信号通路相关的microRNA在骨肉瘤中的研究进展

曹 舒 李莎莎 杨 丹

骨肉瘤也叫成骨肉瘤，是一种常见恶性骨肿瘤，易发生于20岁以下的青少年或儿童。骨肉瘤发病原因尚不明确，一旦确诊大部分患者将面临截肢手术和化疗，严重影响患儿骨骼生长和日常生活，有较高的致死致残率。目前骨肉瘤的治疗以手术治疗和新辅助化疗为主，尽管人们不断完善化疗方案，提高骨肉瘤的早期诊断率，但骨肉瘤患者的5年生存率仍然维持在60%～70%水平，无明显提高。在骨肉瘤中，关于微小核糖核酸(microRNA，miRNA)的研究进展迅速，人们发现多种microRNA参与骨肉瘤的发生和发展过程。但是，microRNA在骨肉瘤中的具体作用机制尚未完全清楚。因此，深入了解microRNA在骨肉瘤中的分子机制，对寻找新的生物标志物和探索新的化疗药物具有重要意义。

1 microRNA

microRNA由初级转录本(Primary transcript，pri-miRNA)经加工形成，是一类存在多种形式的非编码单链RNA分子，长度约为22个核苷酸，在动植物中参与转录后基因表达调控。随着对骨肉瘤的研究日渐深入，人们发现microRNA是骨肉瘤发生发展过程中重要的表观遗传调控因子，与骨肉瘤的治疗、转移、预后密切相关[1]。

目前研究证实[2]，与正常组织相比，microRNA在骨肉瘤细胞内差异性表达，这与骨肉瘤发生发展程度等密切相关。在骨肉瘤组织中表达升高的有：miR-17、miR-19、miR-524、miR-367、miR-340-5p等，而在骨肉瘤组织中表达下降的有：miR-223-3p、miR-1281、miR-34a、miR-590、miR-206、miR-485-3p、miR-613、miR-134、miR-126、miR-96、miR-365、miR-30a、miR-493-5p、miR-758、miR-340、miR-152、miR-183、miR-381等。

microRNA表达的异常变化还与胃癌、膀胱癌等多种癌症相关[3-4]。在肿瘤组织中，microRNA与相关信号通路相互作用，从而影响下游相关因子，参与肿瘤细胞的增殖、侵袭、转移等。目前已发现microRNA调控的经典信号通路有MAPK/ERK、PI3K/AKT、Wnt/β-catenin、Notch、NF-кB等[5]。在骨肉瘤中，microRNA可与信号通路相互作用发挥致癌或抑癌作用，但是关于microRNA调控相关信号通路的分子机制研究尚不完善。

2 microRNA在骨肉瘤中的分子机制

2.1 MAPK/ERK信号通路相关的microRNA

胞外信号调节激酶(Extracellular signal-regulated kinase，ERK)是丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase，MAPK)家族的一员，与之相关的Ras/Raf/MEK/ERK信号级联通路是经典的丝裂原活化蛋白激酶通路。Ras与二磷酸鸟苷(Guanosine diphosphate，GDP)结合时为失活状态，在胞外信号刺激下，配体与细胞膜受体酪氨酸激酶结合，使GDP转化为三磷酸鸟苷(Guanosine triphosphate，GTP)，Ras与GTP结合转变为激活状态，依次磷酸化Raf、MEK、ERK，产生一系列调节细胞生长、发育及分裂的信号[6]。某些microRNA过表达可激活Ras/Raf/MEK/ERK信号通路调节相关基因，抑制骨肉瘤的发展。例如，在骨肉瘤细胞中，miR-365、miR-206、miR-142-5p表达水平显著下调。研究者通过过表达以上microRNA，可以激活ERK通路，抑制富含半胱氨酸的血管生成诱导物61(CYR61)的生成、转录因子同源异形基因3(Paired box homeotic gene-3，PAX3)或组XVI磷脂酶A2蛋白(PLA2G16)的表达，促进骨肉瘤细胞凋亡，从而抑制骨肉瘤发展[7-9]。此外，研究者通过下调某些microRNA表达，可抑制Ras/Raf/MEK/ERK信号通路靶向相关基因，抑制骨肉瘤。例如，骨肉瘤细胞中miR-367、miR-133a、miR-19表达水平显著升高，下调这些microRNA可抑制ERK通路，调节DOC-2/DAB2互作蛋白(DAB2IP)、胰岛素样生长因子1受体(Insulin-like growth factor1 receptor，IGF1R)、配对盒蛋白6(Paired box protein 6，PAX6)的表达，抑制了骨肉瘤细胞的增殖、迁移和侵袭[10-12]。

2.2 PI3K/AKT信号通路相关的microRNA

磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B(Phosphatidyli-nositol 3-kinase/protein kinase B，PI3K/Akt)信号通路在骨肉瘤发生发展过程中具有重要作用。磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)的P85亚单位与活化的受体结合，使PI3K的P110亚单位磷酸化。经PI3K催化产生的PIP3可结合蛋白激酶B(PKB，也称AKT)的PH结构域而活化，可磷酸化多种蛋白，参与代谢调节和细胞生长发育等[13]。与人成骨细胞系相比，miR-206、miR-134、miR-493-5p、miR-100在骨肉瘤细胞中表达水平显著下调。有研究表明，在骨肉瘤细胞中上调miR-206、miR-134、miR-493-5p或miR-100，可抑制AKT信号通路，发挥抑癌作用。例如，过表达miR-134可显著抑制AKT的活化，以及细胞核抗原(PCNA)的表达，使血管内皮生长因子(VEGFA)、血管内皮生长因子受体1(VEGFR1)的表达明显下调，从而抑制骨肉瘤细胞增殖和血管生成，是一种潜在的肿瘤抑制因子[14]。过表达miR-206、miR-493-5p或miR-100可阻断AKT信号通路，调节ANNEXIN A2(ANXA2)、Kruppel-like factor 5(KLF5)、胰岛素样生长因子I受体(Insulin-like growth factor1 receptor，IGF1R)的表达水平，进而抑制骨肉瘤细胞增殖、迁移和侵袭，促进细胞凋亡。其中miR-100表达上调还可增强骨肉瘤细胞对顺铂的敏感性[15-17]。另一方面，miR-17、miR-524等microRNA在骨肉瘤细胞中表达显著上调，敲除miR-17或miR-524可抑制PI3K/AKT信号通路，增加SAM and SH3 domain containing 1(SASH1)或phosphatase and tensin homolog(PTEN)的蛋白表达，从而抑制骨肉瘤细胞增殖、迁移并促进骨肉瘤细胞凋亡[18-19]。

2.3 Wnt/β-catenin信号通路相关的microRNA

Wnt信号通路分为经典Wnt信号通路和非经典Wnt信号通路，在骨肉瘤的研究中，经典Wnt/β-catenin信号通路与骨肉瘤的发生发展过程关系密切。经典Wnt/β-catenin信号通路中的Wnt家族分泌蛋白、低密度脂蛋白关联受体5/6(Low density lipoprotein receptor related protein，LRP5/6)及Frizzled家族跨膜受体蛋白(Frz)与Dishevelled蛋白(Dsh)结合形成Wnt-Frz-LRP5/6三聚体，经一系列反应，LRP5/6因子与轴蛋白(Axin)结合形成复合物。该复合物可导致β-catenin大量累积，进入细胞核内与T细胞转录因子(TCF)/淋巴增强因子(LEF)结合，从而激活核内靶基因的表达[20]。与正常组织相比，骨肉瘤细胞中miR-340-5p、miR-758、miR-152、miR-381、miR-133b、miR-107、miR-506、miR-183、miR-370等表达水平明显降低。研究者通过过表达miR-340-5p、miR-758、miR-152、miR-381、miR-133b、miR-107、miR-506、miR-183和miR-370，激活Wnt/β-catenin信号通路，从而调节信号转导和转录激活因子3(STAT3)、High mobility group AT-hook 1(HMGA1)、低密度脂蛋白受体相关蛋白6(LRP6)和Forkhead box protein M1(FOXM1)等目的基因，从而抑制细胞增殖，诱导细胞凋亡，降低骨肉瘤的恶性程度[21-29]。

2.4 Notch信号通路相关的microRNA

Notch信号通路由Notch受体、Notch配体(DSL蛋白)、CSL(CBF-1，Suppressor of hairless，Lag)、DNA结合蛋白等组成。Notch信号是由相邻细胞的Notch配体与受体相互作用产生的，Notch蛋白横跨细胞膜，经过三次剪切后，膜内部分(NICD)从细胞质转入细胞核内与转录因子CSL结合，形成NICD/CSL复合体启动NOTCH信号通路靶基因的转录，发挥生物学作用[30]。在骨肉瘤组织中，miR-340、miR-34a、miR-26a表达水平明显降低，过表达miR-340、miR-34a、miR-26a可阻断Notch信号通路，调节钙粘蛋白相关蛋白1(CTNNB1)、酪氨酸蛋白激酶Met(C-MET)或Jagged1的表达，从而抑制骨肉瘤细胞的增殖、迁移和肺转移[31-33]。而miR-199b-5p在骨肉瘤组织中表达上调，抑制miR-199b-5p的表达，可通过调节Notch通路抑制骨肉瘤细胞转移[34]。

2.5 JAK/STAT信号通路相关的microRNA

酪氨酸激酶相关受体与非受体型蛋白酪氨酸激酶(JAK)结合后，活化的JAK磷酸化信号传导及转录激活因子(Signal transducer activator of transcription，STAT)，使STAT形成二聚体，进入细胞核调控细胞增殖与分化[35]。在骨肉瘤细胞中miR-126、miR-101、miR-520a-3p表达水平下调。过表达miR-126、miR-101、miR-520a-3p可通过抑制JNK/JAK1通路调节锌指E盒蛋白(Zinc Finger E-Box Binding Homeobox 1，ZEB1)、RhoA蛋白1(Rho-as-sociated，coiled-coil containing protein kinase 1，ROCK1)、白细胞介素-6受体(Interleukin-6 receptor，IL6R)的表达，进而抑制骨肉瘤细胞增殖、迁移和侵袭[36-38]。

2.6 NF-кB信号通路相关的microRNA

NF-кB由p50和p65两个亚单位以不同形式组合而成，包含DNA结合区、蛋白质二聚化区和核定位信号。受体被激活后，IкB激酶(IKK)磷酸化NF-кB抑制蛋白(Inhibitor of NF-кB，IкB)，并与NF-кB解离，使NF-кB活化，进入细胞核作用于相应增强子元件，影响细胞增殖、分化、迁移等[39]。骨肉瘤细胞中miR-155、miR-107表达水平显著上调，miR-20a表达显著降低。研究者通过抑制miR-155、miR-107的表达调节NF-κB信号通路，增强Caspase 3活性，抑制骨肉瘤细胞的增殖并诱导细胞凋亡[40-41]。而过表达miR-20a可通过NF-κB信号通路，靶向转化生长因子β激活激酶1(TGF-β-activated kinase 1，TAK1)发挥抑癌作用，增强骨肉瘤细胞对药物的敏感性[42]。

3 小结与展望

随着对骨肉瘤分子机制的深入研究，研究报道microRNA对骨肉瘤的增殖、转移、侵袭、耐药性等生物学功能产生重要的影响。但是，在骨肉瘤发生发展过程中，microRNA的具体作用机制尚不明确。小RNA种类繁多，除microRNA之外，还有lncRNA，cricRNA，snoRNA等在骨肉瘤中参与调控，例如lncRNA可与microRNA形成竞争性内源RNA(ceRNA)[43]，进而影响骨肉瘤的发生发展；cricRNA具有稳定环状结构，可作为骨肉瘤诊断和预后的潜在生物标志物。随着科技水平的不断提高，人们对小RNA的研究进一步深入，未来以microRNA为代表的小RNA将在临床诊断、治疗、预后等领域成为新兴生物学标记物。