miR-210-3p在癌症中缺氧驱动信号和有丝分裂调控中的双重作用

《Molecular Biomedicine》：A dual role for miR-210-3p in hypoxia-driven signaling and mitotic regulation in cancer

　　

miR-210-3p是一种公认的缺氧诱导的微小RNA（microRNA），在多种实体瘤中普遍上调，传统上与线粒体抑制和缺氧诱导因子（HIF）信号传导相关。然而，其在癌症中的功能作用仍然复杂且高度依赖于环境。在这里，研究人员进行了全面的泛癌转录组分析以及功能实验，揭示miR-210-3p不仅介导经典的缺氧反应，还通过激活FOXM1扩增有丝分裂基因表达。从机制上讲，这种效应被证明依赖于HIF1^α（缺氧诱导因子1α）而非HIF2^α（缺氧诱导因子2α），并且重要的是，仅缺氧无法重现这一效应。值得注意的是，在乳腺癌细胞中观察到有丝分裂程序的激活，但在头颈部鳞状细胞癌模型中未观察到，这突显了不同肿瘤类型之间的高度环境依赖性。在乳腺癌细胞中，miR-210-3p过表达增强了FOXM1磷酸化，上调了着丝粒调控因子，并诱导有丝分裂缺陷，与侵袭性肿瘤的不良预后相关。总之，这些发现将miR-210-3p定位为连接假性缺氧与有丝分裂失调的分子整合因子，通过维持HIF活性和促进有丝分裂应激来促进肿瘤侵袭性。这种双重功能调和了其在增殖方面的矛盾效应，并突显了其在以假性缺氧和有丝分裂异常为特征的癌症中作为治疗靶点的潜力。

miR-210-3p在癌症中缺氧驱动信号和有丝分裂调控中的双重作用——论文解读

缺氧是实体瘤的普遍特征，驱动癌症进展、治疗抵抗和转移。缺氧诱导因子（HIF）复合物在低氧条件下稳定，触发广泛的转录重编程，支持代谢适应、血管生成和细胞存活。其中，HIF1^α和HIF2^α是最具特征性的亚型，但它们在肿瘤中的表达和功能存在差异。微小RNA miR-210（尤其是成熟链miR-210-3p）是缺氧条件下最一致诱导的分子，被称为“主缺氧miR”。然而，其表达是否在所有肿瘤类型中反映真实缺氧信号，以及其功能是否受组织特异性背景影响，尚不清楚。现有研究多局限于单个肿瘤类型，且miR-210-3p在肿瘤进展中的作用存在矛盾：一些研究报道其促进增殖、侵袭和耐药，另一些则显示抗增殖或促凋亡效应。此外，新兴证据将miR-210-3p与细胞周期调控、中心体扩增和有丝分裂基因表达失调联系起来，但缺乏统一的机制框架。因此，需要开展全面的泛癌研究来阐明miR-210-3p的表达谱及其转录组程序，以揭示其在不同肿瘤环境中的复杂作用。

研究人员开展了泛癌转录组分析，整合了来自癌症基因组图谱（TCGA）、基因表达综合数据库（GEO）、基因型-组织表达数据库（GTEx）和靶向治疗数据库（TARGET）的大规模数据集，涵盖15,648例正常组织和40,442例肿瘤样本，以及TCGA中29种实体瘤类型的8,566例肿瘤样本。结合功能实验（包括miR-210-3p过表达、基因沉默、药物抑制、免疫荧光、蛋白质印迹法、实时定量PCR、流式细胞术、活细胞成像和集落形成实验），系统解析了miR-210-3p的转录组关联及其生物学后果。

结果：

**miR-210-3p在实体瘤中的表达和转录组相互作用**：通过分析泛癌数据集，发现miR-210-3p在大多数肿瘤类型中相对于正常组织一致上调。泛癌相关性分析显示，miR-210-3p表达与mRNA水平主要呈负相关，符合其作为转录后抑制因子的经典角色。整合分析鉴定出362个负相关基因（R0.40，p<0.001），在至少五种肿瘤类型中一致。

**ISCU下调支持保守的miR-210-3p相关转录程序**：对负相关基因进行功能富集分析，发现其显著富集于血管发育、免疫应答和细胞黏附等缺氧相关通路。通过交叉验证靶基因预测，鉴定出五个保守候选靶标，其中铁硫簇组装酶（ISCU）与miR-210-3p呈最强和最一致的反向相关。实验验证显示，在MCF7（乳腺癌）、SCC38（头颈部鳞状细胞癌）、SW13（肾上腺皮质癌）和PCC（嗜铬细胞瘤）等细胞系中，缺氧诱导的miR-210-3p上调伴随ISCU表达下降，表明该调控轴在多种癌症中保守。进一步分析发现，在假性缺氧肿瘤（如肾透明细胞癌KIRC和嗜铬细胞瘤PCPG）中，ISCU的下调与HIF2^α靶基因相关，提示HIF2^α介导了ISCU抑制，而在乳腺癌和头颈部鳞状细胞癌中则与HIF1^α相关。

**miR-210-3p与有丝分裂细胞分裂的新联系**：对正相关基因进行功能富集，发现其不仅富集于缺氧通路，还显著富集于细胞周期、染色体分离和有丝分裂等生物学过程，包括着丝粒组分（如MAD2L1、CDC20、NDC80、CENPE等）和FOXM1（有丝分裂进入和着丝粒基因表达的主调控因子）。跨肿瘤类型分析显示，不同肿瘤呈现不同的富集模式：部分肿瘤（如肾嫌色细胞癌KICH、肝细胞癌LIHC、肉瘤SARC、胃癌STAD、乳腺癌BRCA和嗜铬细胞瘤PCPG）表现出有丝分裂细胞周期（MCC）转录特征，而其他肿瘤（如膀胱尿路上皮癌BLCA、肾透明细胞癌KIRC、宫颈鳞癌CESC和间皮瘤MESO）则选择性富集缺氧（Hx）程序。在MCC富集肿瘤中，ISCU与有丝分裂调控因子（CENPE、FOXM1、BUB1B）呈强负相关，而在Hx富集肿瘤中则无此模式。

**miR-210-3p在有丝分裂程序中的直接作用**：在MCF7乳腺癌细胞中，过表达miR-210-3p显著上调有丝分裂调控因子CENPE（阳性细胞比例增加约四倍）、BUB1B（mRNA水平加倍）和FOXM1（轻度增加）。在MDA-MB-231乳腺癌细胞中也观察到BUB1B上调，但在SCC38头颈部鳞癌细胞中无此效应，表明环境依赖性。使用FOXM1抑制剂硫链丝菌素（thiostrepton）处理，可抑制miR-210-3p诱导的CENPE和BUB1B上调。miR-210-3p过表达增强FOXM1磷酸化，并稳定HIF1^α和HIF2^α蛋白水平，持续至72小时，达到类似缺氧或HIF稳定剂处理的程度。然而，仅缺氧暴露（1% O₂，24小时）不能诱导FOXM1或BUB1B表达，也不能增强pFOXM1。沉默HIF1^α（使用shRNA）消除了miR-210-3p诱导的FOXM1磷酸化和BUB1B上调，而药理学抑制HIF2^α（PT2385）无显著影响，表明该效应依赖HIF1^α而非HIF2^α。

**miR-210-3p过表达破坏有丝分裂保真度并损害细胞增殖**：miR-210-3p过表达显著抑制MCF7细胞增殖，而缺氧则促进增殖。凋亡分析显示，miR-210-3p未导致显著细胞死亡。活细胞成像揭示有丝分裂延迟，部分细胞无法完成胞质分裂。免疫荧光染色显示染色体错位和纺锤体异常。细胞周期分析显示G1/G0期积累和S期减少，且对诺考达唑处理的G2/M阻滞反应减弱，提示G1-S转换和G2/M进展受损。集落形成实验表明，miR-210-3p过表达显著减少MCF7和MDA-MB-231细胞的集落形成，但对SCC38细胞无影响。

**miR-210表达与多种癌症不良预后相关**：通过METABRIC队列（中位随访94个月）的生信分析，高miR-210表达或低ISCU水平与三阴性乳腺癌（TNBC）和基底样乳腺癌的总生存期降低显著相关，在Luminal A和Luminal B亚型中也有较弱关联，但在HER2⁺/ER^?亚型中无预后价值。类似关联也见于肝细胞癌、胰腺癌和肉瘤，这些肿瘤均表现出MCC基因富集而非经典HIF靶基因富集。

讨论部分：本研究揭示了miR-210-3p在调控有丝分裂基因表达和增殖动力学中的新作用。miR-210-3p不仅作为经典缺氧效应分子，还能通过HIF1^α依赖方式激活FOXM1，独立于缺氧或经典HIF靶基因激活。这种有丝分裂模块并非普遍上调，而是富集于特定肿瘤类型（如乳腺癌、肝癌、胰腺癌和肉瘤），并与FOXM1、CENPE、BUB1B和MKI67的高表达及ISCU的低表达相关。在功能上，miR-210-3p过表达在乳腺癌细胞中导致有丝分裂延迟、染色体错位和增殖抑制，与缺氧的促增殖效应截然不同，表明miR-210-3p解耦了HIF激活与一般缺氧反应，选择性放大HIF1^α依赖的有丝分裂信号。这种双重功能调和了其体外抑制增殖与体内与不良预后相关的矛盾，提示过度的FOXM1激活可能破坏有丝分裂控制，导致染色体不稳定，从而促进肿瘤进展。临床数据支持该轴在侵袭性肿瘤中的相关性。研究局限性包括：大多数机制实验在MCF7细胞中进行，泛化性有待验证；未直接剖析FOXM1、BUB1B和CENPE各自的贡献；体内进化影响尚待研究。研究结论：miR-210-3p被鉴定为癌症中有丝分裂基因表达和细胞周期调控的关键调节因子，通过促进FOXM1激活、HIF稳定和有丝分裂重编程，重塑肿瘤细胞的增殖和转录景观。这种双重角色——作为转录驱动因子和有丝分裂保真度的破坏者——将miR-210-3p定位为肿瘤进展的环境依赖性调节因子，在具有假性缺氧和有丝分裂失调特征的恶性肿瘤中具有生物标志物和治疗靶点的潜力。