microRNAs在胃肠胰腺神经内分泌肿瘤中的临床应用

时间:2022-09-28 10:44:01

microRNAs在胃肠胰腺神经内分泌肿瘤中的临床应用

【摘要】 作为恶性肿瘤的标志之一,microRNAs的异常表达谱已受到广泛关注。作为血浆中稳定存在的非编码调控分子,microRNAs成为恶性肿瘤极为敏感的分子标记物来源。在不同种类的消化道肿瘤中,独特的microRNAs表达谱已与肿瘤的发生、发展及疾病的预后密切相关,包括胃肠胰腺神经内分泌肿瘤。胃肠胰腺神经内分泌肿瘤是来源于上皮组织同时具有神经内分泌分化的一类异质性的肿瘤。目前,早期发现和手术切除是胃肠胰腺神经肿瘤治愈的最大希望。因此,筛选可临床应用有效的分子标记物对于胃肠胰腺神经内分泌肿瘤的早诊早治有着重要意义。本综述总结了microRNAs的生物学功能及在胃肠胰腺神经内分泌肿瘤中的作用,并对其在诊断、疾病进展及预后中的价值进行了评估。

【关键词】 microRNAs; 神经内分泌肿瘤; 胃肠道; 胰腺

Clinical Application of microRNAs in GEP-NETs/LIU Bi-xia,LI Qing-lin.//Medical Innovation of China,2016,13(35):139-143

【Abstract】 As a hallmark of human cancers,the dysregualation of microRNAs have attracted broad attention in the world in recent years.microRNAs are the stable non-coding RNA molecules which represent an ideal source of sensitive biomarkers.The specific microRNAs expression profiles have been associated with the initiation,development and prognosis of digestive tract cancers including gastroenteropancreatic neuroendocrine tumors(GEP-NETs).GEP-NETs are a heterogeneous tumor which aroused from epithelial neoplasms with neuroendocrine differentiation.Until now,early diagnosis and surgery are the best choice for cure.So,it’s important to screen the useful biomarker for the early diagnosis.Here we review the molecular biological function of microRNAs and the specific function in the GEP-NETs.We also assessed the value of microRNAs in the diagnosis,progression and prognosis of the GEP-NETs.

【Key words】 microRNAs; Neuroendocrine tumor; Gastrointestinal tract; Pancreas

First-author’s address:Zhejiang Province Cancer Hospital,Hangzhou 310022,China

doi:10.3969/j.issn.1674-4985.2016.35.034

胃c胰腺神经内分泌肿瘤是起源于消化道器官及胰腺的上皮来源具有神经内分泌分化特征的一类异质性的肿瘤,该类疾病的不同类型临床病理特征相差较大。其中,约85%的病理类型是分化较好的类型,但其临床生物学行为从惰性、生长缓慢到侵袭性、转移性甚至快速致死性不一而足。因此,目前通过组织类型分类尚不能区分疾病的临床转归。而神经内分泌癌是其中分化较差的类型,其预后较差[1-4]。

根据肿瘤是否出现异常的内分泌激素的分泌从而导致相关症状,胃肠胰腺神经内分泌肿瘤可分为功能型和非功能型两大类[1]。非功能型患者的症状主要是由肿瘤体积的增大或疾病的转移造成明显的功能及器质性改变造成[2-3]。因此,症状出现较晚造成疾病的诊断往往延迟,从而错过了手术的最佳时机,严重影响了患者的生存期。

早期诊断和手术治疗是治愈胃肠胰腺神经内分泌肿瘤的最佳机会。目前,临床最常用于检测疾病负荷及治疗效果的分子标记物即是嗜铬粒蛋白A(chromogranin,CGA)。但CGA诊断的假阴性较高,同时与疾病严重程度的相关性较低[4]。

大多数胃肠胰腺神经内分泌肿瘤患者的疾病进展缓慢,加之这类疾病的发病率较低在很大程度上阻碍了这类疾病的深入研究[5]。随着靶向治疗时代的到来,对于胃肠胰腺神经肿瘤的分子生物认识及治疗的选择显著增加。例如,近年来的分子生物研究分析了这类肿瘤的基因表达谱,从中发现了特异性的基因突变和基因异常表达,可为这类疾病提供更有效的分子标记物,甚至会成为潜在的治疗靶点[6-8]。事实上,VEGF信号通路抑制剂舒尼替尼及mTOR信号通路抑制剂依维莫司在治疗进展期的胰腺神经内分泌肿瘤方面已经获得成功[9-10]。

这些潜在的诊断和治疗靶点中,microRNAs作为一类非编码的小RNA在肿瘤中的作用受到极大关注[11]。microRNAs的异常表达是恶性肿瘤的重要特征之一,而不同治疗中microRNAs全基因组测序结果提示在恶性肿瘤中存在一些普遍异常表达的microRNAs亚组,而这些microRNAs往往与肿瘤的诊断、分期、进展、预后及疗效密切相关[12]。本综述总结了胃肠胰腺神经内分泌肿瘤相关的microRNAs,并对其作为诊断、进展及预后方面的临床应用价值进行了分析,现报道如下。

1 microRNAs的生物学特征

microRNAs是一类内源性的19~25个核苷酸长度的非编码RNA,在超过1/3编码蛋白基因的表达中发挥调控作用。microRNAs分子的发现对于深入了解细胞的生理及病理过程及其分子生物学机制发挥了巨大作用[13-14]。

成熟的microRNAs经过pri-microRNAs、pre-microRNAs步骤成为前体microRNAs,前体microRNAs在核酸RNA酶Ⅲ(Dicer酶)切割下形成成熟的microRNAs[15]。microRNAs基因可被转录成为单顺反子的形式,可以形成串联的多顺反子结构。同时,在microRNAs基因的转录中受到组织器官特异性基因的调控,形成组织特异性表达的microRNAs表达谱。

microRNAs存在一个RNA诱导的基因沉默复合物区域(RISC),该区域介导了mciroNRAs对于靶基因的转录调控或翻译调控作用。micrRNAs通过RISC区域结合到靶基因的3’端的非翻译区域,介导靶基因降解[16]。另外, microRNAs还可以不完全结合的方式结合到靶基因上,阻遏基因翻译而不影响靶基因的稳定性[17]。mciroNRAs发挥作用的另一种重要机制是通过类似激素分泌的方式影响周围细胞甚至远处位置的器官组织[18]。因此,microRNAs可以与RNA结合蛋白形成复合体,通过外泌体或微泡的外排到达细胞外,进一步进入血液循环或组织液中[19-20]。显而易见的是,这种外泌的方式使得mciroRNAs可以像传统的肿瘤标记物分子一样在血浆中被检测到,这也为其成为潜在的分子标记物奠定了基础。

2 microRNAs与人类恶性肿瘤

首次报道microRNAs在恶性肿瘤中的作用始于2002年发现13q14染色体在慢性淋巴细胞白血病中作用机制[21]。后有大量研究迅速发现了其他microRNAs在多种恶性肿瘤中的差异性表达及分子机制,从而使得microRNAs的异常表达谱成为恶性肿瘤的显著特征之一。在肿瘤组织和正常组织中,microRNAs异常表达谱形成的机制有多种方式,包括染色体重组、DNA点突变、表观遗传学改变甚至microRNAs转录调控的改变[22-24]。同蛋白编码基因一样,microRNAs既可以在组织细胞中过表达也可以表达下调,既可以通过调控下游不同的靶基因发挥癌基因功能也可以充当抑癌基因的角色。

值得注意的是,microRNAs在癌症中的角色并非想象中的那么简单,它可能在这种细胞中发挥促癌作用,而在另外的细胞中则可转变为抑癌功能。例如,在肝癌细胞中,过表达的miR-21通过下调PTEN基因的表达发挥促进肿瘤细胞生长的作用,而在成红细胞白血病中则通过下调癌基因KIT的表达发挥抑制肿瘤细胞的功能[13,18]。

最近,高通量的microRNAs表达谱测序是描绘多种人类癌症的mciroRNAs全基因表达谱成为现实。不同细胞及组织器官来源的恶性肿瘤在mciroRNAs表达谱中存在显著差异,这就使得mciroRNAs表达谱测序在区分分化程度极低的恶性肿瘤的来源中大展拳脚[25]。microRNAs表达谱结合蛋白表达基因谱,或可在临床上依据肿瘤的进展及治疗策略重新定义肿瘤的分类。

3 临床标本中mciroRNAs的检测

目前传统利用组织学方法诊断及分类肿瘤的方法受到两大方面的挑战,一方面是组织标本的保管问题,另一方面是病理结果客观评价的问题。遗憾的是基于石蜡标本的DNA及mRNA表达谱分析常因其存在的不稳定性丢失大量的有效信息,甚至造成重大误差。与mRNA相比,microRNAs在体内和体外均可长期稳定存在,从而使microRNAs表达谱的检测成为一项敏感性高、数据客观及易于标准化操作的新技术。另外,microRNAs检测并不仅限于石蜡包埋标本,在新鲜组织、液体标本如血液、尿液、浆膜腔积液等[26-27]。虽然目前对microRNAs表达谱的检测并未形成金标准,但已经有多种不同方法被成功应用。

目前很多研究表明在已处理的标本中microRNAs表达谱检测具有较好的可重复性及准确性。值得一提的是,在石蜡包埋组织样品中,使用原位杂交的方法可实现细胞甚至亚细胞水平的可视化操作,这可能使microRNAs检测成为临床常规组织病理学检测新方法[28]。microRNAs检测的另一项潜在价值在于体液的检测,而体液中microRNAs稳定性很高,极大降低了体液保存和处理的难度,提示体液中microRNAs的检测有较好的临床应用前景[12]。而血清和血浆中的microRNAs表达已经用于多种肿瘤的检测,同时已有研究表明microRNAs表达差异可用于检测患者对抗肿瘤药物的敏感性[12-13]。因此,microRNAs的高稳定性、标本处理的简单性、操作步骤的经济性都使得microRNAs具有了成为理想的分子标记物的条件。

4 microRNAs与新一代治疗策略

无论是初级转录体pri-microRNA、前体pre-microRNAs还是成熟的microRNAs,针对其具体的分子生物学机制和功能均可能成为潜在的治疗靶点[11]。microRNAs不仅在肿瘤的诊断、分子分型及提示预后方面作用显著,在治疗方面可显示出巨大的潜力。microRNA可靶向特异性信号通路中的多种基因,因此,可以通过利用几条microRNAs 混合物达到调控一条信号通路活化的作用,还可通过调整在多条信号通路调控的microRNAs的表达达到同时调控多条促癌信号通路的目的。目前利用microRNAs治疗包括两种方式:microRNAs沉默及补充。microRNAs沉默技术包括:(1)利用小分子抑制剂抑制microRNAs表达;(2)利用反向寡核苷酸诱导microRNAs的降解;(3)利用microRNAs类似物竞争性结合靶基因的3’-UTR区域;(4)microRNAs海绵技术,即将多中microRNAs的结合区域串联,从而形成靶向多种基因的载体。而microRNAs补充技术则是利用microRNAs片段或表达microRNA的载体恢复抑癌性microRNA的表达[29-31]。虽然以上两种治疗措施在理论上无可争辩,但在实际操作中仍存在两大问题很大程度上限制了基于microRNAs技g的治疗方法的精准性。首先就是组织特异性的输送microRNAs,并使其可以在靶细胞内达到有效的抑制靶基因的药物浓度的方法尚未成熟。其次就是,内源性的microRNAs在调控靶基因表达中往往受到严格控制,这极大了限制了其调控功能的效率,因此开发创新更有效率的基于microRNAs调控方法的药物亟待解决。令人欣慰的是,目前已经研发出一类锁核酸技术,通过和microRNAs类似的基因沉默方法,更有效更稳定的进入细胞内导致靶基因的下调,发挥抗肿瘤作用[11]。

5 胃肠胰腺神经内分泌肿瘤中microRNAs的异常表达

与很多其他类型的肿瘤相比,神经内分泌肿瘤的microRNAs表达谱的变化知之甚少。目前,在胰腺及回肠神经内分泌肿瘤中,已经筛选出部分致癌性及抑癌性的microRNAs,提示microRNAs在神经内分泌肿瘤的发生、发展及转移中发挥了重要作用[32-35]。Roldo等[31]通过对比正常胰腺组织与胰腺神经内分泌肿瘤组织的全部microRNAs表达谱,发现microRNA-105及microRNA-107在胰腺神经内分泌肿瘤中高表达,而microRNA-155则表达明显低于正常组织。Ruebel等[32]发现在回肠神经内分泌肿瘤中microRNA-133的表达显著低于正常组织。另有研究发现,通过检测10条microRNAs(包括miR-125a,miR-99a,miR-9b,miR-125b-1,miR-342,miR-130a,miR-132,miR-129-2,miR-125b-2)的表达可以将胰腺神经内分泌肿瘤和腺泡肿瘤区别开来[33]。在胰腺神经内分泌肿瘤中,miR-204在分化较好的胰岛瘤中高表达,同时其表达水平与胰岛素的表达水平密切相关[34]。而miR-21的过表达则与胰腺神经内分泌肿瘤的ki-67表达及肝脏的转移呈正相关。作为miR-21的靶基因PTEN是mTOR信号通路中的重要分子[35],提示mTOR信号通路在神经内分泌肿瘤的发生发展中发挥了重要作用。

6 靶向miRNAs治疗策略

靶向miRNAs治疗目前尚存在很多问题,但最为关键的问题是切实可行的给药方式的开发。近年来,出现了多种给药系统,包括基于病毒系统的给药方式、非病毒类给药方式,随着新的的技术的发展,目前基于靶向miRNAs的给药系统主要包括以下几个方面。

6.1 化学性修饰的miRNAs系统 使用化学键修饰方法改变miRNAs的结构不仅可以抑制miRNAs的降解,还可以在体内和体外改变miRNAs的活性[36]。有研究发现,使用化学键修饰的方法将pHLIP(pH-low insertion peptide) 耦连到anti-miRNA-155寡核苷酸上,可以显著靶向药物在肿瘤局部的浓度,从而显著增强靶向miRNA-155的效果。进一步的研究发现使用这种偶联药物明显抑制了动物模型中肿瘤的生长[37]。未经修饰的miRNAs静脉给药后绝大多数会进入肝脏内,随后会被肝内的多种酶降解[38],而这种化学键修饰的miRNAs较好的解决了这一问题,同时同过偶联的多肽还可以更多的将miRNA运送到肿瘤局部,从而更好的发挥作用[39]。

6.2 病毒和非病毒载体系统 利用病毒或病毒载体输送miRNAs很有可能成为未来靶向miRNAs治疗的重要方向。目前,慢病毒、腺相关病毒及腺病毒载体已经在特定细胞中用于输送miRNAs。病毒系统拥有自身完整的基因系统,从而使得miRNAs的表达持续发挥作用,但由于病毒基因复制的复杂性及其产物的免疫原性,或可导致新的血液或其他肿瘤的发生[40]。非病毒载体系统可用于输送更多的核苷酸序列,目前非病毒载体系统miR-34-模拟序列治疗药物MRX34治疗肝癌已经进入Ⅰ期临床试验,这也是目前世界上首次使用miRNAs模拟序列靶向治疗[41]。MRX34通过脂质体囊泡携带的方式进入肿瘤细胞内,无论是在体外细胞实验还是体内试验都表现出了较好的效果。利用类似的技术能否在胃肠及胰腺神经内分泌肿瘤中实现治疗效果尚需更多的临床研究。另一种更有前景的方法是碳纳米管。碳纳米管是小分子的碳原子的凝聚环。体内和体外试验显示碳纳米材料可以用于输送核苷酸,并且效率极高,即可以在其表面进行多中修饰,还可以将他们改造成为为非病毒载体,但临床应用还为时尚早。

6.3 miRNAs串联体(miRNAs海绵) miRNAs海绵系统是Jung等[42]最近新报道的一种输送系统,笔者将miR-21、miR-155、miR-10、miR-211、miR-222五种miRNAs的结合序列构建到同一个环形系统中,同时抑制这五种miRNAs的表达,显著抑制了肿瘤的生长。治疗丙型肝炎的miRNA靶向药物miravirsen也是利用同样的原理设计,miravirsen可以靶向肝细胞内的miR-122从而抑制病毒RNA的包装也不产生任何毒副作用[43-44]。但该系统的应用还需要经过其他修饰从而避免肝脏代谢,才有可能到达胃肠或胰腺肿瘤组织中发挥作用,因此该系统可能需要和其他系统联合改造才可能在未来的miRNAs靶向治疗中发挥用武之地。

6.4 超声内镜、CT引导下注射系统 超声内镜或CT引导下穿刺对于肿瘤的诊断非常重要,目前对于超声内镜或CT引导下的治疗也在积极探索中[45]。文献[46]报道超声内镜或CT引导下胰腺内注射BC-819(化疗药物)可以改善部分胰腺癌患者的预后,但统计结果未显示出明显差异。动物试验中腹腔内注射miRNA-26的病毒载体可以诱导胰腺beta细胞中基因的表达,在临床患者中采用腹腔内注射的方法可能较肿瘤局部注射更安全和方便,但其效果和毒副作用尚未可知。

7 展望

microRNAs作为诊断和治疗癌症的潜在分子标记物和靶点是极具前景的,越来越多的专家学者致力于探索和发现这类非编码RNA潜在的使用价值。但针对胃肠胰腺神经内分泌肿瘤的microRNAs数据库尚未形成,同时在临床标本中利用分子检测技术筛选调控肿瘤生长进展的关键microRNAs作为治疗靶点,并发展成熟有效的microRNAs输送方法仍然是限制microRNAs临床应用的关键问题。

综述所述,microRNAs在胃肠胰腺神内分泌肿瘤的诊断、预后评价、治疗及疗效预测方面潜在价值巨大,在关键技术的研发上仍需更多的人力物力方面的投入。

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(收稿日期:2016-10-27) (本文辑:程旭然)

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