miRNA在膀胱癌的凋亡通路機制及標志物研究進展

駱 陽，傅曉儀，孟民杰 (廣東藥科大學生命科學與生物制藥學院,廣東廣州510006)

0 引言

膀胱癌為全球高發的惡性腫瘤之一［1］。根據美國“膀胱癌——癌癥統計資料”于2018年的統計數據,膀胱癌將成為第六大常見腫瘤。約95%的膀胱癌為移行細胞癌,其余約5%以鱗狀細胞癌為主。

微小RNA(micro RNA,miRNA)是一種小的非編碼RNA分子(包含約22個核苷酸),主要存在于植物、動物和一些病毒中,在RNA沉默和基因表達轉錄后調控起作用［2］。miRNA主要是通過與信使RNA(mRNA)堿基互補配對從而發揮分子生物學功能。miR分子可以通過以下三方面發揮作用：①miR鏈分裂成兩段從而降解靶基因mRNA,miRNA與靶基因互補結合；②miR與靶基因不完全互補結合,在不影響mRNA穩定性的同時影響其翻譯,mRNA通過核糖體轉化成蛋白質的效率降低；③miR與靶基因作用,使 mRNA 通過縮短 poly［A］尾而失穩［3－4］。

許多的miRNA與癌癥相關［5］。miRNA參與細胞的增殖、凋亡等過程,在多種腫瘤細胞中表達異常。細胞凋亡的啟動受到激活機制的嚴格調控,一旦凋亡發生,必然導致細胞死亡［6］。所以,腫瘤研究多以細胞凋亡作為切入點進行深入研究。兩種細胞凋亡激活機制是內源性途徑(又稱線粒體途徑)和外源性途徑。內源性途徑主要分為依賴Caspase通路和非依賴Caspase通路。細胞色素C從線粒體中釋放出來,它與凋亡蛋白酶激活因子-1(Apaf-1)和ATP結合,然后與pro-caspase-9結合,形成一種稱為凋亡體的蛋白復合物。凋亡小體將前caspase切割成caspase-9的活性形式,進而激活效應物 caspase-3［7］。 Bcl-2家族包括促凋亡蛋白如Bax、Bak和抗凋亡蛋白如Bcl-2、Mcl-1,在線粒體途徑中發揮重要作用。非依賴Caspase通路是通過線粒體釋放AIF(Apoptosis induce factor,凋亡誘導因子)而發生凋亡反應,但在細胞水平上難以檢測［8］。外源性途徑的凋亡機制主要是腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)誘導的模型和Fas-FasL介導的模型,兩者均涉及到與外部信號耦合的TNF受體家族的信號分子［9］。TNF-R1和Fas激活后,在 Bcl-2家族的促凋亡(Bax、Bid、Bak或Bad)和抗凋亡(Bcl-xL和Bcl-2)成員之間建立了平衡。這種平衡是在線粒體外膜中形成的凋亡前同聚二聚體的比例。凋亡前同型異構體需要使線粒體膜具有滲透性,以釋放caspase激活劑?；钚孕颿aspase水解降解宿主細胞內的蛋白質以執行細胞死亡程序。細胞凋亡的大致過程可分為：接受凋亡信號、凋亡調控分子間的相互作用、蛋白水解酶的活化、進入連續反應過程。

1 miRNA在膀胱癌凋亡通路機制的研究進展

mTOR通路是調節細胞周期的重要細胞內信號通路。PI3K激活磷酸化并激活AKT,使其在質膜中定位［10］。 AKT具有激活 CREB、抑制 p27、在細胞質中定位 FoxO、激活 mTOR等下游效應,影響 p70和4EBP1 的轉錄［11－12］。 該通路被 PTEN、GSK3β、HB9等多種因子拮抗［11,13－14］。 在許多癌癥中,該通路過度活躍,因此也成為研究熱點之一(表1)。

1.1 PI3K/AKT/mTOR信號通路 PI3K/AKT/

表1

本凋亡通路的miRNA研究主要集中于PI3K/AKT/mTOR的上游,即 PI3K、AKT、PTEN這 3個位點。由于凋亡通路之間是相互交通的,下游分子可能會涉及到多條分子信號通路。下游分子的主要研究集中于p53、p21和p27。p53是研究最多且較為明確的抑癌基因,并且與細胞周期相關。p21和p27也是周期相關的分子,AKT能靶向調控p27的表達。腫瘤細胞的細胞凋亡情況可用于疾病進展的動態監測。細胞周期與藥物半衰期相關,腫瘤用藥時間和間隔的確定可根據腫瘤細胞的周期情況進行調整。

1.2 MAPK/ERK信號通路 又稱Ras-Raf-MEKERK通路,它將細胞表面受體的信號傳遞給細胞核內的DNA。這一途徑包括許多蛋白質,包括MAPK(絲裂原激活蛋白酶,起初稱為ERK,細胞外信號調節激酶),此通路成分是在癌細胞中發現的,也成為癌癥治療的研究靶向之一(表2)［38］。

此信號通路把細胞膜表面受體信號傳遞到細胞核中,研究主要集中在上游分子MAPK和ERK中。

1.3 JAK-STAT細胞通路 JAK-STAT信號通路是一條由細胞因子刺激的信號轉導通路,參與細胞的增殖、分化、凋亡以及免疫調節等許多重要的生物學過程。該通路將細胞外的化學信號傳遞到細胞核,通過轉錄過程激活基因。與其它信號通路相比,這條信號通路的傳遞過程相對簡單,它主要由三個成分組成,即酪氨酸激酶相關受體、酪氨酸激酶JAK和轉錄因子 STAT(表 3)［43］。

表2

表3

JAK-STAT細胞通路研究相對較多,因為此通路相對其他通路比較簡單,只有JAK、STAT和酪氨酸相關受體3部分組成。JAK研究較多的是JAK1,STAT中研究較多的是STAT3。

1.4 Bcl-2家族 以其在線粒體中調節細胞凋亡最為著名。Bcl-2家族蛋白由促進或抑制細胞凋亡的成員組成,通過調控線粒體外模滲透(MOMP)來控制細胞凋亡,是細胞凋亡內通路的關鍵步驟(表4)［48］。

表4

Bcl-2家族中研究最多的是Bax和Bcl-2,miRNA對于腫瘤凋亡也主要集中研究此兩分子。其中,Bax為促凋亡分子,同為促凋亡的家族分子有Bak、Bad和Bid等。Bcl-2為抗凋亡分子,同為抗凋亡分子的還有Bcl-xL。研究中多采用Bax/Bcl-2比值來表示凋亡的情況的進展,比值升高趨于凋亡,比值降低趨于抗凋亡。細胞凋亡是一個動態平衡的過程,通過Bax/Bcl-2的比值來確定腫瘤細胞的凋亡情況,可用于疾病進程和用藥過程的動態監測。

2 miRNA在膀胱癌腫瘤標志物的研究進展

2.1 癌基因作用的miRNA 具有癌基因作用的miRNA在腫瘤發生的時候出現或者表達上調。其在腫瘤中表達,參與編碼腫瘤形成的蛋白質,與腫瘤的生成和發展密切相關(表5)。

具有癌基因相關的miRNA大多的作用靶點位于凋亡相關通路。癌基因的作用主要通過調控凋亡信號通路上的分子來實現,參與癌基因的轉錄激活,與癌癥的發生、發展、轉化有著密切的關系。作為具有癌基因作用的miRNA,可作為腫瘤的診斷指標。通過動態檢測癌基因作用的miRNA,可為用藥檢測以及疾病預后提供依據從而做出相關判斷。

2.2 抑癌基因作用的miRNA 具有抑癌作用的miRNA能夠保護細胞不受腫瘤侵襲,抑制腫瘤表達,參與編碼抑制腫瘤形成的蛋白質。當其活性減少或消失時,細胞可能發展成為腫瘤(表6)。

表5

表6

具有抑癌基因的miRNA主要通過靶向調控凋亡相關通路分子和周期相關分子進行作用,在維持染色體穩定性、促進細胞分化與衰老以及調控細胞增生等過程起重要作用。具有抑癌基因的miRNA可在正常組織中存在并表達,在惡性病變組織中突變或者失活,可作為腫瘤診斷的標志物,也可作為腫瘤靶向治療手段之一。

3 結論與展望

膀胱癌目前主要是以手術切除膀胱腫瘤、化療、放療等作為治療手段,并且以影像學檢查作隨訪［73］。無論是手術還是其他治療方式,都有較大的副作用和一定的復發率。有創的治療方法難以獲得多數人的接受。無創的靶向治療需求日益增長。

miRNA在腫瘤中參與分子信號轉導,同時也可作為腫瘤標志物。隨著對miRNA的深入機理研究,miRNA芯片技術也成為生物信息學的前瞻性課題和新思路。miRNA高通量檢測技術一旦普及使用,將大大縮短檢測時間,并且能夠對miRNA和疾病的關系進行研究。miRNA作為癌癥治療的工具或者靶點都是相當有前景的［74］。靶向治療被認為是癌癥的最佳治療方式,它能準確識別患者疾病本身及治療過程中的進行性風險。在一些研究中發現特異性的miRNA作為腫瘤拮抗劑發揮作用,并直接靶向信號通路轉錄因子促進癌細胞凋亡。miRNA無論作為診斷標志物或治療靶點,都與目前提倡的“精準治療”不謀而合。miRNA可利用其表達水平來預測預后,也可作為治療期間動態監測的靶標。

雖然miRNA能作為疾病標志物為臨床提供診治的依據,但現階段臨床診療指南中涉及miRNA作為診斷指標的仍然不多。目前膀胱癌的診斷依然以膀胱鏡檢查及脫落細胞學為金標準。許多疾病的發生出現了核酸層面的改變,但未達到細胞形態學改變,以至于疾病得到診斷的時候已經發展到比較后期階段。miRNA的種類繁多,如何選擇高效的生物標志物提高診療效率也是一個挑戰。隨著檢測技術的發展和分子標志物的深入研究,miRNA有望成為腫瘤早期診斷的新標準。

miRNA在腫瘤中參與多種信號分子的靶向調控,有望作為日后腫瘤靶向治療的手段之一。但目前miRNA仍處于基礎研究階段,對于將來用于臨床治療還有相當長的一段距離。miRNA對于腫瘤靶向治療的技術開發也是目前的一大難題。隨著分子生物學和基因治療技術的發展,miRNA治療癌癥在將來是有可能實現的。