2019, Vol. 46文章信息
- 骨肉瘤中miR-17-92基因簇作用的研究进展
- Research Progress in Effect of miR-17-92 Cluster in Osteosarcoma
- 肿瘤防治研究, 2019, 46(7): 635-638
- Cancer Research on Prevention and Treatment, 2019, 46(7): 635-638
- http://www.zlfzyj.com/CN/10.3971/j.issn.1000-8578.2019.18.1988
- 收稿日期: 2018-12-25
- 修回日期: 2019-03-29
引用本文 |
2. 443002 宜昌，三峡大学医学院病原与免疫学系;
3. 443000 宜昌，三峡大学附属第一临床医学院血液内科
2. Department of Etiology and Immunology, Medical College of China Three Gorges University Yichang 443002, China;
3. Department of Hematology, The First Clinical Medical College Affiliated to China Three Gorges University, Yichang 443000, China
骨肉瘤（Osteosarcoma, OS）是一种高度恶性肿瘤，表观遗传学研究表明OS是由遗传和表观遗传学改变的积累引起的，在分子水平上表现出多种复杂的基因组畸变[1-2]。其中miRNA异常起着重要作用。miRNA是一类长约21~24个核苷酸的单链非编码RNA，通过在转录后水平降解mRNA来调节和控制真核生物中的基因表达。miRNA的异常表达影响了肿瘤的发生和发展，并与细胞的增殖、分化、生长、凋亡和侵袭异常有关。miR-17-92基因簇也称OncomiR-1，是较强的致癌miRNA之一，它可产生7个单独的miRNA（miR-17-5p、miR-17-3p、miR-18a、miR-19a，miR-20a、miR-19b-1和miR-92a-1）。He等[3-4]首次在B细胞淋巴瘤患者中发现miR-17-92基因组扩增和高表达，在随后的研究中也证实了该基因的强致癌活性。随着研究的不断深入，研究者发现miR-17-92基因簇在多种实体肿瘤中的发生和进展中也发挥着重要作用。本文就miR-17-92基因簇在OS中的作用和分子机制综述如下。
1 miR-17-92基因簇在骨肉瘤中的表达情况有研究表明，在多种类型肿瘤组织与正常组织之间存在miRNA差异表达[5-6]。Sarver等[7]通过对22种类型的肉瘤组织样本进行miRNA表达谱分析，发现miR-17-92基因簇在OS中的表达相对于其他肉瘤更高。有学者进一步鉴定了177个OS标本中相对于正常骨骼之间差异表达的miRNA[1]，他们发现在OS组织中miRNA存在不同程度的下调或过表达，其中miR-17-92基因簇中的所有miRNA的表达都升高。另外，还有研究报道miR-17-92基因簇的表达水平在转移性LM7细胞中明显高于非转移性亲本SAOS-2细胞[8]，与正常成骨细胞和间充质干细胞相比，HOS-58、U2-OS、MNNG/HOS、SJSA-1等骨肉瘤细胞株中miR-17-92基因簇也显著上调[9]。这些研究表明miR-17-92基因簇在OS中过表达，并在OS疾病进展中发挥着重要作用。
2 miR-17-92基因簇在骨肉瘤发生发展中的作用机制肿瘤发生的因素之一是维持正常细胞活性的机制发生紊乱，如过度的细胞增殖、异常的凋亡和分化等[10]。miRNA在肿瘤发生和发展的各个阶段发挥着重要作用。Thayanithy等[11]发现阻断miR-18a和miR-20b的表达后可明显导致OS细胞凋亡，表明OS中高表达的miR-17-92基因簇具有抑制肿瘤凋亡的作用。随后，体外实验研究证明，过表达的miR-17-92基因簇对骨肉瘤细胞系的增殖、侵袭、迁移有显著的影响[12]。随着研究的不断深入，miR-17-92基因簇在OS中的发病机制逐渐被认知，这些过程主要通过激活癌基因、抑癌基因失活以及调节不同的靶基因、信号通路实现。
2.1 miR-17-92基因簇与癌基因癌基因或肿瘤抑制因子的失调在细胞癌变中发挥重要作用。C-myc是一种重要的癌基因，C-myc调控人类基因组中10%~15%的基因，该基因参与细胞周期、凋亡、能量代谢和大分子合成等多种功能调节[13]。在人类癌症中，C-myc具有高突变率[14]。该基因在大多数OS病例样本中都过表达，其转录水平比正常骨组织高2~4倍，C-myc的失调是OS发病机制的重要部分[11, 15]。miR-17-92基因簇是C-myc的直接转录靶点[16]，C-myc升高可以过度激活miR-17-92基因簇miRNA转录，从而导致异常细胞分裂以及细胞凋亡逃逸[17-18]。通过反转录病毒介导miR-17-92基因簇过表达，促进了C-myc诱导的B淋巴瘤发生[19]。Olive等[20]揭示了miR-19可能是miR-17-92簇中的关键致癌基因。miR-19靶向C-myc的拮抗剂MXD1而提高C-myc活性，miR-19具有致癌活性另一原因是其激活Akt-mTOR，从而在功能上拮抗抑癌基因PTEN以促进细胞存活[21-23]。这些研究也说明了miR-17-92基因簇与靶基因C-myc之间存在正反馈调节。BIM是一种促凋亡蛋白基因，该基因在各种肿瘤和成骨细胞中均有表达，研究发现miR-17与Bim表达下调相关[24-25]。BIM在维持中枢免疫耐受和周围免疫耐受中也起重要作用，miR-17-92基因簇可靶向BIM，造成免疫耐受系统破坏[26]。miR-17-92基因簇由此造成的免疫系统紊乱也可能是诱发肿瘤的因素之一。最近研究还发现，在OS中miR-17-92基因簇与抑癌基因MFN1、QKI2表达呈负相关。MFN1位于线粒体外，是一种线粒体融合蛋白，当基因突变时可在线粒体中出现，通过调控线粒体形态学，导致线粒体功能障碍，进而诱发肿瘤的发生，MFN1还可以抵抗药物诱导的凋亡作用，使癌细胞对化疗产生抗性[27-28]; QKI2是一种RNA结合蛋白，已被证明是一种抑癌基因，通过抑制β-catenin的表达而抑制骨肉瘤细胞的增殖、迁移和侵袭[29]。上述研究表明miR-17-92基因簇可促使致癌基因表达，并抑制抑癌基因表达，证明mir-17-92基因簇具有较强的致癌活性，同时也说明mir-17-92基因簇功能多样性是其在肿瘤发生过程中多效性作用的分子基础。
2.2 miR-17-92基因簇与细胞周期调节细胞周期调节失控是恶性肿瘤的一个重要特征，miR-17-92基因簇可以通过调节细胞周期相关基因的表达从而在肿瘤发生中起重要作用。E2F家族（包括E2F1、E2F2和E2F3）是一类能精准调控细胞周期的重要转录因子，通过调控细胞G1期进入S期所需相关基因的转录，进而调控细胞的增殖。E2F的活化受到视网膜细胞瘤（aberrant retinoblastoma, RB）家族蛋白的调控。RB-E2F途径的失调可改变OS的表观遗传和生物学行为[30]。除了受到RB家族蛋白调控外，E2F1-3的表达还受miR-17-92基因簇的调控。E2F1、E2F2和E2F3已被鉴定为miR-17和miR-20a的靶基因，而E2F1-3又可结合到miR-17-92基因簇的启动子区，激活miR-17-92基因簇的转录[10, 31-32]。同时，E2F1-3还可激活C-myc的转录，而C-myc也可激活E2F1-3的转录[33]，C-myc-E2F-miR-17-92之间存在着一种反馈调控循环，这个调控循环失控将导致细胞过度增殖，诱发肿瘤形成。除此之外，miR-20a还可与早期生长反应因子2（early growth response 2, EGR2）的mRNA结合，在转录和翻译水平上抑制EGR2 mRNA的表达，从而实现调控OS细胞的增殖和周期[34]，并通过上调细胞周期相关蛋白cyclin D1和下调p21蛋白的表达，促使OS细胞G1/S期转变。这些研究表明，miR-17-92基因簇可作为OS有前景的治疗靶标。
2.3 miR-17-92基因簇与信号通路miR-17-92簇作为一种致癌基因，其促进OS细胞迁移、侵袭和转移的另一种重要机制主要通过调节信号通路实现。磷酸酶张力蛋白同系物（phosphatase and tensin homolog, PTEN）是一种公认的肿瘤抑制因子，主要通过阻断PI3K/Akt通路抑制肿瘤增殖、迁移、侵袭和血管生成[35-36]。然而在大多数肿瘤中，PTEN的表达减少。Gu等[37]发现PTEN在肿瘤中表达下调与miR-17基因有关。在OS细胞系中高表达的miR-17可抑制PTEN的表达，进而导致PI3K/Akt通路相对激活，促使OS的进展。最新研究表明，敲低miR-17可抑制p-PI3K/p-AKT/MMP-9通路，降低Bcl-2的表达，同时增加Caspas-3、Bax等促凋亡的表达[38]。该研究还发现miR-17负性调节抑癌基因SASH1（SAM-and SH3-domain containing 1）可通过PI3K/Akt信号通路抑制癌细胞中TGF-β1诱导的上皮-间质转化，影响癌细胞的增殖和侵袭[39-40]。同时，SASH1过表达还可抑制癌细胞中FAK信号通路相关蛋白表达，共同调节肿瘤细胞的增殖，侵袭和凋亡[41]。可见，抑制miRNA-17-92基因簇中miR-17表达可影响多种信号通路，从而抑制OS的发展，这对OS患者的临床治疗具有积极意义。
3 miR-17-92基因簇与骨肉瘤肺转移死亡受体分子Fas是一种分子量为48 kDa的Ⅰ型跨膜蛋白，属于肿瘤坏死因子（TNF）/神经生长因子（NGF）受体家族。Fas与配体FasL结合可诱发细胞凋亡级联，导致Caspase3/Caspase8激活，以及线粒体功能障碍，最终导致细胞死亡。miR-20a表达水平与OS组织中的Fas表达水平呈负调节。通过特异性抑制剂抑制miR-20a后，Fas表达水平上升，进而导致FasL诱导的细胞凋亡增加，更重要是在动物模型中，肺转移显著减少[42]。这可能是Fas/FasL在肺转移微环境中诱导肿瘤细胞凋亡引起的。miR-20a调节Fas表达这一过程是通过调控Fas启动子活性实现。90 bp区域（-240~-150 bp）是miR-20a介导Fas下调的作用位点，miR-20a靶向Fas启动子结合的转录因子，导致Fas表达关闭[43]。除miR-20a之外，miR-17、miR-18a和miR-92a的表达水平与FAS也呈负相关[44]。通过这些研究可以推测，调控miR-17-92基因簇表达，上调Fas在肿瘤细胞中的表达，可以实现控制OS转移到FasL阳性的肺微环境中的能力，达到抑制肿瘤肺转移的目的。
4 miR-17-92基因簇作为骨肉瘤的生物标志物miRNA以非常稳定的形式存在于体液中并稳定表达，这个特征可以使miRNA充当癌症的理想非侵入性检测的生物标志物。通过技术手段确定肿瘤中特异性表达的miRNA，可作为一种新的诊断、预后和疾病监测工具。miR-17-92基因簇在多种实体瘤和血液肿瘤的血清或血浆中升高，这提示我们，这些miRNA可以作为某些肿瘤敏感的“警报信号”。在OS组织中，miR-19a、miR-20a、miR-19b、miR-92a的高表达水平提示与肿瘤TNM分期密切相关，高表达miR-17-92基因簇的OS患者术后有更高的短期复发率和更低的生存期[12, 44]。这提示我们，这些在细胞株和组织中表达的miRNA可作为OS诊断和评估预后的良好生物学指标。但现在更多的学者热衷于对外周循环中miRNA表达谱的研究，尝试在尽可能无创的情况下了解癌症患者的身体状况。在一组对OS患者的研究显示，与健康对照组血清中的miR-17相比，OS患者血清中miR-17水平显著上调，而且与低表达miR-17患者相比，具有高miR-17表达的患者总体存活率更短[45]。这说明OS患者血液中miR-17的含量与预后存在明显的关联，检测循环中miR-17可以作为OS的一个新的预后生物标志物。
5 总结与展望综上所述，诸多研究结果已经表明，miR-17-92基因簇作为一种重要的致癌基因，可以从多方面调控OS的增殖、迁移和侵袭等恶性表型，而且对患者的治疗及预后具有指导意义。深入认识miR-17-92基因簇对OS的生物学作用及其调控机制，有助于为OS的临床诊断和治疗提供新的策略。miR-17-92基因簇作为循环生物标志物在OS的诊断中具有巨大的应用价值，但仍有许多局限性。例如，这些miRNA可能同时存在于健康个体和癌症患者体液中，部分miRNA表达水平差异非常小，因此，需要准确地区分癌症与健康状态或其他良性损伤[46]。目前在大多数研究中，OS患者队列相对较小，要获得更加可信的、稳定的结果，还需要进行长期、可控和大样本量的实验研究，进一步提高miR-17-92基因簇作为生物标志物的敏感度、特异性和适用性。另外，基于miR-17-92基因簇的OS靶向治疗目前尚无相关研究，有效地设计基于miR-17-92基因簇的治疗，也是未来需要研究的方向。
作者贡献
王勃霏：论文设计及撰写
姜晓玲、卢斌：文献搜集
蔡惠丽、陈海丹：写作指导
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