与肿瘤相关的miRNA研究进展

与肿瘤相关的mi RNA进展

施成瑞 综述

山东大学生命科学院微生物发酵专业（200800140122）

指导老师 苗俊英教授

摘要：microRNA(miRNA)是近年来发现的一类长度为19 — 25 个核苷酸的非编码小分子RNA。它主要通过与靶标基因3'UTR 的

完全或不完全配对，降解靶标基因mRNA 或抑制其翻译，从而参与调控个体发育、细胞凋亡、增殖及分化等生命活动。实验证据

表明，m i R N A 可通过调控其靶标基因参与的信号通路，影响肿瘤的发生和发展，发挥着类似于癌基因或抑癌基因的功能。

miRNA 的发现为肿瘤发病机制的研究提供了新的思路，为肿瘤诊断和治疗提供了新的策略。本综述主要介绍近年来miRNA 与肿

瘤发生发展相关性研究领域的进展。

关键词：m i R N A ；非编码R N A ；癌症；肿瘤发生

Advance on tumor-relative microRNAs

SHI chengrui

Field of microbial fermentation, Academy of Life Science, Shan Dong University

Instructor: Professor MIAO junying

[Abstract] MicroRNAs (miRNAs) are short (19 - 25 nt), regulatory, non-coding RNAs that inhibit the expression

of protein-coding genes by binding to the 3'UTR of mRNAs and inducing either translational repression or mRNA

degradation. It has been demonstrated that miRNAs regulate a wide range of biological processes, including

development, cell differentiation, proliferation and apoptosis. Growing evidences have indicated a strong

association between miRNAs and oncogenesis. miRNAs exert their tumor suppressor or oncogenic function by suppressing

the expression of protein-coding genes and in turn regulating the signaling pathways. Characterization of miRNA

provides us a new insight into the molecular mechanisms underlying tumorigenesis as well as the new strategy for

cancer diagnosis and treatment. This review summarizes the recent progression on the research field of miRNA and

its association with tumorigenesis.

Keywords: miRNA; non-coding RNA; cancer; tumorigenesis

MicroRNA(miRNA)是近年来发现的一类普遍存在于动植物

体内的非编码小分子RNA。研究表明miRNA参与生命过程

中一系列的重要进程, 包括早期胚胎发育、细胞增殖和

细胞死亡、细胞凋亡与脂肪代谢、细胞分化以及在基因

表达调控中的作用。而细胞增殖及凋亡等常在肿瘤中发

生异常,因此推测miRNA的异常缺失、突变或过表达将导

致人类疾病的发生。大量研究表明m iRNA与肿瘤的形成

有关。

1 miRNA 简介

1.1 miRNA 发现

1993年Lee等利用遗传分析的方法在秀丽隐杆线虫中发

现第1个22 nt的小分子非编码RNAlin-4。这种小分子单

链RNA 能够时序调控胚胎后期发育, 它只在线虫发育的第1，2 期大量表达, 通过碱基配对的方式结合到靶

mRNA ( target mRNA )lin-14和lin-28的3’末端非翻译

区( 3’ untranslational region, 3’ UTR ),从而短暂

下调lin-14蛋白水平, 促进线虫从第1期向第2期过渡。

Lin-4或lin-14突变后能够造成线虫发育差时表型。

Reinhart等在线虫中发现了另一个类似的具有转录后

调节功能的小分子RNA: let-7, 它存在于线虫幼虫的第

3，4期及成虫期，其表达决定了线虫从幼虫向成虫的转

变。与lin-4的作用原理相似，let-7 通过识别、结合

lin-41 和Hbl-1( lin-57)的3’ UTR实现转录抑制功能。

抑制let-7 RNA 活性将导致成虫阶段出现幼虫期的形态；

相反, let-7在幼虫期过度表达将会导致早熟。由于两

者明显的时序调节功能。当时科学家将其命名为小时序RNA ( small temporal RNA, stRNA )。随后,许多实验

室通过分子克隆及生物信息学分析从线虫、果蝇、家鼠、

拟南芥及人类等多种真核生物中发现了300余种这类小

分子RNA, 科学家将这些呈现时空特异性表达模式的非

编码小分子RNA 命名为m icroRNAs (miRNAs)。

1.2 miRNA 命名原则

随着鉴定方法的改进，越来越多的miRNA 被克隆，研究

人员对发现的miRNA 制定了如下的命名规则：(1) miRNA

简写成miR，再根据其被克隆的先后顺序加上阿拉伯数

字，如miR-21；(2)高度同源的m i R N A 在数字后加

上英文小写字母( a 、b 、c⋯⋯)，如miR-199a 和miR-199b；

(3)由不同染色体上的DNA 序列转录加工而成的具有相

同成熟体序列的miRNA，则在后面加上阿拉伯数字以区

分, 如miR-199a-1和miR-199a-2；(4)如果一个前体的2

个臂分别加工产生miRNA，则根据克隆实验，在表达水

平较低的miRNA 后面加“* ”，如miR-199a和miR-199a*，

或进行如下命名，miR-142-5p(也可命名为miR-142-s，

表示从5' 端的臂加工而来)和

miR-142-3p(也可命名为miR-142-as，表示从3´端的臂加

工而来)；(5)将物种缩写置于miRNA 之前，如h s a - m

i R - 1 9 5 ；( 6 ) 确定命名规则之前发现的miRNA，

如let-7，则保留原来名字。

1.3 miRNA 生物合成

RNA polymerase Ⅱ首先从miRNA 编码基因转录出初级

转录本(pri-miRNA)，接着由属于RNaseⅢ家族的Drosha

将pri-miRNA 剪切成长度约为80bps的发卡状结构的

miRNA 前体(pre-miRNA)，并由Exportin-5/Ran-GTP 转

运至胞浆，最后在胞浆由RNase Ⅲ家族的另一成员

Dicer将pre-miRNA加工成长度约为22 个碱基的双链

RNA，双链中的一条则与含Argonautes的RNA沉默复合物

(RNA-induced silencing complex，RISC)形成

RISC-miRNA 复合物，然后结合到靶基因mRNA 的3´UTR，

从而调控靶标基因的表达。

1.4 miRNA研究方法

1.4.1 miRNA的鉴定 miRNA 的鉴定目前主要采用

小分子RNA 建库克隆测序[15]结合生物信息学预测的

方法。

1.4.2 miRNA表达水平的检测 目前检测miRNA表达

水平的方法主要包括microarray、RT-PCR、Northern

blot、Ribonuclease protection assay(RPA)、

Bead-based flow cytometric assay(磁珠流式检测)、

原位杂交等。由于miRNA 序列很短，增加了检测难度，

因此，仍有待进一步的技术改进。

1.4.3 miRNA靶标基因的鉴定 miRNA 通过调控

靶基因参与生命活动，因此，发现鉴定miRNA调控的靶

基因一直是研究的重点。目前主要根据miRNA与靶标基因3'UTR 结合的结构、热力学等特点，借助生物信息学

方法首先对miRNA 的靶标基因进行预测。常见的靶标基

因预测软件有TargetScan、PicTar、miRanda、RNAhybrid、

RNA22、DIANA-microT等。对于生物信息学方法预测的

miRNA的靶标基因，再借助荧光报告基因系统、过表达

或敲除miRNA等实验进行进一步的确认。

2 miRNAs 与肿瘤

2.1 肿瘤细胞中miRNAs表达谱发生变化

2.1.1 人类正常组织中miRNAs表达谱

Landgra f等检测了人类和啮齿类动物26 个器官组织中

250种 miRNAs 表达情况, 约1 /3的 miRNAs 具有相对

组织特异性。其中m iR-122与肝脏、miR-375与胰岛、

miR-142 和m iR-223与造血系统、miR-1和miR-133与肌

肉等组织特异性相关。至于 miRNAs 在生物发育、疾病

发生中确切作用机制还有赖于特定 miRNAs 基因和组

织特异性Dicer酶突变的基因敲除动物模型来解决。研

究人员发现, Dicer突变后斑马鱼的脑部发育受影响,

但同时也有某些细胞和胚胎结构发育良好,表明动物不

同组织或细胞对miRNAs调控的依赖性不完全相同。

2.1.2 肿瘤中miRNAs 表达谱变化

肿瘤是一种复杂的基因病, 其发生和进展涉及编码基

因和非编码基因的异常表达。异常表达的miRNAs与经典

的癌基因和抑癌基因相互作用参与多种恶性肿瘤的发

生和进展。在肿瘤组织中表达下调的miRNA s作用于下

游的癌基因, 此类miRNA s发挥着类似于抑癌基因的作

用,相反表达上调的miRNA s靶基因为抑癌基因, 起到类

似癌基因的作用。引起miRNA s异常表达的机制包括编

码m iRNA s的基因突变、缺失、转录后调控失衡、启动

子区DNA 甲基化和组蛋白修饰、甲基化结合蛋白异常等。

迄今已发现多种miRNA s与人类肿瘤关系密切, 如m

iR-145与结肠癌、乳腺癌、肺癌、前列腺癌的发生有关。

m iRNA s的功能取决于其作用的靶基因,但是miRNA s对

靶基因的调控模式很复杂, 一种 miRNA 可调控多个靶

基因和多个信号传导通路,有的则与多种miRNAs共同调

控一个靶基因。因此，目前只有为数不多的几种miRNA s

功能比较清楚: miR-15a /m iR-16-1调控bcl-2 抗凋亡

基因, let-7 家族调控ras癌基因, m iR-127调控bcl-6

抗凋亡基因等。虽然研究单个miRNA的功能有利于理解

其在已知的分子通路中的作用, 但就肿瘤诊治方面检

测miRNAs指纹图谱可能更有意义。Lu等利用miRNA s具

有组织特异性这一特点成功鉴别出低分化转移癌的组

织来源, 认为m iRNA s能够反映肿瘤的发育来源和分化

状态, 可用于肿瘤诊断。

2.2 miRNA单核苷酸多态性SNP与肿瘤的关系

近年来越来越多研究发现, miRNA 及其靶点SNP与疾病

关系密切。Brendle 等发现, 位于整联蛋白基因

-4( IGBT-4) miRNA结合位点的SNP(rs743553)与乳腺癌