循环小分子核糖核酸的生物标志物前列腺癌:玩的状态

文摘

小分子核糖核酸基因表达的关键调节和正常生理和病理扮演关键角色。最近的研究表明,这些分子存在于体液,如血清、血浆、尿液、可以方便地使用各种测量技术。更重要的是,新出现的证据表明,循环或尿液microrna是有用的指标。在这里,我们考虑的潜在效用等microrna的前列腺癌的生物标记物,将大大受益于小说的疾病的诊断和预后的工具。研究旨在识别诊断,预后和/或预测前列腺癌的microrna是总结和回顾。最后,实际考虑,会影响最近的临床研究实现的翻译进行了探讨。

1。前列腺癌的临床问题

前列腺癌是第二个最常见的固体肿瘤在男性世界,尽管在早期诊断和管理重大进展,它仍然是一个男性癌症死亡的主要原因。(1]。前列腺癌的病理诊断通常是通过一个transrectal超声引导下活检提示水平升高的血清前列腺特异性抗原(PSA)和/或异常直肠指诊(DRE)。使用PSA对前列腺癌的诊断与几个临床问题相关联。PSA是不特定的恶性肿瘤,在许多其他条件包括高架良性前列腺增生(BPH),尿潴留、前列腺炎、创伤,和物理操作(2]。此外,高位仅关联松散与疾病严重程度:大约30%的人与PSA 5 - 10和PSA > > 50% 10将前列腺癌(3]。相反与PSA < 5约10 - 15%的人将港口前列腺癌4]。或许更重要的是比它的诊断不准确,三个大型临床试验显示,PSA测试/检测与高速度的过度诊断和治疗方案5- - - - - -7]。

前列腺癌的特点是明显的从潜在不可预知的结果,肿瘤生长缓慢,咄咄逼人,迅速致命的肿瘤。虽然投入了大量精力发现生物标记物,将提高诊断、相关的临床问题是积极的检测形式的疾病在早期治愈阶段。很大一部分的情况下遵循一个懒惰,可能不需要作治疗。事实上,40%的老年人将港口在其前列腺癌症尸检(8,9]。然而,某些癌症有可能转移,需要咄咄逼人,早期临床干预。不幸的是,目前的临床病理的模型不允许临床医生准确地分辨致命和懒惰的前列腺癌在早期阶段,导致焦虑对临床医生和患者选择最佳疗程(10]。此外,男性接受低风险前列腺癌的积极监测制度,很难确定哪些患者会进展到更高等级的疾病。这个问题是加剧了疾病品位的观察可能误诊在47%的情况下(11]。延迟治疗治疗干预这些病人可能产生致命的后果。

考虑这些问题,生物标志物可以提高诊断精度和更好的区分懒洋洋的侵略性前列腺癌在早期阶段将彻底改变这一重要疾病的临床管理。此外,预测标志物的新治疗策略被开发的转移性前列腺癌(12)是至关重要的。在本文中,我们将介绍实用的证据循环和尿液microrna等目的。

2。微rna生物起源和功能

小分子核糖核酸(microrna) ~ 22 nucleotide-long单链,非编码rna在线虫首次报道秀丽隐杆线虫(14]。重要发现以来,我们理解microrna大幅度增长,他们是最好的理解今天的小分子rna。生物起源的microrna已经全面报道许多评论(见,例如,15,16):简单地说,长不成熟的前体microrna (pri-miRNAs)转录的RNA聚合酶II和处理核由核糖核酸酶Drosha和核蛋白质帕夏(DGCR8)长70 - 100 bp pre-miRNAs [17]。Pre-miRNAs出口到细胞质中由一个间5-mediated机制,另一种核糖核酸酶,帽子,生成~ 22 bp RNA工器(18,19]。这些极组成一个成熟的microrna的导链(miR-5p)和一个乘客互补链(miR-3p或米尔*)。导链是优先纳入RNA-induced沉默复杂(RISC)并通过部分互补结合目标序列通常发现在3′utr目标mrna (20.,21]。目标mrna随后退化,或更常见的是,压抑在转化水平(15]。

目前估计,人类基因组编码超过1800不同的microrna (miRBase 19;(22]),估计调节~ 60%的蛋白编码基因(20.]。一个microrna的可以绑定多个mrna,反之亦然(23),创建一个复杂和广泛的microrna的网络:信使rna相互作用,可以产生深远的影响基因表达程序。microrna的重要性体现的关键功能在本质上所有的正常的生理过程,包括细胞周期进程、发展、生存、分化、生长、凋亡和免疫反应(15]。

3所示。MicroRNA失调在癌症

考虑到他们的生理重要性,难怪microrna也扮演了一个重要的角色在癌症的起源和发展。这个概念Calin和他的同事们第一次证明了,他发现一个基因组区域13 q14包含两个microrna (miR-15a和miR-16-1)经常被删除在白血病(24]。从那时起,microrna的表达的失调已经证明在所有人类肿瘤的类型。microrna表达功能异常的癌症通过定位相关编码mrna: oncomiRNAs目标基因,抑制恶性肿瘤,肿瘤抑制基因microrna目标致癌基因(25]。重要的是要认识到,这些监管因素可以有两个功能在不同tumours-acting促进一些恶性肿瘤和抑制恶性肿瘤在其他肿瘤特异microrna的表达模式和他们的目标基因。

机制microrna的功能是改变microrna基因的癌症包括删除/放大,调制microrna基因表达的表观遗传机制或转录因子的调节异常,和变异的microrna基因座或目标序列(26]。microrna特异表达可以影响许多癌症的起源和发展的不同方面,包括增殖、转移(本地入侵和殖民),细胞凋亡,血管生成,在别人(审查,请参阅[27])。此外,畸变microrna的处理也可以调节microrna的功能在癌症:事实上,这样的缺陷是恶性肿瘤的一个共同特征。例如,帽子被证明是表达下调肺癌和降低术后生存(28]。此外,沉默的帽子在小鼠肺组织增强肺癌的发展(29日]。失调Argonaute基因编码的蛋白质,RISC复杂的关键元素,也被观察到在各种肿瘤恶性肿瘤包括霍奇金病(30.],结肠癌[31日),和睾丸癌32]。

4所示。小分子核糖核酸的生物标志物的疾病

microrna的认识管制在人类癌症产生了相当大的兴趣对他们的潜在生物标志物。microrna为这样的应用程序有许多可取的特点。或许最重要的是,microrna的表达谱经常组织发育和疾病,具体。例如,早期的工作表明,microrna的表达特征准确区分不同的肿瘤类型,可以准确地识别肿瘤组织学检查不确定的来源(33]。重要的是,在这项研究中microrna的签名比等效mRNA签名有用得多。microrna的资料也被用于亚型几种癌症类型,包括乳癌和卵巢癌(34,35]。因为这些开创性的研究中,microrna的表达谱识别的实用程序和分层癌症变得越来越明显(审查,请参阅[25])。其他有用的属性microrna生物标志物的应用包括异常稳定的各种类型的临床样本,包括formalin-fixed石蜡包埋组织(36)、易于使用的定量pcr检测和保护物种之间(37),这可能促进癌症动物模型的使用生物标志物的发现。

最近的研究表明,microrna拥有一个理想的生物标志物的一个额外的功能,即,一个是非侵入性被取样。2008年,一些团体报告中存在循环microrna分数游离血(即。,serum and plasma) and presented evidence suggesting that a subset of these molecules could be useful indicators of disease [36,38,39]。许多研究已经表明,循环microrna与各种恶性肿瘤和可能应用的诊断,预后和预测工具(审查,请参阅[27,40])。循环microrna是非常稳定,耐核糖核酸酶降解和严重的物理化学条件如沸腾,扩展存储、冻融和极端的pH值(36,41),一个特征,以促进临床应用的翻译。这种稳定是由于防护结构包括蛋白质的存在(例如,Ago2)液,微泡和脂蛋白,绑定或封装microrna在血液中游离42- - - - - -45]。很可能保护循环microrna有助于调节基因的表达在受体细胞的能力46,47等)我们以前称为移动microrna“hormomirs”,因为其潜在种特征(40]。microrna现在已经分离出一系列的体液,极大地拓展其临床潜力(48- - - - - -50]。在12种不同的体液的一项研究中,检测到microrna的数量范围从204(尿液)到458(唾液),表明他们代表丰富多样的潜在生物标记物来源(48]。

microrna来源于体液的潜在的生物标记物对不同肿瘤实体广泛讨论最近评论文章(见,例如,46,63年])。在这里,我们将专门讨论循环的应用(血清和血浆)和尿液microrna前列腺癌检测和管理。表1总结了研究这一主题相关。

4.1。循环(血清和血浆)microrna标志物前列腺癌

特瓦芮实验室是第一个演示一个循环microrna与前列腺癌(36]。在这个开创性的研究中,老鼠异种移植系统被用来识别肿瘤提取微等离子体。mir - 141,其中一个是发现准确区分男人与castration-resistant前列腺癌(CRPC)和健康男性(接受者操作特征曲线下面积(AUC) = 0.907)。

许多研究已经评估诊断早期循环microrna的潜力,局部前列腺癌。Moltzahn循环microrna的概要文件和他的同事相比男性早期前列腺癌和健康男性52)使用一种新型显微射流技术多路中存在平台。10个microrna显著改变的恶性样本,mir - 106 a和mir - 1274拥有最好的诊断能力(AUC为每个= 0.928)。已知的方法针对前列腺癌症相关的microrna发现miR-21和mir - 221升高血浆与局部癌症的男性相比,健康对照组(55]。科比和他的同事评估了等离子体的诊断能力使用Exiqon microrna的高通量存在平台(57]。十二个microrna是不同量化在前列腺癌患者的循环(不同年级和阶段)与健康男性相比,mir - 107显示最大的褶皱变化。mir - 107的AUC 0.62比0.79的AUC PSA。最近,分析使用一个Illumina公司微阵列平台识别了5 miRNAs-let-7c let-7e, miR-30c, mir - 622, mir - 1285与诊断能力59]。签名的血浆水平microrna能区分前列腺癌和良性前列腺增生和健康对照组的AUC 0.924和0.860,分别。

其他的研究也集中在识别microrna与转移性疾病有关,可以应用在诊断或预后标记来检测主要治疗后复发。我们小组利用转基因小鼠前列腺的腺癌(流浪汉)模型发现循环划分microrna老鼠从健康小鼠与先进的疾病37]。四个TRAMP-associated microrna - mir - 141, mir - 298, mir - 346,和mir - 375随后被证明是升高血清转移性前列腺癌去势抵抗的患者和intratumoural mir - 375的表达呈负相关的生化复发男人接受根治性前列腺切除术治疗。这项研究是第一个证明某些血清microrna是常见的人类和小鼠的前列腺癌的形式,强调实用的小鼠模型研究。三项研究循环microrna与男性相比与局部或转移性癌症Taqman多路复用存在(53,57,58]。在验证军团,mir - 141和mir - 375被发现标记的三个研究的系统性疾病。此外,这些microrna与肿瘤分期和格里森评分与局部疾病血清样本取自男性立即RP(之前53]。前两个其他研究相比,血清/血浆收集与不同的临床病理参数(即RP从人来的。,Gleason score, tumour stage, cancer of the prostate risk assessment (CAPRA) score, and D’Amico score) in an effort to identify prognostic miRNAs [52,61年]。许多microrna与临床病理参数(表相关联1两者之间),但没有一个一致的研究。

循环microrna的效用预测治疗反应是一个特别令人兴奋的概念。尽管为此循环microrna的应用仍处于起步阶段,但最近的两项研究前列腺癌的潜力提供了证据。张先生和他的同事测量了miR-21水平本地化和转移性前列腺癌患者,发现这microrna的明显高于CRPC患者表现出抵抗化疗多西他赛(64年]。虽然本研究的样本量小,它不过是一个重要的发现,需要进一步调查。最近的一个专门研究旨在评估等离子的效用mir - 141作为治疗反应的生物标记转移性前列腺癌患者接受化疗、激素治疗或小说代理,如疫苗和激酶抑制剂(54]。当评估群体作为一个整体,mir - 141的敏感性为78.9%,特异性68.8%,预测临床进展。

4.2。尿液microrna作为前列腺癌的生物标志物

生理和解剖原因,尿液可能代表一个可贵的microrna泌尿肿瘤生物标志物。科比和他的同事们第一个测试这个概念(57):在这项研究中,5知前列腺癌症相关的microrna (mir - 107, mir - 141, mir - 200 b, mir - 375,和mir - 574 - 3 - p)在前列腺癌患者的尿液测定()和健康对照组()。病人接受了直肠指诊(DRE)在第一遍样品富含前列腺细胞。所有的候选人microrna在尿液检测,但只有mir - 107 (,)和mir - 574 - 3 - p (,)在前列腺癌患者在微分水平。在这个群,这些microrna的诊断价值大于PCA3 mRNA,尿前列腺癌的标志(65年)被纳入fda批准的测试(http://www.gen-probe.com/products-services/progensa-pca3)。

总的来说,上述研究表明,循环microrna可能协助诊断,预后和预测前列腺癌。不幸的是,大多数这些研究之间没有协议:这些相互矛盾的结果,可能的原因是下面讨论。一个积极的发现mir - 141的强大的协会和mir - 375与转移性疾病(36,37,53- - - - - -55,57,58]。这些microrna可能被应用在许多临床情况:在诊断时,识别患者或肿瘤可能未被发现的结果metastasise谁将受益于更积极的治疗策略;初级处理后,确定转移复发;和监测治疗反应在先进的疾病。此外,它似乎很有可能,这些microrna是肿瘤派生(37,66年]:获得更好的理解其功能在正常组织和潜在参与前列腺癌发展是至关重要的。虽然我们相信循环mir - 141和mir - 375有明显的潜在小说前列腺癌预后的生物标记物,必须意识到,这两个分子与其他疾病相关联(67年,68年]。这样一个缺乏疾病特异性可能适用于其他关键microrna在流通。充分利用microrna的签名而不是测量单一microrna应该解决这个问题。

4.3。量化中循环和尿液microrna的重要因素

许多因素可能会对识别能力的影响善意的疾病和临床相关的microrna标志物在流通和尿液。在图1我们已将这些因素整合成一个简洁的microrna发现管道。

4.3.1。抽样的生物材料

健壮的、标准化的方法采样生物材料是至关重要的。例如,污染血液的液体与完整或细胞溶解(即。,haemolysis) blood cells during phlebotomy and sample processing can have a profound effect on the resultant miRNA profile [69年- - - - - -71年]。执行一个额外的离心步骤后血浆/血清制备可能删除大部分完整的细胞材料(69年,70年]。估计红血球溶解的程度,一个可以免费测量血红蛋白或某些microrna是高度表达红细胞、白细胞(例如,miR-15b miR-16, mir - 451) [70年,71年]。这可能允许删除离群值与高水平的细胞样本内容。

同样,尽管microrna测定尿液是处于起步阶段,建议抽样策略将是合理的可衡量的microrna的环境产生重大影响。尿液样本应该被视为第一遍样品后立即对前列腺细胞DRE浓缩尿液样本。商用urine-based PCA3检测前列腺癌通常是执行修改后衣服(3中风/叶)。一项研究旨在分析性能特征的PCA3测试发现,在缺乏DRE,低得让人难以接受的患者数量(75.9%比96.7%以下DRE)足够的健壮的测量尿液前列腺细胞(72年]。值得注意的是,这项研究发现PCA3积分是独立于类型的衣服的过程(正常的衣服与3中风/叶与8中风/叶)。

4.3.2。微rna提取

许多不同的协议隔离microrna血清/血浆和尿液已经开发出来。一般来说,这些协议包括guanidinium-phenol(试剂盒、Qiazol等)提取样品净化紧随其后的microrna使用alcohol-mediated降水或基于列的方法(48,73年]。最近的一项研究表明,一个标准的液-液试剂盒提取方法可能会导致更好的恢复和减少intra-assay方差比表达载体mirVana列(70年]。我们也指出microrna的复苏逐渐增加使用液-液酚提取试剂盒相比miRNeasy列(l . a . Selth未发表的观察),虽然需要增加实践时间前抵消其可能的收益。在过去的两年里,一些专门为商业套装,从血清microrna的提取,血浆、尿液和液进入了这一领域的市场研究的体积增加了。不幸的是,一个健壮的商业,laboratory-developed的比较特别的净化策略缺乏。

4.3.3。微分析

测量特定的microrna或分析完整的microrna的人口通常是通过使用中存在,微阵列或下一代测序(门店)。其中,迄今为止最常使用的是存在的,可能是因为增加的敏感性和准确性。微阵列和门店不太敏感,但许多microrna。此外,总会有能力识别未知的microrna不会被放大的存在或退火微阵列芯片。鉴于miRNAome可能进一步扩张和新兴概念,microrna的5′和3′端结构变异,称为isomirs,通常表达和与癌症74年,75年),这是一个巨大的优势。

三种提到的方法与一些未解决的问题。可以说,其中最重要的是如何最好地正常化microrna测量占生物和技术变化。从50 - 400定量小rna的提取μL血清/血浆使用分光光度法,在我们的手,不可能的。此外,合适的参考基因在血清/血浆/尿液没有被确认:结直肠癌和淋巴瘤的研究利用miR-16正常化的目的(39,76年),但是这对前列腺癌microrna的效用已经质疑(56]。此外,miR-16红细胞中高度表达,因此可以深受溶血(70年,71年]。桑德斯和他的同事们最近一系列的评估参考小rna在前列腺癌、膀胱癌、肾细胞癌和发现SNORD43是一个稳定的参考基因三个恶性肿瘤(62年]。然而,的适用性SNORD43还有待验证,其他团体或其他前列腺癌组。为了克服这些问题,制定了一系列指导方针。首先,大多数协议建议一个常数开始血清/血浆或尿液的体积。其次,纠正技术变化可以通过在合成非人microrna(即飙升。cel-miR-39) (36,73年]。后者指南通常适用于实验中选定的候选人microrna被存在量化。分析实验中,整个或大的子集miRNAome测量中存在的微阵列或门店承受其他正常化的机会。由于数据获得,成千上万的microrna,正常化的方法利用全部或大部分的数据点,包括中值、分位数,黄土,和全球,可以应用77年]。这些方法可能会正确比内源性或停在控制更强劲。比较不同的正常化高通量方法中存在(例如,Taqman低密度PCR数组)和微阵列已经执行(例如,78年- - - - - -80年])。选择的方法可以产生重大影响的发现差异表达“microrna,应该仔细考虑。

其他两个问题分析/数据处理阶段必须考虑。首先,重要的是使用错误发现率(罗斯福)校正分析大量的microrna与上面描述的方法。第二,强烈建议差异表达microrna确认通过微阵列或门店验证中存在,更为敏感和准确的技术。这两个因素可能会减少假阳性和其他错误的发现和导致更健壮的变异特征。

最后,值得强调的是,尿microrna的浓度可以根据病人的水化状态差别很大。同时考虑这种差异的黄金标准是衡量24小时的尿量,也许是一个更为可行的方法表达数据正常化尿渗透性或比重。

4.3.4。研究设计和进一步的验证

即使实验工作流程(包括生物材料的收集、提取、microrna的分析和数据处理)是健壮的,可以损害实验研究设计。这个因素可能是一个主要原因很少标记可以在进一步的研究验证。很多因素需要考虑与完整的生物标记发展管道牢牢记住(13,81年]。首先,群体选择是至关重要的。未来的研究旨在识别诊断microrna在流通/尿液应该专注于临床相关的团体(例如,PSA——或者non-PSA筛查,检查),而研究评估microrna的预后可能需要军团与长期临床跟踪。第二,这些类型的研究设计和分析策略应该根据他们的总体目标决定的。发现大多数研究使用“类”或“预测”来确定临床相关的microrna的生物标记物,这些目标必须了解和考虑到实验设计(82年]。最后,在独立验证样本集至关重要:只有一小部分的研究到目前为止在前列腺癌患者坚持这条指导原则(表1)。

5。结束语

虽然有真正的潜力循环和尿液microrna在诊断,预后和预测应用,临床实现无创性microrna的检测前列腺癌仍然是一个遥远的目标。迄今为止进行的研究异构的目标和方法,往往产生冲突的数据和结果。改进的一致性和标准化这些因素是至关重要的。此外,军团与长期临床跟踪验证的一些有希望的结果,如mir - 141之间的联系和mir - 375和转移,是有待分析。尽管存在这些挑战,并根据循环microrna的事实被发现仅仅4年前,我们相信在这一领域的前景是光明的。

确认

作者要感谢以下资金来源:澳大利亚的前列腺癌基金会(l . a . Selth ID: YI0810)和澳大利亚癌症(身份证:1012337)。洛杉矶Selth前列腺癌基金会是一个年轻的侦探。n Sapre获得研究生奖学金从维多利亚癌症委员会和Cybec基础。

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