[學術論文] 微小RNA-抗癌新尖兵

郭永斌著 (國立交通大學生物科技所) 原載於《生物醫學》第八卷第二期          

垃圾變黃金

約莫20年前，科學家們才發現在生物體基因序列中，有一些傳統上被認為是不具有生理功能的「垃圾」序列，其實蘊含著具有調節基因功能的小序列片段，扮演著決定細胞命運的角色!這些小序列片段就是目前吸引可學家們目光，在生物醫學界炙手可熱的「微小RNA(microRNA)」。

微小RNA在各種生理功能中扮演重要角色 

微小 RNA (microRNA) 最早於 1993 年由 Lee RC 教授團隊所報告，被發現存在於基因組非編碼區 (non- coding genome) 之中，這些微小 RNA 片段具有調節線蟲發育的重要功能。之後，科學家們更不約而同地在不同生物體內發現，微小 RNA 會於後轉錄階段 (post-transcriptional level)，藉由與目標信使 RNA (mRNA) 之 3’ 端非轉譯區結合，使目標信使 RNA 降解，繼而中止轉譯作用進行的機轉來調控基因的表達。此外，由於微小 RNA 僅有約 20 幾個核苷酸長度，相對於長序列的信使 RNA 而言，具有較高的穩定度，可在多種檢體如血液、血清、血漿、外吐小體 (exosome)、唾液、尿液甚至糞便中偵測到微小 RNA 的存在。因此適合拿來作為生物標記 (biomarker)。

微小RNA在臨床癌症診斷上的應用

第一個發現微小 RNA 與癌症有關的證據，是來自於慢性淋巴球性白血病 (chronic lymphocytic leukemia; CLL) 的研究，科學家發現約七成的慢性淋巴球性白血病患者，在第 13 號染色體 q14 的位置，都可發現有 miR-15a 與 miR-16-1 基因表達異常的現象。因此，證實了微小 RNA 表達的異常與癌症的產生有關。經由全基因組序列分析研究 (Genome-wide profiling) 顯示，於不同癌症組織中可發現到不同型態的微小 RNA 表達模式 (miRNA expression signatures)。有些微小 RNA 更被發現能早於臨床症狀出現之前，就出現在血液中，故可作為早期癌症診斷的生物標記。例如，miR-21 與miR- 205 在膽管上皮出現病灶之前，就存在於血液中，故可用來做膽管癌 (ductal adenocarcinoma) 的早期診斷指標。更甚者，由於不同組織間微小RNA的表達型態亦不相同，故可作為腫瘤分型的指標。例如，miR-200 常於管腔組織 (luminal tissue) 中表達，而 miR-145 及 miR-205 則主要於乳腺上皮細胞表達，故藉由偵測 miR-200 與 miR-145 及 miR-205 兩組微小 RNA 表達的差異，可應用於乳癌之腫瘤組織分型。

微小RNA在癌症治療與預後上的應用

特定微小 RN A的出現，可作為癌症化療與標靶藥物治療效果的指標。例如，miR-21 的過度表達是化療治療效果不佳的預測指標。而 miR-221 與 miR-222 過量表達，則與標靶藥物泰莫西芬 (Tamoxifen) 的抗性有關。近年來，數種微小 RNA 的表達被發現與癌症的藥物治療效果有關。偵測微小RNA的異常表達狀況，更能反應出癌症的預後狀況。例如 miR-155 的過度表達合併let-7a的過低表達與肺癌的預後不佳有關。而 miR-193a 的過度表達合併 miR-191 的過低表達，則與胃癌的存活率不佳有關。此外，研究發現若肝癌 (hepatocellular carcinoma; HCC) 患者血液中的 miR-26 表達量低，則這類肝癌患者對於干擾素 (interferon-α) 治療的反應較佳。乳癌患者之 miR-125b 表達量高，則與其對紫杉醇 (Paclitaxel) 藥物反應不佳有關。

微小RNA可為癌症治療標的 

微小 RNA 參與包含細胞凋亡、增生及各式訊號傳遞路徑等之基因調控。因此，特定微小 RNA 也順理成章地成為許多癌症治療的標的物。以微小 RNA 做為治療目標的執行策略有二，一種是直接將特定寡核苷酸 (oligonucleotide) 序列片段送進細胞內，以抑制致癌性 (oncogenic) 微小 RNA 或增加細胞內抑癌性 (tumor supressor) 微小 RNA 的量;另一種是間接地以藥物來改變細胞內微小 RNA 的量或型態，進而達到抑制腫瘤生長的效果。研究發現若將 miR-15a/16-1 送進血癌細胞，可誘使血癌細胞凋亡。以反義寡核苷酸 (antisense oligonucleotides) 抑制 miR-21 的作用，則可觀察到不僅腫瘤細胞的增生作用受到抑制，且會往細胞凋亡方向進行。

然而在現有技術上，以分子量僅為 7 至 20kDa 的微小 RNA 序列片段，作為治療標的方法也並非完全沒有問題。例如，如何有效地將治療性 RNA 片段經由血液循環進入特定細胞 (如癌症細胞)，並從運送載體內釋放出來進入細胞質以發揮抑癌的功效。以及如何克服因分子量太小，容易會自血液循環中經由腎臟被排出體外等。這些技術上的問題，仍需科學家們持續努力加以克服。

癌症一直是人類健康的大敵，隨著科學家們對微小 RNA 的認識愈來愈清楚，利用微小 RNA 在腫瘤形成過程中扮演關鍵角色的契機，藉由調控微小 RNA 的表達量與活性的方式，可以控制或引導腫瘤細胞的自我凋亡，進而達成控制腫瘤生長的目的。因此，在人類對癌症的戰役之中，科學家們除了傳統的化療、放療藥物之外，又多了一項抗癌的利器! 

參考文獻 

1. Lee RC, Feinbaum RL, Ambros V. The C. elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14. Cell 1993;75:843- 854. 

2. Calin GA, Dumitru CD, Shimizu M, Bichi R, et al. Frequent deletions and down-regulation of micro-RNA genes miR15 and miR16 at 13q14 in chronic lymphocytic leukemia. Proc Natl Acad Sci USA 2002;99:15524- 15529. 

3. Iorio MV, Croce CM. MicroRNA dysregulation in cancer: diagnostics, monitoring and therapeutics. A comprehensive review. EMBO Mol 2012;4:143-159.