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microRNA与肾细胞癌关系的研究进展
中华病理学杂志, 2017,46(08): 575-577. DOI: 10.3760/cma.j.issn.0529-5807.2017.08.014
摘要
引用本文: 张永胜, 王守立. microRNA与肾细胞癌关系的研究进展 [J]. 中华病理学杂志,2017,46( 8 ): 575-577. DOI: 10.3760/cma.j.issn.0529-5807.2017.08.014
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肾细胞癌(renal cell carcinoma)的发病率约占全身恶性肿瘤的3%,占成人肾脏原发性恶性肿瘤的85%~90%,为泌尿系统第二大恶性肿瘤,其发病率仅次于膀胱癌,死亡率高达40%[1]。2014年,美国新发肾脏恶性肿瘤63 920例,死亡13 860例[1]。2015年,我国肾细胞癌新发病例数为66 800例(男性43 200例,女性23 600例),占全部恶性肿瘤新发病例的1.56%,在所有恶性肿瘤发病中排14位[2];肾细胞癌患者死亡例数23 400例(男性15 200例,女性8 200例),占全部恶性肿瘤死亡例数的0.83%,在所有恶性肿瘤死亡率中排名第17位。常见的肾细胞癌组织学类型分为透明细胞性肾细胞癌、乳头状肾细胞癌、嫌色细胞性肾细胞癌以及Bellini集合管癌。常见的类型约占肾细胞癌的90%,其中透明细胞性肾细胞癌占85%。外科手术切除是肾细胞癌最好的治疗方法,但是约有高达40%的患者发生局部复发和/或远处转移[3]。而且有高达30%的患者初诊时肿瘤即已经发生转移,发生转移的肾癌预后差,3年平均生存率不到5%[4]。而且,肾细胞癌对传统治疗方法如放疗、化疗均具有高度抵抗性的表型,造成了肾细胞癌的病死率极高[5]。此外,由于缺乏肾细胞癌早期诊断的生物指标和随访资料及预后判断的生物标志物[6],从分子水平研究肾细胞癌的发生、发展并探索预测肾细胞癌术后发生早期转移的生物标志物已成为研究热点。

microRNA(简称miRNA)是一类大小为19~25个核苷酸的内源性非编码单链小分子RNA,在转录或翻译水平调控基因的表达,主要是通过与靶基因mRNA 3′端非编码区(3′UTR)序列互补配对结合,调控靶基因转录后的表达[7]。其调节功能涉及细胞生长、细胞周期控制、细胞凋亡、肿瘤组织的浸润与转移,血管形成及无限增殖潜能[8]。越来越多的研究证实,miRNA在人类多种恶性肿瘤的发生发展中起着重要的调控作用,包括肝癌、胰腺癌、结直肠癌、肺癌、乳腺癌、甲状腺乳头状癌等,同时,miRNA在肾细胞癌的发生发展中也发挥调控作用[9],有望成为肾细胞癌的早期诊断标志物、预后判断指标和治疗的新靶点。我们就miRNA在肾细胞癌中的发生、发展、诊断以及预后作一综述。

一、miRNA的生物合成及作用机制

miRNA是一类非编码内源性小分子RNA。miRNA最早于1993年被发现,Lee等[10]在秀丽隐杆线虫中发现能调控后期胚胎发育的miRNA Lin-4,当时并没有受到广泛关注;2000年,Reinhart等[11]发现,线虫中存在时间相关性的miRNA Let-7;直至2001年,更多的研究发现,线虫、果蝇等实验动物中均发现这类小RNA分子,并命名为miRNA。多数miRNA具有高度保守性、组织特异性和时序性。

miRNA是一类由内源基因编码的长度约为21~25个核苷酸RNA分子,在转录后水平调节基因表达。大多数miRNA基因位于蛋白编码基因间隔区,在细胞核内合成,由RNA聚合酶Ⅱ转录生成初级miRNA(pri-miRNA),在Drosha-DGCR8酶复合体作用下,形成具有茎环结构的前体miRNA(pre-miRNA)。前体miRNA在exportin-5转运蛋白的作用下转运至细胞质,并被Dicer酶切割成21~25个核苷酸的成熟双链的miRNA[12],经解旋酶作用形成成熟单链miRNA,一条单链miRNA在RNA诱导沉默复合物引导下结合到靶基因mRNA的3′UTR,调控靶基因的表达,发挥其下游的生物学功能。另一条互补的单链miRNA则被降解,失去功能。

miRNA对靶基因mRNA的调节作用是通过与靶基因的3′UTR碱基的互补配对实现的。Yekta等[13]发现,miRNA与靶mRNA的3′UTR完全互补配对,结果导致靶mRNA的降解;但是,Pasquinelli等[14]研究表明,miRNA与靶mRNA的3′UTR不完全互补配对,从而抑制mRNA的翻译。因此,miRNA调控靶基因通过两种机制实现:当miRNA与靶基因mRNA的3′UTR碱基两者完全互补配对时,则引导靶基因mRNA的降解;当miRNA与靶基因mRNA的3′UTR碱基两者不完全互补配对时,导致mRNA翻译抑制,从而产生调控作用[15]。由于许多miRNA与靶基因mRNA并非完全互补配对,所以其主要作用模式是转录后的翻译抑制。

二、miRNA在肾细胞癌中的表达

目前,研究者大多采用微阵列芯片(microarray)技术对癌组织中的miRNA的表达进行筛查。近年有关肾细胞癌的miRNA表达的研究也较多。大量研究表明,肾细胞癌中许多miRNA受到异常的调控,部分在肾细胞癌组织中明显下调,显示抑癌基因的作用;部分在肾细胞癌组织中明显上调显示癌基因的作用。

Faragalla等[16]分析了99例肾细胞癌组织及14例正常肾对照组,采用即时定量多聚酶链反应(quantitative real-time polymerase chain reaction,qRT-PCR)技术,结果表明,与正常肾组织比较,miRNA在肾细胞癌组织中明显高表达。Gigante等[17]研究了25例肾细胞癌患者的肾细胞癌组织和血液标本,通过细胞培养、流式细胞术、蛋白印迹法和逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR)等方法发现,miRNA-29b和miRNA-198在肾细胞癌组织及血液中均呈现高表达,导致肾细胞癌患者自身免疫功能失调。Kowalczyk等[18]运用免疫组织化学法及qRT-PCR法,分析56例肾细胞癌患者的肾细胞癌组织标本及对应的正常肾组织标本,结果发现,肾细胞癌组织中高表达的miRNA-21-5p抑制了SATB1的表达,并可能与患者预后有一定关系。

Nakada等[19]运用免疫组织化学方法、基因芯片技术和qRT-PCR技术,分析30例肾细胞癌患者的癌组织标本及正常肾对照标本,结果发现miR-141和miR-200c在肾透明细胞癌组织中显著地下调,并明显影响ZFHX1B和E-cadherin的表达而参与肿瘤细胞的黏附与侵袭。Chen等[20]运用RT-PCR、四甲基偶氮唑盐法、细胞培养等方法对48例肾透明细胞癌组织以及癌旁组织分析,研究发现miR5105p在肾细胞癌中明显下调,科研抑制细胞增殖、迁移并诱导凋亡。Kurozumi等[21]研究15例肾细胞癌组织及其相应的正常肾组织和786-0及A498肾癌细胞株,结果表明,miRNA-26a和miRNA-26b在肾细胞癌组织及细胞株中均表达降低,并调节LOXL2和PLOD2基因,影响肿瘤细胞的转移。

三、miRNA与肾细胞癌的发生

肾细胞癌发生的最主要的遗传学因素是抑癌基因VHL(von Hippel-Lindau)的缺失、突变、易位和高甲基化。VHL蛋白的β结构域和低氧诱导因子1(HIF1)的α亚单位相互作用。在含氧量正常情况下,HIF1的β亚单位的2个脯氨酸残基中的1个羟基化。VHL蛋白与羟基化的HIF1亚单位结合,引起多聚泛素化反应,使HIF1的α亚单位进入蛋白酶体降解[22]。在低氧或是VHL的功能缺失的情况下,HIF1的α亚单位富集,激活低氧诱导基因的转录,生成血管内皮生长因子、血小板衍生生长因子β、转化生长因子α和促红细胞生成素,促进肿瘤的发生。目前,研究发现miRNA可以靶向VHL下游信号分子的转录产物,并且参与VHL/HIF1信号通路的调节。Lichner等[23]发现,miRNA-17-5P和miRNA-224可以调节VHL/HIF1信号通路,影响肿瘤发生。Song等[24]研究表明,miRNA-138能够抑制HIF-1的表达,调节肾癌细胞的凋亡与迁移。相反,在肾细胞癌中,VHL和HIF1也可以调节miRNA-210、-155、-31、-21等的表达[25,26]

PI3K/Akt/mTOR信号通路能够调控细胞周期、细胞的增殖分化、凋亡及组织血管生成等多方面的生物学过程,在肿瘤的形成中发挥重要作用。Ma等[27]研究发现,抑癌基因miRNA-106a*在肾癌组织中表达下调,通过与靶基因IRS-2作用,抑制PI3K/Akt信号通路,进一步影响肿瘤细胞增殖。Lian等[28]研究A498和786-0肾癌细胞株,结果表明,miRNA-122激活PI3K/Akt信号通路,促进肾癌细胞的增殖、浸润和迁移。

四、miRNA与肾细胞癌的诊断

miRNA可以通过作用于不同信号通路影响肾癌的发生,其在肿瘤组织和正常组织存在差异性表达,因此,miRNA被认为是一种新的潜在的肿瘤标志物,可用作肾癌的诊断。Wang等[29]运用qRT-PCR等方法分析了各132例早期肾癌患者及正常人群的血清,结果表明,与正常人群相比较,肾癌患者血清中miR-193a-3p、miR-362和miR-572表达显著升高,而miR-28-5P和miR-378的表达却显著降低,对肾细胞癌诊断的敏感性达80%,特异性达71%。因此,联合检测血清中上述5种miRNA可用于肾癌的早期诊断。Fedorko等[30]研究了肾癌患者的肿瘤组织及血清中的miRNA-378和miRNA-210表达水平、敏感性及特异性,实验表明,miRNA-378和miRNA-210可以作为肾癌诊断的生物标志物。

五、miRNA与肾细胞癌的治疗

肾细胞癌一般临床上发现较晚,常规手术、术后放化疗效果不理想。而miRNA在肾细胞癌的发生中起着癌基因或抑癌基因的作用,因此,miRNA的异常表达为肾细胞癌的治疗提供了新的途径,可以通过调节miRNA的表达水平(下调癌基因miRNA表达或恢复抑癌基因miRNA表达)来抑制肿瘤的发生、发展,从而达到治疗肿瘤的目的。随着miRNA研究地不断深入,miRNA可能成为治疗肾细胞癌的新手段。Huang等[31]将抑癌基因miR-199a-3p导入肾癌细胞株769-p和Caki-1发现,miR-199a-3p能够抑制肾癌细胞株769-p和Caki-1的增殖并将细胞G1期阻滞,进一步研究表明,miR-199a-3p通过抑制HGF/c-Met信号通路发挥作用,提示miR-199a-3p是肾细胞癌潜在治疗靶点。Butz等[32]发现,在透明细胞性肾细胞癌中,miR-124-3p、-30a-5p和-200c-3p表达下调,与肾细胞癌的发生、转移及患者生存相关;miR-124-3p通过抑制靶基因CAV1和FLOT1而发挥抑癌作用,因此,miR-124-3p有望成为肾细胞癌治疗的潜在靶点。

六、miRNA与肾细胞癌的预后

miRNA在肾细胞癌组织和正常肾组织中的差异表达,提示miRNA可以作为肾细胞癌预后的生物学标志物。越来越多的研究显示,异常表达的miRNA与肿瘤的分级与分期、复发、转移相关。Nofech-Mozes等[33]研究发现,单因素分析结果显示,阳性表达miRNA-194肾癌患者有较长的无病生存(HR=0.56,95%CI=0.31~0.99,P=0.046);而多因素分析(考虑性别、肿瘤大小及分级等)提示,阳性表达miRNA-194肾癌患者较阴性表达肾癌患者有较长的无病生存(HR=0.52, 95%CI=0.27~0.98,P=0.043)和较长的总生存(HR=0.35, 95%CI=0.14~0.88,P=0.026);Kaplan-Meier生存曲线分析显示,高表达miRNA-194肾癌患者较低表达肾癌患者有较长的无病生存(P=0.041)和较长总生存(P=0.031)。因此,miRNA-194是独立的较好的肾癌预后标志物。Zhao等[34]研究miR-497在86例肾癌患者组织标本中的表达以及miR-497不同表达量与肾癌患者生存的关系显示,miR-497低表达与肿瘤分期、组织分级及淋巴结转移相关(P值分别为0.019,0.008,0.005);而miR-497表达量的差异与肾癌患者总生存是相关的(P<0.05)。所以,miR-497可以作为一个潜在的预后标志物。

越来越多的研究表明,miRNA参与肾细胞癌的发生、发展,可以作为新的标志物用于肾细胞癌的诊断和治疗,并且有望成为治疗肾细胞癌新的靶点,为肾细胞癌的治疗策略改变提供了理论基础。然而,miRNA在肾细胞癌中大多数的调控机制并未完全清楚。相信随着肾细胞癌与miRNA关系的研究不断深入,miRNA将在肾细胞癌的早期诊断、治疗、预后判断等方面发挥重要作用。

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