微RNA在胃癌中的相关机制及诊断治疗的研究进展

张 弛，张 雷

(大理大学基础医学院病原生物学综合实验室，云南 大理 671000)

胃癌是全球第四大常见的恶性肿瘤，是世界上病死率最高的癌症之一，70%以上的新发和死亡病例存在于我国和其他发展中国家[1]。目前认为胃癌发病率不断升高的最主要因素是幽门螺杆菌感染。幽门螺杆菌是一种革兰阴性的微需氧细菌，定植于大约50%人群的胃黏膜上。胃癌是一个渐进发展的复杂过程，涉及多因素、多步骤、编码和非编码基因。人体基因的甲基化被认为是导致癌症的重要机制，其中宿主微RNA(microRNA,miRNA)基因的甲基化改变，增加了诱发胃癌的可能性[2]。

miRNA是由Lee等[3]于1993年在秀丽线虫中发现的一类内源性短链非编码RNA分子，由21～25个核苷酸长度组成。许多研究证实，miRNA还广泛存在于动植物中。miRNA通过抑制mRNA翻译或通过与其3′非编码区结合而降解mRNA分子来沉默它们的同源靶基因，在mRNA表达的调节中起重要作用[4]。miRNA已被认为是肿瘤细胞转移的关键调控因子，在许多恶性肿瘤发展中起促进作用，同时miRNA在癌症进展中还具有抑制作用。miRNA可作为一种新型生物学标志物，通过患者血液和组织中的变化对胃癌早期做出诊断，同时也可降低胃癌细胞对一线化疗药物的耐药性，延长患者总生存期。现对miRNA在胃癌中的相关机制、诊断及治疗方面的研究进展予以综述。

1 miRNA在胃癌中的相关机制

幽门螺杆菌与慢性胃炎、消化性溃疡和胃癌等疾病的发生发展密切相关。幽门螺杆菌已感染全球一半的人口，其中大多数感染者没有明显的临床症状，大约1%的感染者会逐步发展为胃癌[5]。研究者虽然在对幽门螺杆菌发病机制和宿主与病原菌的相互作用方面进行了许多努力，但对幽门螺杆菌感染诱导胃癌中分子机制的研究仍知之甚少。幽门螺杆菌血清学检测阳性的受试者在发展为胃癌方面具有高风险，miRNA可能在宿主与病原菌的相互作用中发挥重要作用。

miRNA与幽门螺杆菌感染引起的炎症、胃上皮细胞的恶性程度以及癌细胞的侵袭性和迁移能力相关。一方面，某些miRNA的过表达促进胃癌发展。如在幽门螺杆菌感染的胃上皮细胞中miR-21高表达，其可导致抑癌基因表达下调，从而促进细胞增殖、抑制细胞凋亡，导致胃癌发生率增加[6]。Zhang等[7]研究证实miR-21高表达能促进胃癌细胞增殖和侵袭，而沉默或敲除miR-21基因则可降低胃癌细胞的侵袭和转移能力。还有研究显示活化蛋白1(activator protein-1,AP-1)和信号转导及转录激活因子3(signal transduction and activator of transcription 3,STAT3)能够诱导miR-21的生成，机体在幽门螺杆菌感染后，通过激活核因子κB信号通路被激活，产生活化的核因子κB，活化的核因子κB和胃黏膜分泌的白细胞介素6可分别激活AP-1和STAT3，从而引起miR-21的过表达，促进胃癌的发展[8]。另一方面，某些miRNA的过表达可以抑制胃癌的发展，如幽门螺杆菌感染的胃癌上皮细胞中miR-34a的过表达可导致炎症减少，恶性肿瘤的抑制和转化细胞的凋亡增加[9]。在80个胃癌组织样品和4个胃癌细胞系中，miR-214的表达水平显著低于正常组织细胞，miR-214的表达水平与胃癌淋巴结转移和肿瘤大小呈负相关，其在胃癌细胞系SGC-7901和MKN-45中的异常表达可能削弱肿瘤迁移和侵袭能力，同时敲除或沉默miR-214可以在很大程度上刺激MKN28、BGC-823和GES-1细胞的增殖、迁移和侵袭，而集落刺激因子1是miR-214的靶基因之一，miR-214的低表达可促使胃癌细胞增殖、迁移和转移，其与集落刺激因子1的表达呈负相关[10]。miRNA在胃癌中发挥的作用是促癌还是抑癌取决于miRNA之间微妙平衡的结果，这种平衡被许多参与者的相互作用所改变，而这些相互作用还有待进一步确定。

2 miRNA与胃癌诊断

2.1胃癌诊断工具的局限性 肿瘤的进展和分期是影响患者生存的重要因素，胃癌的存活率和预后高度依赖于诊断时肿瘤所处于的阶段分期，由于临床症状不足和肿瘤进展过快，在多数情况下，胃癌患者确诊时已处于晚期，导致预后不良和高病死率[11]。胃镜检查和手术活检是临床工具中最常用的诊断技术，但由于敏感性低、成本高、缺乏足够组织学特征，导致胃癌诊断结果有限。无临床症状的患者血清胃蛋白酶原、胃泌素17、糖类抗原19-9和癌胚抗原等非侵入性血清学标志物在早期诊断中存在交叉反应性(25%～45%)，因而缺乏足够的特异性和敏感性[12]。因此，迫切需要引入用于早期诊断胃癌的新型、可靠的非侵入性肿瘤标志物。

2.2miRNA可作为胃癌生物学标志物 miRNA在胃癌的早期诊断中具有许多优点，可通过非侵入性方法鉴定，在胃癌早期即可检测到，在样品中半衰期长，检测快速准确[13]。Lawrie等[14]首次提出使用miRNA作为生物标志物用于癌症的诊断和预后，他们在弥漫性B细胞淋巴瘤患者的血清样本中发现了几种与肿瘤相关的miRNA，并且进一步研究证实了这一结果。在胃癌和正常细胞系的比较微阵列分析中揭示了miRNA的差异表达，显示出在胃癌细胞中的miR-21、miR-26b和miR-30b等14种miRNA表达上调，以及let-7i、miR-7、miR-622在内的等19种miRNA的表达下调[15]。Wu等[16]研究了50例胃癌患者和50名健康对照的血清和外周血单核细胞，发现在胃癌患者中miR-21、miR-421表达显著上调。Liu等[17]设计了一项关于164例胃癌患者和127名健康对照者的研究，首先对血清样品进行高通量技术测序，然后进行实时荧光定量聚合酶链反应，在胃癌患者中发现了5种miRNA(miR-1、miR-20a、miR-27a、miR-34a和miR-423-5p)显著上调。这些研究证实了miRNA在胃癌诊断中具有高敏感性和特异性。

在一项关于血清中740种miRNA的研究中[18]，研究人员发现早期胃癌患者血清中只有miR-195-5p的表达水平明显低于对照组，且112例早期胃癌患者血清中miR-221和miR-376c均显著降低，它们在胃癌患者中的表达水平与胃癌癌细胞分化程度呈正相关，而miR-744则与这些细胞的高增殖和高分化有关，说明这3种miRNA均可作为胃癌无创诊断的早期生物学标志物。在37例胃癌患者的肿瘤组织和癌周组织中，定量聚合酶链反应技术测量的miR-21表达水平在92%胃癌样品中过表达，因此可作为胃癌诊断的有效生物标志物，通过碱基配对过表达的miR-21与肿瘤抑制基因PDCD4的结合可以抑制PDCD4蛋白的表达，同时说明miR-21和抑癌基因PDCD4与肿瘤大小、侵袭程度、淋巴结转移和血管侵犯直接相关，也进一步显示miR-21并不利于胃癌患者的临床预后情况[19]。以上这些miRNA均有作为诊断胃癌肿瘤生物学标志物的潜力。

在幽门螺杆菌感染的胃癌研究方面，Shiotani等[20]收集了幽门螺杆菌感染根除治疗前和治疗后的早期胃癌患者血清，分析了24种miRNA的血清水平，同时测定了血清胃蛋白酶原Ⅰ和Ⅱ的水平，研究结果提示在幽门螺杆菌根除治疗后，miR-216b与miR-21的组合优于血清胃蛋白酶原，因此血清miR-216b和miR-21可作为幽门螺杆菌根除治疗后早期胃癌风险增加的新型稳定标志物。Ueda等[21]采用微阵列技术评估了胃癌患者组织样本中353种miRNA与正常胃组织相比的表达谱，并评估了miRNA在胃癌患者中的表达水平与胃癌进展的情况关系，结果显示在160对胃癌组织中有22种miRNA表达上调，13种miRNA表达下调，通过利用这些miRNA的差异表达，使胃癌的诊断准确率达到83%，是miRNA在应用于临床诊断的可靠理论依据。除外周血和肿瘤组织外，胃癌患者的胃液中miRNA差异表达也开始引起许多研究人员的关注，胃液中miR-21和miR-106a的水平在胃癌患者和良性胃病患者之间存在明显差异，miR-421的研究也显示出类似的结果，对于早期胃癌的诊断，胃液中miR-421的检测比单独使用血清中的癌胚抗原更为准确[22]。因此，这些实验的结果充分证明，miRNA在早期诊断胃癌方面有高度敏感性和特异性等优点，甚至优于现阶段的胃癌诊断工具，并且在提高患者生存率方面也发挥重要作用，利用miRNA作为胃癌诊断的新型标志物有很大的应用前景，同时其也是评估胃癌患者预后的潜在工具，值得进一步探索与研究[23]。

3 miRNA与胃癌治疗

3.1miRNA与多药耐药 胃癌患者最常用的治疗方法是化疗，但患者存在对化疗药物原发或继发的多药耐药(multidrug resistance,MDR)，使患者生存质量下降，大大削弱了化疗和替代治疗的效果。耐药相关miRNA通过表达上调或下调参与MDR相关途径的多种靶mRNA和蛋白的功能与表达，最终改变胃癌细胞的化学敏感性。据报道，miRNA的表达失调促进抗凋亡和化疗耐药表型，并且miRNA表达的修饰可部分改善药物应答，甚至逆转MDR[24]。在胃癌细胞中首次鉴定出的耐药相关miRNA是miR-15b和miR-16，在细胞试验中抑制这两种miRNA的表达通常赋予SGC7901细胞MDR，而其表达上调则可使耐长春新碱胃癌细胞SGC-7901/VCR对抗癌剂变得敏感[25]。

MDR的主要分子机制是ATP依赖的ABC转运蛋白发挥外排作用，使化疗药物从细胞内排出，从而导致多药耐药性。ABC转运蛋白是P型膜ATP酶的成员，表达水平通常在耐药细胞中更高[26]。P-糖蛋白是第一个确定的参与耐药性的ABC转运蛋白，通常被称为ABCB1，而多药耐药相关蛋白被称为ABCC1[26]。由于ABC转运蛋白具有排泄细胞中的药物和加以保护的功能，因此ABC转运蛋白的过表达在癌细胞的MDR发展中发挥显著作用。研究人员发现miRNA可以调控ABC转运蛋白在胃癌细胞中的耐药性表达，从而为胃癌的治疗可能提供新的靶点[26]。如过量表达的miR-129-5p通过直接靶向ABCB1和ABCC5可以减弱耐长春新碱胃癌细胞SGC7901/VCR和耐阿霉素胃癌细胞SGC7901/ADR的耐药性[27]。Zhang等[28]证明miR-218上调可有效抑制ABCB1的表达，从而使胃癌细胞由耐药性变为对阿霉素和奥沙利铂敏感。Huang等[29]鉴定了在胃癌细胞中5种表达上调的miRNA(miR-1、miR-20a、miR-27a、miR-34a和miR-423-5p)，这些miRNA在胃癌患者接受一线化疗药物如5-氟尿嘧啶、奥沙利铂、紫杉醇等后，且评估了胃癌的转移性和复发性，以及胃癌患者的化学敏感性和预后，显示出miR-27a表达上调的胃癌患者总生存期显著低于miR-27a表达下调的胃癌患者，说明miR-27a可作为多药耐药胃癌患者化疗耐药的潜在生物标志物和新的预后标志物。这些miRNA与耐药性之间的关系显示了这些小分子在临床应用中的巨大潜力。

3.2胃癌相关miRNA在治疗中的作用 目前miRNA介导治疗的方法研究主要集中在沉默或过表达内源性miRNA，沉默miRNA的方法包括抗miRNA寡核苷酸、miRNA海绵和miRNA抑制剂等[30]。Chun-Zhi等[31]用脂质体将AS-miR-221/222转染到胃癌细胞系SGC7901中，发现其可诱导抑癌基因PTEN的表达来抑制胃癌细胞生长和侵袭，通过这种方法有望成为人类胃癌治疗的新策略。而miR-196a/-196b的高表达导致胃癌细胞中根蛋白的减少，可促进胃癌细胞的迁移和侵袭，Tsai等[32]发现通过抗miRNA寡核苷酸使用抗miR-196a/-196b寡核苷酸或根蛋白在胃癌细胞中的过表达可以抑制胃癌转移，达到治疗目的。在研究过程中可使用一些体内稳定表达的miRNA作为靶点，通过这些方法使其沉默或过表达以治疗胃癌。但仍需通过使用体内或体外RNA递送系统，如癌症治疗剂，腺病毒或非致病性细菌作为载体以引入特定的miRNA或miRNA模拟物，可实现内源性miRNA的过表达[33]。通常在胃癌细胞中miR-1207-5p和miR-1266的表达下调，而Chen等[34]通过体外和体内靶向人端粒酶逆转录酶系统，使这两种miRNA在胃癌细胞中过表达从而抑制胃癌细胞的生长。因此，研究在胃癌细胞中一些稳定表达上调或下调的miRNA对胃癌发展的作用，从而通过RNA递送系统引入这些miRNA，作为治疗靶点，使其过表达或敲除以治疗胃癌。

在miRNA介导胃癌治疗的方法中还需要考虑到一些问题,如在沉默或过表达内源性一种或几种miRNA后，由于一种miRNA可调节多个靶基因和参与多种途径，其最终抑癌效应与预期可能会不一致，同时体外实验和体内的治疗效果也可能不一致。因此，有必要开发针对治疗策略更好的特异性和有效的miRNA递送系统。

4 结 语

在肿瘤进展的过程中检测不同生物学标志物的变化可以更好地监测胃癌的状态，通过监测 miRNA在胃癌患者的血液或组织中的表达水平变化，可为患者的诊断及治疗做出更为精确的判断。幽门螺杆菌感染可在一定程度上激活相关信号转导通路，加重炎症程度，加速胃癌的进展。在胃癌耐药性中，miRNA可改变胃癌细胞的化学敏感性，为化疗治疗带来了巨大挑战。过表达或敲除相关miRNA可以抑制胃癌发展，但由于选择递送系统困难而难以取得较大进展。

miRNA可作为一个新兴靶点，有望用于胃癌的筛选、诊断、分期和治疗后复发的监测等。miRNA或miRNA模拟物在诊断或治疗方面可能比单个基因更好。目前面临的困难是确定一个标准来收集大量样本，进行分析并验证其在临床应用中的重要性，同时结合专业医师提供全面的判断，包括肿瘤标志物选择、临床症状的评估、相关影像学表现等非特异性因素来获得一组miRNA实现胃癌的个性化诊断和治疗。因此，对miRNA在胃癌中的相关应用有很大的发展前景，对胃癌患者显得尤为重要。