miRNAs 对消化系统肿瘤肝转移影响的研究进展

杨斯棋邹亲玲金 明

(延边大学医学院,吉林 延吉 133000)

在消化系统中肿瘤发生肝转移的概率较高,虽然可以通过手术切除进行治疗,但是仅有不到15%的患者达到可以治疗的要求。 本文对miRNA 在消化系统恶性肿瘤肝转移过程中发挥的作用进行综述,以期为消化系统肿瘤肝转移的机制研究及治疗提供帮助。

1 概述

1.1 miRNA

广泛存在真核生物中微小RNA(miRNAs)在遗传过程高度保守,miRNA 在细胞核内转录生成miRNA 前体(pri-miRNA),后在细胞质中加工成熟[1]。 miRNA 是基因表达过程关键调控因子,通过靶向mRNA 3’端的非翻译区并抑制其表达影响下游信号通路激活进而影响细胞内稳态来调控表观遗传[2-3]。 mRNA 存在不同与miRNA 结合位点,不同miRNA 也可靶向同一mRNA,并抑制mRNA 翻译生成目的蛋白[4]。 miRNA 编码在物种的基因组中是重要细胞功能调节器,调节人类30% 基因,miRNA 之间可以相互配合形成调控网络,通过直接或间接的方式调节细胞分化、细胞增殖、血管生成和细胞凋亡等过程[5]。 miRNA 在染色体与肿瘤相关基因区域或在染色体的脆性区域易受到基因扩增、缺失或易位的影响[6],导致肿瘤细胞发生凋亡、分化或转移[7]。

在肿瘤发生发展过程中有些miRNA 可以促进肿瘤发展,有些miRNA 抑制肿瘤发展,在不同肿瘤组织中,同一miRNA 可能发挥不同作用。 例如,miR-146a[8]既通过靶向肿瘤抑制因子NUMB,抑制其表达促进黑色素瘤的发展,也靶向ITGAV 促进黑色素瘤发生转移[9-10]。 外周血中外泌体miRNA 进入体液循环,成为肿瘤筛查早期的标志物,肿瘤细胞中miRNA 有其特异性表达谱在新鲜组织中具有更高稳定性。 miRNA 发生异常分布代表疾病的发生,miRNA 在肿瘤组织中发挥的作用取决于其在癌组织中上调或者下调,以及其靶基因功能。

1.2 肿瘤肝转移

肿瘤是如何产生和发展的? 从20 世纪30 年代开始不同学者给予了不同的解释,其中被人们广泛接受的注释是:肿瘤作为一个独立的器官、其所处的环境——肿瘤微环境属于复杂的动态网络,其内的血管、免疫细胞加上肿瘤细胞及肿瘤细胞外基质相互作用而共同促进肿瘤的形成[11]。 同一种肿瘤细胞具有不同的亚群,其转移的潜能是不尽相同的;而对于不同类别的肿瘤细胞而言,其转移的器官具有特异性,因此不同类别的肿瘤细胞转移能力也不相同[12]。

侵袭进入外周血循环在继发肿瘤部位开始增殖发展成实体瘤。 在原来肿瘤发生部位所处的肿瘤微环境下细胞可以分泌出许多不同种类的趋化因子促进肿瘤转移[13-14]。 肝因其血流可以提供双重血供,而成为许多恶性肿瘤发生转移的靶器官,肿瘤转移过程中通过血液循环到达肝并与肝窦血的微环境相互作用而促进肿瘤转移灶的生成[15],肿瘤肝转移会加重全身肿瘤负荷导致患者的体力、状态相应变差[16]。

而在肿瘤细胞发生转移的过程中,肿瘤微环境的变化是非常显著的,如结直肠癌发生肝转移时,肿瘤微环境中整合素、趋化因子及其受体、转化生长因子等发生改变,进而促进结直肠癌细胞发生转移[17]在肿瘤肝转移的发生过程中,相较于正常肿瘤细胞恶性程度较高的肿瘤细胞在原发灶的部位发生了上皮- 间质转化( epithelial-mesenchymal transition,EMT),进而脱离原发灶进入体液循环从而通过静脉流入肝,在肝中增殖、形成转移灶,而肿瘤细胞的生长转移时刻被免疫细胞所监视,因此肿瘤通过改造肝微环境使其适合肿瘤本身生长来躲避免疫细胞的追踪[18]。

1.3 miRNA 与肿瘤肝转移

肿瘤发展过程miRNA 既可以充当原癌基因,又可以充当抑癌基因,王江波等[7]miR-218-5p 可靶向EGLN3 抑制肺腺癌迁移能力,田莉等[19]发现下调miR-330 表达抑制前列腺癌细胞增殖迁移和侵袭能力。 肖磊等[20]发现miR-573 结合NTN4 促进肺癌EMT。 肿瘤发生肝转移因为肝中血流丰富,miRNA影响肿瘤肝转移是因为某些miRNA 可以促进血管生成,血管形成对肿瘤的发生发展至关重要。Umezu 等[21]研究表明,培养多发性浆细胞瘤在不同氧环境下所分泌miR-135a 可以抑制肿瘤抑制因子表达水平促进转录因子的表达,诱导人脐带静脉内皮细胞形成类似于血管的结构。

2 miRNAs 与消化系统肿瘤肝转移

2.1 miRNA 与结直肠癌肝转移

中国新发恶性肿瘤中结直肠癌(Colorectal cancer,CRC)新发人数占10%,结直肠癌早期常伴有腹泻便秘,由于缺乏特异性,随病情发展逐渐出现便血、大便性状改变等。 CRC 患者高死亡率和预后不良的主要原因是发生CRC 向远处转移[22],肝在可能发生肿瘤远处转移的靶器官中至关重要,常以CRC 为模型探究肿瘤的肝转移[23]。 肿瘤转移过程miRNA 通过调节基因和遗传途径作为关键介质对结直肠癌肝转移(colorectal cancer liver metastasis,CRLM)起双重作用[24]。

miRNAs 对CRLM 起促进作用,WIF-1 是miR-181a 下游靶基因,Zhang 等[25]过表达miR-181a 发现抑制Wnt 信号通路中的WIF-1 结合相应的蛋白导致β-catenin 促进CRC 组织中血管生成促进肿瘤肝转移。 Ji 等[26]抑制miR-181a 表达对CRC 转移和侵袭起抑制作用。 两位学者在探究miR-181a 对CRLM 影响时采用过表达miR-181a 或si-miR-181a方法来探究miR-181a 对CRLM 促进作用。 Zhao等[27]发现CRC 来源miR-181a-5p 促进CRC 细胞向肝发生转移,miR-181a-5p 可以靶向LX3 下调SOCS3 表达,SOCS3 表达受到抑制时通过IL-6/STAT3 信号通路激活肝星状细胞的表达促进CRLM。 研究表明巨噬细胞M2 型极化会促进新生血管生成,导致CRC 细胞向肝发生转移。 黎文华等[28]上调miR-454-3p 会促进CRC 细胞增殖、迁移和侵袭能力提高,通过构建小鼠肝转移模型过表达miR-454-3p 促进CRLM 发生。 Takano 等[29]在探究miR-203 对CRLM 作用时发现miR-203 促进单核细胞发生与肿瘤相关的巨噬细胞M2 型极化促进CRLM。 Zhao 等[30]探究miR-934 在促进CRLM 机制时发现,miR-934 激活PI3K/Akt 信号通路通过靶向下调PTEN 表达,PI3K/Akt 信号通路激活会诱导巨噬细胞M2 型极化,导致CRC 组织中CXCL12/CXCR5 轴激活,提高CRC 向肝转移能力,在NFκB/P65 信号通路中上调P65 转录活性上调miR-934 表达,miR-934 促进CRLM 发生通过CXCL13/CXCR5/NF-κB/p65/miR-934 正 反 馈 环。 Wang等[31]发现CXCL12/CXCR4 轴激活后CRC 细胞来源外泌体miR-25-3p、miR-130b-3p 和miR-425-5p 靶向下调PTEN 激活PI3K/Akt 信号通路,促进巨噬细胞M2 型极化增加CRLM 发生概率。 Shao 等[32]研究CRC 外泌体miR-21 促进CRLM 通过靶向肿瘤巨噬细胞中TLR7 蛋白上调炎症因子IL-6 表达进一步促进巨噬细胞M2 型极化促进CRLM。 周斯宁[33]探究miRNA 对CRC 的影响时,利用TCGA 数据库分析mRNA 与miRNA 相关性发现CRC 中miR-17/92簇表达量较高,构建小鼠肿瘤肝转移模型观察CRC细胞转移情况,高表达miR-17/92 簇会抑制PTEN的表达,促进CRLM 通过调节Wnt/β-catenin、激活PI3K/Akt 信号通路发挥作用。 符芳芳[34]探究CRC细胞外泌体miR-17 对CRLM 影响时发现miR-17 靶向TLR8 激活NF-κB 信号通路使巨噬细胞M2 型极化促进CRLM 的发生。 Tian 等[35]对比原发性肝癌细胞和CRLM 组织细胞中发现CRC 外泌体miR-221/222 高表达促进CRLM,miR-221/222 靶向下调SPINT1 表达,促进CRLM。 分析观察CRC 组织样本,Hur 等[36]过表达miR-200c 介导结肠细胞发生EMT 降低靶基因ZEB1、ETS1 和FLT1 表达,促进CRC 向肝发生转移。 Chen 等[37]通过miRNA 微阵列分析在有肝转移的原发性CRC 和无肝转移的CRC 组织中发现miR-214 在有肝转移的CRC 中显著下调,敲除或过表达miR-214 发现miR-214 促进CRC 细胞系增殖、迁移和侵袭。 李佩等[38]发现miR-122 对CRLM 促进作用,通过分析CRC 患者在手术后发生肝转移的时间随miR-122 过表达缩短。与前者不同,李杰等[39]选取了发生CRLM 的患者检测miR-106-3p、miR-654-5p 表达水平,Logistic 回归分析显示术后miR-106-3p、miR-654-5p 表达上调促进CRLM。 Sun 等[40]研究外泌体来源miR-135-5p通过上调MMP7 表达促进CRLM。 Ding 等[41]比较有无肝转移的CRC 患者血清中miRNAs,miR-200和miR-141 过表达时会通过抑制E-钙粘蛋白(ECadherin)表达促进CRC 患者肝转移。 PTEN 是肿瘤抑制因子,Arabsorkhi 等[42]过表达miR-298 抑制抑癌基因PTEN 表达通过Akt/ERK 和Akt/mTOR/P70 S6K 通路促进CRLM。

某些miRNAs 对CRLM 起抑制作用,Lou 等[43]发现miR-625 在CRC 组织和细胞系中显著下调,多因素分析确定miR-625 表达降低与肝转移呈正相关。 Zhang 等[44]过表达 miR-216a 抑制KIAA1199表达抑制CRC 细胞迁移侵袭。 Zhang 等[45]发现原发性CRC 组织中和已经发生肝转移结直肠组织中,肝转移组中miR-320a 表达水平显著降低,即miR-320a 抑制了CRLM。 郑璇[46]发现过表达miR-10a会抑制肝星状细胞的活化抑制CRLM。 Li 等[47]发现miR-99b-5p 在CRLM 表达图谱中比在原发性肿瘤中表达量更高,si-miR-99b-5p 促进CRC 细胞迁移和mTOR 上调,miR-99b-5p 靶向mTOR 发挥肿瘤抑制作用,表明miR-99b-5p 在原发性CRC 和肝转移中表达方式不同,转移性CRC 中具有肿瘤抑制性miRNA 功能。 Geng 等[48]过表达miR-192 对CRLM定植潜力起抑制作用,miR-192 下调BCL-2 表达会增强细胞的凋亡、下调Zeb2 表达,增强E-Cadherin表达、下调血管内皮生长因子-A 抑制体内血管生成,miR-192 通过减少体内血管生成而抑制CRLM。Liu 等[49]用miR-140-3p 靶向BCL-9/2 抑制CRLM,si-BCL-9/2 降低CRC 细胞增殖、迁移和侵袭能力,miR-140-3p 过表达抑制移植模型中肿瘤生长,减少裸鼠肝的转移性结节,miR-140-3p-BCL-9/2 轴应用于miRNA 的治疗和CRC 预后。 曹丹[50]沉默转化生长因子(transforming growth factor-β,TGF-β1)抑制结肠细胞成瘤,基因芯片分析TGF-β 利用生物信息技术测定miR-493-5p 通过调控靶基因Srpk2 和Pumilio2 抑制CRLM。 Chen 等[51]探究CRLM 的机制,导入外源miR-199b-5p 靶向PIK3CD 激活AKT/β-catenin 信号通路促进CRC 细胞侵袭转移能力。范梦静[52]过表达miR-30b-5p 在结直肠癌细胞系靶向Rap1b 抑制CRC 迁移、侵袭、黏附能力,通过小鼠肝转移模型发现转染miR-30b-5p 抑制CRLM 发生。

2.2 miRNAs 与胃癌肝转移

消化系统恶性肿瘤中胃癌(gastric cancer,GC)发生具有较高的死亡率和发病率,相较其他恶性肿瘤的发生GC 的发病很隐匿,GC 初期无显著的特征,导致大多数患者发病时癌性病变已经伤及肌层,甚至向远处转移,常见发生转移的脏器是肝,发生率为5%～14%[53],GC 细胞不断地生长过程也在不断地侵犯周围组织,GC 肝转移通过血管回流到静脉系统到达肝[54]。 胃癌患者中miRNA 表达谱与正常人不同[55],所以miRNA 被选择作为诊断胃癌的标记物。

Xie 等[56]发现miR-582 在胃癌组织中高表达与胃癌肝转移息息相关,miR-582 通过激活PI3K/Akt/Snail 信号通路促进GC 细胞生长和转移。 Qiu 等[57]发现GC 肝转移患者的血清外泌体miR-519a-3p 比没有发生肝转移的GC 组织表达水平高,GC 细胞中外泌体miR-519a-3p 靶向DUSP2 激活MAPK/ERK信号通路促进M2 型巨噬细胞极化促进血管生成促进GC 肝转移。 张海洋[58]发现表皮生长因子靶向miR-26,下调miR-26 表达激活肝细胞生长因子促进GC 肝转移。 Xie 等[59]提取GC 癌细胞外泌体来源miR-151-3p 与肿瘤巨噬细胞共培养,miR-151-3p 通过影响肿瘤微环境促进巨噬细胞M2 型极化促进肿瘤生长、促进GC 肝转移。 而Li 等[60]将miR-151a-3p 包裹在小细胞外囊泡中,miR-151a-3p 靶向YTHDF3 激活TGF-β/Smad 信号通路促进GC 肝转移。 Zhang 等[61]探究GC 肝转移发现肝细胞生长因子在GC 肝转移组织中表达,通过生物信息学锁定miR-26a/b 靶向肝细胞生长因子,当miR-26a/b 表达受到抑制上调肝细胞生长因子表达会促进GC 肝转移。 侯花屏等[62]转染miR-213 到GC 细胞,miR-213 在GC 组织中表达含量较低,miR-213 靶向SRC抑制GC 细胞增殖、迁移。 Liu 等[63]发现miR-27b、miR-101 和miR-128 对GC 迁移侵袭能力的抑制是通过靶向下调VEGF-C 表达,VEGF-C 表达抑制进一步抑制静脉内皮细胞迁移、增殖活性,降低GC 肝转移发生概率。 miR-123 既可以促进机体血管的生成也可以调节细胞的分化,许晓飞等[64]发现在GC组织中miR-123 过表达会促进细胞凋亡,抑制GC细胞肝转移。 李坚[65]研究miRNAs 对GC 增殖影响利用生物信息学分析miR-330-3p 靶向下调CDC42

表达抑制GC 细胞迁移。 赵媛等[66]发现miR-34c-5p 影响GC 细胞侵袭和迁移,GC 细胞中miR-34c-5p靶向调控MAP2K1 表达,激活ERK/MAPK 信号通路抑制GC 细胞迁移。 Feng 等[67]通过oncomine 和Kaplan-meier 数据库发现miR-27b 靶向NR2F2,过表达miR-27b 会促进GC 细胞迁移和侵袭,抑制向肝转移。 Zhang 等[68]通过比对在GC 组织和GC 细胞系中miRNA 含量发现miR-48b-5p 表达下调,基于此项分析探究miR-48b-5p 对GC 增殖迁移侵袭能力影响,miR-48b-5p 靶向ATPIF1 激活TNFa-IL6-CSF1 轴,抑制GC 细胞增殖和侵袭能力,在小鼠肝转移模型中进行相关的验证发现过表达miR-48b-5p 会抑制GC 肝转移。

2.3 miRNAs 与胰腺癌肝转移

国家炎症中心发布数据:2022 年中国有13 万左右的新增胰腺癌(pancreatic cancer,PC)患者,PC的发病率居总人群癌症发病率的第八位,死亡率居第六位[69]。 消化系统中PC 属于高度恶性的肿瘤导致PC 患者术后死亡原因是肝转移。 相关实验数据表明PC 发生肝转移的概率高达32%～46%[70],肝转移在PC 患者中很常见,但是由于缺少早期诊断胰腺炎的方法许多患者错失手术最佳时期,miRNAs 可以作为诊断PC 肝转移的辅助工具,主要是因为miRNA 在PC 的表达异常导致PC 细胞增殖、诱导EMT 和在化学耐药性中起重要作用[71]。

Hu 等[72]发现miR-301a 靶向SOCS5 激活JAK/STAT3 信号通路促进PC 肝转移。 Chen 等[73]下调PC 细胞来源外泌体miR-30b-5p 表达进而上调靶基因GJA1 促进血管生成,导致胰腺癌向肝发生转移概率增加。 孙健[74]探究miR-338-5p 对胰腺癌肝转移的抑制作用机制时过表达miR-338-5p 磷酸化ERK 抑制EGFR 表达从而通过EGFR/ERK 信号通路抑制PC 细胞迁移。 miR-652 抑制PC 肝转移,Deng 等[75]发现miR-652 过表达明显延缓了肿瘤生长和肝转移,酸性微环境促进EMT 是通过解除转录因子ZEB1 抑制作用同时抑制miR-652 表达, PC 细胞中miR-652 和ZEB1 表达呈拮抗作用,PC 中存在miR-652/ZEB1/EMT 轴。 探究miR-29c 对PC 肝转移影响时,邹永康[76]对miR-29c 在不同胰腺癌细胞株中表达、miR-29c 表达对胰腺癌细胞增殖能力影响以及检测miR-29c 表达对PC 细胞迁移能力影响,筛选PC 肝转移细胞群是通过构建小鼠PC 移植瘤模型,过表达miR-29c 明显抑制裸鼠原位PC 自发性肝转移。 胡勇军[77]构建miR-143 表达载体,体内实验和体外实验都证明miR-143 表达抑制PANC-1 迁移能力抑制PC 肝转移。 miR-1271 参与抑制肿瘤EMT、诱导肿瘤细胞凋亡。 李楠[78]探究miR-1271 对PC 细胞发生EMT 作用机制分为两个部分:通过细胞转染技术和Western blot 检测PC 细胞EMT 标志蛋白含量;RT-qPCR 检测mRNA 的水平;构建裸鼠PC 肝转移模型验证,发现miR-1271 对PC肝转移起抑制作用。 喻超[79]上调miR-138-5p 通过抑制G0/G1 期影响PC 成瘤能力,miR-138-5p 靶向FOXC1 抑制PC 细胞增殖,靶向VIM 抑制PC 细胞侵袭转移,肝微转移灶中PANC-1 形成被抑制,miR-138-5p 抑制PC 肝转移。

2.4 miRNAs 与胆囊癌肝转移

胆道系统中胆囊癌(gallbladder cancer, GBC)主要通过肝或淋巴发生转移。 不同miRNA 在胆囊癌组织与癌旁组织中表达存在差异,Wu 等[80]发现hsa-miR-146b-5p 具有抑癌作用,Cai 等[81]探究hasmiR-146b-5p 与胆囊癌关系发现相比于胆囊癌细胞系has-miR-146b-5p 表达抑制细胞的生长。

Bao 等[82]发现miR-101 促进GBC 肝转移通过降低c-Raf、MEK、ERK1/2 磷酸化,通过MAPK/ERK和Smad 信号通路促进GBC 肝转移。 张亦弛[83]探究miR-99a-5p 对GBC 的侵袭转移作用是通过靶向mTOR、SMARCA5 影响PI3K/Akt 通路。 基于脾注射肝转移模型,常颜信[84]探究miR-20a 和胆囊侵袭转移关系。 miR-20a 促进GBC 肝转移分子机制:Smad7 影响β-catenin 的转录活性,miR-20a 促进GBC 和下游基因的表达促进肝转移。 Chang 等[85]发现GBC 患者miR-20a 表达升高因为TGF-β1 水平显著升高。 miR-20a 靶向Smad7 的3’ UTR 诱导细胞体发生EMT,促进β-catenin 核易位, TGF-β1 介导miR-20a/Smad7/β-catenin 轴 激 活GBC 转 移。Zhang 等[86]抑制miR-155 表达导致GBC 细胞增殖和侵袭能力减弱,高表达miR-155 影响肿瘤发展、淋巴结状态、肝转移、分化程度,miR-155 促进胆囊癌肝转移。 唐津天等[2]发现miR-30 对GBC 抑制作用通过靶向调控蛋白Zeb2,影响EMT 进程抑制胆囊癌的增殖迁移和侵袭能力。

3 总结与展望

miRNA 的深入探究为研究肿瘤发病机制提供新的思路。 miRNA 可以用于肿瘤的恶性分级和预后指标。 对不同miRNA 识别,可以更好地了解消化系统恶性肿瘤肝转移发生机制。

本文对miRNA 对不同消化肿瘤肝转移的调节作用进行了总结。 miRNA 种类繁多,随着人们对miRNA 的不断探索,miRNA 的调控网络机制被一一揭开,通过miRNA 为靶点可以调控发生肝转移的肿瘤相关下游基因的表达并以此为引物来设计不同的药物来抑制肿瘤的肝转移,进而提高肿瘤患者生存时间。