Wnt/β-catenin信號通路與microRNAs在肺癌中的調(diào)控機(jī)制

汪俊其 程萬里 王 平 劉 鑫

肺癌仍然是全球最致命的惡性腫瘤之一，近年來肺癌患者呈現(xiàn)年輕化趨勢，特別是出現(xiàn)化療耐藥之后，患者生存及預(yù)后狀況差[1～3]。肺癌的主要病理組織類型包括非小細(xì)胞肺癌和小細(xì)胞肺癌等，其中小細(xì)胞肺癌對人類健康的威脅性最大[4]。病理組織活檢仍是早期肺癌確診及監(jiān)測的最主要手段，但應(yīng)用于中晚期發(fā)生轉(zhuǎn)移的患者的預(yù)后監(jiān)測顯然不現(xiàn)實(shí)，并且頻繁的穿刺活檢有可能導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移，同時會給患者帶來嚴(yán)重的心理壓力。傳統(tǒng)的預(yù)后監(jiān)測手段如腫瘤標(biāo)志物、計算機(jī)斷層掃描等特異性及敏感度不高，很難從微觀層面追蹤腫瘤特異性及微轉(zhuǎn)移情況。既往有文獻(xiàn)報道，Wnt/β-catenin信號通路的激活和沉默參與肺癌發(fā)展過程，microRNAs的異常表達(dá)也與肺癌的發(fā)生、發(fā)展存在緊密的聯(lián)系。近年來研究發(fā)現(xiàn)，microRNAs異常表達(dá)可以通過調(diào)控Wnt/β-catenin信號通路的激活和沉默來影響肺癌遷移和侵襲等行為。本文就目前Wnt/β-catenin信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路相關(guān)microRNAs異常表達(dá)對肺癌發(fā)生、發(fā)展的影響研究等方面做一總結(jié)，以闡明兩者的調(diào)控關(guān)系，并為肺癌的驅(qū)動基因靶點(diǎn)找到新的出路。

一、microRNAs概述、調(diào)控機(jī)制及預(yù)后監(jiān)測

microRNAs是一類大小為19～24nt的小分子RNA，在轉(zhuǎn)錄后基因調(diào)控中起重要作用[5]。研究表明，microRNAs通過抑制翻譯過程來調(diào)節(jié)其靶標(biāo)mRNA，進(jìn)一步調(diào)控腫瘤的惡性生物學(xué)行為[6]。microRNAs異常表達(dá)常與肺癌的形成和發(fā)展有關(guān)。Xu等[7]研究發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)miR-205-3p可以通過結(jié)合下游靶基因腫瘤抑制因子APBB2 mRNA的表達(dá)量，促進(jìn)A549和H1299肺癌細(xì)胞的活力和小鼠異常移植腫瘤生長，而經(jīng)過miR-205-3p抑制劑轉(zhuǎn)染的低表達(dá)miR-205-3p的肺癌細(xì)胞凋亡率明顯增加。腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞(cancer associated fibroblasts，CAFs)已被證實(shí)可以通過對腫瘤微環(huán)境的調(diào)控來促進(jìn)肺癌的進(jìn)展。Lee等[8]通過對小鼠肺腫瘤成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)染miR-196a mimics后發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞中miR-196a過表達(dá)可以引起靶基因ANXA1的表達(dá)水平降低，并增加CAFs的增殖和侵襲能力。Mao等[9]研究發(fā)現(xiàn)，miR-375-3p通過作用于緊密連接蛋白claudin-1可以增加血管內(nèi)皮細(xì)胞的通透性，進(jìn)而促進(jìn)SCLC的侵襲和轉(zhuǎn)移。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，miR-203靶向SMAD3抑制TGF-β誘導(dǎo)的上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化形成過程和促進(jìn)NSCLC的侵襲和轉(zhuǎn)移，提示miR-203可能成為抑癌分子用于肺癌靶向治療[10]。由此可知，microRNAs通過作用于各種不同靶基因mRNA或蛋白分子，調(diào)控著肺癌朝不同的方向發(fā)展，這些差異基因給肺癌的靶向治療提供了新的思路，并可能成為肺癌分子治療的潛在靶點(diǎn)。已有報道m(xù)icroRNAs可在血漿中穩(wěn)定檢測出，用于多種癌癥的預(yù)后生物學(xué)標(biāo)志物。Li等[11]研究發(fā)現(xiàn)，在SCLC中，通過檢測化療前和耐藥后miR-92b和miR-375的表達(dá)譜，他們發(fā)現(xiàn)化療耐藥后這些microRNAs的表達(dá)均顯著升高，并且與患者較短的PFS呈正相關(guān)。其研究表明，血漿 miR-92b和 miR-375是監(jiān)測SCLC化療耐藥性和預(yù)后的潛在生物學(xué)標(biāo)志物。miR-92b高表達(dá)在NSCLC中同樣提示不良預(yù)后[12]。此外，還有研究者通過檢測50例SCLC患者和30例健康人群的miRNA(miR-20a-5p、miR-92a-2-5p 和 miR-17-5p)進(jìn)行定量分析，發(fā)現(xiàn)SCLC患者組血漿miR-92a-2水平高于健康對照組[13]。以上研究提示，microRNAs作為生物學(xué)標(biāo)志物在肺癌的預(yù)后監(jiān)測上具有強(qiáng)大的潛能。

二、Wnt/β-catenin信號通路與肺癌

Wnt基因也曾叫INT1基因，最早由Nusse等[14]在小鼠乳腺癌模型中發(fā)現(xiàn)。由Wnt基因如Wnt-1、Wnt-2、Wnt-3編碼產(chǎn)物介導(dǎo)的Wnt/β-catenin信號通路參與人體的胚胎發(fā)育和腫瘤的發(fā)生等重要過程。在接收到上游激活信號后，β-catenin作為最終效應(yīng)分子。在缺乏Wnt配體時，AXIN、GSK3β等組成的破壞復(fù)合物可磷酸化β-catenin，導(dǎo)致其被β-TrCP泛素化并蛋白酶體降解。而Wnt信號通路一旦被激活，胞內(nèi)β-catenin迅速富集和穩(wěn)定，然后進(jìn)入到胞核內(nèi)結(jié)合LEF/TCF蛋白家族形成活性復(fù)合物以啟動下游基因的轉(zhuǎn)錄[15,16]。

近年來許多研究發(fā)現(xiàn)，Wnt/β-catenin信號通路激活是肺癌發(fā)病機(jī)制的關(guān)鍵因素。Zha等[17]研究發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)神經(jīng)元特異性烯醇化酶(NSE)通過靶向和降解β-catenin持續(xù)激活Wnt/β-catenin信號通路，上調(diào)c-Myc、Snail等下游基因的表達(dá)，促進(jìn)小細(xì)胞肺癌上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)作用、侵襲和轉(zhuǎn)移。Liao等[18]研究發(fā)現(xiàn)，促癌基因冷誘導(dǎo)RNA結(jié)合蛋白(CIRP)通過與CTNNB1 mRNA的5′-UTR和3′-UTR結(jié)合來增加CTNNB1表達(dá)，可以持續(xù)激活Wnt/β-catenin信號通路來促進(jìn)其下游基因c-Myc、COX-2、CCND1、MMP7、VEGFA和CD44的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)NSCLC細(xì)胞的增殖和侵襲。相反，利用siRNA技術(shù)敲低CIRP，則CTNNB1 mRNA表達(dá)水平下降，NSCLC細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移能力均明顯下降。

Wnt/β-catenin信號通路激活相關(guān)抑制物可能為肺癌靶向治療提供思路。Zhang等[19]研究發(fā)現(xiàn)，叉頭框H1蛋白(FOXH1)在NSCLC細(xì)胞中表達(dá)水平均升高，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)染沉默F(xiàn)OXH1基因的A549和PC9細(xì)胞，細(xì)胞周期蛋白D1、β-catenin和GSK-3β水平降低，細(xì)胞的EMT作用、侵襲和遷移也受抑制，提示W(wǎng)nt/β-連環(huán)蛋白通路可能是FOXH1在肺癌細(xì)胞中激活的下游靶標(biāo)。Han等[20]在A549細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)總黃酮類化合物(TF)可以降低COX-2 /Wnt/β-catenin信號通路中COX-2、Wnt和活化β-catenin的mRNA表達(dá)水平，并促進(jìn)A549細(xì)胞的凋亡。Xie等研究表明，F(xiàn)AM110過表達(dá)導(dǎo)致GSK-3β、β-catenin、細(xì)胞周期蛋白B1、細(xì)胞周期蛋白D1的磷酸化減少進(jìn)而沉默 Wnt/β-catenin信號通路。

三、Wnt/β-catenin信號通路相關(guān)microRNAs異常表達(dá)對肺癌的影響機(jī)制

近年來已有不少研究發(fā)現(xiàn)，microRNAs異常表達(dá)可以靶向抑制或激活Wnt/β-catenin信號通路，通過調(diào)控Wnt/β-catenin信號通路相關(guān)基因的表達(dá)來影響肺癌的演變。Wang等[21]在體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)miR-924可以靶向抑制膜內(nèi)絲氨酸蛋白酶(rhomboid domain containing 1，RHBDD1)表達(dá)和Wnt信號通路，而通過通過沉默miR-924模型恢復(fù)RHBDD1表達(dá)時可以逆轉(zhuǎn)miR-924對肺癌遷移和侵襲作用。Ren等[22]研究顯示，Wnt信號通路調(diào)節(jié)因子結(jié)腸腺瘤性息肉病蛋白(APC)是miR-20b的靶標(biāo)，miR-20b可以通過靶向和抑制APC的轉(zhuǎn)錄水平激活Wnt信號通路來促進(jìn)NSCLC細(xì)胞的細(xì)胞增殖、遷移和侵襲。而使用抑制劑敲低miR-20b表達(dá)時，發(fā)現(xiàn)下游c-Myc和Cyclin D1的轉(zhuǎn)錄水平下調(diào)，提示miR-20b和Wnt信號通路之間可能存在正反饋調(diào)節(jié)通路并形成生物調(diào)節(jié)回路。還有研究發(fā)現(xiàn)，miR-147b可以通過對NSCLC中的核糖體蛋白S15A進(jìn)行負(fù)調(diào)節(jié)導(dǎo)致Wnt信號通路失活，促進(jìn)NSCLC的惡性生物學(xué)行為。反過來，過表達(dá)核糖體蛋白S15A可以部分逆轉(zhuǎn)NSCLC細(xì)胞中miR-147b介導(dǎo)的抗腫瘤作用[23]。此外，miR-19b-3p通過下調(diào)MYPTI的表達(dá)、miR133b靶向NCAPH，使Wnt/β-catenin信號通路失活，進(jìn)而抑制NSCLC的侵襲和轉(zhuǎn)移[24，25]。

同源異型基因(homeotic gene,HOX)是一種高度保守的同源盒超家族，編碼的蛋白產(chǎn)物在調(diào)節(jié)胚胎發(fā)育、細(xì)胞遷移、凋亡、血管生成等過程發(fā)揮重要的重要，已有不少研究發(fā)現(xiàn)，HOX基因異常表達(dá)與腫瘤的進(jìn)展有關(guān)。Han等[26]研究發(fā)現(xiàn)，HOXA1在NSCLC組織中高表達(dá)，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在A549和SPC-A1細(xì)胞中miR-100通過靶向下調(diào)HOXA1，抑制細(xì)胞周期蛋白D1、c-Myc、β-catenin和GSK3β的表達(dá)，從而抑制NSCLC的EMT過程和Wnt信號通路的激活。Tan等[27]報道外源性miR-625表達(dá)靶向抑制HOXB5介導(dǎo)Wnt/β-catenin信號通路失活，恢復(fù)HOXB5表達(dá)時可以逆轉(zhuǎn)miR-625對NSCLC細(xì)胞增殖、侵襲和遷移的影響。綜上所述，HOX上調(diào)促進(jìn)NSCLC的侵襲和轉(zhuǎn)移，而microRNAs可以靶向HOX抑制Wnt信號通路的激活來發(fā)揮抑癌作用。

有研究表明，敲低鋅指E-box結(jié)合同源異型盒2(ZEB2)的表達(dá)可以抑制Wnt/β-catenin信號通路的激活，并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和抑制腫瘤的惡性生物學(xué)行為[28,29]。Li等[30]研究發(fā)現(xiàn)，在NSCLC中miR-129模擬物靶向ZEB2促進(jìn)β-catenin和細(xì)胞周期蛋白D1等的表達(dá)并滅活Wnt/β-catenin信號通路，從而抑制NSCLC的侵襲和遷移行為。而使用miR-129抑制劑轉(zhuǎn)染NSCLC細(xì)胞時，ZEB2表達(dá)水平恢復(fù)，NSCLC細(xì)胞的侵襲、遷移和EMT作用增強(qiáng)。在目前研究中發(fā)現(xiàn)，microRNA-545表達(dá)降低與NSCLC的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和腫瘤分期之間的密切關(guān)聯(lián)。microRNA-545低表達(dá)患者預(yù)后較差，總生存期縮短。Cui等[31]在多種NSCLC細(xì)胞中microRNA-545過表達(dá)能夠通過下調(diào)ZEB2和β-catenin的表達(dá)來抑制Wnt/β-catenin信號通路以負(fù)向調(diào)控NSCLC的惡性生物學(xué)行為。

順鉑(DDP)用于肺癌的化療常導(dǎo)致耐藥的產(chǎn)生，目前已有研究發(fā)現(xiàn)，DDP對NSCLC的敏感度變化與microRNAs的異常表達(dá)有關(guān)。在NSCLC患者中過表達(dá)microRNA-32和microRNA-548a模擬物通過靶向ROBO1并在NSCLC細(xì)胞中滅活Wnt/β-catenin信號通路來刺激DDP敏感度[32]。Zhang等[33]在小鼠肺癌模型中研究發(fā)現(xiàn)，miR-130b-3p通過靶向PTEN激活Wnt/β-catenin信號通路增強(qiáng)NSCLC細(xì)胞對DDP的耐受能力并抑制細(xì)胞凋亡。還有研究發(fā)現(xiàn)，在A549細(xì)胞中低表達(dá)miR-448抑制Wnt/β-catenin信號通路的激活，促進(jìn)細(xì)胞增殖和增強(qiáng)A549細(xì)胞的DDP耐藥性，而利用siRNA下調(diào)SATB1的表達(dá)可以促進(jìn)細(xì)胞凋亡和逆轉(zhuǎn)細(xì)胞對DDP的敏感度[34]。以上研究表明，microRNAs可能成為具有DDP耐藥性的NSCLC患者的潛在靶標(biāo)。

四、展 望

目前肺癌的致死率及患者預(yù)后生存狀況仍然不由樂觀。microRNAs作為目前炙手可熱的靶點(diǎn)，已被證實(shí)可以對Wnt/β-catenin信號通路的功能進(jìn)行調(diào)控。Wnt/β-catenin信號通路是一個復(fù)雜的蛋白質(zhì)作用反饋網(wǎng)絡(luò)，在人體的胚胎發(fā)育乃至癌癥發(fā)展過程中起著重要的作用。本文闡述了microRNAs在Wnt/β-catenin信號通路中的調(diào)節(jié)作用對肺癌細(xì)胞的耐藥、增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移等生物學(xué)行為的影響，這些研究表明，Wnt/β-catenin信號通路在肺癌的發(fā)展和轉(zhuǎn)移中起著重要作用，該通路為開發(fā)癌癥預(yù)防和治療藥物提供了潛在靶點(diǎn)。但Wnt/β-catenin信號通路相關(guān)microRNAs是否參與調(diào)節(jié)其他信號通路的功能等機(jī)制仍未闡明，還應(yīng)該考慮靶向藥物的不良反應(yīng)，因此，深入了解microRNAs對Wnt/β-catenin信號通路的調(diào)控作用及分子機(jī)制對于研發(fā)肺癌細(xì)胞新的治療靶標(biāo)具有重要的意義。