宋錢林，秦聰綜述 楊嗣星審校

癌癥是世界上導致死亡的第二大原因，給全球經濟和社會發(fā)展帶來了巨大的負擔[1]。前列腺癌、膀胱癌和腎癌是泌尿系統(tǒng)中3種最常見的腫瘤[2]。有研究統(tǒng)計分析了2012年全球發(fā)生的1 410萬新癌癥病例和820萬癌癥死亡病例，發(fā)現前列腺癌、膀胱癌及腎癌分別位列2012年全球癌癥發(fā)病率排名的第4位、第9位及第12位[3]。并且隨著年齡的增長、城市化和工業(yè)化的發(fā)展、煙草消費的提高和空氣污染等，泌尿系統(tǒng)腫瘤的發(fā)病率和病死率逐年上升。近年來，對miRNAs的研究證實其在致癌過程中承擔著重要的角色，它們可以作為腫瘤抑制因子或癌基因參與致癌過程，通常被用作預測腫瘤分類、預后和治療效果[4]。本文旨在對miRNA-21在腎癌、前列腺癌和膀胱癌這3種泌尿系統(tǒng)腫瘤中的作用和臨床應用價值進行介紹，為腎癌、前列腺癌和膀胱癌的診斷和治療提供理論依據。

1 miRNAs概述

1.1 miRNAs結構 miRNAs是一類長度為18～25個核苷酸的高度保守的小型非編碼RNA。自1993年 Ambros和Ruvkun實驗室在秀麗隱桿線蟲中發(fā)現第一個miRNAs——lin-4開始[5]，隨后的許多學者開始研究miRNAs的結構和功能，并發(fā)現miRNAs在許多生物體中都充當基因表達的轉錄后調節(jié)因子。miRNA基因的轉錄主要由RNA聚合酶Ⅱ介導，在較小程度上由RNA聚合酶Ⅲ介導，一般來說，miRNA基因先被轉錄成為數千個字節(jié)的長轉錄本——初級miRNAs(pri-miRNAs)[6]。隨后，pri-miRNAs在細胞核中被一種RNAsⅢ酶(Drosha蛋白)轉錄為一個含60～100個核苷酸的發(fā)夾結構——前體miRNA(pre-miRNAs)。前體miRNA再由輸出蛋白-5(exportin-5)和 ran-GTP 共同將前體miRNA輸送到細胞質中，由另一種RNAsⅢ酶(Dicer)進行第2輪催化，產生由成熟miRNA引導鏈和miRNA過客鏈組成的雙鏈約 22 個核苷酸產物。最后，當過客鏈被降解后，成熟的miRNAs被裝載到RNA誘導沉默復合體(RNA-induced silencing com-plex，RISC)中[7]。大多數miRNAs是通過上述標準路徑產生的，然而，還有一部分miRNAs是通過替代途徑產生的，例如在細胞微處理器中或者獨立通過Dicer方式生成miRNAs[8-9]。

1.2 miRNAs的功能 成熟miRNAs中5’非翻譯區(qū)的2～7 個核苷酸的“種子序列”可以與靶mRNA的3’非翻譯區(qū)(3’UTR)互補結合，在轉錄后水平上調節(jié)靶基因的表達，它們在細胞的分化、生長、增殖、凋亡和代謝中起重要作用[10]。牛善利等[11]通過細胞轉染、RT-PCR及Westernblot等實驗發(fā)現，miRNA-135b 過表達的鼻咽癌 CNE1 細胞的侵襲和轉移能力明顯增強，從而影響鼻咽癌細胞浸潤擴散，并可通過調節(jié) LATS2 的活性和表達水平來調控癌變和惡性程度。另外，miRNAs在消化、心血管、呼吸、生殖及神經系統(tǒng)等中都有著不可忽視的作用，有研究證實TNF-α 通過激活NF-κB通路使結腸上皮細胞內miRNA-21表達上調，miRNA-21 可促進 Akt 磷酸化和抑制PTEN的表達，經PTEN/PI3K/Akt信號通路引起腸上皮細胞屏障功能受損、增加腸黏膜通透性[12]。賴科峰等[13]發(fā)現在急性心肌梗死的老年患者血清中，miRNA-21 的表達被抑制，并可以通過激活JNK/p38/Caspase-3 信號通路抑制 TNF-α 誘導的心肌細胞凋亡。

1.3 miRNA-21與癌癥 miRNA-21是最早發(fā)現的miRNAs之一，在哺乳類動物中，miRNA-21由miRNA-21基因編碼，其成熟形式為hsa-miR-21，是一種保守的小分子RNA，由17號染色體長臂2區(qū)3帶第2亞帶的正鏈轉錄而來，它參與了細胞的生長、發(fā)育、衰老過程[14]。并且在多種人類腫瘤和癌細胞系中高表達，包括胃癌、膠質母細胞瘤、腎癌、卵巢癌、前列腺癌、肝細胞癌、宮頸癌和肺癌等[14-15]。研究發(fā)現miRNA-21可調節(jié)如PDCD4、PTEN、BCL2和CCL20等多種抑癌基因的表達而發(fā)揮生物學效應[16-17]，此外，miRNA-21還能通過調節(jié)原肌球蛋白1(TPM1)、轉化生長因子-β(TGF-β)、表皮生長因子受體(EGFR)等的表達而參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展[16]，這意味著miR-21很可能作為治療腫瘤的靶點之一。

2 miRNA-21與前列腺癌

2.1 miRNA-21在前列腺癌高表達 前列腺癌是西方國家男性中最常見的癌癥[18]。我國前列腺癌發(fā)病率雖然較西方國家低，但隨著近年來人口老齡化的不斷加劇、環(huán)境的惡化和醫(yī)學影像技術的發(fā)展，前列腺癌發(fā)病率有明顯上升趨勢[19]。前列腺癌是前列腺組織的惡性腫瘤，雖然許多前列腺腫瘤生長緩慢，局限于前列腺內，大多不會降低患者的生活質量，但當前列腺癌進入去勢治療抵抗或轉移階段時，病死率非常高且預后很差，因此，應在早期發(fā)現并及時治療[20]。盡管前列腺癌普遍存在于廣大老年男性中，但沒有早期診斷或預后的生物標志物可以特異和精確區(qū)分其侵襲性，在20世紀90年代早期，臨床上引入了前列腺特異性抗原(PSA)試驗，前列腺癌的檢出率顯著增加，該試驗現已被用作臨床常規(guī)篩查。然而，PSA水平不穩(wěn)定的前列腺癌，可能由于感染、炎性反應或增生而出現假陽性結果，并且由于PSA水平與前列腺癌之間的相關性較差，可能會導致誤診和過度治療[21]。因此，迫切地需要尋求特異性的生物標志物來識別前列腺癌的侵襲能力及其發(fā)展的階段。

Song等[22]對miRNAs在前列腺癌的表達和其作為腫瘤標志物的潛力作了一項薈萃分析，結果發(fā)現包括miR-21在內的10余種miRNAs在前列腺癌組織中上調，而miR-21還可以預測前列腺癌的無復發(fā)生存率。miR-21參與調控與微血管增殖和腫瘤侵襲性相關的多種mRNAs的表達。其陽性表達與癌癥的無復發(fā)生存率相關，從而對前列腺癌患者根治性前列腺切除術后的復發(fā)風險具有預測價值[23]。miRNAs的表達還與前列腺癌的去勢抵抗和轉移相關，并與臨床參數(Gleason評分、淋巴結轉移)正相關。因此，miR-21也可作為預測前列腺癌進展的生物標志物[24]。另外，有研究通過RT-PCR技術，定量檢測了前列腺癌根治術標本基質和上皮中的miRNAs，發(fā)現miR-21在癌組織的間質和上皮中均有表達[25]。它的高表達被認為促進了前列腺癌細胞的增殖和腫瘤的生長，并且增加了腫瘤的治療耐受性，因此，miR-21很可能是前列腺癌細胞生長的細胞自主驅動因子[26]。miR-21在前列腺的癌變過程中大量積累，用一種特定的反義寡核苷酸拮抗miR-21的作用，發(fā)現可以通過誘導癌細胞凋亡從而降低腫瘤細胞的體外和體內增殖，這表明miR-21可能是探索新的抗前列腺癌藥物的潛在分子靶點[27]。

2.2 miRNA-21致前列腺癌的機制 阻斷miR-21的表達可以抑制前列腺癌生長和轉移，其機制可能為阻斷miR-21的表達后，轉化生長因子-β(TGF-β)誘導的內皮—間質轉化(EndMT)也會被阻斷，從而抑制了腫瘤組織內皮細胞的EndMT和上皮癌細胞的上皮—間質轉化(EMT)，最終達到抑制前列腺癌生長和轉移的作用[28]。另外，還有研究發(fā)現人組織激肽釋放酶結合蛋白(kallistatin)能阻斷轉化生長因子-β1誘導的細胞氧化應激反應，而這種由miR-21所介導的細胞氧化應激和DNA損傷會導致細胞向腫瘤細胞的方向發(fā)展[29]。這些數據驗證了miR-21在前列腺癌中的致癌作用及機制，并有希望在治療中引入新的策略。

3 miRNA-21與膀胱癌

3.1 miRNA-21在膀胱癌高表達 膀胱癌是西方國家的第九大常見癌癥，男性發(fā)病多于女性[30]。它的患病率和病死率在所有泌尿系腫瘤中僅次于前列腺癌[3]。膀胱癌具有多種遺傳和表型特征，許多遺傳因素如染色體異常、基因多態(tài)性、突變和表觀遺傳學改變等均與膀胱癌的發(fā)生和發(fā)展有關。根據病理學分型，膀胱癌分為2種不同的類型，即局限于黏膜或黏膜下層的非肌層浸潤性膀胱癌(NMIBC)，以及侵入肌肉的肌肉浸潤性膀胱癌(MBIC)[31]。雖然大多數患者(75%～85%)是屬于非肌層浸潤性膀胱癌，但經尿道膀胱腫瘤切除術后(TURBT)的5年復發(fā)率可高達75%，膀胱癌由于其高復發(fā)率和轉移率而不易治愈，五年生存率約為57%[32]。大量的研究發(fā)現，在膀胱癌患者的腫瘤標本中及其尿液和血液中有多種miRNAs的表達譜發(fā)生顯著改變，miRNAs的表達異常與膀胱癌的發(fā)展密切相關，可影響膀胱癌的化療耐受性和預后[33]。miR-21在膀胱癌患者尿液、血液及腫瘤組織中高表達，它的表達可以促進膀胱癌的發(fā)展，miR-21的過度表達可通過抑制PTEN的表達而促進膀胱癌細胞的增殖、侵襲和抑制細胞凋亡[34]。

3.2 miRNA-21致膀胱癌的機制 有研究發(fā)現在膀胱癌腫瘤組織中miR-21的表達顯著高于非腫瘤組織，而PTEN的表達顯著低于非腫瘤組織；當miR-21過表達時膀胱癌細胞的增殖速度遠快于對照組[34]。另一項研究發(fā)現，miRNA-21在膀胱癌中的功能和致癌活性有部分原因是通過抑制PPP2R2A的表達而過度激活ERK信號通路來實現的[35]。這些結果提示miR-21可能通過PTEN/PI3K/Akt信號通路以及PPP2R2A/MEK/ERK信號通路在膀胱癌中作為癌基因發(fā)揮作用，所以阻斷miR-21的表達可能是治療膀胱癌的有效途徑。除了可能的治療用途之外，miR-21在膀胱癌的診斷上也有很好的應用前景，miR-21作為膀胱腫瘤侵襲能力的檢測指標，具有較高的敏感度和特異度[36]。一項系統(tǒng)評價表明miR-21的高表達與膀胱癌的總體不良生存率有關，并建議將miR-21作為膀胱癌早期發(fā)現、進展和復發(fā)的隨訪標志物[37]。

4 miRNA-21與腎癌

4.1 miRNA-21在腎癌高表達 腎癌是泌尿系統(tǒng)中最常見的腫瘤之一，發(fā)病率僅次于前列腺癌和膀胱癌，由于現今的影像學技術的發(fā)展和人們健康意識的提高，腎癌的早期發(fā)現率已經得到提高，但是還有相當一部分患者在確診時已經發(fā)生了局部浸潤和遠處轉移，并且預后較差[10]。

miR-21是與腎癌細胞的惡性生物學調控密切相關的miRNAs，有研究證實腎細胞癌中miR-21 的上調與腎癌患者的生存率降低有關，并且癌癥發(fā)展階段與miR-21表達也相關，表現為患者腫瘤樣本中miR-21的高表達與癌癥分期的增加同步上升[38-39]。Liu等[15]通過實驗研究發(fā)現，與陰性對照相比，miR-21質粒促進了A-498細胞的細胞增殖；miRNA-21過表達組的細胞凋亡率和Caspase-3活性都受到抑制；并且miR-21的過表達顯著抑制了細胞中p53和周期蛋白E2的表達，反之，miR-21的下調會顯著激活p53的蛋白質表達，并抑制A-498的細胞增殖而誘導凋亡。張輝等[40]通過用miR-21的前體pre-miR-21和抑制物anti-miR-21分別轉染腎癌Caki-1細胞，實時熒光定量PCR驗證其轉染效果，發(fā)現pre-miR-21和anti-miR-21 轉染Caki-1細胞后能分別升高和降低細胞中miR-21 的表達量，隨后觀察發(fā)現 pre-miR-21 組穿透濾膜的細胞數明顯增加，而anti-miR-21 組穿透濾膜的細胞數明顯減少，從而證實miR-21與腎癌的侵襲轉移相關。

4.2 miRNA-21致腎癌的機制 miR-21在腎癌中的作用機制可能是在轉錄后水平直接或間接地抑制腫瘤抑制因子PDCD4的表達[41]。研究發(fā)現PDCD4可以在轉錄和翻譯水平上調節(jié)多種蛋白，這些蛋白參與了腫瘤的進展、細胞周期的發(fā)展、腫瘤的細胞侵襲和轉移[16]。還有研究發(fā)現抑制miR-21的表達后CDKN1A(P21)的表達上調，表明miR-21可能通過抑制CDKN1A(P21)的表達從而促進腫瘤細胞增殖[42]。另一項研究檢測miR-21在腎細胞癌(RCC)和正常腎細胞(NRC)中的表達，結果發(fā)現miR-21可以在翻譯水平下調TCF21的表達，轉錄因子TCF21的下調可降低腎癌Caki-1細胞中KISS1的表達，從而導致腎癌向遠處轉移和侵襲[43]。以上研究結果證實miR-21與腎癌細胞的增殖、細胞凋亡的抑制、細胞的侵襲和轉移都有密切的關系，從而為臨床上治療腎癌提供了新的思路。

5 總結與展望

由于對泌尿系腫瘤的發(fā)病機制及更深層次的遺傳學變化的研究仍然有限，臨床上的泌尿系統(tǒng)腫瘤患者往往治療效果不佳，需尋找更好的泌尿系統(tǒng)腫瘤的診療方式。近年來的研究發(fā)現，miR-21在泌尿系統(tǒng)腫瘤中參與了腫瘤細胞的增殖、凋亡、侵襲和轉移等多個方面的過程，其致癌機制主要是通過發(fā)生細胞的氧化應激和DNA損傷、激活PTEN/PI3K/Akt信號通路以及PPP2R2A/MEK/ERK信號通路、抑制腫瘤抑制因子PDCD4和CDKN1A(P21)的表達和下調轉錄因子TCF21等來實現的。多項實驗研究表明阻斷miR-21的表達后，前列腺癌、膀胱癌和腎癌細胞的增殖均受到抑制，并且細胞凋亡增加，侵襲性減弱，從而證實了miR-21的致癌作用。盡管研究miR-21在泌尿系統(tǒng)腫瘤中的作用取得了重大突破，但仍有許多精細的調節(jié)機制尚不完全清楚，目前的研究也仍然存在爭議。然而，在臨床實踐中miR-21在泌尿系統(tǒng)腫瘤中的潛在價值已被普遍接受，也被證實其有可能成為泌尿系統(tǒng)腫瘤的診斷手段和有效的治療靶點，為廣大患者帶來福音。