miRNAs 對消化系統腫瘤肝轉移影響的研究進展

楊斯棋鄒親玲金 明

(延邊大學醫學院,吉林 延吉 133000)

在消化系統中腫瘤發生肝轉移的概率較高,雖然可以通過手術切除進行治療,但是僅有不到15%的患者達到可以治療的要求。 本文對miRNA 在消化系統惡性腫瘤肝轉移過程中發揮的作用進行綜述,以期為消化系統腫瘤肝轉移的機制研究及治療提供幫助。

1 概述

1.1 miRNA

廣泛存在真核生物中微小RNA(miRNAs)在遺傳過程高度保守,miRNA 在細胞核內轉錄生成miRNA 前體(pri-miRNA),后在細胞質中加工成熟[1]。 miRNA 是基因表達過程關鍵調控因子,通過靶向mRNA 3’端的非翻譯區并抑制其表達影響下游信號通路激活進而影響細胞內穩態來調控表觀遺傳[2-3]。 mRNA 存在不同與miRNA 結合位點,不同miRNA 也可靶向同一mRNA,并抑制mRNA 翻譯生成目的蛋白[4]。 miRNA 編碼在物種的基因組中是重要細胞功能調節器,調節人類30% 基因,miRNA 之間可以相互配合形成調控網絡,通過直接或間接的方式調節細胞分化、細胞增殖、血管生成和細胞凋亡等過程[5]。 miRNA 在染色體與腫瘤相關基因區域或在染色體的脆性區域易受到基因擴增、缺失或易位的影響[6],導致腫瘤細胞發生凋亡、分化或轉移[7]。

在腫瘤發生發展過程中有些miRNA 可以促進腫瘤發展,有些miRNA 抑制腫瘤發展,在不同腫瘤組織中,同一miRNA 可能發揮不同作用。 例如,miR-146a[8]既通過靶向腫瘤抑制因子NUMB,抑制其表達促進黑色素瘤的發展,也靶向ITGAV 促進黑色素瘤發生轉移[9-10]。 外周血中外泌體miRNA 進入體液循環,成為腫瘤篩查早期的標志物,腫瘤細胞中miRNA 有其特異性表達譜在新鮮組織中具有更高穩定性。 miRNA 發生異常分布代表疾病的發生,miRNA 在腫瘤組織中發揮的作用取決于其在癌組織中上調或者下調,以及其靶基因功能。

1.2 腫瘤肝轉移

腫瘤是如何產生和發展的? 從20 世紀30 年代開始不同學者給予了不同的解釋,其中被人們廣泛接受的注釋是:腫瘤作為一個獨立的器官、其所處的環境——腫瘤微環境屬于復雜的動態網絡,其內的血管、免疫細胞加上腫瘤細胞及腫瘤細胞外基質相互作用而共同促進腫瘤的形成[11]。 同一種腫瘤細胞具有不同的亞群,其轉移的潛能是不盡相同的;而對于不同類別的腫瘤細胞而言,其轉移的器官具有特異性,因此不同類別的腫瘤細胞轉移能力也不相同[12]。

侵襲進入外周血循環在繼發腫瘤部位開始增殖發展成實體瘤。 在原來腫瘤發生部位所處的腫瘤微環境下細胞可以分泌出許多不同種類的趨化因子促進腫瘤轉移[13-14]。 肝因其血流可以提供雙重血供,而成為許多惡性腫瘤發生轉移的靶器官,腫瘤轉移過程中通過血液循環到達肝并與肝竇血的微環境相互作用而促進腫瘤轉移灶的生成[15],腫瘤肝轉移會加重全身腫瘤負荷導致患者的體力、狀態相應變差[16]。

而在腫瘤細胞發生轉移的過程中,腫瘤微環境的變化是非常顯著的,如結直腸癌發生肝轉移時,腫瘤微環境中整合素、趨化因子及其受體、轉化生長因子等發生改變,進而促進結直腸癌細胞發生轉移[17]在腫瘤肝轉移的發生過程中,相較于正常腫瘤細胞惡性程度較高的腫瘤細胞在原發灶的部位發生了上皮- 間質轉化( epithelial-mesenchymal transition,EMT),進而脫離原發灶進入體液循環從而通過靜脈流入肝,在肝中增殖、形成轉移灶,而腫瘤細胞的生長轉移時刻被免疫細胞所監視,因此腫瘤通過改造肝微環境使其適合腫瘤本身生長來躲避免疫細胞的追蹤[18]。

1.3 miRNA 與腫瘤肝轉移

腫瘤發展過程miRNA 既可以充當原癌基因,又可以充當抑癌基因,王江波等[7]miR-218-5p 可靶向EGLN3 抑制肺腺癌遷移能力,田莉等[19]發現下調miR-330 表達抑制前列腺癌細胞增殖遷移和侵襲能力。 肖磊等[20]發現miR-573 結合NTN4 促進肺癌EMT。 腫瘤發生肝轉移因為肝中血流豐富,miRNA影響腫瘤肝轉移是因為某些miRNA 可以促進血管生成,血管形成對腫瘤的發生發展至關重要。Umezu 等[21]研究表明,培養多發性漿細胞瘤在不同氧環境下所分泌miR-135a 可以抑制腫瘤抑制因子表達水平促進轉錄因子的表達,誘導人臍帶靜脈內皮細胞形成類似于血管的結構。

2 miRNAs 與消化系統腫瘤肝轉移

2.1 miRNA 與結直腸癌肝轉移

中國新發惡性腫瘤中結直腸癌(Colorectal cancer,CRC)新發人數占10%,結直腸癌早期常伴有腹瀉便秘,由于缺乏特異性,隨病情發展逐漸出現便血、大便性狀改變等。 CRC 患者高死亡率和預后不良的主要原因是發生CRC 向遠處轉移[22],肝在可能發生腫瘤遠處轉移的靶器官中至關重要,常以CRC 為模型探究腫瘤的肝轉移[23]。 腫瘤轉移過程miRNA 通過調節基因和遺傳途徑作為關鍵介質對結直腸癌肝轉移(colorectal cancer liver metastasis,CRLM)起雙重作用[24]。

miRNAs 對CRLM 起促進作用,WIF-1 是miR-181a 下游靶基因,Zhang 等[25]過表達miR-181a 發現抑制Wnt 信號通路中的WIF-1 結合相應的蛋白導致β-catenin 促進CRC 組織中血管生成促進腫瘤肝轉移。 Ji 等[26]抑制miR-181a 表達對CRC 轉移和侵襲起抑制作用。 兩位學者在探究miR-181a 對CRLM 影響時采用過表達miR-181a 或si-miR-181a方法來探究miR-181a 對CRLM 促進作用。 Zhao等[27]發現CRC 來源miR-181a-5p 促進CRC 細胞向肝發生轉移,miR-181a-5p 可以靶向LX3 下調SOCS3 表達,SOCS3 表達受到抑制時通過IL-6/STAT3 信號通路激活肝星狀細胞的表達促進CRLM。 研究表明巨噬細胞M2 型極化會促進新生血管生成,導致CRC 細胞向肝發生轉移。 黎文華等[28]上調miR-454-3p 會促進CRC 細胞增殖、遷移和侵襲能力提高,通過構建小鼠肝轉移模型過表達miR-454-3p 促進CRLM 發生。 Takano 等[29]在探究miR-203 對CRLM 作用時發現miR-203 促進單核細胞發生與腫瘤相關的巨噬細胞M2 型極化促進CRLM。 Zhao 等[30]探究miR-934 在促進CRLM 機制時發現,miR-934 激活PI3K/Akt 信號通路通過靶向下調PTEN 表達,PI3K/Akt 信號通路激活會誘導巨噬細胞M2 型極化,導致CRC 組織中CXCL12/CXCR5 軸激活,提高CRC 向肝轉移能力,在NFκB/P65 信號通路中上調P65 轉錄活性上調miR-934 表達,miR-934 促進CRLM 發生通過CXCL13/CXCR5/NF-κB/p65/miR-934 正 反 饋 環。 Wang等[31]發現CXCL12/CXCR4 軸激活后CRC 細胞來源外泌體miR-25-3p、miR-130b-3p 和miR-425-5p 靶向下調PTEN 激活PI3K/Akt 信號通路,促進巨噬細胞M2 型極化增加CRLM 發生概率。 Shao 等[32]研究CRC 外泌體miR-21 促進CRLM 通過靶向腫瘤巨噬細胞中TLR7 蛋白上調炎癥因子IL-6 表達進一步促進巨噬細胞M2 型極化促進CRLM。 周斯寧[33]探究miRNA 對CRC 的影響時,利用TCGA 數據庫分析mRNA 與miRNA 相關性發現CRC 中miR-17/92簇表達量較高,構建小鼠腫瘤肝轉移模型觀察CRC細胞轉移情況,高表達miR-17/92 簇會抑制PTEN的表達,促進CRLM 通過調節Wnt/β-catenin、激活PI3K/Akt 信號通路發揮作用。 符芳芳[34]探究CRC細胞外泌體miR-17 對CRLM 影響時發現miR-17 靶向TLR8 激活NF-κB 信號通路使巨噬細胞M2 型極化促進CRLM 的發生。 Tian 等[35]對比原發性肝癌細胞和CRLM 組織細胞中發現CRC 外泌體miR-221/222 高表達促進CRLM,miR-221/222 靶向下調SPINT1 表達,促進CRLM。 分析觀察CRC 組織樣本,Hur 等[36]過表達miR-200c 介導結腸細胞發生EMT 降低靶基因ZEB1、ETS1 和FLT1 表達,促進CRC 向肝發生轉移。 Chen 等[37]通過miRNA 微陣列分析在有肝轉移的原發性CRC 和無肝轉移的CRC 組織中發現miR-214 在有肝轉移的CRC 中顯著下調,敲除或過表達miR-214 發現miR-214 促進CRC 細胞系增殖、遷移和侵襲。 李佩等[38]發現miR-122 對CRLM 促進作用,通過分析CRC 患者在手術后發生肝轉移的時間隨miR-122 過表達縮短。與前者不同,李杰等[39]選取了發生CRLM 的患者檢測miR-106-3p、miR-654-5p 表達水平,Logistic 回歸分析顯示術后miR-106-3p、miR-654-5p 表達上調促進CRLM。 Sun 等[40]研究外泌體來源miR-135-5p通過上調MMP7 表達促進CRLM。 Ding 等[41]比較有無肝轉移的CRC 患者血清中miRNAs,miR-200和miR-141 過表達時會通過抑制E-鈣粘蛋白(ECadherin)表達促進CRC 患者肝轉移。 PTEN 是腫瘤抑制因子,Arabsorkhi 等[42]過表達miR-298 抑制抑癌基因PTEN 表達通過Akt/ERK 和Akt/mTOR/P70 S6K 通路促進CRLM。

某些miRNAs 對CRLM 起抑制作用,Lou 等[43]發現miR-625 在CRC 組織和細胞系中顯著下調,多因素分析確定miR-625 表達降低與肝轉移呈正相關。 Zhang 等[44]過表達 miR-216a 抑制KIAA1199表達抑制CRC 細胞遷移侵襲。 Zhang 等[45]發現原發性CRC 組織中和已經發生肝轉移結直腸組織中,肝轉移組中miR-320a 表達水平顯著降低,即miR-320a 抑制了CRLM。 鄭璇[46]發現過表達miR-10a會抑制肝星狀細胞的活化抑制CRLM。 Li 等[47]發現miR-99b-5p 在CRLM 表達圖譜中比在原發性腫瘤中表達量更高,si-miR-99b-5p 促進CRC 細胞遷移和mTOR 上調,miR-99b-5p 靶向mTOR 發揮腫瘤抑制作用,表明miR-99b-5p 在原發性CRC 和肝轉移中表達方式不同,轉移性CRC 中具有腫瘤抑制性miRNA 功能。 Geng 等[48]過表達miR-192 對CRLM定植潛力起抑制作用,miR-192 下調BCL-2 表達會增強細胞的凋亡、下調Zeb2 表達,增強E-Cadherin表達、下調血管內皮生長因子-A 抑制體內血管生成,miR-192 通過減少體內血管生成而抑制CRLM。Liu 等[49]用miR-140-3p 靶向BCL-9/2 抑制CRLM,si-BCL-9/2 降低CRC 細胞增殖、遷移和侵襲能力,miR-140-3p 過表達抑制移植模型中腫瘤生長,減少裸鼠肝的轉移性結節,miR-140-3p-BCL-9/2 軸應用于miRNA 的治療和CRC 預后。 曹丹[50]沉默轉化生長因子(transforming growth factor-β,TGF-β1)抑制結腸細胞成瘤,基因芯片分析TGF-β 利用生物信息技術測定miR-493-5p 通過調控靶基因Srpk2 和Pumilio2 抑制CRLM。 Chen 等[51]探究CRLM 的機制,導入外源miR-199b-5p 靶向PIK3CD 激活AKT/β-catenin 信號通路促進CRC 細胞侵襲轉移能力。范夢靜[52]過表達miR-30b-5p 在結直腸癌細胞系靶向Rap1b 抑制CRC 遷移、侵襲、黏附能力,通過小鼠肝轉移模型發現轉染miR-30b-5p 抑制CRLM 發生。

2.2 miRNAs 與胃癌肝轉移

消化系統惡性腫瘤中胃癌(gastric cancer,GC)發生具有較高的死亡率和發病率,相較其他惡性腫瘤的發生GC 的發病很隱匿,GC 初期無顯著的特征,導致大多數患者發病時癌性病變已經傷及肌層,甚至向遠處轉移,常見發生轉移的臟器是肝,發生率為5%～14%[53],GC 細胞不斷地生長過程也在不斷地侵犯周圍組織,GC 肝轉移通過血管回流到靜脈系統到達肝[54]。 胃癌患者中miRNA 表達譜與正常人不同[55],所以miRNA 被選擇作為診斷胃癌的標記物。

Xie 等[56]發現miR-582 在胃癌組織中高表達與胃癌肝轉移息息相關,miR-582 通過激活PI3K/Akt/Snail 信號通路促進GC 細胞生長和轉移。 Qiu 等[57]發現GC 肝轉移患者的血清外泌體miR-519a-3p 比沒有發生肝轉移的GC 組織表達水平高,GC 細胞中外泌體miR-519a-3p 靶向DUSP2 激活MAPK/ERK信號通路促進M2 型巨噬細胞極化促進血管生成促進GC 肝轉移。 張海洋[58]發現表皮生長因子靶向miR-26,下調miR-26 表達激活肝細胞生長因子促進GC 肝轉移。 Xie 等[59]提取GC 癌細胞外泌體來源miR-151-3p 與腫瘤巨噬細胞共培養,miR-151-3p 通過影響腫瘤微環境促進巨噬細胞M2 型極化促進腫瘤生長、促進GC 肝轉移。 而Li 等[60]將miR-151a-3p 包裹在小細胞外囊泡中,miR-151a-3p 靶向YTHDF3 激活TGF-β/Smad 信號通路促進GC 肝轉移。 Zhang 等[61]探究GC 肝轉移發現肝細胞生長因子在GC 肝轉移組織中表達,通過生物信息學鎖定miR-26a/b 靶向肝細胞生長因子,當miR-26a/b 表達受到抑制上調肝細胞生長因子表達會促進GC 肝轉移。 侯花屏等[62]轉染miR-213 到GC 細胞,miR-213 在GC 組織中表達含量較低,miR-213 靶向SRC抑制GC 細胞增殖、遷移。 Liu 等[63]發現miR-27b、miR-101 和miR-128 對GC 遷移侵襲能力的抑制是通過靶向下調VEGF-C 表達,VEGF-C 表達抑制進一步抑制靜脈內皮細胞遷移、增殖活性,降低GC 肝轉移發生概率。 miR-123 既可以促進機體血管的生成也可以調節細胞的分化,許曉飛等[64]發現在GC組織中miR-123 過表達會促進細胞凋亡,抑制GC細胞肝轉移。 李堅[65]研究miRNAs 對GC 增殖影響利用生物信息學分析miR-330-3p 靶向下調CDC42

表達抑制GC 細胞遷移。 趙媛等[66]發現miR-34c-5p 影響GC 細胞侵襲和遷移,GC 細胞中miR-34c-5p靶向調控MAP2K1 表達,激活ERK/MAPK 信號通路抑制GC 細胞遷移。 Feng 等[67]通過oncomine 和Kaplan-meier 數據庫發現miR-27b 靶向NR2F2,過表達miR-27b 會促進GC 細胞遷移和侵襲,抑制向肝轉移。 Zhang 等[68]通過比對在GC 組織和GC 細胞系中miRNA 含量發現miR-48b-5p 表達下調,基于此項分析探究miR-48b-5p 對GC 增殖遷移侵襲能力影響,miR-48b-5p 靶向ATPIF1 激活TNFa-IL6-CSF1 軸,抑制GC 細胞增殖和侵襲能力,在小鼠肝轉移模型中進行相關的驗證發現過表達miR-48b-5p 會抑制GC 肝轉移。

2.3 miRNAs 與胰腺癌肝轉移

國家炎癥中心發布數據:2022 年中國有13 萬左右的新增胰腺癌(pancreatic cancer,PC)患者,PC的發病率居總人群癌癥發病率的第八位,死亡率居第六位[69]。 消化系統中PC 屬于高度惡性的腫瘤導致PC 患者術后死亡原因是肝轉移。 相關實驗數據表明PC 發生肝轉移的概率高達32%～46%[70],肝轉移在PC 患者中很常見,但是由于缺少早期診斷胰腺炎的方法許多患者錯失手術最佳時期,miRNAs 可以作為診斷PC 肝轉移的輔助工具,主要是因為miRNA 在PC 的表達異常導致PC 細胞增殖、誘導EMT 和在化學耐藥性中起重要作用[71]。

Hu 等[72]發現miR-301a 靶向SOCS5 激活JAK/STAT3 信號通路促進PC 肝轉移。 Chen 等[73]下調PC 細胞來源外泌體miR-30b-5p 表達進而上調靶基因GJA1 促進血管生成,導致胰腺癌向肝發生轉移概率增加。 孫健[74]探究miR-338-5p 對胰腺癌肝轉移的抑制作用機制時過表達miR-338-5p 磷酸化ERK 抑制EGFR 表達從而通過EGFR/ERK 信號通路抑制PC 細胞遷移。 miR-652 抑制PC 肝轉移,Deng 等[75]發現miR-652 過表達明顯延緩了腫瘤生長和肝轉移,酸性微環境促進EMT 是通過解除轉錄因子ZEB1 抑制作用同時抑制miR-652 表達, PC 細胞中miR-652 和ZEB1 表達呈拮抗作用,PC 中存在miR-652/ZEB1/EMT 軸。 探究miR-29c 對PC 肝轉移影響時,鄒永康[76]對miR-29c 在不同胰腺癌細胞株中表達、miR-29c 表達對胰腺癌細胞增殖能力影響以及檢測miR-29c 表達對PC 細胞遷移能力影響,篩選PC 肝轉移細胞群是通過構建小鼠PC 移植瘤模型,過表達miR-29c 明顯抑制裸鼠原位PC 自發性肝轉移。 胡勇軍[77]構建miR-143 表達載體,體內實驗和體外實驗都證明miR-143 表達抑制PANC-1 遷移能力抑制PC 肝轉移。 miR-1271 參與抑制腫瘤EMT、誘導腫瘤細胞凋亡。 李楠[78]探究miR-1271 對PC 細胞發生EMT 作用機制分為兩個部分:通過細胞轉染技術和Western blot 檢測PC 細胞EMT 標志蛋白含量;RT-qPCR 檢測mRNA 的水平;構建裸鼠PC 肝轉移模型驗證,發現miR-1271 對PC肝轉移起抑制作用。 喻超[79]上調miR-138-5p 通過抑制G0/G1 期影響PC 成瘤能力,miR-138-5p 靶向FOXC1 抑制PC 細胞增殖,靶向VIM 抑制PC 細胞侵襲轉移,肝微轉移灶中PANC-1 形成被抑制,miR-138-5p 抑制PC 肝轉移。

2.4 miRNAs 與膽囊癌肝轉移

膽道系統中膽囊癌(gallbladder cancer, GBC)主要通過肝或淋巴發生轉移。 不同miRNA 在膽囊癌組織與癌旁組織中表達存在差異,Wu 等[80]發現hsa-miR-146b-5p 具有抑癌作用,Cai 等[81]探究hasmiR-146b-5p 與膽囊癌關系發現相比于膽囊癌細胞系has-miR-146b-5p 表達抑制細胞的生長。

Bao 等[82]發現miR-101 促進GBC 肝轉移通過降低c-Raf、MEK、ERK1/2 磷酸化,通過MAPK/ERK和Smad 信號通路促進GBC 肝轉移。 張亦弛[83]探究miR-99a-5p 對GBC 的侵襲轉移作用是通過靶向mTOR、SMARCA5 影響PI3K/Akt 通路。 基于脾注射肝轉移模型,常顏信[84]探究miR-20a 和膽囊侵襲轉移關系。 miR-20a 促進GBC 肝轉移分子機制:Smad7 影響β-catenin 的轉錄活性,miR-20a 促進GBC 和下游基因的表達促進肝轉移。 Chang 等[85]發現GBC 患者miR-20a 表達升高因為TGF-β1 水平顯著升高。 miR-20a 靶向Smad7 的3’ UTR 誘導細胞體發生EMT,促進β-catenin 核易位, TGF-β1 介導miR-20a/Smad7/β-catenin 軸 激 活GBC 轉 移。Zhang 等[86]抑制miR-155 表達導致GBC 細胞增殖和侵襲能力減弱,高表達miR-155 影響腫瘤發展、淋巴結狀態、肝轉移、分化程度,miR-155 促進膽囊癌肝轉移。 唐津天等[2]發現miR-30 對GBC 抑制作用通過靶向調控蛋白Zeb2,影響EMT 進程抑制膽囊癌的增殖遷移和侵襲能力。

3 總結與展望

miRNA 的深入探究為研究腫瘤發病機制提供新的思路。 miRNA 可以用于腫瘤的惡性分級和預后指標。 對不同miRNA 識別,可以更好地了解消化系統惡性腫瘤肝轉移發生機制。

本文對miRNA 對不同消化腫瘤肝轉移的調節作用進行了總結。 miRNA 種類繁多,隨著人們對miRNA 的不斷探索,miRNA 的調控網絡機制被一一揭開,通過miRNA 為靶點可以調控發生肝轉移的腫瘤相關下游基因的表達并以此為引物來設計不同的藥物來抑制腫瘤的肝轉移,進而提高腫瘤患者生存時間。