低氧环境下miRNA表达对人类肿瘤的影响

摘要：miRNA是一类具有调控功能的非编码内源性小分子，定位于基因组上与疾病相关的脆性位点，通过碱基互补配对方式调节基因的表达。miRNA本身也受缺氧调控机制的影响，在低氧环境下参与肿瘤发生发展的过程。本文主要阐述了miRNA的结构、作用机制，以及低氧微环境下对肿瘤的增殖、凋亡、侵袭等影响，促进对人类肿瘤发病机制的理解，为临床治疗提供新的思路。

关键词：miRNA；低氧；肿瘤；侵袭转移

1 miRNA概述

miRNA通常约22个核苷酸大小，分子5'端为磷酸基团，3'端为羟基。它由RNA聚合酶Ⅱ转录而成，首先形成约几百个核苷酸长度的前体miRNA分子，依次通过RNase Ⅲ Drosha和RNase Ⅲ Dicer 处理成为成熟的RNA分子，发挥生物效应。一个miRNA分子可结合多达200余个目标基因，同时每个目标基因的3'端具有多个miRNA结合位点，这表明miRNA与目标基因的组合模式复杂多变，任何错配、缺失都可能导致疾病，包括肿瘤的发生。据统计，人类miRNA大部分于转录库的内含子或外显子区域中聚集成簇。HE[1]等研究淋巴瘤时发现过度表达的6个miRNA中，5个属于mir-17-92基因簇，基因簇的过度表达可能与原癌基因发生协同作用，使细胞的增殖不受凋亡因子的调控。

miRNAs通过两种方式反向调节靶基因：与靶基因mRNA近乎完全互补，其沉默复合体被相关酶切断致使靶基因降解；与靶基因mRNA碱基部分互补，降低蛋白质翻译水平。发挥抑癌基因功能的miRNA被抑制，或发挥原癌基因功能的miRNA过度表达，都可以导致肿瘤的发生。在靶向治疗中，可给予与靶基因互补的具有抗miRNA性能的物质，使其失活；或利用脂质体引入多量的miRNA，促进其内源性加工，发挥抑癌作用。

2 miRNA与低氧微环境

实体肿瘤中普遍存在低氧微环境，低氧诱导一系列基因的转录激活，包括促红细胞生成素、酪氨酸羟化酶、糖酵解酶等，这些物质使细胞适应缺氧环境，导致肿瘤细胞增殖、侵袭行为。目前，miRNA分析表达谱已确定了几种缺氧调控的miRNA， Beth[2]等在一个关于女性子痫前期胎盘状态研究中发现，缺氧使胎盘血供减少，导致mir-210表达显著增加。该基因位于11号染色体短臂顶端，这个区域经常发生肿瘤细胞等位基因的缺失，被证实与肺癌、卵巢癌、乳腺癌、肾母细胞瘤、横纹肌肉瘤等肿瘤有关。此外， mir-210可以调控DNA修复基因，抑制白质纤维形成和同源依赖修复。

暴露于低氧环境后，细胞代谢由线粒体氧化磷酸化变为糖酵解，以肺动脉内皮细胞为例，mir-210被HIF-1缺氧诱导后表达上调，直接破坏铁硫簇支架蛋白（ISCU）完整性和相关依赖性代谢蛋白的活性；而ISCU可促进顺乌头酸酶的生成，催化柠檬酸的产生，促进线粒体复合物生成[3]。因此，抑制ISCU即抑制了线粒体呼吸，减少了活性氧的生成，抑制了电子传递以及相关下游功能。此外，低氧刺激细胞周期蛋白、细胞周期因子依赖性激酶等一系列因子，加速细胞分裂进程，引起肿瘤细胞增殖[4]。

3 miRNA与人类肿瘤

2002年，Calin[5]等研究慢性淋巴细胞白血病时首次证明miRNA表达失调可能与癌症相关。随后，人们发现大约50%的人类miRNA位于癌症相关的基因组注释区域。不同的miRNA标记也与多种癌症及其预后相关联： miR-17-92通过激活原癌基因来诱导血管生成和促进肿瘤增殖[6]。miR-10b在转移性乳腺癌和肝癌晚期中超表达，促进肿瘤细胞入侵周围基质并远处转移[7，8]。而抑制mir-210表达可促进细胞凋亡。

Toyama[9]等证实了miR-210在三阴性乳腺癌患者中的表达水平显著高于ER受体阳性患者，表明miR-210与患者的无病生存期和总体生存期呈负相关。Camps C[10]等将癌细胞进行低氧培养16h后发现，包括mir-210在内的3个RNA表达高于常氧组的2倍，且mir-210受缺氧时间及氧浓度的影响明显高于其他miRNA。

Antonis[11]等曾经报道过人类卵巢癌基因复制和变异普遍发生在mir-210位点上，且基因复制数目与蛋白表达量呈正相关。他们将卵巢癌细胞缺氧培养16h后发现诱导了约3倍VEGF表达上调；将卵巢癌细胞和宫颈癌细胞缺氧培养后，确定miRNA均有2倍以上表达差异，且只有mir-210在各细胞系均表达上调。

Redova[12]等将两种肾癌细胞转染mir-210抑制剂进行体外功能试验，包括细胞生存、凋亡、周期测定、划痕试验、侵袭及迁移能力等。结果证实mir-210在肾癌细胞中表达增加；其表达沉默后，两种细胞株生存能力均较前下降，其中CAKI-2细胞的发育在细胞周期的G2阶段停止，并且侵袭和迁移能力也明显下降。

4结论

miRNA已成为一个连接微环境、新陈代谢、临床疾病的中心点，可以为肿瘤生物学临床分析提供有价值的信息。基于miRNA的治疗策略在肿瘤疾病治疗中具有巨大的潜力，为肿瘤患者提供安全有效的抗癌治疗。

参考文献：

[1]He L，Thomson JM，et al.A microrna polycistron as a potential human oncogene.[J].Nature 2005.

[2]Beth LP，Roberto R，et al.Distinct subsets of microRNAs are expressed differentially in the human placentas of patients with preeclampsia.[J].Am j Obstet Gynecol,2007.

[3]Tong WH，Rouault TA.Functions of mitochondrial ISCU and cytosolic ISCU in mammalian iron-sulfur cluster biogenesis and iron homeostasis. [J].Cell Metab,2006.

[4]Kulshreshtha R，Ferracin M，et al.A microRNA signature of hypoxia.[J].Mol Cell Biol,2007.

[5]Calin GA，Dumitru CD，et al.Frequent deletions and down-regulation of micro-rna genes mir15 and mir16 at 13q14 in chronic lymphocytic leukemia.[J].Proc Natl Acad Sci USA,2002.

[6]Dews M，Homayouni A，et al.Augmentation of tumor angiogenesis by a myc-activated microrna cluster.[J].Nat Genet,2006.

[7]Gabriely G，Yi M，et al.Human glioma growth is controlled by microrna-10b.[J].Cancer Res.2011

[8]Ma L，Teruya-Feldstein J;et al.Tumour invasion and metastasis initiated by microrna-10b in breast cancer.[J].Nature,2007.

[9]Toyama T，Kondo N，et al.High Expression of MicroRNA-210 is an Independent Factor Indicating a Poor Prognosis in Japanese Triple--negative Breast Cancer Patients.[J].Jpn J Clin Oncol，2012.

[10]Camps C，Buffa FM，et al.Hsa-miR-210 is induced by hypoxia and is an independent prognostic factor in breast cancer.[J].Clin Cancer Res,2008.

[11]Antonis G，Huang J，et al.MiR-210 links hypoxia with cell cycle regulation and is deleted in human epithelial ovarian cancer.[J].Cancer Biol Ther,2008.

[12]Redova M，Alexandr P，et al.MiR-210 expression in tumor tissue and in vitro effects of its silencing in renal cell carcinoma.[J].TumorBiology,2013.