miR-221-3p在人类消化道肿瘤中的研究进展

李兴亮 吴紫瑶 马继春 祝成楼 达明绪

近年来全球范围内消化道肿瘤发生率居高不下，发生率前十的癌症中将近一半为消化道肿瘤，我国消化道肿瘤的发生率与病死率均高于世界平均水平[1]。患者群体主要集中在农村，这与落后的医疗水平和患者不注重医疗体检有关，人口老龄化也是一重要因素[2]。消化道肿瘤早期症状不明显，易误诊、漏诊，且晚期难治疗，我国依然缺乏有效的早期诊断措施和治疗方式，因此迫切需要寻找新的肿瘤标志物来提高消化道肿瘤的早期检出率，改善预后和治疗效果。miR-221-3p被认为是一种促进肿瘤进展的小RNA分子，研究报道，miR-221-3p可与靶基因的信使RNA(mRNA)3′端非翻译区(UTR)结合，抑制靶基因的表达，调控肿瘤的生长与侵袭。对miR-221-3p的作用机制研究，可能会为肿瘤的诊断和治疗带来新的途径。本文对miR-221-3p在人类消化道肿瘤中的研究进展进行综述。

一、microRNA家族与miR-221-3p

微小RNA(miRNA)是短链(约22个核苷酸长)非编码RNA分子，通过在细胞质中与mRNA非翻译区 (UTR) 相互作用，增加 mRNA 的不稳定性，降解 mRNA 从而负性调控基因表达[3]。作为基因表达的负调节因子，miRNA 参与许多生物调节过程，包括在生理条件下和肿瘤等疾病相关的细胞生长、分化和凋亡[4]。大量研究报道了过表达抑癌miRNA和沉默促癌miRNA具有抑癌作用，这为靶向miRNA 进行肿瘤治疗提供了可能性。

miRNAs有很多种类型，其中miR-221-3p作为与癌症密切相关的一种miRNA近年来被许多文献所报道，目前发现它的功能主要涉及介导炎症病变、肥胖以及肿瘤发生发展、血管重塑等方面[5～7]。Zhao等[8]通过分析基因芯片在微阵列GSE20086中发现miR-221-3p在肿瘤相关成纤维细胞中高表达，miR-221-3p极有可能影响细胞增殖、分化、黏附、迁移及细胞与细胞之间的相互作用，而且许多研究证实在肿瘤当中miR-221-3p的表达水平偏高，促进癌症的发展[7, 9]。

二、miR-221-3p与胃癌

胃癌(gastric carcinoma，GC)作为最常见的消化道肿瘤，2020年全球发生率超过108万例，早期无明显症状，易于良性病变混淆[1]。虽然胃镜作为诊断胃癌的最常用措施，具有较高的检出率，但是诊断明确时往往已处于疾病晚期，致死率高。对于胃癌，目前缺乏早期的诊断措施。

Shi等[10]在胃癌标本和正常胃组织，以及胃癌细胞系和正常胃上皮细胞系中检测miR-221-3p水平，发现miR-221-3p在胃癌细胞系中表达水平显著高于正常胃上皮细胞，miR-221-3p在胃癌组织中的表达高于在癌旁组织中的表达。此外， miR-221-3p在Ⅲ～Ⅳ期胃癌患者中表达最高，miR-221-3p表达越高预后越差，高表达的miR-221-3p可能预示着较差的患者存活率。Shi等[10]通过建立miR-221-3p高表达或敲减胃癌细胞系，检测相应的生物学形态和功能，发现高表达miR-221-3p能促进胃癌增殖、生长和侵袭。并且通过荧光素酶报告和Western blot法发现高表达的miR-221-3p直接靶向抑癌因子PTEN激活PI3K/Akt/4E-BP1信号通路促进胃癌细胞的生长和侵袭。相反，Feng等[11]通过miRNA微阵列分析筛选可能参与胃癌细胞腹膜转移的miRNAs，采用普通GC9811细胞作为对照，发现miR-221-3p在GC9811-P细胞(具有高转移潜能胃癌细胞株)中显著低表达，表明其可能参与抑制胃癌的腹膜转移。

以上不同的研究结果表明，miR-221-3p在胃癌当中的作用存在争议，但由于Feng 等[11]未进行深入的机制研究和探讨，实验结果可能存在误差和偏倚。Zhang等[12]通过评估胃癌患者血清miR-221-3p和miR-122-5p的表达水平，发现胃癌患者血清miR-221-3p高表达，并且与miR-122-5p表达呈负相关，两者均与肿瘤分化程度、肿瘤直径、淋巴结转移、转移分期、侵袭深度显著相关。作为胃癌的独立预后因素，miR-221-3p诊断敏感度为71.6%，特异性为82.7%；miR-122-5p 诊断敏感度为 91.5%，特异性为 73.6%，两者联合检测的敏感度为91.5%，特异性为82.7%。以上研究表明，miR-221-3p+miR-122-5p联合检测用于诊断早期胃癌具有较高的可靠性，可用于临床诊断胃癌。

三、miR-221-3p与肝癌

目前肝癌(hepatocellular carcinoma, HCC)在全世界范围内发生率较高，超声检查和血清甲胎蛋白(alpha fetoprotein, AFP)的联合检测是HCC监测应用最广泛的一种检查方法，但是由于其缺乏特异性和难以检出微小肿瘤，因此迫切需要一种高敏感度和特异性的检出方法提高肝癌的早期诊断率。

Dong等[7]研究发现，miR-221-3p和miR-15b-5p在肝癌组织和细胞中经常表达上调，miR-221-3p和miR-15b-5p的高表达与TNM分期、浸润和预后不良有关。此外miR-221-3p和miR-15b-5p通过轴形成抑制因子(Axin2)促进了肝癌细胞的体外增殖和侵袭，在肝癌的发生、发展中具有重要作用，并促进肝癌的转移。Ghosh等[13]研究发现，与肝硬化和慢性肝炎比较，肝癌组织当中miR-221-3p升高显著，并且在区分低AFP的肝癌与良性病变时，miR-10b-5p+miR-221-3p+miR-223-3p联合检测表现出比AFP更好的特异性和敏感度。De Conti等[14]对肝癌、癌旁组织、健康肝组织和5个肝癌细胞系(HL-7702、BEL-7404、SMMC-7721、Huh-7 和 Hep G2)使用实时荧光定量PCR (qPCR)检测miR-221-3p的表达水平，发现无论是在肝癌组织还是肝癌细胞中miR-221-3p的表达水平都明显更高，并且高表达miR-221-3p的 HCC 患者比低表达患者预后更差。同时发现，miR-221-3p可以通过抑制O6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶(MGMT)的转录和翻译来促进 HCC 细胞的增殖、迁移和侵袭。Lin等[15]研究发现，长链非编码RNA(lncRNA)C1QTNF1-AS1和细胞因子信号抑制蛋白3(SOCS3)在HCC中高表达， Western blot法检测结果显示，C1QTNF1-AS1的过表达可使JAK/STAT信号通路失活抑制HCC进展。在肝癌细胞中单独转染miR-221-3p，发现高表达的miR-221-3p可促进肝癌细胞的增殖和侵袭，但miR-221-3p+C1QTNF1-AS1均高表达的细胞株的增殖和侵袭能力较差。荧光素酶报告显示miR-221-3p为C1QTNF1-AS1的靶基因，SOCS3为miR-221-3p的靶基因，SOCS3的过度表达又会抑制STAT磷酸化，从而抑制了JAK/STAT信号通路的激活，减缓HCC的进展。这证明C1QTNF1-AS1/miR-221-3p/SOCS3调控轴通过JAK/STAT信号通路调控肝癌的发生和进展。

miR-221-3p在肝癌组织中普遍升高，是肝脏细胞恶性转化的关键miRNA，在诊断肝癌方面具有重要临床价值，并且血清中的循环miRNAs可以通过胞外包裹或与蛋白质结合保持稳定性，从而逃避RNA裂解酶介导的降解，有望成为HCC早期筛查和术后复发动态监测的最佳选择。

四、miR-221-3p与胰腺癌

胰腺癌是一种高度恶性肿瘤，预后极差，具有早期不易诊断和易出现误诊的特点。2020年因胰腺癌致死约46.6万例，尽管胰腺癌在全世界发生率并不高，但是死亡病例却高居第7位，手术治疗效果差，5年生存率低于10%[16]。因此，胰腺癌的早期诊断就显得极为重要。据报道，miR-221-3p在胰腺癌组织、血液和细胞中高表达，促进胰腺癌细胞的增殖、侵袭和耐药并抑制凋亡，miR-221-3p的表达水平与远处转移、患者预后生存和TNM分期相关， 并且miR-221-3p比CA19-9能更有效地预测远处转移[17]。Kuratomi等[18]通过对胰腺导管内乳头状黏液性肿瘤(intraductal papillary mucinous neoplasms, IPMN)中的miRNAs进行测序，发现与非浸润性IPMN比较，miR-10a-5p和miR-221-3p在胰液和血液中显著上调，miR-10a-5p+miR-221-3p可作为恶性IPMN的miRNA生物学标志物。Zhao等[19]通过培养耐5-氟尿嘧啶(5-FUPA)TU8988细胞，与原代细胞胰腺癌细胞系miRNA比较，miR-221-3p在抗5-FUPA TU8988细胞中显著上调，在对胰腺癌细胞进行miR-221-3p过表达后发现其对5-FUPA和吉西他滨的耐药性增加，同时高表达的miR-221-3p促进了胰腺癌细胞的上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)。

上述研究结果表明，miR-221-3p参与了胰腺癌的恶性行为，包括增殖、凋亡、侵袭、转移和化疗耐药性，随着检测miRNA技术的进步，miR-221-3p很有可能成为区分胰腺良恶性程度的生物学标志物。

五、miR-221-3p与结直肠癌

据统计，结直肠癌(colorectal cancer, CRC)为全球第三大癌症，分别占癌症发病和死亡总数的10.0%和9.4%，结直肠癌在全球高发，东亚地区发生率最高[16]。目前治疗直肠癌的主要方法是手术，但效果较差，尤其在发展中国家5年生存率低于50%，这促使广大学者不断探究结直肠癌的早期诊断方法和疗效更佳的治疗方式。

Dokhanchi等[20]从HCT116 CRC细胞培养基中纯化出外泌体miR-221-3p(EVs-miR-221-3p)，并利用HCT116 CRC细胞中分离的PKH26标记外泌体(extracellular vesicles，EVs)从而观察到CRC细胞来源的EVs可被内皮细胞(human umbilical vein endothelial cell， HUVECs)摄取内化。随后将HUVECs与CRC衍生的EVs一起孵育，HCT116-EVs处理的HUVECs中miR-221-3p水平以时间依赖性方式增加，从而确定了miR-221-3p通过外泌体转运的方式被转移到HUVECs中。随着HUVECs中miR-221-3p不断升高， SOSC3下游分子STAT3(血管生成的功能性介质)和血管内皮生长因子受体-2(vascular endothelial growth factor receptor-2, VEGFR2)呈高表达,表明CRC来源EVs-miR-221-3p靶向SOSC3调控内皮细胞STAT3/VEGFR-2信号轴促进内皮细胞增殖、迁移和血管样结构的形成。Khalighfard等[21]通过分析miRNA GSE125961和GSE112955数据集发现miR-221-3p在CRC组织中上调。然后通过分析55例直肠癌患者和10例健康受试者血浆样品以评估放射治疗前后miR-221-3p的表达水平。结果显示，与健康受试者比较，放疗前miR-221-3p表达水明显较高；放疗后miR-221-3p的表达水平显著降低，与健康受试者比较，差异无统计学意义，并通过ROC生存分析验证了miR-221-3p作为对放疗反应预测的生物学标志物的潜在效用，此外miR-221-3p的血浆水平升高也可以用作预测CRC患者不良总生存率。

Tao等[22]研究了90例对结肠癌和癌旁组织的miR-9-1、miR-203-3p、miR-221-3p、miR-342-3p、miR-491-5p和miR-503-5p的水平，发现miR-221-3p在CRC组织中高表达，高水平的miR-221-3p与更短的存活时间相关。miR-221-3P、miR-342-3P和miR-491-5P表达的组合分析显示，这3种miRNA高表达的患者的存活率降低，尤其是TNM阶段Ⅰ期和Ⅱ期的患者，miR-221-3P+miR-342-3P+miR-491-5P联合诊断有助于更好地预测结肠癌的预后和指导治疗。田雯等[23]也研究发现，结肠癌患者血清miR-221-3p表达水平明显升高,而血清miR-133a-3p表达水平明显降低, 两项联合诊断结肠癌敏感度和特异性分别为90.2%和84.5%，miR-221-3p+miR-133a-3p联合诊断也可成为结直肠癌新的诊断方法。

但是Gasparello等[24]通过检测35例患者血浆miR-221-3p，发现仅有31.4%的受试患者miR-221-3p的血浆水平超过对照组的最高水平，并不能有效区分CRC患者和无肿瘤供体，虽然本研究样本量较小，可能存在偏倚风险，但上述研究结果相反的具体原因未知，miR-221-3p在CRC领域的研究具有争议性，依旧需要更多的临床研究和基础研究来证明miR-221-3p在CRC进展中的作用。

六、展 望

miR-221-3p是一种短链非编码RNA，可通过降低mRNA的稳定性和抑制蛋白翻译来促进肿瘤的发生和发展，具有促癌作用。但有研究表明，miR-221-3p在部分肿瘤中可能参与抑制癌症发生并改善其化疗耐药性，这提示miR-221-3p在肿瘤发生、发展中具有双重作用。比如在乳腺癌当中，miR-221-3p高表达并直接靶向血小板反应蛋白基序6，异常激活ERK信号通路促进乳腺癌的侵袭和进展[25]。但是在三阴性乳腺癌(triple negative breast cancer, TNBC)当中，miR-221-3p表达水平在预后不良的患者中明显降低，并且miR-221-3p通过靶向下调PARP1的表达从而改善TNBC患者的预后[26]。同样，在肺癌当中miR-221-3p高表达，并且通过靶向HMBOX1激活Akt/mTOR信号通路促进肺癌的进展，但是Ni等[27]研究发现，miR-221-3p的低表达与T分期不良相关，而且上调的miR-221-3p通过靶向非小细胞肺癌细胞系中的MDM2/p53信号通路增加A549细胞(抗紫杉醇)对紫杉醇的化疗敏感度，逆转紫杉醇耐药性并诱导其凋亡[28]。

近年来，对肿瘤微环境的研究有所增加，一些研究表明，肿瘤微环境中的巨噬细胞表达高水平的miR-221-3p，并以外泌体的形式在组织中释放，为肿瘤发生创造有利环境，促进肿瘤发生[29]。肿瘤来源的EVs-miR-221-3p也可被内皮细胞摄取，引起肿瘤侵袭和淋巴结转移[30, 31]。由于细胞的独特分泌作用，miR-221-3p可以通过外泌体形式分泌到循环当中，并保持其稳定性和可检测性。Gao等[32]和Yu等[33]开发了一种多功能磁珠流式细胞仪分析方法和 miRNA 流体活检技术，解决了临床上难以检测 miR-221-3p 的问题，同时可采用多种miRNA共诊断策略将miR-221-3p的与其他miRNA联合使用，针对不同类型肿瘤均具有较高的敏感度和特异性，有望成为早期肿瘤标志物，提高消化道肿瘤早期检出率，改善患者预后。

目前miR-221-3p在肿瘤早期诊断方面具有广阔的应用前景，但关于miR-221-3p在肿瘤中的作用和相关通路研究还停留在较为表浅的水平，需要深入研究阐明其具体的作用机制，才有可能为消化道肿瘤的早期诊疗开辟新的道路。