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1、MicroRNAmicroRNA (miRNA)是广泛存在于真核生物中的一组短小的，不编码蛋白质的RNA 家族，其在细胞内具有多种重要的调节作用。miRNA主要通过与其靶基因mRNA的3-UTR 端互补结合降解mRNA或是抑制mRNA的翻译从而阻遏基因的表达。最近的研究中表明， 人类肿瘤中的miRNA的失调与癌症的发病(包括发展和转移的作用)有重要的关系。MicroRNA的特点(1) 广泛存在于真核生物中，是一组不编码蛋白质的短序列RNA ,它本身不具有开放 阅读框架(ORF);(2) 通常的长度为2024 nt ,但在3,端可以有12个碱基的长度变化；(3) 成熟的miRNA5,端有一磷酸基
2、团,3,端为羟基，这一特点使它与大多数寡核苷酸和 功能 RNA 的降解片段区别开来；( 4)多数 miRNA 还具有高度保守性、时序性和组织特异性。MiRNA的作用机制miRNA 在发挥作用之前，需要同细胞内一些协同因子结合形成蛋白质 - RNA 复合物 (miRNA-containing ribonucleoprotin, miRNP),在 miRNP 的作用下指导其识别同源 mRNA。 在Hela细胞裂解液中发现这类RNA蛋白复合物的大小在15S左右,其主要成分为Germin3、 Germin4和Argonaute蛋白家族成员eIF2C2因子,后两种蛋白质与运动神经元的存活(surviva
3、l of motor neurons,SMN)有关。研究认为，miRNP 即为 RISC.miRNA与靶mRNA作用的典型方式主要有两种：在大多数情况下(例如在动物中)，复合物中的单链miRNA与靶mRNA的3 UTR不完全互 补配对，阻断该基因的翻译过程，从而调节基因表达。这种方式只影响蛋白表达水平，并不 影响mRNA的稳定性。目前，该翻译抑制的详细机理尚不清楚。最近有研究对此提出质疑， 他们认为，正常衰退途径引起的mRNA降解速度的升高也会导致蛋白质表达水平的下降， 且 miRNA 不仅能作用于翻译起始后的延长阶段，还能够抑制翻译的起始。被抑制的靶 mRNAs 和 miRNAs 共同聚集于
4、胞浆中被称为 P-bodies 的区域，这个区域还浓缩了许多参与 mRNA降解的酶类。然而，P-bodies可能是作为未翻译mRNA进行暂时的可逆储存的容器， 并且，减少一些特定P-body组成蛋白的表达能够缓和miRNA介导的基因表达抑制。P bodies是胞浆中的一定区域，它包含参与多种转录后过程的蛋白质，例如：mRNA降 解(mRNA degradation)、无义介导 mRNA 衰退(nonsense-mediated mRNA decay ,NMD)，转录 抑制及RNA介导的基因沉默(RNA-mediated gene silenc ing)。尽管P bodies不是介导基因沉 默所
5、必需的，但阻断siRNA或miRNA基因沉默途径的任何一步都会阻碍P-body的形成， 这表明P-body是基因沉默的结果。因此，尽管P-body成分在mRNA沉默及衰退中起重要 作用，但 P-body 中的这种聚集并不是介导基因沉默机制所必需的，而只能作为他们活动的 结果。另一种作用方式是，当miRNA与mRNA完全互补配对时，引起目的mRNA在互补区 的特异性断裂，从而导致基因沉默，这种作用方式与siRNA类似。如大多数植物在可读框 (ORF)中与它的靶位点几乎完全配对。这种mi/siRNA介导的基因沉默机制已得到了相关的 阐释。以siRNA参与的RNAi为例进行说明，siRNA可与RIS
6、C结合,作为模板识别mRNA 靶子，通过碱基互补配对原则,mRNA与siRNA中的反义链结合,置换出正义链。双链mRNA 在Dicer酶、ATP和解旋酶共同作用下产生22nt左右的siRNA，siRNA继续同RISC形成复 合体，与siRNA互补的mRNA结合，使mRNA被RNA酶裂解。这个过程也称为转录后基 因沉默(PTGS)。miRNA以何种方式与目的基因作用和miRNA与目的基因的配对程度有关。MiRNA与 目的基因配对不完全时，miRNA就以抑制目的基因的表达方式作用；miRNA与目的基因某 段序列配对完全时，就可能引起目的基因在互补区断裂而导致基因沉默。MicroRNA 与癌症一、m
7、iRNA作为抑癌基因(1) miRNA-15miRNA-16 与慢性淋巴性白血病Calin等的研究首次证明miRNA的失调在肿瘤的发生中起着非常重要的作用MiRNA-15 和miRNA-16定位于染色体13q14区段，该区段的局部丢失与慢性淋巴性白血病(CLL相关)， 在检测的 CLL 病患中，有近 68的这两种 miRNA 完全缺失或表达下调。另外，在前列腺 癌(60%)、外套淋巴细胞瘤(50%)和多发性骨髓瘤(16%40%)等肿瘤中也常有该区段的缺 失。Bcl-2蛋白是一种通过作用于线粒体来抑制细胞凋亡的蛋白，对于癌细胞的存活起着非 常重要的作用。Cimmino等证实miRNA-15和mi
8、RNA-16的表达水平均与BCL-2蛋白的表 达水平负相关，并且二者都在转录后水平通过靶向作用负调节BCL-2.其对BCL-2的抑制 诱导了白血病细胞的凋亡。因此，miRNA-15、miRNA-16是BCL-2的天然的反式作用因子， 对 BCL-2 过表达的肿瘤具有潜在的治疗作用。(2) let-7家族负向调控Raslet-7家族是首批发现的miRNA之一，早期的研究表明，其功能的缺失将阻碍线虫从幼 虫晚期向成虫的转化。 let-7 对于诱导细胞周期的退出和终末分化是非常必要的.如果这 miRNA缺失，将导致细胞不能退出细胞周期，不能分化，这种现象在癌症中很常见。人类Ras蛋白家族是众多信号级
9、联放大系统中的最重要的成分之一，具有原癌基因的活 性,通常在肿瘤中表达异常，并与细胞的恶性化倾向有着密切联系。Johnson等研究发现let-7 家族通过与Ras基冈的3 UTR区中多个let-7补充位点(LCS)结合，负向凋控Ras信号转导 通路。实验表明，如let-7miRNA的表达水平在肺癌组织要低于正常肺组织，然而Ras蛋白 在肺癌组织中显著的高表达，为let-7miRNA在癌症中的作用提供了一个可能的机制。Akao 等的研究表明，let-7在结肠癌中也起着肿瘤抑制因子的作用。Bmeckner等研究发现。人类 let-7a-前体miRNA可以作为肺腺癌中后生的调节性miRNA基因，具有
10、原癌基因的潜能，该 基因的甲基化可能导致人类癌症的发生。(3) 其它miRNA作为抑癌基因Ciafre等的研究发现.在成胶质细胞瘤中，miRNA-128、miRNA-181a、miRNA-181b和 miRNA-181c表达均下调。Pekarskv等的研究发现，miRNA-29和miRNA-181的表达水平与 Tcl-l在CLL中的表达反相关，表明miRNA-29和miRNA-181可以作为治疗由TCL-1过表 达引起的CLL的候选基因。Akao等发现miRNA-143和miRNA-145的表达水平在结肠癌细 胞中显著下降。二、miRNA作为癌基因( 1 )调节 myc 的 miRNAmyc是
11、一个通过调控细胞增殖和死亡，从而调控细胞生长的转录因子。myc经常在人类 癌症中突变或放大。miRNA-155与myc的过表达与B细胞淋巴瘤有关，这表明它可能在这 一肿瘤基因的调控过程中起着重要的作用。miRNA-155最初是作为转录物由BIC的241264核苷酸编码，从ALV的(禽白血病病毒) 的整合位点中分离出来的，并发现在B细胞淋巴瘤中过表达。Metzler等分析了 BIC中系统 发生的保守区域.发现高同源性位于基因的一个 138 核苷酸的区段，该区段编码了 miRNA-155的pri-miRNA。随后实验表明，miRNA-155的表达在小儿伯基特淋巴瘤、何杰 金氏淋巴瘤和B细胞淋巴瘤的
12、特定亚型中的表达上调了 100倍。然而，miRNA-155的作用 不仅仅限于 B 细胞淋巴瘤，最近的研究报道了 miRNA-155 在乳腺癌、肺癌、结肠癌和甲状 腺癌中均有上调。Costinean等的实验显示，在E卩操纵子的控制下，鼠miRNA-155的过表 达使 B 细胞恶性肿瘤迅速发展，表明在没有其它主要基因变化的情况下， miRNA-155 具有 诱导淋巴瘤生成的能力，是一个癌基因。与myc的相互作用并不是miRNA-155所独有的。最近的研究描述了 myc、癌症和13q31 位点之问的相互关系。MiR-17-92 簇由 7 种 miRNA(miR-17-5p、miR-17-3p、miR
13、-18a、miR-19a、 MiR-20a、miR-19b-1和miR-92-1)组成，位于13q31.3的Cl3orf25的内含子.其扩增和过表 达可以作为淋巴瘤和肺癌有关的功能相关指示器。He等比较了正常组织和B细胞淋巴瘤样 本，发现从MiR-17-92位点衍生出来的前体和成熟miRNA,在癌细胞中大量增加，miRNA 作为癌基因调节肿瘤的形成。在随后的试验中发现 miR-17-19b-1 在携带 myc 转基因鼠的造 血干细胞的逆转录病毒系统中过表达。受到致命性辐射的动物，分别接受 miR-17-19b-1 和 myc 均表达的造血干细胞和只表达 myc 的造血干细胞，发现前者的恶性淋巴
14、瘤的发展要快 于后者，并且，前者具有促进细胞增殖、抑制细胞凋亡的能力。通过生物信息学的预测发现，MiR-17-92簇中的miR-17-5p和miR-20a成员，以转录因 子E2F1为靶目标。E2F1是通过调节与DNA复制、细胞分裂和凋亡相关的基因来调节细胞 周期从G1期向s期的转变。(2) miRNA-21 作为癌基因在所分析的实体瘤(乳腺、结肠、肺、前列腺、胃和内分泌腺、恶性胶质瘤、子宫平滑 肌瘤)中唯一均表达的miRNA是miRNA-21。miRNA-21位于染色体17q23.2上的空泡膜蛋 白基因的3 UTR区，该区域经常发现在神经细胞瘤、乳腺癌、结肠癌和肺癌中表达增强。 在恶性胶质瘤细
15、胞中，miRNA-21的敲除导致了半胱天冬酶介导的编程性细胞死亡.更进一 步支持了这一 miRNA作为癌基因的作用的观点。与正常的乳腺组织相比，miRNA-21在乳 腺癌组织中高水平表达。 anti-miRNA-21 介导的细胞生长的抑制与细胞凋亡的增加和细胞增 殖的降低有关。结果表明，miRNA-21作为癌基因通过对Bcl2的调节来调控肿瘤的发生， 并且可以作为治疗的靶位点。三、miRNA与肿瘤的早期诊断Cimmino等研究发现，miR-15a和miR-16-1消极调节其靶基因一致癌基因BCL2, BCL2 在人类多种癌症包括白血病和淋巴瘤中过度表达。因此，我们可以认为miR-15a和miR
16、-16-1 的缺失或下调导致 BCL2 表达增加，促进白血病和淋巴瘤的发生。在 Burkitt 淋巴瘤中， miR-155的表达量上调，在肺癌细胞系中miR-26a和miR-99a的表达量下调。miR-21在恶 性胶质瘤和乳腺癌中的表达是上调的。Chan等报道，miR-21在恶性胶质瘤中表达水平比正 常组织高5-100倍，在恶性胶质瘤中对miR-21的反义研究发现，这种miRNA通过抑制凋 亡而不影响细胞增生来控制细胞生长，提示 miR-21 有致癌作用。人肿瘤中表达异常的 miRNA有许多:miR-55 / BIC基因在 Burkitt淋巴瘤中表达上调，而miR-15a、miR-143、1et-7、 miR-21基因在B细胞慢性淋白血病中表达呈下调趋势。以上证据均提示，肿瘤的发生、发展与miRNAs表达水平之间存在着特定的关系。miRNA 调控靶基因的表达，通过正常细胞和肿瘤细胞中的某些miRNA水平的差异显示，为肿瘤的 组织
