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研究背景:胰腺癌是发生在胰腺外分泌腺体的消化系统恶性肿瘤,占全身恶性肿瘤的1%~4%,其中90%以上为胰腺导管腺癌。胰腺癌1年生存率为8%,5年生存率小于5%,中位生存时间仅4-6个月,死亡率居恶性肿瘤第8 位。近年来胰腺癌发病率呈上升趋势,如能找到一种存在于体液中并能够监测胰腺癌生物学进程的诊断标志物,将为胰腺癌的诊断和治疗提供新的方向。
MicroRNA(miRNA)自被发现以来,近几年迅速成为生命科学研究领域的热点。
目前在Sanger miRBase 数据库中注册的已发现的人类miRNA 共有1048种,预测可能调节人类30%以上基因的表达。miRNA与肿瘤的发生发展密切相关,可能同时具有癌基因与抑癌基因的双重作用。从现有的研究可以证明外周血中miRNA 具备作为肿瘤诊断标志物的多种特点:①在正常人外周血中稳定存在:研究发现正常人外周血中的miRNA表达稳定,无显著的个体差异,也没有明显的性别差异。②体外各种环境下稳定:实验证实血清或血浆中抽提的miRNA在反复冻融、过酸、过碱、甚至煮沸条件下仍具有完整性。③miRNA表达水平与恶性肿瘤的病理过程密切相关。④有研究推测血清中miRNA 来自肿瘤细胞并具有一定功能。鉴于此,血清中miRNA的异常表达可作为肿瘤细胞存在的直接证据,并具有作为潜在生物学标志物的可能。
miRNA的生物学功能研究涉及多种肿瘤。miRNA在胰腺癌的功能研究主要涉及肿瘤细胞的增殖、凋亡、转移和耐药等方面,研究显示miRNA 主要是通过对靶基因转录后水平的调控,从而影响肿瘤的生物学行为。对microRNA-192(miR-192)的表达和功能的研究集中在近几年,在肾脏纤维化中的研究结果比较一致,显示其具有促进纤维化进程的功能。尽管对miR-192在肿瘤中表达情况的研究已有报道,但研究结果不尽相同,尚未见在胰腺癌中的研究报道。
目的:确定胰腺癌中异常表达的miRNAs 并进行验证,进一步探讨miR-192作为胰腺癌血清学标志物的可能性,并初步研究miR-192对胰腺癌细胞生物学行为的影响。
方法:①miRNA 芯片分析胰腺癌组织和正常胰腺癌组织中miRNA的差异表达,并对异常表达的miRNA 进行生物信息学分析;②实时荧光定量PCR 检测胰腺癌组织、血清、细胞及其上清中miR-192表达情况;③核酸原位杂交检测组织中miR-192的表达情况和定位;④构建miR-192 慢病毒载体,并感染胰腺癌细胞株;⑤细胞生长曲线测定、平板克隆形成实验、Annexin V 凋亡检测、细胞划痕实验观察感染miR-192后胰腺癌细胞生物学行为改变;⑥裸鼠胰腺原位成瘤,观察感染miR-192后胰腺癌细胞成瘤情况的改变;⑦检测miR-192靶基因蛋白水平的表达。
结果:①通过miRNA 芯片检测在9例胰腺癌组织和3例正常胰腺组织中miRNAs的表达情况。以胰腺癌组均值与正常胰腺癌组均值的比值不小于1.15倍为标准,筛选出在两组中差异表达的miRNAs 共16个。其中在胰腺癌组织中高表达8个,低表达8个。通过对miR-192和miR-192*进行的生物信息学和其靶基因gene ontology分析,预测miR-192和miR-192*的靶基因中,绝大部分参与蛋白质之间结合。②通过对31对胰腺癌和癌旁胰腺组织实时荧光定量PCR 检测,结果显示miR-192和miR-192*在胰腺癌和癌旁胰腺组织的表达均存在差异,miR-192和miR-192*在胰腺癌中表达均高于其在癌旁胰腺组织中的表达,分别为癌旁组织的28.44和5.09倍。③在对5例人胰腺癌和5例荷人胰腺癌SCID 鼠的检测中发现,miR-192 仅表达于肿瘤组织中,而且定位于肿瘤细胞的细胞质,肿瘤的间质未见表达。同时在人胰腺癌旁的胰腺组织和SCID 鼠的胰腺中均未见表达。④在分析不同胰腺癌细胞株间miRNA表达差异时发现,miR-192在Aspc-1中表达最高,分别是sw1990、Bxpc-3、Miacapa-2、PANC-1、capan-1的9.78、174.05、1026.37、466.80、7.21倍。miR-192在Aspc-1培养液上清中的表达量也为最高,分别是sw1990、Bxpc-3、Miacapa-2、PANC、capan-1上清的1.98、21.41、175.26、6.59、1.20倍。经统计分析发现miR-192在细胞内和在其培养上清中的表达具有高度一致性。⑤miR-192在胰腺癌患者血清中表达量与对照组健康人血清中和十二指肠癌患者血清中的表达量均有差异, 但在对照组健康人血清中与十二指肠癌患者血清中的表达量未见差异。 miR-192在胰腺癌患者血清中表达量是对照组健康人血清中的5.10倍,最高为962.07倍。 miR-192在胰腺癌患者血清中表达量是十二指肠癌患者血清中的5.72倍。ROC分析示曲线下面积(AUC)为0.627。其诊断的敏感性和特异性分别为 76.0%和 55.0%. 判别分析显示miR-192具有作为胰腺癌血清学诊断标志物的可能性(p<0.01)。 miR-192在荷人胰腺癌SCID小鼠的血清中含量是在对照组SCID小鼠血清中的4.53倍。⑥感染miR-192的胰腺癌细胞株PANC-1与空载体组比较:增殖速度加快;平板克隆形成能力增强;晚期凋亡率减少;细胞迁移能力增强。胰腺原位接种感染miR-192的胰腺癌细胞株PANC-1与空载体组比较:肿瘤体积明显大于对照组;对照组细胞形成的肿瘤均具有完整包膜,miR-192 过表达细胞种植瘤向周围组织和脏器呈浸润性生长。⑦在肿瘤细胞株和原位成瘤组织中miR-192的靶基因SIP1的表达在miR-192 转染组均低于空载体组,Collagen I蛋白在两组差异仅存在于原位成瘤组织中。
结论:①胰腺癌和正常胰腺组织具有不同的miRNA表达谱;②胰腺癌患者血清中的miR-192表达高于正常人,推测胰腺癌患者血清中高表达的miRNA 可能来自肿瘤细胞,并具有作为胰腺癌诊断标志物的可能;③miR-192 促进胰腺癌细胞生长,抑制凋亡,增强细胞的迁移能力和成瘤能力,促进肿瘤的侵袭。