综述：MicroRNAs与癌症种族差异

　　本综述系统探讨了microRNA（miRNA）在癌症种族差异中的多维度调控机制，涵盖拷贝数变异（CNA）、表观遗传调控（如甲基化）、循环/外泌体miRNA、单核苷酸变异（SNV）以及isomiR等层面。文章强调miRNA作为种族特异性分子标记在癌症发病率和死亡率差异中的核心作用，并指出当前研究面临种族特异性模型稀缺（如TCGA中非裔美国人样本不足）的挑战。为精准医学提供了重要的遗传学依据和未来研究方向。

　　

1.1 癌症种族差异概述

癌症是全球第二大死因，2018年估计有1810万新发病例和960万死亡病例。某些种族群体在癌症发病率、死亡率和侵袭性方面受到不成比例的影响。非裔美国人（AA）相比欧裔美国人（CA）总体癌症死亡率更高，例如在肾癌、肝癌、前列腺癌、胃癌、宫颈癌、结直肠癌、胰腺癌、卡波西肉瘤和多发性骨髓瘤中发病率更高，且在乳腺癌、肝癌、结直肠癌、前列腺癌、宫颈癌、胰腺癌、子宫内膜癌和多发性骨髓瘤中表现出更高的死亡率和更短的生存时间。

癌症种族差异是一个多因素问题，受社会经济地位、文化、环境影响、行为以及早期检测、预防筛查和治疗机会的影响。然而，研究也明确显示某些癌症类型存在遗传成分，例如某些致癌基因突变在AA中比CA更普遍，一些基因在AA中特异性过表达。

1.2 癌症种族差异研究的可用资源缺乏

尽管流行病学证据明确显示了癌症种族差异，但其病因知识仍在不断涌现。研究人员面临研究人类癌症种族差异资源有限的挑战。目前可用的细胞系模型显示，大多数癌症细胞系模型来源于白人患者，而来自AA、亚洲人、西班牙裔或其他种族/人群的细胞系仅对少数癌症类型有限可用。

对TCGA泛癌队列（世界上最大、最著名的癌症特异性多组学数据资源）中已知种族/ ethnicity信息的患者数量总结显示，只有5种癌症类型有超过50名非西班牙裔黑人（NHB）患者可用，4种癌症类型有超过50名亚洲患者；不幸的是，没有一种癌症类型包括超过50名西班牙裔患者。这确定了种族和 ethnic 少数群体在癌症研究中的显著代表性不足，并对理解癌症群体遗传学和精准医学提出了巨大挑战。

1.3 microRNA与癌症种族差异

MicroRNA是小的非编码RNA，长约20个核苷酸，来源于初级转录本，并通过Drosha和Dicer酶复合物的两步切割进行典型加工。自1993年发现第一个microRNA以来，已识别的人类microRNA数量在过去二十年中急剧增加。根据最新的miRBase发布（V22.1），目前人类中有1917个前体和2654个成熟microRNA。

大多数microRNA被认为是负调控因子，与靶基因的3′-非翻译区（3′-UTR）结合，导致mRNA降解或翻译抑制。尽管体积小，microRNA是癌症研究中的重要参与者，并与几乎所有类型的人类癌症有关。它们有助于肿瘤 initiation、进展和治疗抵抗，并且越来越多的研究将microRNA与癌症种族差异联系起来。

1.4 拷贝数改变的microRNA与癌症种族差异

在人类基因组中，超过一半的microRNA位于脆弱位点和癌症相关区域，并且被扩增或缺失。一项研究分析了74对前列腺癌（PC）肿瘤/正常组织对（39例AA和21例CA），发现8q21区域的MIR4288位点在CA中特异性缺失，但在AA中没有，通过去抑制MMP16和ROCK1导致上皮-间质转化（EMT）。另一项涉及259名年轻乳腺癌患者的研究显示，肿瘤抑制microRNA MIR342在AA三阴性乳腺癌（TNBC）中特异性丢失。此外，位于8q24.3的MIR151拷贝数在AA PC中增加并与转移相关。在TNBC中，位于脆弱区域的26个microRNA在AA和CA之间差异表达。此外，MIR34B区域在AA癌细胞中特异性缺失，但在CA癌细胞中没有，导致表达降低和前列腺癌中雄激素受体信号改变。

1.5 表观遗传调控的microRNA与癌症种族差异

microRNA表达调控的另一层涉及表观遗传改变。三项独立研究发现，MIR24、MIR152和MIR34B的启动子区域在AA PC中特异性甲基化，导致其表达降低。另一项比较AA和CA结直肠癌（CRC）的研究显示，七个microRNA（MIR137、MIR2682、MIR9-3、MIR663A、MIR6130、MIR548AO和MIR124）在AA中高甲基化，而MIR-34B/C在CA CRC中高甲基化。最近的一项研究发现，MIR483表达在AA乳腺癌患者中通过种族特异性组蛋白启动子区域三甲基化被转录抑制。有趣的是，超过一半的人类microRNA位于CpG富集区域周围，表明启动子甲基化在调节其表达中起重要作用。

1.6 循环和外泌体microRNA与癌症种族差异

MicroRNA由于其稳定性和小尺寸而具有显著优势，使其成为生物标志物研究的优秀候选者。此外，它们已在小的细胞外囊泡中发现，并可以从一种细胞类型转移到另一种细胞类型，促进细胞间通信。这导致人们相信microRNA在肿瘤微环境中是重要的信号分子。

一项涉及10名AA和10名CA早期乳腺癌患者的开创性研究揭示了血浆中多种循环microRNA（miR）特异性存在于AA或CA中。例如，miR-483-5p在AA中特异性上调，而miR-155在CA中下调。另一项使用220名早期非小细胞肺癌（NSCLC）患者和220名健康对照的血浆和血清样本的研究发现，miR-155是血清样本中唯一检测到的差异MIR，并且在AA中升高。然而，对于血浆样本，在同一研究中检测到14个MIR在AA中较低。这项研究表明血浆和血清样本之间存在不一致，这可能至少部分归因于血浆样本的溶血。

进一步的研究表明，血清miR-101在CA PC中特异性下调，而外泌体miR-3613在AA中相比CA升高。一项结合36项关于15种癌症类型的研究的荟萃分析，涉及2920例病例和1986例对照，显示循环miR-21在亚洲癌症患者中比CA更好的诊断标志物。此外，血清外泌体microRNA miR-1304-3p在AA乳腺癌患者中高表达并激活癌症相关脂肪细胞以促进癌症进展。类似地，miR-510-5p在AA乳腺癌血清中特异性升高并激活癌症相关成纤维细胞。最近的一项研究分析了1586名卵巢癌患者的血清样本，使用定制的179个人类血清中高表达microRNA panel，揭示了循环中179个microRNA中66个的表达显著受种族和 ethnicity影响。

1.7 其他microRNA

除了先前提到的microRNA种族差异外，有几种MIR其导致其差异表达的确切机制仍不清楚。这可能是由于转录和转录后调控的复杂组合。其中一个这样的MIR是MIR29，其低表达与亚洲癌症患者的不良生存相关。MIR29是少数被发现定位并富集在核组分中的MIR之一，表明细胞内定位可能是导致种族差异的microRNA调控的另一层。有趣的是，MIR29已在导管原位癌（DCIS）中被指出，这是乳腺癌的癌前非侵袭性病变形式，表明MIR29可能是一个种族特异性遗传易感位点。

其他MIR，如MIR9、MIR17、MIR181、MIR182、MIR-200家族、MIR212、MIR221、MIR31、MIR494、MIR99B、MIR4719、MIR6756和多个其他MIR，被发现在特定种族中差异表达，特别是在AA中。

最近一项关于AA妇科恶性肿瘤患者的研究，包括乳腺浸润性癌、宫颈鳞状细胞癌、宫颈内膜腺癌、卵巢浆液性囊腺癌、子宫体子宫内膜癌和子宫癌肉瘤，发现了80个在AA（N=305）中与CA（N=1402）相比差异表达的MIR。该研究证实了一些先前鉴定的种族特异性MIR，包括MIR9和MIR29。

1.8 microRNA中的SNV与癌症种族差异

种族差异的另一个重要机制涉及SNV，许多SNV显示种族倾向。然而，由于许多SNV的次要等位基因频率低，通常需要更大的样本量来确定特定SNV在特定疾病中的作用。尽管如此，越来越多的研究表明SNV确实在癌症种族差异中起作用。高通量技术的进步、全基因组关联研究数量的增加以及1000 Genomes Project等项目现在允许科学家在群体水平上绘制基因组变化。

在microRNA的背景下，据信与microRNA相关的SNV调节细胞内microRNA-mRNA相互作用网络，导致癌症种族差异。在我们的综述中，我们检查了（i）位于MIR靶标中的SNP，（ii）MIRSNP，和（iii）isomiR，总结了它们对种族差异的潜在贡献。

1.9 microRNA靶标SNP

如前所述，microRNA通常与mRNA的3′-UTR结合，通过Watson-Crick配对调节靶基因。位于MIR靶基因UTR区域的SNP可以改变特定microRNA的结合，导致癌症种族差异。例如，涉及102名AA和92名CA乳腺癌患者的研究显示，BRCA1 UTR SNP rs8176318 G等位基因在AA中显著更高，并影响miR-639结合。类似地，STAG1 SNP rs34149860 G等位基因，特异性于AA CRC，影响miR-29b结合。此外，IL16 SNP rs1131445 TT基因型仅与AA中风险增加相关，通过影响miR-135结合。一项结合六项不同研究的荟萃分析发现，KRAS SNP rs712 T等位基因仅与中国个体中癌症风险增加相关，可能由于miR-let-7结合改变。有趣的是，MIR29和MIRLET7是先前讨论的基于种族差异表达的microRNA之一。

1.10 microRNA SNP

这些SNP对种族差异的更直接调控涉及microRNA本身的SNP。在人类基因组中大约2000个microRNA中，321个（~15%）在前体、成熟或种子序列中携带次要等位基因频率大于5%的SNP。然而，这321个microRNA中只有15个被广泛研究，每个都有超过10篇相关出版物。有趣的是，这15个microRNA SNP根据1000 Genomes Project的数据显示，在地理和 ethnically 多样化的人群中次要等位基因频率存在显著差异。

例如，位于MIR146A种子序列中的SNP rs2910164调节MIR146A的成熟和与其靶标的结合亲和力。该SNP以类型和种族特异性方式影响癌症风险。G等位基因与亚洲人胃癌风险更高相关，但与白种人无关，而GG或GC基因型与中国维吾尔族宫颈癌较大肿瘤相关，但与汉族无关。此外，CC基因型与亚洲人PC风险降低相关，但与白种人无关。对于肝癌，在土耳其人中未发现关联，但在一项中国研究中G等位基因未显示关联，但在涉及12项研究的荟萃分析中预测亚洲人风险。在荟萃分析中看到 conflicting 数据，显示G等位基因预测白种人多种癌症风险降低，但亚洲人没有。

rs11614913，位于miR-196A-3p成熟序列中，是迄今为止研究最广泛的microRNA SNP。MIR196A与各种人类癌症有关，该SNP影响前microRNA加工和成熟。此外，该位点在14%的所有乳腺癌患者中发生体细胞突变，并与MIR196A更高表达相关。该SNP确实具有人群和癌症类型特异性效应。例如，C等位基因预测土耳其人群肝细胞癌（HCC）高风险，而T等位基因与亚洲人群神经胶质瘤、PC和伊朗人群CRC相关。在两项荟萃分析中，揭示C等位基因预测亚洲人癌症风险，但白种人没有。该SNP与乳腺癌风险无关联 reported 在一项白种人病例对照研究中，并且在仅来自亚洲人群的12项研究的HCC聚焦荟萃分析中也未观察到关联。

位于MIR423前体区域中的SNP rs6505162，在前microRNA区域中所有MIR SNP中具有最高的次要等位基因频率，表明其在人类群体多样性中高度流行。它与多种癌症有关，并调节MIR423成熟和加工。例如，科学家 revealed that MIR423 rs6505162 shows a major AA genotype in AAs, an AC genotype in Caucasians, and a CC genotype in Asians。C等位基因与miR-423-5p的5′延伸和miR-423-3p的5′修剪减少相关，并且C等位基因与这些isomiR表达降低相关。这导致细胞行为改变，包括细胞增殖、运动性、转移、血管生成、自噬和 apoptosis。一致地，在一项乳腺癌研究中 from the South American population with mixed genotypes, it was shown that A-allele carriers have a significantly increased risk in both the general population and familial breast cancers。值得注意的是，在犹太人群的另一项研究中，rs6505162的CC纯合性增加了BRCA2突变患者的卵巢癌风险。此外，MIR423被 reported 在肥胖中起重要作用，并调节葡萄糖和脂质代谢，并且在 former vs. never smokers 中差异表达。这表明rs6505162与其他癌症风险因素（遗传或生活方式或环境暴露）在不同种族/ ethnic 人群中的相互作用复杂性。

另一个例子是rs2155248，它也是非种子MIR SNP，位于第13个碱基。虽然T等位基因是主要等位基因，但注意到杂合细胞主要表达来自G等位基因的isomiR，而TT纯合子表达非常低水平的miR-1304-3p。此外，该microRNA在AA癌症患者血清外泌体中高表达。所有这些发现表明该SNP在microRNA加工和外泌体分选中的潜在效应，值得额外研究。

在microRNA种子区域上有超过6k个SNP，在microRNA前体上有46.8k个，其中超过10%（>5.5k）是基于GWAS研究的疾病相关变异（DRV）。此外，还有数千个isomiR。考虑到这些大多数未在人类癌症中研究，该领域在可预见的未来将不断演变。

1.11 IsomiRs

最近的发现通过识别isomiR——在长度和序列上不同的MIR变体——揭示了microRNA的进一步复杂性。这一突破来自对高通量RNA测序数据的稳健分析。值得注意的是，isomiR并非意外罕见，可能占人类细胞中miRNome的一半。对于每个microRNA，特定的isomiR可能是贡献表达水平的主要变体。IsomiR分为四个主要类别：5′ isomiR、3′ isomiR、多态性isomiR和混合型isomiR，它们通过如Drosha或Dicer切割、修剪、核苷酸添加或去除以及RNA编辑等过程产生，所有这些都可以影响microRNA稳定性和靶基因选择。

有趣的是，某些isomiR更丰富地表达，并且作为比其规范形式更好的癌症生物标志物。此外，isomiR表现出种族特异性表达模式。在乳腺癌中，一项研究 identified 21 isomiRs在 White and Black 患者之间差异表达。通过检查其中一个，MIR-183，作为例子， revealed that each MIR-183 isomiR has a distinct impact on the cellular transcriptome, providing compelling evidence that supports the isomiR-specific function in a race-dependent manner and greatly challenges the one-locus-one-MIR paradigm。在后续研究中，作者进一步 revealed that “differentially wired” mRNAs are linked with isomiRs predominantly in one of the two races and suggest that the isomiR-mRNA associations are race and tissue-specific。在PC中，研究人员检测到超过3000个isomiR，其中约一半在 White 患者中特异性丰富。另一项分析来自五个不同人群组的452个淋巴母细胞系的研究显示，isomiR表现出种族和性别依赖性表达。

虽然大多数isomiR的功能性和生物学和临床意义仍不清楚，等待未来研究，但很明显，它们将显著影响癌症研究中的生物标志物研究，并在揭示microRNA信号在癌症 initiation 和进展中新方面具有巨大潜力。

1.12 MIR SNV与种族差异——一个未充分探索和不断发展的领域

microRNA中的SNV是推进个性化医学的关键。基于顶级MIR SNP数据，所有它们显然显示 ethnicity/race/population 依赖性和种族之间等位基因频率变化，并且重要的是，它们影响显著百分比的患者。例如，MIR196A2 SNP rs11614913影响41%的白种人患者，MIR202 SNP rs12355840影响73%的非洲血统患者，MIR1908 SNP rs174561影响57%的西班牙裔患者，而MIR1307 SNP rs7911488影响35%–55%的亚洲人群。然而，关于这些 ethnicity-enriched SNP的调查 barely started。

以MIR423 SNP rs6505162为例；一方面，清楚的是它在AA中显示主要AA基因型，在白种人中显示AC基因型，在亚洲人中显示CC基因型。另一方面，最近的一项研究确定了rs6505162和MIR423 isomiR之间的显著关联。A等位基因与miR-423-3p的5′延伸和miR-423-5p的5′修剪相关，并且C等位基因与这些isomiR表达降低相关。两种修饰都将改变MIR种子序列并影响MIR423 targetome。因为该SNP不位于种子区域但仍改变MIR靶标选择，该研究赋予非种子MIR SNP前所未有的功能。该microRNA，MIR423，也在拷贝数水平上受到调控，并且本身是外泌体microRNA，并受肥胖和吸烟影响，如上面讨论的，使其成为展示microRNA在人类癌症种族差异中多层调控的好例子。

另一个例子是MIR1304 SNP rs2155248，它也是非种子MIR SNP，位于第13个碱基。虽然T等位基因是主要等位基因，但注意到杂合细胞主要表达来自G等位基因的isomiR，而TT纯合子表达非常低水平的miR-1304-3p。此外，该microRNA在AA癌症患者血清外泌体中高表达。所有这些发现表明该SNP在microRNA加工和外泌体分选中的潜在效应，值得额外研究。

在microRNA种子区域上有超过6k个SNP，在microRNA前体上有46.8k个，其中超过10%（>5.5k）是基于GWAS研究的疾病相关变异（DRV）。此外，还有数千个isomiR。考虑到这些大多数未在人类癌症中研究，该领域在可预见的未来将不断演变。

2.1 microRNA与种族差异总体——癌症及超越

microRNA及其遗传变异不仅与癌症中的种族差异有关，而且与其他人类疾病有关。microRNA与人类疾病如糖尿病、高血压、中风、心血管疾病和丙型肝炎病毒介导的肝病的关联在种族/ ethnicity特异性方式中被观察到。癌症和一些这些疾病表现出双向关系，每种都增加另一种的风险。这表明某些种族特异性microRNA可能在各种细胞过程和疾病途径中起关键作用，发挥多效性效应，其中一个基因可以在多种疾病表型中表现。这与广泛接受的观点一致，即一个microRNA可以调节多个基因，允许它们在不同疾病的背景下同时靶向不同基因和途径。有趣的是，microRNA也影响易受环境暴露或炎症影响的基因，以种族依赖性方式。例如，种族特异性microRNA被 reported 调节涉及酒精代谢、肿瘤-脂肪细胞相互作用和内皮炎症的基因，所有这些都有助于癌症 initiation 和进展。

2.2 机制研究——需要考虑的事项

为了完全理解microRNA在种族差异中的机制，以下是一些需要考虑的事项。首先，microRNA研究领域的一个主要限制是缺乏全面研究 fully elucidating the regulatory control mechanisms of microRNAs。如上所述，显著数量的microRNA在DNA拷贝数、表观遗传因素、SNP等水平上受到调控；然而，我们应该记住，完整的图景可能还涉及转录控制、microRNA加工和microRNA稳定性，更不用说组织/细胞类型特异性表达和动态调控包括环境刺激和细胞条件的影响。其次，在microRNA SNP和isomiR的情况下，为了理解每个microRNA SNP/isomiR如何调节疾病 initiation 和进展，克隆群体富集/等位基因特异性microRNA或isomiR表达盒将是必要的。第三，现在接受细胞外/循环microRNA不仅是疾病生物标志物，而且是细胞间通信中的重要参与者。这些microRNA成为影响多层肿瘤微环境的良好候选者，以解释癌症类型特异性方式中 initiation 和进展的种族差异。第四，microRNA通过几种机制调节基因表达。microRNA通常与靶mRNA的3′-UTR结合以发挥其调控效应，包括翻译抑制和mRNA降解；然而，非规范结合到5′-UTR和编码序列（CDS）也被 reported，这不 necessarily 导致mRNA水平基因表达降低。再次，地理如何与遗传相互作用以影响健康结果是需要被考虑以解决现实世界中多维难题的另一层。在这方面，多组学分析，包括RNA测序和蛋白质组分析，对于揭示不可预见的microRNA靶标和信号轴将是必不可少的，随后使用体外和体内模型的实验研究。

3 结论

精准医学根本上植根于群体遗传学。虽然个体表现出独特的分子、环境和行为特征，但为其患有或易患的疾病量身定制预防和干预策略至关重要。然而，仍然存在重大挑战：研究参考样本中缺乏多样性和包容性。改善遗传多样性的代表性并将 underrepresented 少数群体的样本纳入生物样本库和数据集，对于更全面理解癌症中的人类遗传学是必不可少的步骤。

在这篇聚焦综述中，我们总结了当前关于microRNA在人类癌症种族差异背景下的知识。这包括（i）拷贝数改变的，（ii）表观遗传调控的，（iii）循环或外泌体中潜在生物标志物的，（iv）由于SNP导致序列改变的，和（v）机制未知的microRNA。总之，我们回顾了该领域的当前知识和进展，强调了microRNA在癌症和人类健康中的关键作用。从群体遗传学或精准医学的角度来看，迫切需要进一步研究microRNA作为预防性生物标志物、疾病决定因素/驱动因素或治疗靶点。