MicroRNAs作为大肠癌生物标志物的研究进展

@wjgnet.com世界华人消化杂志2010年2月28日;18(6):568-575ISSN1009-3079CN14-1260/R文献综述REVIEWMicroRNAs作为大肠癌生物标志物的研究进展杨建军,马延磊,秦环龙杨建军,马延磊,秦环龙,上海交通大学附属第六人民医院外科上海市200233上海市科委基金资助项目,No.07DZ19505作者贡献分布:本文综述由杨建军与马延磊完成;秦环龙审校.通讯作者:秦环龙,教授,200233,上海市宜山路600号,上海交通大学附属第六人民医院普外科[e-mail]电话:[phone]传真:[phone]收稿日期:2009-12-11修回日期:2010-01-12接受日期:2010-01-19在线出版日期:2010-02-28MicroRNAsasbiomarkersforcolorectalcancer:recentadvancesJian-JunYang,Yan-LeiMa,Huan-LongQinJian-JunYang,Yan-LeiMa,Huan-LongQin,DepartmentofSurgery,ShanghaiSixthPeople’sHospitalAffiliatedtoShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200233,ChinaSupportedby:theScienceandTechnologyProgramofShanghaiCity,No.07DZ19505Correspondenceto:ProfessorHuan-LongQin,Depart-mentofSurgery,ShanghaiSixthPeople’sHospitalAffili-atedtoShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200233,[e-mail]:2009-12-11Revised:2010-01-12Accepted:2010-01-19Publishedonline:2010-02-28AbstractMicroRNAs(miRNAs)areaclassofshortnon-codingRNAs(19-24nucleotidesinlength).TheycaninhibitproteintranslationandinducedegradationoftargetmRNAs,andthusplayanimportantroleintheregulationofgeneexpression.RecentstudieshaveidentifiedmiRNAsincolorectalcancer(CRC)tissueandbloodthatmayhelpaccuratelydiagnosethepresenceofCRC,predictdiseaserecurrence,andevaluateclinicalandpathologicalfeaturesofCRC.OverexpressionandsilencingofspecificmiRNAsareassociatedwiththedevelopmentandprogressionofCRC.ThedifferentialexpressionofmiRNAsinCRCtissueandbloodoffertheprospectfortheiruseinearlydetectionandscreeningofthedisease.Inaddition,miRNAsmaybeimportanttargetsforgenetherapyofCRC.Inthispaper,wewillreviewthepotentialroleofmiRNAsasbiomarkersfordiagnosisandtreatmentofCRC.KeyWords:MicroRNA;Colorectalcancer;Biomar-kerYangJJ,MaYL,QinHL.MicroRNAsasbiomarkersforcolorectalcancer:recentadvances.ShijieHuarenXiaohuaZazhi2010;18(6):568-575摘要MicroRNAs(miRNAs)是一种短链(19-24个核苷酸)非编码RNA,可抑制蛋白质翻译或其靶基因mRNAs的降解,因而在基因表达调控中发挥重要作用.最近的研究发现存在于大肠癌(colorectalcancer,CRC)组织和血液中的miRNAs可较准确地诊断大肠癌的存在,并帮助判断CRC临床病理特征及预测疾病复发.特异miRNAs的过表达和沉默与CRC的发生发展相关,且其在CRC组织和血液中的差异表达为早期筛选和诊断CRC提供了应用前景.另外,miRNAs可能成为CRC基因治疗的重要靶点.本文将就miRNAs作为生物标志物在CRC诊治中的潜在作用作一综述.关键词:miRNAs;大肠癌;生物标志物杨建军,马延磊,秦环龙.MicroRNAs作为大肠癌生物标志物的研究进展.世界华人消化杂志2010;18(6):568-575引言大肠癌(colorectalcancer,CRC)是一个多基因、多阶段、长期形成的复杂的病变过程,早期诊断,及时监测肿瘤复发和有效治疗对CRC患者的预后意义重大.近年来已发现许多microRNAs(miRNAs)存在于CRC肿瘤组织和血液中,并在CRC的发病机制中起重要作用.这为提高CRC的早期筛查,早期诊断,治疗效果及准确判断预后提供了一个全新的视角.1miRNAs的生物学特征,生物合成及其作用机制1.1miRNAs的生物学特征大量研究发现miRNAs具有许多共同的生物学特征[1]:(1)具有高度保守性、时序性和组织特异性;(2)以单拷®■背景资料大肠癌(CRC)是临床最常见的恶性肿瘤之一,其发生是一个多因素、多阶段和多基因改变协同作用的过程.近年来研究发现miRNAs在CRC中的表达广泛失调.因此,利用CRC组织和血液中的miRNAs可较准确地诊断大肠癌的存在,并帮助判断CRC临床病理特征及预测疾病复发.而有关miRNAs如何参与肿瘤化疗的研究则为CRC的治疗提供了又一有力工具.■同行评议者杜雅菊,主任医师,哈尔滨医科大学附属第二医院消化内科;颜宏利,教授,中国人民解放军第二军医大学遗传学教研室杨建军,等.MicroRNAs作为大肠癌生物标志物的研究进展569贝、多拷贝或基因簇等多种形式存在于基因组中(但大多数为基因簇形式),他们多以顺反子形式转录出前体转录产物,且位于独立的转录单位中.人类miRNAs基因分布于除Y之外的所有染色体中,且绝大部分位于基因间隔区,也有少数存在于已知基因内含子中;(3)广泛存在于真核生物中,本身不具有开放阅读框,是一组不编码蛋白质的短序列RNAs;(4)几乎均为单链结构,而与其作用相似的成熟siRNA则是双链结构;(5)由核酸酶Dicer作用于前体双链生成含有3'羟基和5'磷酸的核苷酸片段,这一特点使他与大多数寡核苷酸和功能性RNA的降解片段区别开来.目前对miRNAs的研究还处于起步阶段,更多生物学特性的进一步发现,将有助于加深对miRNAs功能的认识.1.2miRNAs的生物合成和作用机制miRNA在体内的形成最初始于RNA聚合酶的转录,其产物为Pri-miRNA(primarymiRNA)的前体分子.Pri-miRNA在核糖核酸酶Drosha的作用下,剪切为具有茎环结构的约70个核苷酸长度的miRNA前体(Pre-miRNA).Pre-miRNA在Ran-GTP依赖的核质转运蛋白Exportin-5的作用下从核内运输到胞质中.在Dicer酶的作用下,miRNAs前体被剪切成21-25个核苷酸长度的单链miRNA,并结合到RNA诱导的基因沉默复合物(RNA-inducedsilencingcomplex,RISC)中,形成非对称RISC复合物.该复合物与标靶mRNA相结合来发挥其基因调控作用[2-4].目前miRNAs确切的作用机制还不是很清楚.研究表明miRNAs以不同方式下调基因表达,若miRNAs与其标靶mRNAs在开放阅读框中以完全互补的方式结合,mRNAs将发生特异性降解;若miRNAs在mRNAs的3'端非翻译区(3'UTR)以部分互补的方式与mRNAs结合,则仅抑制其翻译而不影响mRNAs稳定性[5].通常一种miRNA可与多种mRNAs靶点相作用,多种miRNAs也可以与一种mRNA相作用.mRNAs的3'UTR包含多个miRNAs的作用位点,且和抑制翻译的程度有关,miRNAs结合的位点越多,抑制的程度就越大.由此形成复杂而又精确的调节网络,调控着生物体的基因表达和生理功能,一旦miRNAs的表达水平失调,可导致包括肿瘤在内的多种疾病发生.2miRNAs在CRC细胞生长、凋亡、侵袭和转移中的作用目前的研究证实miRNAs在肿瘤的发生发展中发挥着非常重要的调节作用,约半数miRNAs的上游基因位于染色体内与肿瘤相关的区域中.根据miRNAs在肿瘤发病中作用的不同,有人提出了“癌miRNAs(OncomiRs)与抑癌miRNAs(tumorsuppressing)”的观点[6-8],即miRNAs在肿瘤的发生与发展过程中既可扮演癌基因也可扮演抑癌基因的角色.在肿瘤组织中表达上调的miRNAs可能起到癌基因的作用,表达下调的miRNAs可能起到抑癌基因的作用.在CRC中也常存在特定miRNAs的过表达或表达沉默,这些miRNAs表达的失调常与CRC肿瘤细胞生长、凋亡、侵袭和转移相关联.最近,Borralho等[9]在结肠癌细胞系HCT116中瞬时过表达miR-143导致细胞活力减少约60%,而使用G418抗生素筛选的miR-143过表达细胞系暴露于5-氟尿嘧啶(5-FU)后,miR-143表达的增加与细胞活力减少及细胞凋亡增加相关联.研究还证实以上改变与核碎裂及caspase-3,-8和-9活性的增加有关.另外,miR-143可导致细胞外调节蛋白激酶5,NF-κB和Bcl-2蛋白的表达下调,而当暴露于5-FU后其表达下调更加明显.这提示miR-143可能作为抑癌基因参与调节细胞生长,细胞凋亡和某些化疗反应关键蛋白,并增加结肠癌细胞系对5-FU的敏感性.Chen等[10]也发现在转染了miR-143的结肠癌细胞系LoVo中,KRAS(miR-143的作用靶点)的表达显著降低,而转染miR-143特异性抑制剂则增加LoVo细胞系中KRAS蛋白的表达水平.使用miR-143抑制剂处理过的LoVo细胞系表现出更强的增殖能力.这说明miR-143可通过抑制KRAS的翻译来抑制CRC细胞系生长.Guo等[11]则报道了miR-126的缺失可促进结肠癌细胞系的生长.miRNAs对调节细胞分化和维持干细胞可塑性状态极为重要.Monzo等[12]评估了miRNAs在人类胚胎结肠组织,CRC及与其相匹配的正常结肠组织中的表达水平.结果发现miR-17-92簇与其靶点E2F1在结肠组织生长及癌变中显示了相似的表达形式,并均可促进细胞增殖.提示miRNAs在胚胎发育和结肠上皮肿瘤转化中起重要作用.抑癌基因表达下调与CpG岛启动子区甲基化紧密相关,而miRNAs的表达也受到包括启动子区异常甲基化或组蛋白修饰等不同表观遗传机制的调控.hsa-miR-342的表达通常与其宿主基因EVL一致,且EVL上游的CpG岛甲基化导致hsa-miR-342表达沉默.进一步研究发现在86%■研发前沿利用miRNAs表达谱筛选并鉴定CRC的诊断标志物,是当前CRC研究中的热点.而以癌基因或抑癌基因身份参与CRC发病的miRNAs数量