MicroRNA review－103年臺北榮民總醫院「醫師學術論文獎」第一名

醫學研究部基礎研究科主任 邱士華

　　MicroRNA (miRNA)是ㄧ群內生性約18至25個核甘酸長度的RNA分子，本身並不會經轉錄產生蛋白質，它們最主要的功能為經由轉錄後修飾而關閉特定基因作用。最初是在1988年於植物體上發現有ㄧ段與特定基因互補的基因卻能調控此基因作用，接下來於線蟲體內也有類似的發現。1998年Andrew Fire以及Craig Mello因發現miRNA的抑制作用而獲得諾貝爾獎殊榮。

　　MiRNA在細胞核內經由polymerase II轉錄生成Pri-miRNA，之後經由Drosha/RNase III nuclease complex辨認切割形成Pre-miRNA，成為stem-loop的形狀(此時亦稱為short hairpin RNA)；亦有另一路徑，MicroRNA直接經由基因轉錄形成short hairpin RNA。在此步驟以前均在細胞核內發生，接下來pre-miRNA經由Exprotin-5被送至細胞質中，經Dicer辨認切割進一步形成miRNA duplex，此雙股的miRNA中有ㄧ股會進行接下來的作用，與AGO蛋白形成RISC (RNA-induced silencing complex)結合在mRNA上，使此段mRNA分解或是其轉譯作用被抑制。

　　因此，miRNA主要產生的作用大部分為抑制mRNA的轉譯作用。到目前為止，已經有超過1500種不同的miRNA被發現，經統計，它們約占有人類基因群組中的1~3%，但是卻調控約30%基因的功能表現。而當中約有50%的miRNA位在與腫瘤相關或是基因較不穩定的區域，因此目前與miRNA相關的研究大部分均與腫瘤相關。

　　MiRNA與腫瘤相關的研究最早是從chronic lymphocytic leukemia中開始，2004年Calin等人發現在68% CLL病患的血液檢體中，miR-15以及miR-16有減少甚至是缺乏，但是Bcl-2卻有上升的現象，確定了miR-15以及miR-16減少表現會造成Bcl-2表現增加而進一步造成腫瘤的結果，於此研究中，miRNA扮演的是腫瘤抑制的功能，這也是第一個確定miRNA與腫瘤有關的研究，其後有其他的研究也在不同的腫瘤上有類似的發現。2005年開始有不同的文獻討論於B cell lymphoma的小鼠上發現了MiR-17-92以及c-myc致癌基因間的關係，以及let-7與RAS致癌基因間的關係。自此，miRNA不但與腫瘤有關而且與腫瘤基因之間的關係也引起後續科學家們的研究興趣。

　　敝研究團隊所感興趣的則是miRNA在腫瘤細胞上的應用，有鑑於傳統的癌症治療技術，是在手術切除之後進行放射及化學治療，以抑制癌細胞的生長，進而引發其凋亡。然而惡性度較高的癌細胞，卻常常可以通過化學藥物及放射線治療而存活下來，並且躲過免疫系統的偵測，導致癌症在治療後容易出現復發情形。近年來研究顯示腫瘤增殖過程源自於一小群具有自我更新能力之未分化形式細胞，即為「癌症幹細胞」(Cancer stem cell)。癌症幹細胞與腫瘤治療過程產生之抗性、持續性復發、轉移、甚至存活率密切關聯。這些癌症幹細胞不僅可以通過化學藥物及放射線治療而存活下來，極有可能為癌症治療失敗及腫瘤復發轉移的重要原因之一。因此如何精確找出癌症幹細胞之特有分子路徑，並開發有效標的藥物已為醫學研究當務之急。

　　舉例來說，腦癌(Glioblastoma)為醫學界長久以來之難以治癒之絕症。依統計學研究顯示，腦癌患者經診斷之後之生命週期超過95%不會高於18個月。探究腦癌之所以難以治療的眾多原因，除了發病部位位於顱下，並且於腦部深處，增加手術困難度之外，由於腦癌細胞的高度特異化，因此並沒有良好的標靶可以針對腦癌進行化療，截至目前為止，對於腦癌的臨床治療方式還是盡可能以手術摘除，並且配合放射性治療與化療為主，然而，就算如此，目前廣泛應用於腦癌的抗癌藥物，不論是Temozolomide(TMZ)或是Bevacizumab對於腦癌的治療成效皆有限，其中， TMZ平均只能夠延長病人壽命三個月，也因此，發展出準確的生化指標與高效的腦癌治療方式，對於腦癌的預後、人類的健康與改善病人的生活品質來說，是刻不容緩的事情。

　　綜觀目前的關於腦癌的研究，一般相信腦癌臨床上之所以難以治療以及高復發率的主因為腦癌幹細胞的存在，若能提出針對腦癌幹細的治療方式，對於腦癌的治療將有相當的助益。本研究構想與成果獲得台北榮總、台中榮總與奇美醫院之主任與院長的大力支持，也因此，本篇論文得以使用大量的病人初代培養之腦癌細胞為研究基礎，從中分離出腦癌幹細胞，並且推究其特質，其中，我們的研究發現，IL-6會藉由腦癌幹細胞釋放，進而加速腦癌的惡化。我們進一步發現，miR142-3p的表現量在腦癌幹細胞中皆為抑制，而在較低惡性之腦癌細胞中表現量皆較高。這樣的相關性使我們發現了miR142-3p能夠抑制IL-6的表現，進而減緩腦癌之惡化程度。在後續的研究中，我們證實了IL-6透過超基因(epigenetic)的調控方式，增加了DNMT1的表現，進而影響到miR142-3p啟動子之甲基化，進而減少miR142-3p的表現，除此之外，miR142-3p也會透過抑制HMGA2基因之表現，進一步減少了Sox2基因的表現，這樣的關係會使得腦癌幹細胞之幹細胞的特質消失。動物實驗與臨床的病理學的探討中都證實了miR142-3p對於抑制腦癌的生長有明顯的效果，而且miR142-3p啟動子的甲基化亦可做為臨床診斷腦癌惡性的根據之一。本研究在台北榮總醫師結合研究團隊之努力，為世界上第一篇詳細探討IL-6與miR142-3p之超基因調控影響到腦癌惡性之學術論文，其成果已發表於去年十二月(Dec. 2013)之國際著名期刊Molecular Cell中。我們榮幸的獲得台灣北、中、南部之醫學中心的大力協助，使得研究能夠順利進行。在microRNA中有些具有抑制腫瘤之功能，本研究之miR142-3p便是其中之一。我們的研究成果闡述了miR142-3p除了能夠抑制腦癌之惡化之外，由於miR142-3p的表現量在腦癌幹細胞中為低，並且，腦癌幹細胞較一般正常細胞對於miR142-3p的忍受性低很多。這樣的結果使其有潛力成為用來治療腦癌的分子。透過分子結構修飾過以抗核糖核酸酶截切之miR142-3p能夠抑制腦癌腫瘤之惡化，並且延長壽命，我們已經在動物實驗模式當中發現這樣的效果。也因此，將miR142-3p發展為抗腦癌藥物之輔劑(Adjuvant)，或是以miR142-3p為基礎，結合臨床上已經成功之藥物投送方式(drug delivery)或能發展為腦癌幹細胞之標靶藥物，最近更成功發展以微型核糖核酸作為腫瘤復發標的申請專利(MicroRNA as a cancer progrssion predictor and its use for treating cancer)，甫獲得美國專利核可通過(US8404437B2)。

　　對於後續之研究，我們主要集中在兩個方面:

　　其一、進一步論證將miR142-3p作為腦癌預後之準確度，我們持續地、長時間的收集病人檢體，希望建立起病人組織庫(Tissue Bank)，並且密切的與各大醫學中心合作，期望獲得更進一步的數據。

　　其二、在將發展以miR142-3p為主的抗腦癌藥物的研究中，我們首先選擇以輔劑為優先的發展方式，我們希望能夠把目前用於腦癌之化療或是放射線治療方式與miR142-3p結合，增加療效。除此之外，結合臨床上已經成功之藥物投送方式(drug delivery)，並且利用腦癌幹細胞之表面抗原標靶，或能發展為腦癌幹細胞之標靶藥物。

　　總結來說，利用自惡性神經膠質腦瘤中分離分離培養癌症幹細胞，發現微小核糖核酸miR142-3p具有調控腦腫瘤幹細胞自我更新與增殖之能力，並進一步證實臨床上多形惡性神經膠質瘤之患者miR142-3p啟動子的高度甲基化時，可準確預測腦瘤手術後患者之復發率與相關之預後，此發現對於臨床醫師診治癌症病患有相當大的幫助，並提供未來發展抗藥性與臨床復發治療標的轉譯醫學新方向。