MicroRNA-21在胰腺癌发病和诊治中作用的研究*

赵秋艳 陈素敏 任迎春 李百文上海交通大学医学院附属第一人民医院消化内科(201620)

MicroRNA-21在胰腺癌发病和诊治中作用的研究*

赵秋艳 陈素敏 任迎春 李百文#
上海交通大学医学院附属第一人民医院消化内科(201620)

胰腺癌起病隐匿，具有高度侵袭性，恶性程度高，预后极差，因此亟需寻找胰腺癌的早期诊断标记物，研发能有效治疗胰腺癌的靶向药物。微RNA(miRNA)是一类长度约为18～25 nt的非编码小分子单链RNA，在胰腺癌中高表达，参与胰腺癌细胞的增殖、分化、凋亡、侵袭和转移，并与胰腺癌的不良预后和化疗抵抗有关。miRNA-21作为诊断和治疗胰腺癌的新靶点，已成为目前临床研究的热点。本文就miRNA-21在胰腺癌发病和诊治中作用的研究进展作一综述。

胰腺肿瘤； 微RNAs； 发病机制； 诊断； 治疗

胰腺癌是消化系统常见的恶性肿瘤，恶性程度高，具有发现晚、转移早、进展快、预后差等特点，患者5年生存率不足5%[1]。手术切除是惟一可能根治胰腺癌的方法，然而大多数患者确诊时已处于疾病晚期，由于缺乏有效的治疗手段，其中位生存期小于6个月。近年来其他类型的肿瘤死亡率有所下降，但胰腺癌的发生率和死亡率仍呈逐年上升趋势，预计在2030年将成为癌症相关死亡的第二大常见原因[2]。因此，寻找胰腺癌的早期诊断标记物并研发能有效治疗胰腺癌的药物，是临床研究的重点和难点。目前分子靶向治疗已成为治疗恶性肿瘤的重要手段，微RNA(miRNA)-21在多种肿瘤组织中异常表达，与肿瘤发生、发展、侵袭和转移等密切相关。miRNA-21过表达与胰腺癌的不良预后和化疗抵抗有关[3-4]，故其作为胰腺癌诊治的新靶点，已成为目前研究的热点。本文就miRNA-21在胰腺癌发病和诊治中作用的研究进展作一综述。

一、miRNA

miRNA是一类不编码蛋白质的小分子单链RNA，长度约为18～25 nt，可通过与靶mRNA的3′端非翻译区(3′-UTR)互补配对，在转录后水平抑制mRNA翻译或诱导mRNA降解来调控基因表达。一种miRNA有多种靶mRNA，而每种mRNA能被多种miRNA调控，表明miRNA可调控人体多种基因表达[5]。目前已证实人体内有2 500余种miRNA，参与癌症的发生、发展过程，包括癌细胞分化、增殖、凋亡、侵袭和转移[6]。Tang等[7]通过分析1 765例肿瘤(包括食管癌、胃癌、肝癌、胰腺癌、结肠癌和直肠癌)样本的miRNA表达谱发现，不同组织来源的消化道肿瘤可根据其miRNA表达谱来区分。miRNA表达与肿瘤类型及其发生、发展有关，因此，miRNA作为潜在的肿瘤标记物，一直是临床研究关注的重点。此外，miRNA具有保守性、可测性以及能在细胞外环境中稳定存在等特点，因此有望成为肿瘤的诊断标记物和治疗靶点。

二、miRNA-21参与胰腺癌的发生、发展过程

1. miRNA-21与胰腺癌发生：胰腺癌是胰腺局部组织细胞在各种内外因素共同作用下，在基因水平失去对自身生长的正常调控，导致胰腺组织异常增生、分化而形成的新生物，是多基因、多步骤的过程，涉及一系列基因突变，包括原癌基因K-ras基因激活以及p53、p16、SMAD4等多种抑癌基因失活[8]。同时，胰腺癌细胞中与肿瘤生长相关的信号通路被大量激活，而miRNA-21是位于这些致癌通路下游的信号分子，通过下调miRNA-21水平可有效抑制胰腺肿瘤生长[9]。绝大多数胰腺癌为起源于胰腺导管上皮的胰腺导管腺癌(PDAC)，一般认为其发生、发展经历“正常上皮-上皮过度增生-上皮异型增生-癌变”的逐级演变过程。胰腺上皮内瘤变(pancreatic intraepithelial neoplasia, PanIN)是PDAC的主要癌前病变之一，根据胰腺导管上皮增生的病理形态学程度不同，PanIN可分为3级：PanIN-1A、PanIN-1B、PanIN-2和PanIN-3。研究[10]证实，miRNA-21在PanIN中过表达，且其表达量随PanIN分级升高而增加；对miRNA-21表达变化机制的进一步研究发现，PanIN中K-ras基因大量活化，刺激miRNA-21的启动子，从而使miRNA-21表达增加，同时发现表皮生长因子受体(EGFR)的激活对miRNA-21表达也起有一定的促进作用。然而由于胰腺癌的高度侵袭性、发病机制的复杂性以及胰腺癌确诊后中位生存期短的特点，miRNA-21在胰腺癌发生、发展过程中的具体作用机制仍有待进一步研究验证。

2. miRNA-21与胰腺癌细胞生长和增殖：缺氧是肿瘤微环境的重要特征之一。Mace等[11]的研究发现，缺氧环境可使低氧诱导因子-1α(HIF-1α)表达明显增加，而高表达HIF-1α可诱导miRNA-21过表达；利用RNA干扰等技术进一步研究发现，miRNA-21在低氧环境下能明显抑制胰腺癌细胞凋亡。Sicard等[9]通过构建慢病毒载体(LV)，将抗miRNA-21 LV(a/miRNA-21)导入胰腺癌细胞株Mia PaCa-2中，结果显示胰腺癌细胞的生长和增殖能力与对照组相比显著下降，且呈时间依赖性，a/miRNA-21导入细胞72 h后，能最大限度发挥抑制癌细胞增殖的效应；将空载体和a/miRNA-21分别导入中等体积肿瘤负荷的实验动物中，两周后发现导入空载体组动物肿瘤体积增加8倍，而导入a/miRNA-21组动物肿瘤体积仅有少量增加(2.09±0.4倍)，表明下调miRNA-21表达能抑制胰腺癌细胞的生长和增殖；进一步研究发现，通过下调miRNA-21表达可降低B淋巴细胞瘤-2(Bcl-2)等原癌基因的表达，从而达到抑制癌细胞增殖以及诱导癌细胞凋亡的目的。Wei等[12]通过对miRNA-21诱导胰腺癌5-氟尿嘧啶耐药的机制进行研究，发现miRNA-21对抑癌基因PDCD4和PTEN的表达起负向调控作用。PDCD4通过与真核翻译起始因子(eIF)4A和eIF4G相互作用[13-14]，抑制mRNA翻译，从而抑制肿瘤细胞增殖[15]。PTEN编码脂质磷酸酶，诱导磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)去磷酸化，并参与PI3K/Akt途径的调节。PTEN失活可导致PI3K/Akt途径持续激活，使多种下游效应分子表达升高，促进细胞生长和增殖，抑制细胞凋亡[16]。由此可见，miRNA-21可通过调控与细胞生长、增殖和凋亡相关的基因表达，来促进胰腺癌细胞的生长和增殖。

3. miRNA-21与胰腺癌侵袭和转移：胰腺癌具有高度侵袭性，绝大多数患者确诊时已发生癌细胞转移，严重影响预后，因此胰腺癌转移机制的研究极为重要。Kadera等[17]的研究发现，胰腺癌细胞可诱导肿瘤相关成纤维细胞(TAF)表达miRNA-21，而miRNA-21过表达能促进癌细胞侵袭；通过下调miRNA-21表达可抑制此过程。近年研究发现，肿瘤干细胞(CSC)表型和上皮-间质转化(EMT)在胰腺癌侵袭和转移过程中起有重要作用[18]。CSC具有自我更新、无限复制的能力，存在于多种恶性肿瘤中，被认为是造成肿瘤生长、侵袭、转移和复发的重要原因[19]。目前人们已利用流式细胞技术分离出几种胰腺癌干细胞(PCSC)亚群。Li等[20]的研究证实了CD44+/CD24+/ESA+表型的胰腺癌细胞亚群具有CSC特性，约占胰腺癌细胞总数的0.2%～0.8%。EMT是细胞由上皮表型向间质表型转化的过程，在胚胎发育、组织器官分化以及肿瘤细胞转移过程中发挥重要作用。肿瘤细胞发生EMT后，丧失黏附能力，转化为侵袭能力较强的间质细胞，同时获得CSC特性[21]。进一步研究[22]证实，通过抑制癌细胞miRNA-21水平能使PTEN表达上调，而PTEN为PI3K/Akt和MAPK-ERK1/2信号转导通路的上游信号分子，其表达升高可抑制这两条通路的活化，从而逆转CSC表型和EMT过程，抑制癌细胞侵袭。肿瘤微环境中的细胞外基质(ECM)重建是影响肿瘤侵袭和转移的关键步骤，该过程需要ECM水解酶参与，其中以基质金属蛋白酶(MMP)的作用尤为重要[23]。MMP是调节细胞分化和细胞形态的重要介质[24]，Moriyama等[4]的研究通过实时定量RT-PCR法发现，miRNA-21可通过参与调控MMP-2和MMP-9的表达，促进胰腺癌的侵袭和转移。

4. miRNA-21与胰腺癌诊断：早期诊断能提高胰腺癌治疗有效率，减轻患者痛苦，降低死亡率。但胰腺癌起病隐匿，大部分患者确诊时已处于癌症晚期，失去了手术机会。正电子发射断层造影术(PET)和内镜超声引导下细针穿刺活检(EUS-FNA)等新技术能大大提高胰腺癌的检出率，但由于费用较高，技术难度大，使这两种诊断技术的临床应用受限。CA19-9和CEA是诊断胰腺癌的血清标记物，但其敏感性和特异性均不高，因此寻找可靠的肿瘤标记物具有重要意义。miRNA-21作为胰腺癌诊断的标记物具有以下优势：① miRNA-21能在血清中稳定表达；②miRNA-21在肿瘤组织中高表达，且具有组织特异性；③miRNA-21与胰腺癌预后有关。Abue等[25]利用定量RT-PCR法检测32例PDAC患者、12例胰腺导管内乳头状黏液瘤(IPMN)患者和30名健康对照者的血清miRNA-21表达情况，结果显示PDAC和IPMN患者血清miRNA-21表达均显著高于健康对照者，而PDAC患者血清miRNA-21水平与IPMN患者相比差异无统计学意义，表明miRNA-21水平可用于评估PDAC患者的疾病进展。进一步研究表明，miRNA-21检测与其他多种miRNA指标联合运用，能显著提高胰腺癌诊断的敏感性和特异性[8]。多项研究[3,26]显示，miRNA-21过表达是胰腺癌患者不良预后的独立预测因子，miRNA-21高表达的胰腺癌患者中位生存期明显短于miRNA-21低表达患者。因此，miRNA-21有望成为胰腺癌诊断和预后判断的分子标记物。

5. miRNA-21与胰腺癌治疗：美国国立综合癌症网络(NCCN)指南推荐吉西他滨(GEM)作为胰腺癌化疗的一线药物[27]，然而由于癌细胞的化疗抵抗作用，GEM对胰腺癌的疗效并不显著。Conroy等[28]发现，与GEM单药化疗相比，FOLFIRINOX方案(氟尿嘧啶、奥沙利铂、伊立替康和亚叶酸钙)可显著延长胰腺癌患者的中位生存期，是体能状态良好的晚期胰腺癌患者的一线化疗方案，但该方案的安全性低于GEM单药方案，不良反应较多，如中性粒细胞减少性发热、血小板减少、腹泻、周围神经病变和脱发等。因此，寻找有效的诊断标记物和治疗靶点是目前胰腺癌研究领域的重要课题。多项研究[4,29]表明，miRNA-21与癌细胞化疗耐药密切相关，下调miRNA-21表达可增加胰腺癌细胞对GEM的敏感性。Paik等[30]证实，吲哚-3-甲醇(I3C)能下调miRNA-21表达，使PDCD4表达增加，增强GEM对胰腺癌细胞的毒性，促进癌细胞凋亡。近年来，通过对多种化合物进行体外miRNA-21抑制效果的检测，筛选出具有治疗胰腺癌潜力的小分子miRNA-21抑制剂AC1MMYR2。AC1MMYR2在miRNA-21前体(pre-miRNA-21)转变为成熟miRNA-21的过程中发挥作用，通过与Dicer酶竞争性结合pre-miRNA-21的茎环结合位点，抑制pre-miRNA-21剪切生成成熟miRNA-21的过程。此外，经AC1MMYR2处理后的细胞，PTEN、PDCD4、RECK和E-钙黏蛋白等上皮标记物表达上调，而间质标记物表达降低，表明AC1MMYR2可在一定程度上逆转癌细胞的EMT过程，从而抑制癌细胞生长、增殖和侵袭[31]。上述研究结果表明，靶向抑制胰腺癌细胞miRNA-21表达的治疗方案有望成为胰腺癌治疗的新策略和新方向。

三、总结与展望

作为一种致癌miRNA，miRNA-21可通过负向调节多种肿瘤抑制基因的表达，在胰腺癌发生、发展过程中发挥重要作用。虽然人们对miRNA-21的生物学特性和功能已有一定了解，但其促进肿瘤发生、发展的确切分子机制尚未完全阐明，调节miRNA-21表达的上游信号通路作用机制以及miRNA-21下游靶基因之间复杂的相互作用有待进一步研究证实。此外，miRNA-21在多种肿瘤中的表达上调，单纯作为胰腺癌的诊断标记物缺乏特异性，且缺乏统一的评估标准。miRNA-21联合其他诊断方法或寻找特异性miRNA表达谱可能成为今后肿瘤诊断研究的新方向。因此，深入了解miRNA-21在胰腺癌发生、发展过程中的作用，寻找有效的miRNA-21抑制剂并对其表达进行靶向干预，有望为胰腺癌的诊断和治疗提供更广阔的前景。

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(2017-01-16收稿；2017-02-15修回)

Role of MicroRNA-21 in Pathogenesis, Diagnosis and Treatment of Pancreatic Cancer

ZHAOQiuyan,CHENSumin,RENYingchun,LIBaiwen.
DepartmentofGastroenterology,ShanghaiFirstPeople’sHospital,ShanghaiJiaoTongUniversitySchoolofMedicine,Shanghai(201620)

LI Baiwen, Email: muzibowen@126.com

Pancreatic cancer is characterized by high invasiveness, high malignancy and poor prognosis. Therefore, it is urgent to find biomarkers for early diagnosis and to develop targeting drugs for treatment of pancreatic cancer. MicroRNAs (miRNAs) are single-stranded, non-coding small RNA molecules with a length of 18-25 nucleotides and are highly expressed in pancreatic cancer. MiRNAs play important roles in cell proliferation, differentiation, apoptosis, invasion and metastasis, and are associated with adverse prognosis and resistance to chemotherapy in pancreatic cancer. As a new target for diagnosis and treatment of pancreatic cancer, miRNA-21 has become the hot spot of clinical research. This article reviewed the advances in studies on miRNA-21 in the pathogenesis, diagnosis and treatment of pancreatic cancer.

Pancreatic Neoplasms; MicroRNAs; Pathogenesis; Diagnosis; Therapy

10.3969/j.issn.1008-7125.2017.08.014

国家自然科学基金项目(81572316)

#本文通信作者，Email: muzibowen@126.com