3. miRNAs в раке

Рак является наиболее значимой патологией в мире взаимодействия miRNA-mRNA, где многие из сайтов-мишеней miRNA сгруппированы в связанных с раком геномных областях. К настоящему времени обнаружено около 28 465 miRNA [11]. Следовательно, miRNA считается главным регулятором в сотовой сети. Сообщалось, что нарушение регуляции экспрессии miRNAs связано со стадией, прогрессированием и метастазированием рака [12]. miРНК можно классифицировать как онкомиР или miРНК-супрессоры опухоли.OncomiRs постоянно сверхэкспрессируются и подавляют трансляцию генов-супрессоров опухолей, что приводит к стимулированию роста опухолевых клеток. Таким образом, высокая экспрессия oncomiR значительно увеличивает онкогенные свойства, такие как пролиферация, миграция и инвазия клеток. С другой стороны, миРНК-супрессоры опухоли обычно подавляли трансляцию мРНК, кодирующих онкогены, тем самым подавляя онкогенез и последующее развитие рака. miRNAs с функцией oncomiR или опухолевого супрессора представлены в таблице 1.

Активизированные онкомиры, такие как miR-2192, кластер miR-17 miR-155 может увеличивать онкогенез. miR-21 — один из наиболее часто сверхэкспрессируемых онкомов в различных типах солидных опухолей, таких как рак молочной железы, легких, толстой кишки, глиобластомы, поджелудочной железы, яичников, предстательной железы и желудка, а также лимфомы [13]. miR-21 является примером miRNA, которая нацелена на множественные онкогенные сигнальные каскады, а также вызывает глобальную дисрегуляцию экспрессии генов при раке. Было показано, что сверхэкспрессия miR-21 нацелена на ряд генов-супрессоров опухолей, таких как запрограммированная клеточная смерть 4 (PDCD4), гомолог фосфатов и тензинов ( PTEN ), RECK и тропомиозин 1 (TPM1) [13–16 ].Этот процесс способствует пролиферации клеток, метастазированию, инвазии и фенотипам, устойчивым к химиотерапии.

Другой кластер oncomiR, miR-17-92, также транскрипционно активируется при нескольких типах рака, включая лимфомы, рак легких, толстой кишки и желудка [18]. Кластер miR-17-92 включает miR-12, miR-18a, miR-19a, miR-20a, miR-19b и miR-92a, и сообщалось, что он способствует пролиферации опухоли и индуцирует ангиогенез за счет активации c- Myc обычно активируется при раке [18, 19].

miR-155 является одной из выдающихся miRNA, способствующих развитию опухолей, которая, как было обнаружено, сверхэкспрессируется при лимфоме, раке легких, груди и яичников. Высокий уровень miR-155 был связан с плохим прогнозом [20, 21]. Предыдущие исследования показали, что избыточная экспрессия miR-155 непосредственно подавляет гены SHIP1 и C / EBP β , что, следовательно, блокирует дифференцировку B-клеток и увеличивает выживаемость клеток [38, 39]. Кроме того, miR-155 также подавляет экспрессию белка-супрессора опухолей, von Hippel-Lindau (VHL), что приводит к индукции ангиогенеза и способствует выживанию раковых клеток [22].

Другая miRNA, играющая особую роль в патологии рака, — это miR-10b, которая участвует в поздней стадии злокачественного новообразования, где она способствует инвазии и метастазированию раковых клеток. Сверхэкспрессия этой miRNA была обнаружена при глиобластоме, раке груди и пищевода [23-25]. Эта miRNA положительно регулирует миграцию и инвазию клеток за счет снижения экспрессии гена-супрессора опухолей, Kruppel-подобного фактора 4 (KLF4) в клетках пищевода человека [25]. С другой стороны, miR-10b также подавляет член фактора транскрипции гомеобокса ДНК-связывающего домена, известный как HOXD10, при раке груди и яичников, приводя к прометастатическому фенотипу [40, 41].miR-221 и miR-222 очень гомологичны, и их повышенная регуляция была продемонстрирована в нескольких типах опухолей человека. Было показано, что сверхэкспрессия miR-221/222 усиливает рост, миграцию и инвазию клеток при раке груди, легких и печени путем подавления PTEN [42].

Напротив, miRNAs, такие как семейство let-7 и miR-34, как известно, ингибируют трансляцию мРНК, кодирующих онкопротеины, которые регулируют апоптоз или дифференцировку клеток [43, 44]. Следовательно, они могут предотвращать развитие опухоли и известны как миРНК-супрессоры опухолей.Экспрессия let-7 была снижена при раке толстой кишки, груди и легких и была связана с плохой выживаемостью [45–47]. Было продемонстрировано, что активация let-7 подавляет рост рака легких in vitro [48]. Предыдущие исследования показали, что подавление let-7 увеличивает экспрессию проонкогенного белка RAS в опухолях легких [28, 29].

Три члена семейства miR-34, miR-34a, miR-34b и miR-34c подавлялись при раке легких, груди, толстой кишки и некоторых других раках [30–33].Они транскрипционно регулируются опухолевым супрессором p53 [30]. miR-34a играет важную роль в p53-опосредованном апоптозе при повреждении ДНК путем прямого нацеливания на антиапоптотические белки Bcl-2 и SIRT1 [31]. Кроме того, Liu et al. показали, что miR-34a может ингибировать стволовые клетки и метастазы рака простаты путем прямого подавления CD44 [32]. Истощение экспрессии miR-34a коррелировало с метастазированием и рецидивом рака, тогда как восстановление экспрессии miR-34a коррелировало с апоптозом и улучшало эффективность химиотерапии и облучения.

Другая группа miRNA-супрессоров опухолей, miR-15a и miR-16, впервые сообщалось об аберрантной экспрессии при раке в 2002 году, и было показано, что потеря этих miRNA связана с плохим прогнозом у пациентов с хроническим лимфолейкозом и раком толстой кишки. [34, 35]. Было продемонстрировано, что семейство miRNA-29 (miR-29a, miR-29b и miR-29c) аномально экспрессируется при множественном раке. Доказательства показали, что подавление активности семейства miR-29 коррелирует с онкогенезом, а также с прогрессированием рака [36].Fabbri et al. [37] сообщили, что miR-29 может функционировать как опухолевый супрессор, вмешиваясь в метилирование генов опухолевых супрессоров, где эта miRNA нацелена на ферменты, участвующие в метилировании ДНК (ДНК-метилтрансферазы 3A и 3B), которые активируются при раке легких. miR-29 был способен активировать повторную экспрессию подавляющих метилирование генов-супрессоров опухолей, включая хрупкий белок гистидиновой триады (FHIT) и оксидоредуктазу, содержащую WW-домен (WWOX) [37].

Многочисленные исследования in vitro, , а также in vivo сообщили, что подавление экспрессии miRNA может способствовать онкогенезу.Активность онкогенных или опухолевых миРНК-супрессоров не ограничивалась типом опухоли или ее происхождением, поскольку опухолевые клетки могли пролиферировать и метастазировать в отдаленные органы [49, 50]. Хотя приведенные примеры включают небольшое подмножество miRNAs, участвующих в развитии рака, они подчеркивают концепцию, что нацеливание на аномально экспрессируемые miRNAs может иметь многообещающее влияние на разработку будущих методов лечения рака.

4. Механизм дерегуляции miRNA при раке

Известно, что в опухолевых клетках нарушена регуляция экспрессии miRNA [4, 51].Повышенные или пониженные уровни miRNAs в опухолях обычно приводят к генетическим аномалиям, изменениям в эпигенетической и транскрипционной регуляции или дефектам пути биогенеза miRNA [51]. Напр., Потеря кластера miR-15a и miR-16-1 на хромосоме 13q14 является одной из причин дерегуляции miRNA при раке. Онкогенез обычно коррелирует с хромосомными аберрациями, такими как амплификация, делеция или транслокация конкретных геномных областей, окружающих гены miRNA.Полногеномный анализ сообщил об изобилии генов miRNA, которые были расположены в связанных с раком геномных областях или хрупких сайтах, в минимальных областях потери гетерозиготности, минимальных областях амплификации или областях общих точек разрыва [52].

Известно, что экспрессия miRNA тесно регулируется различными факторами транскрипции. Факторы транскрипции могут активировать miRNA, индуцируя транскрипцию pre-miRNA. Этот процесс хорошо известен в некоторых случаях, когда тканеспецифическая miRNA активируется факторами транскрипции во время дифференцировки.Взаимосвязь между miRNA и факторами транскрипции была идентифицирована при раке, и было обнаружено, что измененная экспрессия ключевых факторов транскрипции, таких как c-Myc, p53 и E2F, приводит к нарушению регуляции экспрессии miRNA, которая может способствовать развитию опухоли [53-57] .

Кроме того, эпигенетические изменения также могут влиять на экспрессию miRNA. Изменение будет включать гипометилирование геномной ДНК, аномальное гиперметилирование ДНК генов-супрессоров опухолей и нарушение паттернов модификации гистонов [58].В большинстве случаев рака гиперметилирование CpG-островков в промоторных областях может приводить к наследственному подавлению транскрипции генов-супрессоров опухолей. Fazi et al. продемонстрировали, что экспрессия miR-223 эпигенетически подавляется с помощью AML1 / ETO, наиболее распространенного слитого белка, ассоциированного с острым миелоидным лейкозом, посредством метилирования CpG [59]. Кроме того, Сайто и др. сообщили, что 17 из 313 человеческих miRNAs были активированы в клетках рака мочевого пузыря Т24 после одновременного лечения ингибиторами метилирования ДНК и ацетилирования гистонов [60].Среди всех miRNA, miR-127, встроенная в островок CpG со сниженной экспрессией в раковых клетках, имела значительно повышенную экспрессию после обработок, за которой следовало подавление протоонкогена BCL6. Эти данные показали, что деметилирование ДНК и ингибирование гистондеацетилазы способны активировать экспрессию miRNA, которые могут действовать как опухолевые супрессоры. В другом исследовании Lujambio et al. показали, что метилирование CpG коррелирует с подавлением miR-148a и miR-34b / c из-за гиперметилирования в опухолях [61].Восстановление этих miRNA в опухоли коррелировало с препятствием для подвижности, роста опухоли и метастазирования in vivo . Таким образом, эти результаты продемонстрировали функцию эпигенетической регуляции экспрессии miRNA во время туморогенеза.

miRNA контролируется несколькими ферментами и регуляторными белками, такими как Drosha, Dicer, DGCR8, Argonaute белки и Exportin-5, которые обеспечивают правильное созревание miRNA из первичных предшественников miRNA. Таким образом, мутация или аномальная экспрессия любой части системы биогенеза miRNA может приводить к аберрантной экспрессии miRNAs, которая связана с плохим прогнозом и прогрессированием опухоли [62, 63].

5. Терапия, нацеленная на miRNA при раке человека

Поскольку miRNA участвуют в пролиферации, инвазии и метастазировании опухолей, генная терапия на основе miRNA становится новой стратегией лечения рака. Существуют две терапевтические стратегии, предназначенные для восстановления физиологической экспрессии miRNA в опухолевых клетках, либо путем ингибирования активности miRNA при сверхэкспрессии oncomiR, либо путем восстановления активности miRNA, когда miRNA-супрессор опухоли репрессируется.

5.1. Терапия ингибированием miRNA

miRNA применяется для подавления функции онкомиР, которые значительно активированы в опухолевых клетках, и помогает восстановить нормальную экспрессию и функцию генов-супрессоров опухолей. OncomiRs можно ингибировать, применяя антисмысловые олигонуклеотиды против miR (AMO), заблокированные нуклеиновые кислоты (LNA), антагомиры miRNA и губки miRNA [64]. В основе этих подходов лежат ингибиторы miRNA, которые по существу комплементарны одноцепочечному олигонуклеотиду и способны изолировать эндогенную miRNA в нераспознаваемой структуре, что приводит к инактивации и удалению зрелых miRNA из RISC.

AMO представляют собой одноцепочечные химически модифицированные антисмысловые олигонуклеотиды, которые имеют длину около 17–22 нуклеотидов и были разработаны, чтобы быть комплементарными интересующей микроРНК [65]. Этот антисмысловой олигонуклеотид был разработан для связывания с комплементарной зрелой миРНК и ингибирования взаимодействия этой миРНК с ее специфическими мишенями мРНК, тем самым обеспечивая нормальную трансляцию. LNA является примером модифицированного AMO [66]. LNA-модифицированные антисмысловые олигонуклеотиды были способны проявлять более высокую термостабильность и сродство со своими молекулами-мишенями miRNA, имели более высокую растворимость в воде и повышенную метаболическую стабильность для доставки in vivo и [67]. Исследование in vivo , проведенное Griveau et al. продемонстрировали, что LNA-модифицированные антисмысловые олигонуклеотиды способны подавлять сверхэкспрессию miR-21 в глиобластомах, что приводит к значительному снижению жизнеспособности клеток, а также к повышению внутриклеточного уровня каспазы [68].

Антагомиры представляют собой химически модифицированные одноцепочечные молекулы РНК из 23 нуклеотидов, комплементарные целевым miRNA, для повышения стабильности РНК и предотвращения ее деградации [69, 70]. Ma et al.сообщили, что подавление miR-10b с помощью антагомира ингибирует метастазирование в модели опухоли молочной железы мышей. Они также сообщили, что подавление этой miRNA с помощью антагомиров значительно снижает уровни miR-10b и индуцирует уровни функционально жизнеспособной мишени miR-10b, HOXD10 [41].

Помимо обработки LNA, губки miRNA также использовались для ингибирования онкомиР. Губки miRNA представляют собой класс РНК, которые содержат множество искусственных сайтов связывания miRNA, которые конкурируют с эндогенными мишенями miRNA за связывание miRNA [71]. В клетках рака груди miR-9 сверхэкспрессируется и препятствует экспрессии CDh2, гена-супрессора опухоли. Губки miRNA, содержащие четыре сайта связывания miR-9, способны эффективно блокировать функцию miR-9 и восстанавливать эндогенную экспрессию CDh2, что, следовательно, ингибирует метастазирование [72]. Недавно была изготовлена ​​недавно разработанная искусственная губка miRNA. На основе естественной кольцевой РНК (circRNA), документально подтвержденной как эндогенные губки miRNA, была синтезирована функциональная искусственная губка circRNA с использованием простого метода ферментативного лигирования.Эта искусственная молекула circRNA была разработана как экзогенный ингибитор miRNA, который эффективно связывает и ингибирует зрелую РНК, таким образом проявляя терапевтический потенциал [73]. Одна circRNA может регулировать одну или несколько miRNA через разные сайты связывания miRNA в кольцевой последовательности. Лю и др. разработали губки circRNA для miR-21 и miR-221, которые были перенесены в вектор, продуцирующий кольцевые губки, и, как сообщалось, он был более эффективным в ингибировании мишеней miRNA по сравнению с линейными губками в клеточных линиях злокачественной меланомы. Было показано, что трансфекция circRNA, нацеленная на miRNA-21, ингибирует пролиферацию клеток рака желудка, вызывая апоптоз и дерегулируя глобальную экспрессию белка [74].

5.2. Терапия восстановления миРНК

миРНК используется для индукции апоптоза или подавления пролиферации опухолевых клеток путем восстановления экзогенных миРНК, подавляющих опухоль, которые подавляются в опухолевых клетках. Терапия восстановления miRNA может быть реализована с использованием синтетических миметиков miRNA или вирусных векторов, экспрессирующих miRNA.Миметики miRNA способны восстанавливать нормальную функцию эндогенных miRNA, заменяя потерю miRNA. Химически модифицированные дуплексы РНК могут быть загружены в RISC для обеспечения последующего ингибирования целевых мРНК [64]. Различные исследования продемонстрировали эффективность терапии восстановления miRNA in vitro и in vivo . Например, добавление miRNA, имитирующей miR-15, в клеточные линии рака простаты вызывало значительный апоптоз и подавляло пролиферацию [75]. Исследование in vivo на мутантных мышах по K-ras путем интраназального введения let-7 эффективно сдерживало рост опухолей, блокируя пролиферацию клеток и пути клеточного цикла [76, 77].

Другой стратегией терапии восстановления miRNA является использование векторов экспрессии miRNA, таких как аденовирусные, лентивирусные и ретровирусные векторы, для увеличения экспрессии miRNA, которые приводят к подавлению опухоли. Kota et al. сообщили о потере экспрессии miR-26 при раке печени человека, даже несмотря на то, что он экспрессируется на высоких уровнях в нормальных тканях [78].Было продемонстрировано, что эктопическая экспрессия этой миРНК в клеточных линиях рака печени индуцирует остановку клеточного цикла. Внутривенная инъекция рекомбинантного аденовируса, несущего miR-26, приводила к ингибированию онкогенности за счет усиления апоптоза опухоли и подавления роста клеток без каких-либо признаков токсичности.

6. Проблемы при разработке терапевтических средств на основе miRNA

Использование miRNA для лечения рака в последние годы привлекло большое внимание. Несмотря на наличие некоторых достижений в использовании miRNA для ингибирующей и восстанавливающей терапии в доклинических исследованиях, остаются серьезные препятствия для их успешного внедрения.Основным препятствием терапии миРНК при раке является доставка антагонистов миРНК или миметиков миРНК к тканям опухоли-мишени с эффективным проникновением в опухолевую массу. Сдавление аномальных сосудов опухоли, а также протекающие структуры способствовали плохой перфузии крови, что могло снизить эффективность доставки голой miRNA [79].

Другой проблемой доставки miRNA является поддержание целостности и стабильности miRNAs в циркуляции. Немодифицированные или голые miRNA быстро разлагаются в течение нескольких секунд нуклеазами сыворотки, такими как РНКаза A-типа, и выводятся из кровотока.Кроме того, голые миРНК быстро выводятся почками, что приводит к короткому периоду полужизни в системном кровотоке [80]. Кроме того, miRNA также способны вызывать иммунотоксичность. Системная доставка miRNA активирует врожденную иммунную систему, что приводит к резкой токсичности и значительным нежелательным побочным эффектам. Системное введение дуплексов miRNA может запускать секрецию воспалительных цитокинов и интерферонов I типа (IFN) через Toll-подобные рецепторы (TLR).

Одна из огромных проблем, связанных с терапией миРНК, — это побочные эффекты миРНК, не соответствующие цели.Поскольку они предназначены для нацеливания на множественные пути через несовершенное совпадение в 3 ‘UTR, miRNAs могут вызывать нежелательное подавление гена множественных генов-супрессоров опухолей. Молчание нецелевого гена может вызвать потенциальную токсичность и впоследствии снизить терапевтические эффекты. Комбинаторная стратегия может быть добавлена ​​к терапии miRNA для предотвращения нежелательных эффектов вне мишени [81]. Сообщалось, что многофункциональные наночастицы, которые кодируют miRNA и siRNA, которые могут заглушать определенные онкогенные пути и активировать miRNA, подавляющие опухоль, избегают нецелевых эффектов [82].

7. Доставка терапевтических средств на основе miRNA

Для повышения эффективности доставки miRNA существуют две основные стратегии: местная (внутри опухоли) или системная доставка. Местная доставка полезна, так как требует меньших доз miRNA, демонстрирует пониженную токсичность и может избирательно доставлять miRNA к тканям-мишеням [83]. Тем не менее, местная доставка полезна только при солидных опухолях и бесполезна при гематологических злокачественных новообразованиях, таких как лейкемия. Кроме того, местная доставка также не подходит для метастазирующих раковых клеток, наблюдаемых на поздних стадиях заболевания, поскольку они не подвергаются действию РНК-препаратов, находящихся в кровотоке.Таким образом, системная доставка является предпочтительным путем введения, поскольку она обеспечивает большую эффективность биораспределения лекарств в тканях-мишенях. Значительный прогресс был достигнут в разработке системных стратегий доставки miRNA. В настоящее время используются как невирусные, так и вирусные системы доставки miRNA, где есть определенные преимущества и недостатки для каждого из подходов (Таблица 2).

Невирусные векторы Стабильная экспрессия крупносерийное производство Относительно дорого Способ доставки Преимущества Недостатки Низкая эффективность Низкая эффективность (1) Векторы на основе липидов Защита молекул РНК в везикулах для образования стабильных липидных частиц нуклеиновых кислот Низкая in vivo стабильность (i) Липосомы (a) Катионные (b) Анионный (c) Нейтральный (2) Полимерные векторы Высокая структурная и композиционная изменчивость Низкая токсичность и простота использования Легко манипулируют для повышения стабильности, тканевой и клеточной специфичности поглощение Плохо биоразлагаемый и токсичный (PEI) Накапливается в печени (PAMAM) (i) Полиэтиленимин (PEI), (ii) Полимолочно-гликолевая кислота (PLGA), (iii) Полиамидоамин (PAMAM) (3) Неорганические наночастицы, например. g., углеродные нанотрубки (УНТ), металлические наночастицы и наностержни на основе оксидов железа (ИО) Низкая цитотоксичность Неиммуногенная Высокая стабильность in vivo Легко производится Долговременная коллоидная стабильность в водных растворах в отсутствие сурфактантов Неспецифическая аффинность связывания с различными функциональными группами Вирусные векторы Аденовирус, лентивирус и ретровирус Высокая эффективность трансфекции Высокая токсичность Стабильная экспрессия

7.1. Невирусные векторы

Использование невирусных векторов является эффективным подходом для доставки микроРНК. Невирусные векторные системы обладают низкой иммуногенностью и меньшей токсичностью, и нет ограничений на размер доставляемых генов. Благодаря этим особенностям невирусная доставка стала более популярной и широко применяется для доставки miRNA, поскольку она может увеличивать клеточное поглощение и фармакологическую эффективность антисмысловых олигонуклеотидов in vivo . Невирусные векторы доставки можно разделить на три основные группы, включая векторы на основе липидов, полимерные векторы и векторы на основе неорганических частиц.

7.1.1. Векторы на основе липидов

Наиболее изученными носителями для доставки миРНК являются векторы на основе липидов. Подходы на основе липидов используют липидные комплексы, известные как липосомы, в качестве носителей для доставки. Существует три типа липосом, основанных на зарядах, таких как катионные, анионные и нейтральные липосомы. Например, катионные липоплексы чаще всего используются в невирусных системах доставки, поскольку они обладают уникальными характеристиками, такими как высокое сродство к клеточной мембране, неиммуногенность, непатогенность и простота получения. Системная доставка miR-29b с использованием катионного липоплекса в немелкоклеточный рак легкого (NSCLC), как было показано, увеличивает экспрессию miR-29b в пять раз и снижает скорость роста опухоли примерно на 60% [84]. Piao et al. продемонстрировали доставку pre-miR-107 на доклинической модели плоскоклеточного рака головы и шеи с использованием наночастиц катионных липидов, что показало снижение роста опухоли на 45,2% по сравнению с контрольными препаратами, получавшими pre-miR [85].

Lipofectamine®, TransIT® 2020 и Oligofectamine ™ являются несколькими примерами коммерчески доступных катионных липосом, способных транспортировать нуклеиновые кислоты в клетки [86, 87].Однако наиболее существенным недостатком липосомальной системы доставки является стабильность наночастиц в сыворотке крови из-за неспецифического связывания с белками сыворотки. Для увеличения периода полужизни из кровообращения конъюгация липидов с гидрофильными полимерами, такими как полиэтиленгликоль (ПЭГ), может значительно повысить их стабильность, что приводит к длительному периоду полужизни до 72 часов в сыворотке [88].

Липосомы дают возможность сочетать доставку miRNA с различными химиотерапевтическими препаратами, что может привести к синергическому и улучшенному терапевтическому эффекту.Для улучшения терапии цисплатином и снижения лекарственной устойчивости использовали покрытые цисплатином липосомы, нагруженные miR-375, при гепатоцеллюлярной карциноме (HCC). Наночастицы были разработаны путем объединения двух обратных микроэмульсий, состоящих из раствора KCl и растворимой цис -диаминдигидроплатины (II), покрытой катионным липидным слоем, с интеграцией miR-375 в покрытый липидом цисплатин. In vitro анализ исследования показал, что этот тип кодирования показал эффективное ускользание miR-375, а также индуцировал скорость апоптоза и остановку клеточного цикла в клетках HCC [89].

7.1.2. Векторы на основе полимеров

Полимерные векторы заняли выдающееся положение среди невирусных векторов благодаря своим положительным свойствам, таким как низкая токсичность и иммуногенность, а также высокая вариабельность состава, и ими можно было манипулировать для улучшения клеточного поглощения, тканевой специфичности и стабильности. Примерами полимерных векторов являются полиэтиленимин (PEI), сополимер молочной и гликолевой кислоты (PLGA) и полиамидоамин (PAMAM). PEI является наиболее широко используемым катионным полимером из-за его высокой эффективности трансфекции.PEI с высоким молекулярным весом обеспечивают высокую эффективность трансфекции при высокой токсичности, тогда как PEI с низким молекулярным весом более биосовместимы с меньшей эффективностью. Ибрагим и др. использовали низкомолекулярные PEI для доставки миметиков miR-33a, а также miR-145 мышам с ксенотрансплантатом рака толстой кишки, а полимерные наночастицы с miRNA приводили к увеличению гибели клеток и снижению роста опухоли [90]. Кроме того, доставка miR-145, инкапсулированной в короткий полиуретан, и разветвленный полиэтиленимин (PU-PEI) в комбинации с цисплатином снижает рост опухоли и метастазирование в модели ксенотрансплантата рака легких у мышей [91].

PLGA — это хорошо известный одобренный Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) нетоксичный, биосовместимый и биоразлагаемый полимер, используемый для доставки лекарств, а также для доставки анти-миРНК [92]. Система доставки на основе PLGA была способна поддерживать высвобождение лекарств и поддерживать физическую адсорбцию множества нацеленных лигандов на их поверхности. Ли и др. продемонстрировали, что лечение комплексами наночастиц на основе PLGA / ингибитор miR-221 подавляет рост клеток, способность к колониеобразованию, миграцию и инвазию ГЦК [93].Кроме того, полимер PLGA также может быть модифицирован. Модификация поверхности PLGA с помощью PEG значительно увеличивала время удерживания и циркуляции частиц in vivo [94, 95]. Например, модификации поверхности частиц успешно кодировали анти-miR-10b и анти-miR-21, что привело к снижению роста опухоли в ксенотрансплантате рака молочной железы мыши [96]. Одним из преимуществ использования PLGA в системе доставки является высокая емкость частиц PLGA. Доставка сополимеров, содержащих PLGA и PEI, была основана на использовании преимуществ высокой эффективной загрузочной способности PLGA и эффективного клеточного поглощения PEI.Wang et al. показали, что покрытые гиалуроновой кислотой наночастицы PEI-PLGA, кодируемые химиотерапевтическим препаратом доксорубицин и miR-542-3p, индуцировали хорошее поглощение лекарства и вызывали цитотоксичность в трижды отрицательных клетках рака груди [97].

ПАМАМ представляет собой положительно заряженный полимер с большим количеством поверхностных аминогрупп. В отличие от неразлагаемого PEI, PAMAM представляет собой биоразлагаемый и биосовместимый полимер, который проявляет относительно низкую токсичность. Ren et al. продемонстрировали, что доставка анти-miR-21 к клеткам глиобластомы человека с использованием PAMAM в качестве носителя может значительно индуцировать апоптоз и снижать рост клеток [98].Кроме того, Conde et al. продемонстрировали, что конъюгация тройных спиралей РНК с дендримером PAMAM G5, содержащим miR-205 и анти-miR-221, приводит к уменьшению размера опухоли на 90% и увеличению выживаемости [99].

7.1.3. Доставка на основе неорганических материалов

Помимо липидов и полимеров, неорганические наночастицы используются во многих исследованиях для доставки миРНК. Примеры неорганических векторов для доставки miRNA включают наночастицы золота (AuNP), углеродные нанотрубки и наночастицы на основе оксида железа.Преимущество неорганических носителей состоит в том, что они нетоксичны и неиммуногенны, обладают высокой стабильностью in vivo и относительно просты в производстве. Однако общей проблемой неорганических наночастиц является взаимодействие между носителями и нуклеиновыми кислотами. Неорганические носители обладают долговременной коллоидной стабильностью в водных растворах в отсутствие поверхностно-активных веществ и неспецифическим сродством связывания с многочисленными функциональными группами, присутствующими в биологических системах [100].

AuNP были использованы для эффективной доставки miRNA к клеткам рака груди и простаты in vitro .Исследование Ekin et al. разработали высокоаффинный наноноситель на основе наночастиц золота, модифицированный тиолированными РНК, и miR-145 была гибридизирована с РНК, прикрепленными к AuNP. Комплекс AuNP-РНК-миРНК-носитель успешно доставлялся и усиливал экспрессию miR-145 как в клетках рака груди, так и в клетках рака простаты [101].

Карбонат-апатит представляет собой привлекательную характеристику среди неорганических наночастиц из-за его способности к биоразложению, гетерогенного распределения заряда и легко генерируемых наноразмерных частиц [102].Hossain et al. продемонстрировали эффективную трансфекцию miRNA-супрессоров опухолей в клетки рака толстой кишки с использованием системы доставки на основе карбонат-апатита [103]. Hiraki et al. сообщили, что системное введение карбонат-апатита в составе miR-4689 резко ингибирует рост опухоли in vivo путем прямого воздействия на KRAS, а также AKT [104]. С другой стороны, Inoue et al. также показали, что на моделях ксенотрансплантатов мышей системное введение miR-29b-1-5p с использованием карбонат-апатита в качестве носителя для доставки значительно ингибирует рост опухоли и пролиферацию мутантных клеток рака толстой кишки по KRAS без какой-либо особой токсичности [105].

7.2. Вирусные векторы

Системы на основе вирусных векторов, такие как ретровирусы, лентивирусы и аденовирусы или аденоассоциированные вирусы (AVV), были модифицированы в некоторых конкретных геномных областях, так что они не могли реплицироваться, и их безопасность могла быть повышена. Преимуществами систем доставки вирусных векторов являются их высокая эффективность трансфекции и высокие уровни постоянной экспрессии miRNA или антагомиров. Например, было показано, что система экспрессии лентивирусной miR-34a значительно индуцирует экспрессию miR-34a и усиливает апоптоз в клетках множественной миеломы.Трансдуцированные лентивирусным вектором ксенотрансплантаты множественной миеломы с конститутивной экспрессией miR-34a продемонстрировали значительное ингибирование роста мышей с тяжелым комбинированным иммунодефицитом (SCID) [106]. Кроме того, лентивирусный вектор также использовался для доставки miR-34a к клеткам рака простаты, и полученные данные показали, что он ингибирует метастазирование опухолевых клеток и увеличивает выживаемость животных [32].

Системная доставка miR-26a, переносимая AAV и доставляемая в HCC человека, была способна вызывать остановку клеточного цикла, апоптоз раковых клеток и ингибирование роста опухоли.Более того, системное введение AAV-miR-26 показало неопределяемую токсичность [78]. Таким образом, восстановительная терапия miRNA с использованием AAV является безопасной и эффективной стратегией лечения рака. Недавние исследования показали, что экзосомы, представляющие собой наноразмерные липидные везикулы, высвобождаемые инфицированными вирусом клетками, были способны инкапсулировать и доставлять терапевтические РНК в клетки-мишени. Pegtel et al. продемонстрировали, что инфицированные вирусом клетки упаковывают кодируемые вирусом miRNA в экзосомы, а грузы miRNA позже доставляются в неинфицированные клетки-мишени [107, 108].Это указывает на то, что экзосомы могут быть использованы для терапевтической доставки miRNA. Например, экзосомы, полученные из вирусов, нацеленных на клетки печени, были разработаны для доставки терапевтических миРНК для лечения рака печени [109].

8. Нанотерапия, направленная на микроокружение опухоли

Микроокружение опухоли играет важную роль в контроле распределения и биологических эффектов нанохимиотерапевтических средств. Сложность микросреды опухоли снижает доставку эффективных концентраций обычных лекарств для уничтожения раковых клеток.Это привело к использованию различных стратегий, включающих доставку лекарств в виде наночастиц, для достижения опухолевой специфичности, а также для повышения терапевтического индекса химиотерапевтических препаратов. Крайне важно понимать биологию опухоли, чтобы разработать эффективное лекарственное лечение, которое может победить лекарственную устойчивость, остановить прогрессирование опухоли и препятствовать метастазированию [110]. В общем, стратегии нацеливания концентрируются на праймировании микроокружения опухоли, чтобы способствовать большему поглощению нано-химиотерапевтических средств, а также наноносителей, нацеленных на опухоли, посредством использования соответствующих подходов, таких как экспрессия рецепторов, ферменты или модуляция микроокружения опухоли.

Нанохимиотерапевтические препараты зависят от сосудистой сети опухоли, в которой они экстравазируются в интерстиций опухоли для поглощения лекарственного средства. Тем не менее, локализации нано-химиотерапевтических средств в микроокружении опухоли также может препятствовать повышенное давление интерстициальной жидкости, нарушение состава внеклеточного матрикса (ЕСМ), усиленное деление клеток и снижение лимфатического дренажа [111]. Таким образом, сосудистая сеть, связанная с опухолью, является одной из важных мишеней для получения локализации антиангиогенных химиотерапевтических средств для подавления роста опухоли.Наблюдается, что быстрорастущая сосудистая сеть опухоли имеет аномальные характеристики, такие как неправильная форма, хрупкость, извилистость и расширение [112]. Эти аномалии привели к более высокой проницаемости сосудов, что привело к изменчивости распределения крови. Плохой кровоток и повышенное давление интерстициальной жидкости привели к развитию гипоксических состояний, а также к появлению кислых участков. Эффект повышенной проницаемости и удерживания (EPR) макромолекул в опухолях коррелирует с протекающей сосудистой сетью опухоли.Эти протекающие сосуды способствуют инвазии опухолевых клеток и метастазированию. Все эти аномалии сосудистой сети опухоли могут нарушать доставку и препятствовать эффективности нано-химиотерапевтических средств [113]. Было предложено несколько методов преодоления неэффективной доставки лекарств в микросреде опухоли, включая восстановление сосудистой функции и декомпрессию сосудов опухоли. Стратегия нормализации сосудов была использована для ремоделирования сосудистой сети опухоли и приближения ее к «нормальному» состоянию.Его можно проводить с селективной дозировкой антиангиогенных препаратов, которые в первую очередь нацелены на фактор роста эндотелия сосудов (VEGF) или его рецепторы. Эта стратегия восстанавливает перфузию опухоли за счет укрепления стенки сосуда, а также структуры сосудистой сети, которая может снизить давление интерстициальной жидкости из-за уменьшения утечки жидкости из сосудов [114]. С другой стороны, декомпрессия сосудов опухоли может быть достигнута с помощью стратегий снятия стресса, направленных на ECM (коллаген и гиалуронан).Эта стратегия может улучшить перфузию спавшихся сосудов, снизить давление в интерстициальной жидкости за счет воздействия на компонент внеклеточного матрикса (коллаген и гиалуронан) и повысить проникновение лекарств в сосудистую сеть опухоли [115, 116].

Нано-химиотерапевтические средства, направленные на микроокружение опухоли, могут быть одной из успешных стратегий снижения лекарственной устойчивости. Несколько эндогенных факторов, включая кислый pH, ферментативную активность, окислительный стресс, гипоксию, гипертермию, окислительно-восстановительный потенциал, АТФ и высокое давление интерстициальной жидкости, были рассмотрены для эффективной доставки нано-химиотерапевтических средств в микроокружение опухоли [117].Кроме того, во внимание принимаются специфические патофизиологические факторы в микроокружении опухоли, такие как различные уровни аминокислот, функциональных белков, фрагментов ДНК. Доклинические исследования с использованием пегилированных наноносителей, реагирующих на стимулы наноносителей и двойных функциональных наноносителей продемонстрировали выдающиеся результаты в подавлении роста опухоли за счет воздействия на микросреду опухоли. Все эти стратегии включают сайт-специфическое отщепление связи PEG, изменение поверхностного заряда, уменьшение размера частиц и восприимчивость к стимулам, таким как pH и температура [118–120].

Нано-химиотерапевтические средства могут изменять доставку лекарств, способствуя нарушениям в микросреде опухоли. Нанотехнология обеспечивает гибкий подход, позволяющий доставлять один или комбинацию химиотерапевтических средств вместе с множественными целевыми лигандами для специфического воздействия на восстановительную среду или сверхэкспрессированные рецепторы и ферменты, что является преобладающей характеристикой микроокружения опухоли [117]. Примеры лиганд-опосредованных нанохимиотерапевтических средств включают пептиды, антитела, углеводы и аптамер, связанный с наночастицами. Нано-химиотерапевтические конъюгаты с функциональным лигандом на поверхности могут играть значительную роль в повышении селективности лекарств в отношении сверхэкспрессированных рецепторов, особенно в отношении опухолевых клеток на всех участках [117, 121]. Эта стратегия проявляет целевую специфичность и способствует эффективному лечению с минимальными побочными эффектами.

9. Терапевтические миРНК в клинических испытаниях

миРНК обладают многообещающим терапевтическим потенциалом, и они находятся в стадии исследования нескольких фармацевтических фирм.OncomiR или miRNA-супрессоры опухолей, которые функционируют как главные регуляторы клеточных процессов, были оценены в нескольких клинических испытаниях, проведенных такими компаниями, как Mirna Therapeutics, EnGeneIC и miRagen Therapeutics (Таблица 3). В мае 2013 года MRX34 является наиболее продвинутым миметиком miRNA, который прошел клинические испытания (идентификатор ClinicalTrials.gov NCT01829971). Этот препарат является имитатором miR-34a в составе липосом, который действует как опухолевый супрессор. miR-34a обычно подавляется при большинстве раковых заболеваний человека, таких как рак груди, толстой кишки, почек, яичников, предстательной железы и кожи [124–126].Восстановление miR-34a потенциально может вызвать остановку клеточного цикла, старение и апоптоз раковых клеток [127, 128]. В июне 2016 г. в исследование были включены 99 пациентов с запущенными солидными опухолями [129]. Испытание включало исследование с увеличением дозы с двумя дозами в неделю или пятью дозами в день, вводимыми внутривенно. Каждый из пациентов с ГЦК, акральной меланомой и почечно-клеточной карциномой (ПКР) достиг частичного ответа в конце испытания, который оценивался с помощью критериев оценки ответа на солидную опухоль (RECIST), и у 14 пациентов было выявлено стабильное заболевание.Анализ лейкоцитов показал значительную репрессию генов-мишеней miR-34a, таких как PI (FOXP1) и BCL2. Однако в 2016 г. исследование было остановлено из-за пяти тяжелых иммунных побочных эффектов, приведших к смерти пациентов [129]. Это неудача в терапии миРНК с использованием MRX34, и это стало неожиданностью из-за неблагоприятных иммунных исходов. В свете этой остановки становится еще яснее, что эффективная доставка и нацеливание критичны для перевода miRNAs в терапевтический успех.

IC клетка Лекарство (компания) Лечебное средство Тип рака Система доставки Статус исследования Клинические испытания gov. Идентификатор MRX34 (Mirna Therapeutics) миметик miR-34 НМРЛ, ПКР, лимфома первичного рака печени, меланома, множественная миелома и почечно-клеточная карцинома Я прекратил свое существование из-за иммунной токсичности и смерти NCT01829971 MesomiR-1 (TargomiRs) (EnGeneIC) мимик miR-16 Злокачественная мезотелиома плевры и NSCLC EnGcell V нано-антитела, доставленные в EGF EnGcell поверхностная конъюгация Фаза I завершена Ожидается переход в фазу II NCT02369198 MRG-106 (miRagen Therapeutics) Анти-miR-155 Т-клеточная лимфома кожи, грибовидный микоз и хронические лейкозы, хронические лейкозы Т-клеточный лейкоз LNA-модифицированный антисмысловой ингибитор Фаза I (активный, не рекрутирующий) Фаза II (активный, без набора) NCT02580552 NCT03713320

По материалам Balacescu et al. [122] и Рупаймуле и Слэк [123]. Аббревиатура: LNPs, липидные наночастицы; НМРЛ, немелкоклеточный рак легкого; ПКР, почечно-клеточная карцинома; EDV, средство доставки EnGeneIC; EGFR, рецептор эпидермального фактора роста; и LNA, заблокированная нуклеиновая кислота.

В 2014 г. был разработан миметик miR-16, который прошел фазу I клинических испытаний на пациентах со злокачественной мезотелиомой плевры и НМРЛ, у которых не удалось провести стандартную терапию (идентификатор ClinicalTrials.gov NCT02369198). Миметики miR-16 были доставлены внутривенно с использованием упаковки EnGeneIC delivery carrier (EDV) и конъюгированы с антителом, нацеленным на EGFR, для облегчения нацеливания на сайт опухоли [130].Предварительные данные van Zandwijk et al. показали, что лечение имело управляемый профиль безопасности у 5 пациентов в ответ на инфузию 5 миллиардов наноклеток, загруженных miR-16 [131]. Ожидается, что это исследование TargomiR продолжит фазу II исследования, поскольку результаты были обнадеживающими и не выявили неблагоприятного иммунного ответа и токсических эффектов [131].

В марте 2016 года MiRagen Therapeutics (идентификатор ClinicalTrials.gov NCT02580552) инициировала фазу I клинического испытания LNA-модифицированного анти-miR-155 (MRG-106).Это испытание проводилось на пациентах с диагнозом кожная Т-клеточная лимфома (CTCL) подтипа грибовидного микоза, и результаты были обнадеживающими. Предварительные данные показали, что внутриопухолевая инъекция MRG-106 приводила к уменьшению кожных повреждений практически без побочных эффектов [132]. Таким образом, MiRagen Therapeutics в 2018 году инициировала клиническое испытание фазы II для дальнейшей оценки эффективности MRG-106 против CTCL (идентификатор ClinicalTrials.gov NCT03713320). Это укрепляет доверие к ингибированию miRNA в клинических применениях и может способствовать потенциальным попыткам улучшить анти-miR для терапии рака.

10. Выводы

Рак — это сложное заболевание, в котором задействованы различные регуляторные механизмы, способствующие их прогрессированию. Измененная экспрессия miRNA в результате клеточных событий, таких как мутации хромосомной ДНК и дефекты биогенеза miRNA, приведут к раку. Развитие miRNA в качестве терапевтических средств обещает дальнейшее изучение для лечения рака. Терапия ингибированием и восстановлением miRNA может быть использована в качестве эффективных стратегий для нацеливания и подавления множественных онкогенных путей.Несмотря на то, что проводятся фазы I и II испытаний по изучению препаратов, нацеленных на miRNA, на сегодняшний день нет препаратов miRNA, которые вошли в клиническую фазу 3 исследования. Таким образом, очень важно определить отчетливую экспрессию miRNAs при различных типах рака для дальнейшей разработки стратегий лечения и предотвращения нецелевых эффектов miRNA лекарств. Разработка новых систем доставки miRNA к конкретным типам клеток, тканям и органам путем установления конкретных носителей будет способствовать дальнейшему повышению эффективности и специфичности терапии miRNA для рака.Было разработано нацеливание miRNA на определенные типы клеток с использованием антител, лигандов и наночастиц, которые показали повышенную специфичность и пониженную иммунотоксичность [82]. Нацеливающие агенты, такие как антитела (одноцепочечный вариабельный фрагмент, scFv; дизиалоганглиозид, GD2), пептиды или лиганды (гиалуроновая кислота), могут улучшить тканеспецифичную доставку и биораспределение и снизить доставляемую дозу, дополнительно предотвращая токсичность, связанную с доставкой [133 , 134]. Липидные наночастицы обычно модифицируются другими молекулами, включая гиалуроновую кислоту и ПЭГ, для улучшения нацеливания на опухоль и стабильности [135].Наночастицы на неорганической основе модифицируются путем конъюгации с антителами или инкапсулируются в естественные везикулы для получения наночастиц с клинически значимыми свойствами, включая способность нацеливания на опухоль [136, 137]. Поскольку большинство неорганических наночастиц не являются в природе опухолеспецифическими, для повышения способности наночастиц к самонаводству в опухоли использовалось несколько методов, таких как конъюгация с антителом, нацеленным на антигены GD2, сверхэкспрессированные на поверхности твердых опухолевых клеток [136], конъюгация с антитело, нацеленное на рецептор эпидермального фактора роста специфического для рака антигена [138], или конъюгация с гиалуроновой кислотой, которая может нацеливать CD44 на клетки рака толстой кишки [139]. Кроме того, использование наноносителей для доставки miRNAs особенно полезно при терапии рака, где они имеют возможность пассивного накопления в опухолевых тканях из-за их протекающей сосудистой сети и пониженной лимфатической функции, известной как эффект EPR [140, 141]. Несмотря на все проблемы, терапевтические средства, нацеленные на miRNA, станут потенциальными терапевтическими средствами, как только подходящая система доставки miRNA с повышенной эффективностью и специфичностью сможет перейти от фазы I / II к фазе III. Поскольку развитие рака обусловлено множественными клеточными путями, обычные методы лечения, такие как химиотерапия и лучевая терапия, эффективны лишь частично.Следовательно, следует поощрять комбинаторные подходы к терапии миРНК.

Конфликт интересов

У авторов нет конфликта интересов, о котором следует раскрывать.

Вклад авторов

NA подготовил план рукописи, подготовил черновик рукописи и отредактировал рукопись. НИК принимал участие в подготовке проекта рукописи. CLP была вовлечена в критическую редакцию и окончательно одобрила рукопись.

Благодарности

Авторы этого обзора выражают признательность за исследовательскую поддержку Sunway University.Эта работа финансировалась грантом исследовательского центра Университета Сануэй (2019) Центру исследований вирусов и вакцин (CVVR).

Журналы, авторы, подписчики, издатели, оповещение

		Наши журналы
		Как крупный международный издатель академических и исследовательских журналов Science Alert издает и разрабатывает названия в сотрудничестве с самыми престижные научные общества и издатели.Наша цель заключается в том, чтобы максимально широко использовать качественные исследования аудитория.
		Для авторов
		Мы прилагаем все усилия, чтобы поддержать исследователей которые публикуют в наших журналах. Есть масса информации здесь, чтобы помочь вам публиковаться вместе с нами, а также ценные услуги для авторов, которые уже публиковались у нас.
		Подписчикам
		2021 цены уже доступны. Ты может получить личную / институциональную подписку на перечисленные журналы прямо из Science Alert. В качестве альтернативы вы возможно, пожелает связаться с выбранным вами агентством по подписке. Направляйте заказы, платежи и запросы в службу поддержки. в службу поддержки клиентов журнала в Science Alert.
		Для обществ
		Science Alert гордится своей тесные и прозрачные отношения с обществом. В качестве некоммерческий издатель, мы стремимся к самым широким возможное распространение публикуемых нами материалов и на предоставление услуг высочайшего качества нашим издательские партнеры.
		Справочный центр
		Здесь вы найдете ответы на наиболее часто задаваемые вопросы (FAQ), которые мы получили по электронной почте или через контактную форму в Интернете. В зависимости от характера вопросов мы разделили часто задаваемые вопросы на различные категории.
		База данных ASCI
		Азиатский индекс научного цитирования (ASCI) стремится предоставить авторитетный, надежный и значимая информация по освещению наиболее важных и влиятельные журналы для удовлетворения потребностей мировых научное сообщество. No related posts.