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血清中的微小RNAs作为肿瘤标志物的研究进展

已有 7054 次阅读 2010-3-9 19:37 |个人分类:研究成果|系统分类:科普集锦| 生物学, 血清, 肿瘤标记

微小RNAsmicroRNAsmiRNAs)是一类全长为1925个核糖核苷酸的非编码调控单链小分子RNA,由一段具有发卡环结构的单链RNA前体剪切后生成,通过与目标mRNA 分子的3-端非编码区域(3-UTR)互补配对使目标mRNA分子的翻译受到抑制,从而在转录后对靶基因的表达水平进行调控。根据miRBase数据库现已发现的miRNAs9500多个,研究证实很多miRNAs与肿瘤的发生发展有关。最近一些研究发现, miRNAs不仅可以在血清中稳定存在,并且许多肿瘤患者血清中的一些miRNAs的表达明显与正常人不同,可以作为一种特异的肿瘤标志物进行测定。

1 血清中miRNAs的稳定性

1.1 血清中存在着大量的miRNAs

随着越来越多的miRNAs功能的发现,许多学者开始关注miRNA在血清中的表达情况。Tsang[1]提出血清中的miRNAs可能与机体某些组织器官的功能减退、缺失有关。但有些人怀疑血清中的miRNAs是否来至其他的小RNA或仅仅是rRNAmRNA等的裂解片段?Chen[2]选取21例健康人,其中11例男性,10例女性,同时还入选了:肺癌、直肠癌、糖尿病患者,用Solexa技术对其血清中所有的小于30ntRNAs进行测序,结果显示不论健康人或患者血清中都存在大量的miRNA,部分mRNArRNA及少量未知RNA,证明了血清中确实含有大量的miRNAs,而不是来自其他的转变;并且该试验还发现大鼠、小鼠、牛及其胎儿、马等的血清中也存在大量的miRNAs,这为我们对血清中的miRNAs进行临床疾病研究提供了依据。Gilad[3]发现利用qRT-PCR技术可以对人体的尿液、唾液、羊水及胸水中的miRNAs进行定量,为我们研究miRNAs开辟了新的途径,这些体液中的miRNAs表达异常可能预示着机体功能的改变,有待进一步研究。

1.2 miRNAs对酶的耐受性

虽然血清中确实含有大量的miRNAs,但是否它们仅仅是一过性的表达,因为血清中含大量的各种消化酶,其中主要是核糖核酸酶。也许不久那些miRNA就会被消化掉,Mitchell[4]用新杆状线虫miR-39miR-54miR-238(在人类中无表达)与人体内生的miR-15bmiR-16miR-24作对照,结果发现前者加入新鲜的血清中,在不到2min的时间内就很快消失,而后者无明显改变。Chen[2]通过肺癌患者细胞中的18srRNA28srRNAGAPDHU6等基因、患者细胞中的总RNA、血清中的miRNAs对比,分别给予3h、过夜核糖核酸酶的消化,结果GAPDHU6等很快消失;肺癌细胞中的RNA约有一半减少,而血清中的miRNAs则无明显改变,可见血清中内生的miRNAs可以逃脱核糖核酸酶的消化。但对于miRNAs逃脱酶消化的机制众说不一,并不清楚。Caby[5]发现血清中含有大量的膜结合酶微粒;van Niel[6]提出--血清中的miRNAs先被一种5090 nm大小的外来体包装,在条件成熟后才被释放出来;Valad[7]报道膜结合酶中含有miRNAs。可认为血清中的miRNAs是受到一种膜结合酶的保护才免于被消化,但关于他们是怎样结合及哪些因素引起释放,这些过程中miRNAs的功能是否发生变化等问题,还没有合理的解释。

1.3外界条件对miRNAs的影响

虽然血清中的miRNAs可以避免酶的消化,但是如果作为一种有价值的肿瘤标志物、或其他疾病的特异性指标,首先要排除一些外来干扰因素,这些直接关系到它应用于临床的可行性。紧接着有许多研究者对血清中的miRNAs做了进一步的观察,并设计了各种可能影响miRNAs变化的因素,包括:放置时间长短,温度变化、PH值的高低等,结果显示这些均对血清中miRNAs无明显影响,放置时间3624 hpH=1pH=13,温度-800100等,血清中的miRNAs均无明显变化[24]。由此证明了血清中miRNAs不但可以抵抗酶的消化,而且耐酸耐碱,更不受温度变化及留置时间的影响,比一般的蛋白更适宜作为肿瘤标志物。Chen[2]为了排除miRNAsPCR过程中受到DNAmRNArRNA等污染的可能性,他们对miR-211031922425等给予两种qRT-PCR扩增测定,一组加入核糖核酸酶,另一组则无核糖核酸酶,结果二者无差异。该实验也证明了血清中miRNAs在个体中的稳定性,未来miRNAs也许可以作为早期诊断和指导个体化治疗的观察指标。

2 肿瘤患者血清中miRNAs的异常表达

既然已经证明血清中miRNAs的非常稳定,很多试验及临床分析也表明miRNAs能够调节癌基因和抑癌基因,从而发挥促癌或抑癌作用。最近许多研究表明miRNAs与肿瘤的分期、转移、药物疗效及预后均有密切的联系。并且很多与肿瘤有关的miRNAs已被证实,如Volinia[8]报道miR-128bmiR-152miR-205miR-222miR-24miR-150等在肺癌患者组织中高表达;miR-29amiR-221miR-223miR-25miR-92miR-99a等在结直肠癌患者组织中高表达。Wang[9]发现miR-31在大肠癌中高表达,且与TNM分期、肿块侵润程度均有关(P值分别为 0.026 0.024),并且发现miR-143仅在结肠癌中低表达P = 0.023,在直肠癌与正常黏膜中无明显差异P=0.351。另外Hiyoshi[10]报道miR-21在食管癌患者中的高表达与肿块的血管侵犯、淋巴结转移有关但与肿瘤发生发展相关的miRNA是否在血清中表达呢?表达情况如何呢?Lawrie[11]对已报道证实的与B型细胞淋巴瘤有关的miR-155miR-210miR-21在血清中作了测定:试验选取了60例患者,43例健康人作为对照,在血清中提取miRNA后,用PCR技术扩增后测定,患者血清中的miR-155miR-210miR-21表达明显高于对照组,P值分别为:0.0090.020.04。并且还发现miR-21与患者的无病生存率相关(P=0.05),也许某些miRNAs可以作为患者疾病复发的检测指标。

Chen[2]的研究中发现非小细胞肺癌、直肠癌患者血清中的miRNAs与健康人明显不同,非小细胞肺癌患者与健康人相比:28miRNAs是缺失的,63miRNAs是肺癌患者所特有的,r=0.2 429);69miRNAs在直肠癌患者血清中高表达,而在正常人中则不表达(r=0.1 588)。而且还发现非小细胞肺癌与直肠癌患者之间含有部分相同的miRNAs,如miR-134miR-146amiR-221miR-222miR-23a等,认为这部分miRNAs可能参与各种肿瘤的形成,有着共同的致癌机制。关于其作用机制,Stern-Ginossa[12]认为miRNAs通过与组织相容性复合体类相关链AMICA)、MICB抗原结合而发挥免疫及炎症反应,miRNAsMICAMICB上相应位点结合后,帮助它们逃避来自免疫系统不必要的识别和进攻,并推测肿瘤利用了同样的机制来逃逸免疫检测。Volinia[13]报道miR-25miR-223等在肺癌、胃癌、乳腺癌等多种肿瘤中高表达,提出可能是致癌基因;Kumar[14]在小鼠模型中发现传染let-7g miRNA可以影响细胞周期:G0-G1 G2-M增多,S期减少;Chen[2]也在他们的试验中对这3个基因进行了测定:miR-25miR-223在非小细胞肺癌患者血清中明显高表达,高于正常人,而let-7无明显差异P=0.11,原因可能是肿瘤细胞不分泌let-7Hunter[15]比较了血浆微粒中的miRNAs与细胞中的miRNAs区别:发现微粒中有33miRNAs与细胞中的miRNAs表达明显不同。Chen[2]同时比较了患者与对照组中无致病性的miRNAs的表达情况,结果差异无统计学意义,说明血清中肿瘤有关的miRNAs不会导致正常的miRNAs发生变化。

Mitchell[4]发现miRNA-14125例前列腺癌患者血清中均高表达,可以达到60%的敏感性、100%的特异性,并且与前列腺特异性抗原(PSA)的表达水平有一定的关系。近来Resnick[16]对卵巢上皮癌患者血清中的miRNAs也进行了测定:28例患者的血清均在治疗前收集,正常未婚者作对照,结果显示:miR-21miR-92miR-93miR-126miR-29b在患者中明显高表达,而miR-155miR-127miR-99b则低表达,并且发现miR-21miR-92miR-93在患者CA-125高以前出现,所以预示着这3miRNAs可以作为癌基因治疗靶点及卵巢上皮癌早期发现的标志物。Jackson[17]报道血清中的miRNA有望像BCR-ABLHER2一样应用于临床的靶向药物治疗。各种肿瘤的临床用药均存在不同程度的损伤肝功能的副作用,Wang[18]在小鼠肝损伤模型中发现一些在肝组织中高表达的miRNAs,如miR-122miR-192可以在小鼠血清中持续高表达,这些血清中的miRNAs在肝损伤早期就可以检测出来,所以他们提出miR-122miR-192可以作为药物性肝损伤的早期诊断指标。

3 结语

综上所述, 血清中miRNAs比较稳定,对肿瘤患者诊断具有较好的敏感性及特异性,加上取材的相对无创性,显示出了其作为肿瘤标志物的优势,但距临床应用还有一定距离。寻找和验证各种肿瘤的特异性miRNAs是我们首先需要解决的问题,建立适合临床应用的标准化检测体系,包括质控和诊断阀值的确定等都有待继续努力。再者还有许多miRNAs 的功能有待去探索,包括miRNAs是如何进入到血清中及稳定存在的机制还不清楚。虽然有关血清中的miRNAs研究刚刚开始,但为肿瘤标志物的研究开辟了新的途径,随着研究深入,血清中的miRNAs在肿瘤诊疗中的应用将会取得更多有益于人类健康的新硕果。

【参考文献】

[1] Tsang JC, Lo YM. Circulating nucleic acids in plasma/serum.Pathology200739(2):197-207. PMID: 17454749
[2]Chen X, Ba Y, Ma L, et al. Characterization of miRNAs in serum: a novel class of biomarkers for diagnosis of cancer and other diseases. Cell Res, 2008,18(10):997-1006.PMID18766170

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