MicroRNA—149在肿瘤中的研究进展

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  【摘要】 微小RNAs(microRNAs, miRNAs)是一类广泛存在于真核生物中的小分子非编码RNA,长度约为20~22纳特斯拉,其在转录后水平通过降解靶mRNA或抑制其表达。MiRNA-149作为microRNA的家族成员之一,在多种疾病中的不同作用机制以及表达水平差异引起广大学者的关注与研究,已成为miRNA领域的研究热点。
  【关键词】 微小核糖核酸-149; 肿瘤
  【Abstract】 MicroRNAs was seen to play a role in a variety of cancer occurrence and development and a series of biological process as post transcriptional regulation. So far, many studies suggest that the expression of miRNA in various of tumors are different, disorganized miRNAs expressed by acting oncogenes or tumor suppressor genes roles, involved in tumorigenesis, development, invasion and metastasis. In addition, the existence of single nucleotide polymorphism of the miRNAs plays a significant effect in its function, and is closely related to the cancer risk and progress of tumor cells. This article sums up the recent reports, both internal and external, in research on miRNA-149 in human carcinomas.
  【Key words】 microRNA-149; Cancer
  First-author’s address: Shanxi Medical University, Taiyuan 030001, China
  doi:10.3969/j.issn.1674-4985.2015.01.052
  微小RNAs(microRNAs,miRNAs )被视为转录后调节器在各种肿瘤发生发展和一系列生物学过程中发挥作用。迄今为止,多项研究提示miRNA在不同肿瘤中表达存在差异,紊乱的miRNA表达通过扮演癌基因或抑癌基因的角色参与了肿瘤发生、发展、侵袭及转移过程。此外,一些单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)的存在对miRNA功能的发挥有显著影响,并与肿瘤患病风险和肿瘤细胞进展密切相关。本文结合国内外最新研究报道,对miR-149在肿瘤中的研究进展作一综述。
  1 miRNA概述
  随着人类基因组计划的进行,人类对疾病的认识深入到了分子水平。1993年,Lee等[1]首次在秀丽小杆线虫发现一类小分子RNA,其作用为调控线虫发育,但并不编码蛋白质。7年后let-7等一系列小片段非编码RNA相继被发现,将它们统称为微小RNAs[2]。成熟的miRNA是本身不含开放阅读框架单链结构,表达具有高度保守性、组织特异性和时序特性[3]。其合成过程精细而复杂,需要在多种酶共同作用下有序完成。Zeng等[4]研究发现,miRNA在动、植物中作用方式不同,在动物体中一般是以不完全互补的方式和靶基因mRNA3’非编码区(3’UTR)序列以碱基配对方式结合,通过抑制蛋白质翻译过程发挥其生物学功能。
  2 miRNA-149与肿瘤
  近年来研究揭示miRNA-149作为一种典型的多功能microRNA,通过调控癌基因、抑癌基因或者肿瘤产生途径中的重要分子的表达,分别扮演癌基因或者抑癌基因的角色。
  2.1 miRNA-149扮演抑癌基因角色
  2.1.1 miR-149与头颈部肿瘤 头颈部肿瘤是危及人类生命的主要癌症之一,其发病机制尚未明确[5],主要病理类型为头颈部鳞状细胞癌(head and neck squamous cell carcinoma, HNSCC)[6]。HNSCC的高发病率与多种病因相互作用有关,如槟榔咀嚼、吸烟、饮酒及HPV感染等[7-8]。
  miRNA-149位于2号染色体上,并被发现存在单核苷酸多态性,可能与头颈部肿瘤和尘肺相关[9-10]。Liu等[11]研究发现4种miRNA多态性(HSA-146A、HSA-196A、HSA-149和HSA-499)的综合效应与HNSCC患病风险呈剂量-反应关系,此发现意味着包括HSA-149在内的4种pre-miRNA基因结合体的SNPs可能增加了HNSCC的患病风险。2012年Tu等[12]就miRNA-149及其单核苷酸多态性与头颈部鳞状细胞癌(HNSCC)癌细胞迁移与患者易感性及其预后之间的关联进行深入研究,他们以273例HNSCC患者与122例正常对照为研究对象,发现miRNA-149在HNSCC癌组织中表达明显下调,并发现miRNA-149表达可抑制HNSCC细胞的迁移。进一步研究后他们又发现,位于前体miRNA-149(pre-miRNA-149)的单核苷酸多态性T/T型与头颈部鳞状细胞癌中mir-149表达下调相关,反之,下调的miRNA-149又决定了头颈部鳞状细胞癌患者的预后,miRNA-149作为抑癌基因参与HNSCC的进展。   2.1.2 miRNA-149与胃癌 胃癌是消化道最常见的恶性肿瘤之一,是多因素致病、多阶段进展、多基因改变的肿瘤。
  Wang等[13]使用RT-PCR(实时聚合酶链反应)检测不同分化程度胃癌细胞系(MKN45, GC9811, AGS, SGC7901, and MKN28)和正常胃黏膜上皮细胞中miRNA-149的表达量发现,与正常胃黏膜上皮细胞相比在胃癌细胞中表达量明显降低,其表达量与胃癌细胞分化程度相关,低分化胃癌细胞系(MKN45, GC9811, AGS)中miRNA-149表达量比中分化(SGC7901)和高分化(MKN28)胃癌细胞系现在降低,相应的,在SGC7901细胞系中,miRNA-149表达量明显低于MKN28细胞系。随后,他们用miRNA-149模拟物和抑制剂分别转染AGS和SGC7901这两个不同分化程度的胃癌细胞株,转染miRNA-149模拟物者表现为较低增殖水平,而转染miRNA-149抑制剂者则增殖水平显著增高。由此他们了解到,miR-149的表达可通过并诱导细胞在G0/G1期阻滞从而抑制癌细胞增殖。ZBTB2(锌指蛋白437)作为miRNA-149的靶标,在胃癌组织中表达量与miR-149呈负相关,即ZBTB2作为胃癌中的癌基因存在。
  2.1.3 miRNA-149与肺癌 肺癌发生于支气管黏膜上皮,近50年来肺癌的发病率显著增高。肺癌早期多无症状,因此明确肺癌细胞侵袭转移机制,早期发现肿瘤与遏制转移有利于提高肺癌患者生存率。
  Gao等[14]指出肺癌是发生率最高的恶性肿瘤,其主要死亡原因为转移。非小细胞肺癌占80%的肺癌,是全世界癌症死亡的主要原因[15]。Ke等[16]选择A549、Calu3、Calu1和H1299四种不同的非小细胞肺癌(NSCLC)细胞系,就miRNA-149对癌细胞侵袭能力和上皮-间质转变(epithelial-mesenchymal transition, EMT)调控机制进行研究,他们发现miRNA-149表达量与NSCLC细胞侵袭能力呈负相关。为进一步研究miR-149在肿瘤细胞迁移侵袭方面的调控机制,Ke等[16]用miR-149转染人肺癌H1299细胞,转染成功后进行基质胶侵袭实验。结果表明,miR-149有效地抑制了肺癌H1299细胞迁移。在2002年,FOXM1首次以“癌蛋白”的身份在出现在分子生物学领域[17]。Gao等[14]利用miRNA靶标分析工具PicTar的和TargetScan6.2探索发现miR-149的潜在目标为一种转录因子蛋白FOXM1,且后续研究表明miRNA-149通过靶向抑制FOXM1表达从而中断EMT过程从而抑制NSCLC癌细胞侵袭与转移。
  2.2 miRNA-149扮演癌基因角色
  2.2.1 miR-149与黑色素细胞瘤 黑色素瘤(Malignant melanoma, MM)是来源于皮肤和其他器官黑色素细胞的恶性肿瘤,多发生于皮肤,其恶性程度高。
  p53被认为是迄今为止所发现的最为重要的肿瘤抑制因子。然而在黑色素瘤中,p53反常的高量表达。Jin等[18]对这一反常产生了疑问,故在此基础上通过一系列实验研究发现这一作用机制:p53通过上调microRNA-149*的表达量,经过一系列信号传导,最终引起Mcl-1(抗凋亡Bcl-2家族蛋白中的一员,具有抑制凋亡的作用)的表达量升高,从而使黑色素瘤细胞能够更好的“适应”内质网压力而得以生存。他们对60位黑色素瘤临床患者的病例切片进行研究,证实了miR-149*表达量在黑色素瘤细胞中显著增高。随后他们降低miR-149*在黑色素瘤细胞中的表达量,结果发现这一改变促进黑色素细胞凋亡,在异种移植小鼠模型上表现为阻碍了黑色素瘤的生长。这些结果揭示了依赖p53的miR-149*的作用途径有助于黑色素瘤细胞的存活,p53一反常态的扮演了癌基因的角色。而miR-149*在黑色素细胞瘤中的作用方式意味着miR-149*可以作为黑色素瘤早期临床诊断潜在的肿瘤标记物。在小鼠体内抑制该微小RNA的实验结果表明,miRNA-149*还可作为一个潜在的黑色素瘤的治疗靶点,用于临床治疗新兴药物的研发。
  2.2.2 miR-149与鼻咽癌 鼻咽癌(nasopharyngeal carcinoma, NPC)是一种受多基因作用和不同环境因素影响的恶性肿瘤,普遍存在于东南亚国家,在我国的广东、广西等南方地区高发。5年生存率徘徊于50%~60%[19]。
  Luo等[20]培养了3种不同的鼻咽癌细胞系(5-8F、6-10B、NP69):低分化5-8F、高分化6-10B鼻咽癌细胞系在补充有青霉素G(100 U/mL),链霉素(100 mg/mL)和10%胎牛血清(FCS)的RPMI-1640培养基中培养。正常鼻咽上皮细胞系NP69细胞在补充有青霉素G(100 U/mL),链霉素(100 mg/mL)和10%胎牛血清(FCS)和生长因子的RPMI-1640培养基中培养。他们使用RT-PCR检测3种细胞系中miRNA-149表达量,结果表明miR-149的表达量在高转移潜能的5-8F细胞系中高出正常鼻咽部上皮细胞系NP69的4.3倍,而低转移潜能6-10B比NP69高出2.17倍。他们总结,miR-149的表达与NPC的进展有关。为了研究miR-149与鼻咽癌细胞增殖、迁移和侵袭是否存在关联,他们分别采用MTT实验、细胞划痕实验和Transwell实验,最终得出结论,抑制miRNA-149的表达可抑制鼻咽癌细胞增殖、迁移和侵袭,即在鼻咽癌中,miR-149作为癌基因调控其进展。为了了解miR-149在鼻咽癌转移中的作用机制,他们发现转染miR-149模拟物后的鼻咽癌细胞5-8F中E-cadherin(E-钙黏蛋白,是一类介导同种细胞互相黏附的钙依赖性跨膜糖蛋白,参与形成和维护正常细胞间的联结,是介导细胞间连接最重要的一类分子)表达降低,而miR-149抑制剂的使用则使E-cadherin表达增加。据研究表明,E-cadherin的功能缺失是EMT发生的机制之一,而EMT是肿瘤转移发生的关键环节[21-22]。因此Luo等[20]总结出miR-149通过调节EMT中重要蛋白E-cadherin的表达从而干扰NPC的转移。   本文阐述了miR-149在几种不同组织来源的肿瘤细胞中表达的差异,以及miR-149在相应肿瘤细胞增殖、凋亡、迁移过程中的不同作用。相信随着对miR-149在各种疾病中研究的不断开展和深入,加之最新miRNA检验与分析技术(如基于等温指数扩增的银纳米簇DNA探针法[23]、基于腺病毒载体的传感器分析法等[24])的辅助应用,miR-149的更多功能和作用机制即将被人们所探索和发现,并不断完善不同类型肿瘤的发病机制。这预示着microRNA-149可能成为个多种疾病新兴的早期诊断标志物和潜在的基因治疗靶点,为新药的研发提供理论依据。
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  (收稿日期:2014-05-21) (本文编辑:王宇)
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