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摘 要miRNA是一类非编码单链小分子RNA，在转录后水平调节基因的表达。最新研究发现miRNA与人类肿瘤密切相关，甚至有些人认为某些miRNA就是癌基因或抑癌基因。在肿瘤组织中，许多miRNAs的表达较周围正常组织具有明显的差异性和独特性，因此miRNA的表达情况可作为肿瘤诊断的标志。miRNA技术也将成为肿瘤预防和治疗的有力手段。
关键词miRNA；肿瘤
AbstractmicroRNAs (miRNAs) are a novel class of non-protein-coding small RNAs. Recent studies show that some miRNAs regulate cell proliferation and apoptosis processes that are important in tumor formation. Some miRNAs may function as oncogenes or tumor suppressors. Many miRNAs are uniquely and differentially expressed in certain cancer tissues as compared with normal adjacent tissues. So miRNA expression profiles may become useful biomarkers for cancer diagnostics. In addition, miRNA therapy could be a powerful tool for cancer prevention and therapeutics.
KeywordsmiRNA； tumor
中图分类号：R73 文献标识码：A
肿瘤是威胁人类最严重的疾病之一。肿瘤的发展主要有以下五个步骤：引发，促进，恶性转化，进展和转移。许多因素影响肿瘤的发展：有些抑制肿瘤的生长（抑癌基因），有些促进肿瘤的生长（癌基因）。肿瘤的形成是癌基因和抑癌基因共同作用的结果。科学家们正在试图阐明肿瘤发生和预防的分子机制。尽管一些基因，包括癌基因和抑癌基因，已经在人或其他模型动物的基因组中得到证实，但是肿瘤形成的机制并未完全明了。一类新发现的非编码小分子RNA—microRNAs (miRNAs)，可能为肿瘤的研究提供新的思路。近期研究表明，有超过50% 的miRNA位于肿瘤相关基因区域或脆性位点，提示miRNA在人类癌症临界发病机理方面较先前了解的起着更重要的作用[1]。
microRNAs (miRNAs)是一类新发现的非编码RNAs，一般含有18-24个核苷酸序列，在转录后调节目标mRNA转录物的表达。所有前微RNA? （pre-miRNAs）均具有发夹样次级结构[2]和最低限度的折叠自由能指数(MFEI)[3],一些miRNAs在物种间高度保守。大约在10年前，Ambros领导的小组发现小RNAlin-4与lin-14几乎完全互补，并与线虫的发育周期调节有关[4]。当时这个发现并没有引起科学家的重视，直到大量的miRNAs在其它动物体内被发现。miRNAs通过诱导靶mRNA的切割降解或与靶mRNA的3′端非转录区(UTRs)不完全互补配对阻断基因的翻译过程来调节基因表达，而这些靶基因控制着多重生物学过程，包括发育周期、干细胞分裂、细胞凋亡、疾病和肿瘤。
1miRNA及其生物学特性
miRNA是真核生物中一类长度约为22个核苷酸的参与基因转录后水平调控的非编码小分子单链RNA,能通过与靶mRNA特异性的碱基配对引起靶mRNA的降解或抑制其翻译,从而对基因进行转录后的表达调控。目前在不同物种中发现的多个miRNA的长度,一般为22个核苷酸左右,其中21～23个核苷酸长度的miRNA约占总数的84%。它的前体常形成分子内茎环结构,而且含有大量的U/G碱基对,这个前体物经核酸酶加工形成成熟的miRNA。miRNA基因以单拷贝、多拷贝或基因簇等多种形式存在于基因组中,绝大部分落于基因间隔区(intergenicregion,IGR),也有少数在已知基因的内含子中。多数miRNA具有高度保守性、时序性和组织特异性[5]。
2miRNA与肿瘤的相关性
当细胞呈现出异常增长和凋亡功能丧失时，常常会导致肿瘤的形成。一些研究显示miRNA调节细胞的生长和凋亡。例如，miR-15和miR-16通过靶向作用于抗凋亡基因B淋巴细胞瘤2（BCL2）的mRNA诱导细胞凋亡，这个基因在人类许多肿瘤中都起着重要的作用，包括白血病、淋巴瘤和癌。首次发现miRNA与肿瘤相关即是在一系列造血系统肿瘤中。成人常见的慢性淋巴细胞性白血病有50%以上发生13q14位染色体的缺失,其他一些肿瘤如B细胞淋巴瘤、多发性骨髓瘤等,也都有可能发生13q14位染色体的缺失。Calin等[6]在慢性淋巴细胞性白血病中检测到定位于这些缺失染色体的miR-15a和miR-16a缺失或表达下调。Nairz等证明了，果蝇眼中miR-278的错误表达会导致过度生长，部分由于miR-278抑制了细胞凋亡[7]。
肺癌是最常见的肿瘤之一。miRNA let-7与肺癌的发展密切相关。Takamizawa等[8]观察到无论是体内还是体外的肺癌研究中let-7的表达水平普遍降低；降低的let-7表达与术后生存时间的缩短密切相关，而与疾病的分期无关。他们同样观察到在人肺腺癌细胞系A549中miRNA?let-7的过表达抑制了肿瘤细胞的生长。let-7通过靶向作用mRNA导致的翻译阻滞负性调节Ras和MYC信号转导通路的表达。Ras和MYC交织在一起，连同p53，是肺癌关键的癌基因。RAS基因的3′UTR端含有多个let-7补充位点(LCS),这使得let-7能调控RAS蛋白的表达,而RAS信号通路与细胞的恶性化倾向有着密切的联系。肺癌组织相对于正常的肺组织显示出let-7水平的降低和Ras蛋白水平的显著升高，这表明let-7调控RAS蛋白的表达是肺癌发生的重要机制[9]。
与miRNA let-7不同，miRNA簇miR-17-92在肺癌中显著增加，特别是侵袭性强的种类，如小细胞肺癌。miR-17-92同样能够增加肺癌细胞的生长。有趣的是，miR-17-92的靶基因却包含两种抑癌基因PTEN和RB2[10]。尚未有实验证实PTEN和RB2是否真的是miR-17-92的靶基因。此外，miR-125b、miR-145、miR-21和miR-155在乳腺癌组织中显著降低；miR-143、miR-145在结肠癌组织中持续降低；在成胶质性细胞瘤中，miR-221起正调节作用，而miR-181a、miR-181b、miR-181c起负调节作用[11]。这些都表明，miRNA在肿瘤细胞中表达水平的异常是肿瘤发生、发展的重要影响因素。
3miRNA与肿瘤生物标记和肿瘤诊断
在肿瘤组织中，许多miRNAs的表达较周围的正常组织具有差异性和独特性，例如miRNA?let-7只在肺癌组织中表达降低。microRNA微点阵分析表明miRNA的表达情况是区分肿瘤组织和正常组织的有力标识，并且可以划分高分化和低分化的肿瘤也具有很高的准确性。这些发现说明miRNAs可作为肿瘤诊断的有力工具。
4miRNA与肿瘤治疗
miRNA起着癌基因和抑癌基因的作用，因此可以通过调节miRNA的表达或注入miRNA来控制肿瘤的生长。miRNA发挥生物学功能的基础是与目的mRNA互补配对。对于在肿瘤细胞中表达上调的miRNA，使用miRNA的反义寡核苷酸（antisense? mRNAs）可以与miRNA特异性结合，与目的mRNA竞争，从而达到阻止miRNA与mRNA互补结合的目的[12]。
5展望
科学家们正在试图通过人工合成miRNA与目的mRNA互补结合来降低癌基因的表达从而达到阻止肿瘤形成的作用。然而，在人工合成的miRNA与自然界的miRNA应用于临床作为肿瘤治疗手段之前，我们仍然有很长的一段路要走。为了达到这个目的，必须解除一些障碍：首先，需要鉴定肿瘤特异性miRNA，只有鉴定了肿瘤特异性miRNA，它在肿瘤中的分子机制才能被阐明，我们才能将之用于临床目的。如何转移这些miRNA进入目标组织并保持活性是另一个障碍。当这些障碍被解除之后，miRNA相关技术将会迎来光明的前景，成为新的肿瘤治疗手段[13]。
参考文献
[1]Calin GA, Sevignani C, Dumitru CD, et al. Human microRNA genes are frequently located at fragile sites and genomic regions involved in cancers, Proc. Natl. Acad. Sci. U.? S. A. 2004, 101(9): 2999–3004.
[2]Ambros V. microRNAs: tiny regulators with great potential, Cell, 2001, 107(7): 823–826.
[3]Zhang BH, Pan XP, Cox SB, et al. Evidence that miRNAs are different from other RNAs, Cell. Mol. Life Sci. 2006, 63(2): 246–254.
[4]Lee? RC, Feinbaum RL, Ambros V. The C. elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14, Cell, 1993, 75(5): 843–854.
[5]杜莉莉. microRNA与肿瘤相关性研究进展.医学研究生学报, 2006, 19(11)：1024-1027.
[6]Calin GA, Dumitru CD, Shimizu M, et al. Frequent deletions and down-regulation of micro-RNA genesmiR15 and miR16 at 13q14 in chronic lymphocytic leukemia, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2002, 99(24): 15524–15529.
[7]Nairz K, Rottig C, Rintelen F, et al. Overgrowth caused by misexpression of a microRNA with dispensable wild-type function, Dev. Biol. 2006, 291(2): 314–324.
[8]Takamizawa J, Konishi H, Yanagisawa K, et al. Reduced expression of the let-7 microRNAs in human lung cancers in association with shortened postoperative survival,? Cancer Res. 2004, 64(11): 3753–3756.
[9]Johnson SM, Grosshans H, Shingara J, et al. RAS is regulated by the let-7 microRNA family, Cell, 2005, 120(5): 635–647.
[10]Lewis BP, Shih IH, Jones-Rhoades MW, et al. Prediction of mammalian microRNA targets, Cell, 2003, 115(7): 787–798.
[11]Ciafrè SA, Galardi S, Mangiola A, et al. Extensive modulation of a set of microRNAs in primary glioblastoma, Biochem. Biophys. Res. Commun. 2005, 334(4): 1351–1358.
[12]徐皓、张玉华. 微RNA与肿瘤.国际肿瘤学杂志, 2006, 33(6): 731-733.
[13]Zhang B, Pan X, Cobb GP, et al. microRNAs as oncogenes and tumor suppressors, Dev Biol. 2007, 302(1):1-12.
关键词miRNA；肿瘤
AbstractmicroRNAs (miRNAs) are a novel class of non-protein-coding small RNAs. Recent studies show that some miRNAs regulate cell proliferation and apoptosis processes that are important in tumor formation. Some miRNAs may function as oncogenes or tumor suppressors. Many miRNAs are uniquely and differentially expressed in certain cancer tissues as compared with normal adjacent tissues. So miRNA expression profiles may become useful biomarkers for cancer diagnostics. In addition, miRNA therapy could be a powerful tool for cancer prevention and therapeutics.
KeywordsmiRNA； tumor
中图分类号：R73 文献标识码：A
肿瘤是威胁人类最严重的疾病之一。肿瘤的发展主要有以下五个步骤：引发，促进，恶性转化，进展和转移。许多因素影响肿瘤的发展：有些抑制肿瘤的生长（抑癌基因），有些促进肿瘤的生长（癌基因）。肿瘤的形成是癌基因和抑癌基因共同作用的结果。科学家们正在试图阐明肿瘤发生和预防的分子机制。尽管一些基因，包括癌基因和抑癌基因，已经在人或其他模型动物的基因组中得到证实，但是肿瘤形成的机制并未完全明了。一类新发现的非编码小分子RNA—microRNAs (miRNAs)，可能为肿瘤的研究提供新的思路。近期研究表明，有超过50% 的miRNA位于肿瘤相关基因区域或脆性位点，提示miRNA在人类癌症临界发病机理方面较先前了解的起着更重要的作用[1]。
microRNAs (miRNAs)是一类新发现的非编码RNAs，一般含有18-24个核苷酸序列，在转录后调节目标mRNA转录物的表达。所有前微RNA? （pre-miRNAs）均具有发夹样次级结构[2]和最低限度的折叠自由能指数(MFEI)[3],一些miRNAs在物种间高度保守。大约在10年前，Ambros领导的小组发现小RNAlin-4与lin-14几乎完全互补，并与线虫的发育周期调节有关[4]。当时这个发现并没有引起科学家的重视，直到大量的miRNAs在其它动物体内被发现。miRNAs通过诱导靶mRNA的切割降解或与靶mRNA的3′端非转录区(UTRs)不完全互补配对阻断基因的翻译过程来调节基因表达，而这些靶基因控制着多重生物学过程，包括发育周期、干细胞分裂、细胞凋亡、疾病和肿瘤。
1miRNA及其生物学特性
miRNA是真核生物中一类长度约为22个核苷酸的参与基因转录后水平调控的非编码小分子单链RNA,能通过与靶mRNA特异性的碱基配对引起靶mRNA的降解或抑制其翻译,从而对基因进行转录后的表达调控。目前在不同物种中发现的多个miRNA的长度,一般为22个核苷酸左右,其中21～23个核苷酸长度的miRNA约占总数的84%。它的前体常形成分子内茎环结构,而且含有大量的U/G碱基对,这个前体物经核酸酶加工形成成熟的miRNA。miRNA基因以单拷贝、多拷贝或基因簇等多种形式存在于基因组中,绝大部分落于基因间隔区(intergenicregion,IGR),也有少数在已知基因的内含子中。多数miRNA具有高度保守性、时序性和组织特异性[5]。
2miRNA与肿瘤的相关性
当细胞呈现出异常增长和凋亡功能丧失时，常常会导致肿瘤的形成。一些研究显示miRNA调节细胞的生长和凋亡。例如，miR-15和miR-16通过靶向作用于抗凋亡基因B淋巴细胞瘤2（BCL2）的mRNA诱导细胞凋亡，这个基因在人类许多肿瘤中都起着重要的作用，包括白血病、淋巴瘤和癌。首次发现miRNA与肿瘤相关即是在一系列造血系统肿瘤中。成人常见的慢性淋巴细胞性白血病有50%以上发生13q14位染色体的缺失,其他一些肿瘤如B细胞淋巴瘤、多发性骨髓瘤等,也都有可能发生13q14位染色体的缺失。Calin等[6]在慢性淋巴细胞性白血病中检测到定位于这些缺失染色体的miR-15a和miR-16a缺失或表达下调。Nairz等证明了，果蝇眼中miR-278的错误表达会导致过度生长，部分由于miR-278抑制了细胞凋亡[7]。
肺癌是最常见的肿瘤之一。miRNA let-7与肺癌的发展密切相关。Takamizawa等[8]观察到无论是体内还是体外的肺癌研究中let-7的表达水平普遍降低；降低的let-7表达与术后生存时间的缩短密切相关，而与疾病的分期无关。他们同样观察到在人肺腺癌细胞系A549中miRNA?let-7的过表达抑制了肿瘤细胞的生长。let-7通过靶向作用mRNA导致的翻译阻滞负性调节Ras和MYC信号转导通路的表达。Ras和MYC交织在一起，连同p53，是肺癌关键的癌基因。RAS基因的3′UTR端含有多个let-7补充位点(LCS),这使得let-7能调控RAS蛋白的表达,而RAS信号通路与细胞的恶性化倾向有着密切的联系。肺癌组织相对于正常的肺组织显示出let-7水平的降低和Ras蛋白水平的显著升高，这表明let-7调控RAS蛋白的表达是肺癌发生的重要机制[9]。
与miRNA let-7不同，miRNA簇miR-17-92在肺癌中显著增加，特别是侵袭性强的种类，如小细胞肺癌。miR-17-92同样能够增加肺癌细胞的生长。有趣的是，miR-17-92的靶基因却包含两种抑癌基因PTEN和RB2[10]。尚未有实验证实PTEN和RB2是否真的是miR-17-92的靶基因。此外，miR-125b、miR-145、miR-21和miR-155在乳腺癌组织中显著降低；miR-143、miR-145在结肠癌组织中持续降低；在成胶质性细胞瘤中，miR-221起正调节作用，而miR-181a、miR-181b、miR-181c起负调节作用[11]。这些都表明，miRNA在肿瘤细胞中表达水平的异常是肿瘤发生、发展的重要影响因素。
3miRNA与肿瘤生物标记和肿瘤诊断
在肿瘤组织中，许多miRNAs的表达较周围的正常组织具有差异性和独特性，例如miRNA?let-7只在肺癌组织中表达降低。microRNA微点阵分析表明miRNA的表达情况是区分肿瘤组织和正常组织的有力标识，并且可以划分高分化和低分化的肿瘤也具有很高的准确性。这些发现说明miRNAs可作为肿瘤诊断的有力工具。
4miRNA与肿瘤治疗
miRNA起着癌基因和抑癌基因的作用，因此可以通过调节miRNA的表达或注入miRNA来控制肿瘤的生长。miRNA发挥生物学功能的基础是与目的mRNA互补配对。对于在肿瘤细胞中表达上调的miRNA，使用miRNA的反义寡核苷酸（antisense? mRNAs）可以与miRNA特异性结合，与目的mRNA竞争，从而达到阻止miRNA与mRNA互补结合的目的[12]。
5展望
科学家们正在试图通过人工合成miRNA与目的mRNA互补结合来降低癌基因的表达从而达到阻止肿瘤形成的作用。然而，在人工合成的miRNA与自然界的miRNA应用于临床作为肿瘤治疗手段之前，我们仍然有很长的一段路要走。为了达到这个目的，必须解除一些障碍：首先，需要鉴定肿瘤特异性miRNA，只有鉴定了肿瘤特异性miRNA，它在肿瘤中的分子机制才能被阐明，我们才能将之用于临床目的。如何转移这些miRNA进入目标组织并保持活性是另一个障碍。当这些障碍被解除之后，miRNA相关技术将会迎来光明的前景，成为新的肿瘤治疗手段[13]。
参考文献
[1]Calin GA, Sevignani C, Dumitru CD, et al. Human microRNA genes are frequently located at fragile sites and genomic regions involved in cancers, Proc. Natl. Acad. Sci. U.? S. A. 2004, 101(9): 2999–3004.
[2]Ambros V. microRNAs: tiny regulators with great potential, Cell, 2001, 107(7): 823–826.
[3]Zhang BH, Pan XP, Cox SB, et al. Evidence that miRNAs are different from other RNAs, Cell. Mol. Life Sci. 2006, 63(2): 246–254.
[4]Lee? RC, Feinbaum RL, Ambros V. The C. elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14, Cell, 1993, 75(5): 843–854.
[5]杜莉莉. microRNA与肿瘤相关性研究进展.医学研究生学报, 2006, 19(11)：1024-1027.
[6]Calin GA, Dumitru CD, Shimizu M, et al. Frequent deletions and down-regulation of micro-RNA genesmiR15 and miR16 at 13q14 in chronic lymphocytic leukemia, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2002, 99(24): 15524–15529.
[7]Nairz K, Rottig C, Rintelen F, et al. Overgrowth caused by misexpression of a microRNA with dispensable wild-type function, Dev. Biol. 2006, 291(2): 314–324.
[8]Takamizawa J, Konishi H, Yanagisawa K, et al. Reduced expression of the let-7 microRNAs in human lung cancers in association with shortened postoperative survival,? Cancer Res. 2004, 64(11): 3753–3756.
[9]Johnson SM, Grosshans H, Shingara J, et al. RAS is regulated by the let-7 microRNA family, Cell, 2005, 120(5): 635–647.
[10]Lewis BP, Shih IH, Jones-Rhoades MW, et al. Prediction of mammalian microRNA targets, Cell, 2003, 115(7): 787–798.
[11]Ciafrè SA, Galardi S, Mangiola A, et al. Extensive modulation of a set of microRNAs in primary glioblastoma, Biochem. Biophys. Res. Commun. 2005, 334(4): 1351–1358.
[12]徐皓、张玉华. 微RNA与肿瘤.国际肿瘤学杂志, 2006, 33(6): 731-733.
[13]Zhang B, Pan X, Cobb GP, et al. microRNAs as oncogenes and tumor suppressors, Dev Biol. 2007, 302(1):1-12.