Let-7的同源物在人类和果蝇中被发现,其能与靶标mRNA的3`UTR结合引起靶标mRNA的翻译抑制或降解[6],此后在南芥、小鼠与人类等各种生物及病毒中都相继有miRNA的报道达8000多种,包括人类700余种miRNAs,它们调节着大量部分编码蛋白基因和一部分非编码基因。

miRNA的加工成熟过程分为两步:pri-miRNA在核内被Drosha酶加工成具有发夹结构的前体[7]即pri-miRNA。primiRNA转运到细胞质后在Dicer酶的作用下被加工为21～25nt的成熟miRNA[8],能够和互补或部分互补的靶mRNA的3`未端非翻译区结合,使mRNA降解或介导其翻译抑制。其表达具有组织和时期特异性,而且其中一些基因在进化上有很高的保守性。Lira等[9]研究发现通过导入某些miRNA能够导致上百个基因mRNA水平的下调,证明了一个miRNA可以调控多个靶基因。另一些则是多个miRNA作用于一个靶基因上。miRNA通过与靶标基因的mRNA配对来调节靶标基因的翻译或者mRNA的稳定性,通过基因组学和蛋白组学研究发现,单个miRNA可以直接调节上百个基因的翻译并间接影响上千个基因表达[10]。

miRNA通过与沉默复合体(RISC)相结合,通过互补或不完全互补的方式识别并结合靶基因,使靶基因mRNA裂解或抑制其蛋白翻译,因而在转录后水平影响基因和/或蛋白的表达。这种调节既可以通过一个miRNA调控多个基因的表达,也可以通过几个miRNA的组合来精细调控某个基因的表达。由于这些被调控的基因和蛋白在生物生命活动中功能各异,因此miRNA通过机体内复杂的网络调控体系,对生物体的发育、分化、增殖、凋亡、免疫调控等生理活动以及恶性肿瘤等疾病的发生进行精确调控。例如miR-15和miR-16在调控抗凋亡基因B细胞淋巴瘤/白血病-2水平上起重要作用[11]。

近年来有学者提出miRNA与靶mRNA之间存在“调节靶标“的关系,认为miRNA将靶基因的水平调整到了最佳水平,且由于miRNA的保守性,因此提出在人类也存在这种关联。如在果蝇中保守的miR-8发生突变则会使其靶基因atrophin活性有所增加。然而miR-8表达细胞中atrophin水平降低到miR-8调控水平以下也是有害的。随着对miRNA调控基因表达研究的逐渐深入,将有助于人们理解高等真核生物基因组的复杂性和复杂的基因表达调控网络。

2 miRNA与胃癌的发生

胃癌是消化系统肿瘤中发病率和恶性程度均高的肿瘤,其总体治愈率近十年来未得到显著提高,而肿瘤的发生发展机理仍不十分清楚。近来大量研究表明,胃癌是一种多基因疾病,其发展是一个多步骤过程,是多种相关基因失活导致的结果[12]。miRNA可以作为癌基因和/或抑癌基因发挥促癌和/或抑癌作用。研究者将肿瘤中某些过表达miRNA称作癌miRNA。Chan等[13]用定量PCR对37例胃癌病人的肿瘤组织和相应正常组织的miR-21表达水平进行测定,并对miR-21的临床关联性进行统计学分析,结果发现:miR-21在92%(34/37)的胃癌样本中过表达。尽管如此,过表达的miR-21其表达水平与病人预后并没有线形关系,即两个均有miR-21表达增高的胃癌病人,miR-21水平越高并不代表预后就越差,因此miR-21可以作为胃癌诊断的一个有效标志物,但对判断胃癌病人的临床预后意义不大。Lu等[14]也发现miR-21具有原癌基因的作用。Zhang等[15]建立一种精确、快速的茎环状反转录实时PCR方法来对胃癌中人类Let-7a miRNA进行定量,结果显示胃癌组织中的表达水平显著比正常组织低,提示Let-7a miRNA在胃癌的发展中起重要作用。Petrocca等[16]发现miR-106b-25可以抑制抑癌基因p21等的表达,并发现E2F1可以启动miR-106b-25的转录。转化生长因子TGF-beta在正常组织中可以抑制肿瘤的生成,但在肿瘤中却会促进肿瘤细胞的生长,其机制一直不清楚,在人类胃癌中上调的miR-106b-25亚群直接影响TGF-beta信号通路的作用,使其由抑癌因子向促癌因子转化,抑制miR-106b-25的表达可明显消除肿瘤细胞对TGF-beta的抵抗。同时miR-106b和miR-932调控E2F1的表达,从而建立一个miRNA定向的负反馈圈。此外,这些miRNA的上调损害TGF-beta肿瘤抑制回路,干扰CD-KNIA和BCL2L11的表达。这些发现表明miR-106b-25亚群参与E2F1的转录后调节,且可能在胃癌TGF-beta抵抗的发生中起重要作用。

3 miRNA与胃癌的治疗

从目前的研究现状可以看出,由于miRNA在肿瘤的发生发展中起重要作用,可以直接调控细胞的分化和凋亡影响肿瘤的发生,也可以通过作用与癌基因或抑癌基因间接影响肿瘤的发展,因此miRNA在肿瘤中表达谱的改变可作为生物学标记用于甄别诊断,并且miRNA作为生物学治疗靶标已经取得实验性进展。Li等[17]用基于鼠类miR-155序列的人造miRNA(PCMV-PRL3 miRNA)有效地使靶基因PRL3在SGC7901胃癌细胞中的表达从mRNA和蛋白水平产生沉默。此后的体外实验发现,PCMV-PRL3 miRNA能显著减少SGC7901细胞的侵袭和迁移。在体内试验,降低PRL3能有效抑制裸鼠胃癌细胞的转移,明显改善预后。Motoyama等[18]用实时定量反转录PCR分析110个不同临床病理特征胃癌病人的高迁移率组A2(HMGA2)的表达,并且研究了胃癌中HMGA2的表达与Let-7miRNA家族表达的关系,结果发现HMGA2在胃癌的高表达与侵袭性有关,而且是一个独立的预后因子,因此HMGA2可能是胃癌治疗的一个潜在的靶点。miRNA的发现,是RNA研究领域的重要突破,使人们认识到生物基因和基因表达的本质。虽然在各个物种中发现了许多miRNA,但对胃癌中miRNA的研究尚不是很多,能给出直接证据证明miRNA的靶点及其功能、作用机制的miRNA则更少。胃癌中miRNA的筛选及其靶点的鉴定将提高人们对胃癌的发生、发展、诊断、预后,对它们在胃癌抗癌药物疗法中的作用进行研究将会很有前途,以miRNA为靶点或者以miRNA为手段的胃癌治疗,必将成为抗肿瘤治疗策略中的新亮点。

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