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胶质瘤是成人脑部最常见的原发性肿瘤,恶性程度高,侵袭性强,手术治疗后仍易复发,放疗和化疗虽然部分有效,但患者总的预后仍无明显改善。越来越多的学者开始致力于胶质瘤的分子生物学机制研究,以期找到能够有效治疗胶质瘤的新方法,而胶质瘤的难治性及易复发性均与其高度的侵袭性有关。研究发现蛋白溶解酶、细胞表面粘附分子、生长因子及局部粘着斑激酶等细胞蛋白分子参与到胶质瘤的侵袭过程。
目前对相关基因表达的研究尚不足以解释实验中观察到的现象,解析临床工作中遇到的问题,需要开展更多方面的研究。microRNA(miRNA)的发现为广大研究者提供了新的研究方向。miRNA是一类新发现的内源性非编码小RNA分子,长度约为21~25个核苷酸的高度保守的微小RNA分子[1],通过与对应的靶mRNA的3非翻译区(3UTR)的非完全或完全配对结合,阻止其翻译或破坏其稳定性,实现对基因表达的调控[2]。目前已鉴定的人类miRNA成熟体序列有2154个(miRBase数据库Release18,2011年11月),其中部分miRNA生物学功能得到了注解。多项研究证实miRNA的异常表达与特定肿瘤有关,可调控肿瘤相关基因,参与肿瘤细胞增殖、凋亡、侵袭或血管形成等过程,所起的作用类似于抑癌基因和癌基因的功能。该领域的研究虽起步不久,新的发现与观点却层出不穷,miRNA与肿瘤的关系已成为当前众多科学家关注的热点之一,其在肿瘤中的作用日益受到人们重视。
miR-124在神经系统中含量丰富,广泛存在于脑、视网膜和髓鞘[4]。前期对miR-124的研究主要集中在其促进神经元分化方面,新近研究提示miR-124在肿瘤中起重要作用。2006年Wang X等[5]利用生物信息学方法和Northern blot发现miR-124的靶基因中包括大量与细胞周期有关的基因,人们对miR-124作用的研究扩展到肿瘤方面。Silber J等[6]在4例间变型星形细胞瘤和4例多形性胶质母细胞瘤(Glioblastoma multiforme,GBM)中检测到miR-124的表达显著降低,在脑肿瘤干细胞分化过程中增加8-20倍;在胶质瘤细胞系转染miR-124可抑制细胞G1/S期转换并伴随周期素依赖性激酶6(Cyclin-dependent kinase6,CDK6)表达降低和Rb蛋白的磷酸化,提示miR-124可能会成为GBM的潜在治疗靶点。Pierson J等[7]研究发现在髓母细胞瘤细胞系和组织标本中可以检测到miR-124表达水平的降低,并且也是通过调控CDK6而发挥作用的。2009年Kay等[8]在髓母细胞瘤中的研究支持了上面的结果,并找到miR-124新的靶点溶质载体家族16成员1(Solute Carrier Family16, member1,SLC16A1)。
本研究以此为基础,开展进一步的实验以确认miR-124在胶质瘤中的作用。我们首先从临床样品入手,利用real-time RT-PCR检测了16例胶质瘤临床组织标本中miR-124的表达情况,发现在低级别胶质瘤组织标本中,miR-124的相对表达水平高,而在高级别胶质瘤组织标本中表达低,随着胶质瘤级别增高miR-124表达下调。这说明miR-124的下调是胶质瘤恶性演进的重要分子事件,miR-124可能扮演着抑制恶性演进的角色。
为了进一步确认miR-124在胶质瘤发生发展过程中的生物学作用,我们构建了人源性miR-124真核表达载体,并将其转染到胶质瘤细胞系U87和U251中,使miR-124在胶质瘤细胞中过表达。通过划痕实验,我们观察到转染人源性miR-124表达载体的实验组细胞迁移能力下降。这些实验结果提示我们在胶质瘤细胞中miR-124可能通过调控某个靶基因影响到细胞骨架重塑进而抑制细胞迁移,可能是胶质瘤侵袭调控的重要分子。
利用生物信息学技术,我们发现ROCKⅠ的3UTR存在与miR-124互补位点并符合作为microRNA靶基因的条件,提示作为细胞骨架重组相关的重要蛋白ROCKⅠ是miR-124的潜在靶基因。Rho/ROCK激酶信号通路的经典途径是使肌球蛋白轻链(myosin light chain,MLC)磷酸化而发生收缩作用,同时也可以使MLC磷酸酶磷酸化,使其失活,阻断磷酸化的MLC脱磷酸失活,间接促使MLC磷酸化而促进收缩,从而为细胞迁移提供动力。
为此,我们建立了双荧光素酶报告系统,结果显示miR-124表达载体可明显抑制包含ROCKⅠ3UTR片段载体的荧光素酶表达,确定了miR-124和ROCKⅠ二者之间的调控关系。我们进一步在胶质瘤细胞系中转染人源miR-124真核表达载体,应用实时定量RT-PCR检测ROCKⅠ mRNA的表达变化情况,发现其mRNA表达水平虽然有变化,但无统计学差异;Western blot对ROCKⅠ蛋白相对水平变化定量,发现实验组的ROCKⅠ蛋白表达水平降低,差异有统计学意义。这些实验结果表明,miR-124真核表达载体不能使ROCKⅠ的mRNA水平发生有统计学意义的改变,但miR-124的上调却可以抑制ROCKⅠ的蛋白表达水平。综合上述实验结果,我们推测ROCKⅠ可能是miR-124的靶基因之一,miR-124可能通过ROCKⅠ来影响胶质瘤细胞的运动侵袭迁移能力。
此外,我们通过人源性miR-124真核表达质粒转染胶质瘤细胞后观察到细胞形态略有收缩,与对照组相比,F-actin显著减少,微丝较短或消失,多呈短直纤维状线型荧光,排列较稀疏,细胞形状变规则呈椭圆形或圆形;并通过Transwell侵袭实验发现miR-124处理的胶质瘤细胞穿膜数目明显减少。这几方面改变,与加入ROCKⅠ的抑制剂Y-27632的作用相似。
我们还在已检测miR-124表达情况的16例胶质瘤临床标本中检测了ROCKⅠ的mRNA表达水平。发现在低级别胶质瘤中,ROCKⅠ mRNA的相对水平低,在高级别胶质瘤样品高,这说明ROCKⅠ mRNA表达水平与胶质瘤级别有关。
通过对胶质瘤临床样品的检测、分子生物学和细胞生物学方面的实验,我们得到如下结论:1)miR-124的表达下调与胶质瘤恶性程度有关;2)ROCKⅠ是miR-124的靶基因;3)miR-124在胶质瘤细胞中具有抑制细胞侵袭迁移能力的作用,可能与其靶基因ROCKⅠ有关。
miR-124靶基因的发现为其功能分子机制的解释提供了基础,也为脑胶质瘤的诊断和治疗提供了潜在的靶位点。