과거 연구에 따르면 일부 miRNA의 과발현이 타겟 mRNA를 억제하고 전암병변에서 두경부암으로 진행되는 데 영향을 미친다고 알려져 있다. 전이암과 비전이암 사이의 miRNA 발현은 차이가 있으며 일부 miRNA의 발현량의 증가는 암의 예후에 영향을 미치기도 한다. 그 중 miR-10b는 두경부암세포주에서 증가되어 있고 세포 증식을 유도하는 것으로 보고되었다[5]. 또한 miR-10b는 구강암 세포의 이동 및 침습을 증가시킨다[6]. miR-21은 두경부암에서 예후인자로 연구되고 있다. miR-21은 구강암에서 세포자멸사(apoptosis)와 전이에 관여하는 programmed cell death 4 (PDCD4)를 억제한다고 밝혀졌다[7]. miR-21 증가는 구강암의 림프절 전이 단계와 상관관계가 있다[8]. 따라서 두경부암에서 miR-21의 발현은 악성 예후를 의미한다[9] miR-31은 두경부암에서 발현이 증가되어 있으며, hypoxia-inducible factor-1α (HIF-1α)를 활성화하고 factor inhibiting HIF-1을 통해 종양 발생을 증가시킨다. miR-31은 산소 공급이 충분할 때만 종양유전자로 기능한다. miR-31은 또한 구강암 초기 단계의 증식 및 종양유전성을 촉진한다고 알려졌다[10]. miR-93의 발현 증가는 두경부암의 림프절 전이와 관련이 있다[11]. 다른 암종에서 miR-93은 상피간엽이행(Epithelial-Mesenchymal Transition, EMT) 조절, 혈관 신생, 암세포와 세포외기질 사이의 유착을 방해하여 종양 침범 및 전이를 촉진한다[12]. 그러나 두경부암에서 miR-93의 표적 유전자는 아직 밝혀지지 않았다. miR-134의 높은 발현은 림프절 전이와 사망률에 연관이 있으며, 이는 종양 억제인자인 WW domain-containing oxidoreductase (WWOX) 유전자를 표적화하여 miR-134 기능변화와 관련이 있다. miR-155는 종양 촉진 miRNA로서 림프종 및 여러 고형 종양에서 강력한 oncomiR 역할을 한다. 두경부암에서 miR-155의 증가는 조직학적 병기와 상관관계가 있으며 잠재적 예후인자로 사용될 수 있다[13]. miR-155-5p는 종양의 전이 및 악성 예후와 관련이 있으며 miR-155-5p 억제제는 suppressor of cytokine signaling 1 (SOCS1)을 활성화하여 signal transducer and activator of transcription (STAT3)의 활성화를 감소시킨다[14]. miR-181b는 림프절 전이가 있는 구강암 환자에서 발현도가 높다[15]. 이전 연구에 따르면 miR-181은 구강 백반증이 이형성증 이후 침습성 암종으로 진행되는 동안 증가되었다[16]. 두경부암에서 miR-211은 transforming growth factor β type II receptor (TGFβRII)를 표적으로 하여 종양 침범 및 전이를 촉진한다. 두경부암의 전이 중 발현되는 miR-211과 TGFβRII 사이에는 역 상관관계가 있다[17]., 이전 연구에서는 miR-211이 정상 조직에 비하여 구강암 조직에서 N2 stage 림프절 전이 및 혈관 침범이 관찰될 때 유의미하게 발현된 것으로 나타났다[18]. miR-223은 종양발생에 중요한 역할을 하며 그 기능은 암 유형에 따라 다르다. 조혈성 악성종양에서 miR-223의 수치가 감소하는 것이 관찰되었지만, 여러 유형의 두경부암에서는 오히려 miR-223의 발현 증가가 나타났다[19]. 두경부암 촉진 miRNA에 대하여 Table 1에 정리하였다.

일반적으로 두경부암에서 암 억제 miRNA는 감소되어 있다. 문헌 리뷰에 따르면 miR-1은 두경부암에서 감소된다. miR-1은 세포 이동과 침습을 매개하는 유전자 Transgelin 2 (TAGLN2)를 표적해서 두경부암의 전이를 억제할 수 있는 것으로 나타났다[20]. let-7d는 let-7 miRNA 군의 일종으로 RAS 단백질 군을 포함하는 신호 전달네트워크의 교란으로 종양 억제제 역할을 한다[21]. 구강암 조직, 국소 및 원격 전이 림프절에서 let-7d 발현 감소가 보고되었다[22,23]. 결국, 두경부암에서 let-7d 발현이 감소하면 예후가 좋지 않다. miR-17과 miR-20a는 모두 진행된 구강암에서 하향 조절되며, 이들의 발현 수준은 진행된 TNM 병기와 림프절 전이에 의해 음성적으로 조절된다[24]. miR-29 계열은 두경부암 조직 및 세포주에서 유의하게 하향 조절되어 laminin γ2 (LAMC2) 및 α6 integrin (ITGA6)을 통해 두경부암의 전이에 기여함을 시사한다[25]. 이전 연구에서 EMT 과정에 기여하는 TGF-β 신호 전달이 miR-29 패밀리의 발현을 억제하고 세포외기질 extracellular matrix 구성 요소의 발현을 촉진한다는 것을 입증되었다[26]. miR-34b는 Snail을 타깃으로 하여 EMT에서 중요한 역할을 한다[27]. 두경부암에서 miR-34 b/c는 감소되어 있다. 그러나 표적 유전자는 아직 확인되지 않았다[28]. miR-34의 종양 억제 역할은 cyclin 의존성 키나아제 4 (cyclin dependent kinase, CDK4) 및 CDK6와 같은 세포주기 단백질의 발현, BCL 2 및 전이와 관련된 항세포자멸단백질(MET, Notch, MYC 및 AXL)의 발현에 영향을 주는 표적 mRNA와 밀접한 연관이 확인되었다. 또한, 두경부암세포주에서 miR-99 family의 이소성 형질 감염은 세포 이동을 감소시키며, 이는 miR-99 family가 IGF1R 및 mTOR 신호 전달 경로를 표적으로 함으로써 종양 억제인자로서의 역할을 시사한다[19]. miR-125b는 기질 matrix metalloproteinase-13 (MMP13)의 하향 조절을 통해 피부암에서 암세포의 증식, 이동 및 침투를 억제함으로써 종양 억제에도 역할을 하는 것으로 나타났다[29]. miR-125b는 구강암 세포의 증식을 유의미하게 감소시킨다[30]. miR-126은 vascular endothelial growth factor (VEGF)-A의 음성 조절기이며 구강암 환자에서 림프절 전이를 유도한다. 따라서 miR-126의 하향 조절은 VEGF-A와 basic fibroblast growth factor (bFGF)를 표적으로 하여 혈관신생 및 림프관신생을 유도 한다[31]. miR-133a는 두경부암에서 종양 억제제로 기능하며 두경부암 조직에서 유의미하게 하향 조절된다[32]. 다기능 분자 조절기인 miR-138은 구강암에서 자주 하향 조절되는데, 이는 protooncogene인 GNA12 mRNA를 표적화하여 암세포 증식 및 침범을 강화한다[33]. 또한 miR-138은 RhoC와 ROCK2 를 표적으로 하여 두경부암 세포 내 세포 이동 및 침입을 조절한다[34]. miR-153은 EMT를 억제하고 세포의 중간엽 표현형을 상피세포로 되돌리며 세포 침습 능력을 감소시킨다. miR-153의 낮은 발현도는 SNAI1과 ZEB2를 타깃으로 한 구강암 전이현상과 관련이 있다[35]. miR-200 군은 ZEB1/ZEB2를 표적화하여 EMT 및 종양 세포 이동을 억제할 수 있다[36]. 두경부암 환자의 국소 림프절에서 miR-200c의 발현 수준이 감소되었으며, 일차 종양에서 BMI1의 발현 증가와 관련이 있다[37]. miR-200 계열은 종양 전이와 혈관 신생과 관련된 단백질의 발현을 조절하며, 암에서 감소되는 miRNA이다. miR-222는구강암에서 종양 억제제로 작용하며, 표적 SOD2 mRNA를 통해 MMP1 발현을 간접적으로 조절함으로써 종양 침범과 전이를 억제한다[38]. 두경부암에서 miR-363은 protooncogene인 podoplanin (PDPN)의 하향 조절에 의해 전이를 억제한다[39]. 낮은 miR-375 발현 수준은 두경부암 환자의 예후 불량 및 원격전이와 관련이 있다[40]. 또한 암 말기에 miR-375 의 낮은 발현 수준은 구강암 세포의 침습력 및 전이와 상관 관계가 있다[41]. 두경부암 억제 miRNA에 대하여 Table 2에 정리하였다.

miRNA는 세포에서 분비되어 혈액, 타액 및 소변을 포함한 다양한 체액에서 발견되며 정량화 할 수 있고 매우 안정적인 특징이 있다. 이러한 이유로 암을 포함한 모든 질병에 대한 비침습적 바이오마커로서 이상적이며, 특히 타액에서 검출될 수 있기 때문에 두경부암을 검출하고 예후를 판단하는 진단 도구가 될 수 있다. 예를 들어 miR-125a와 miR-200a는 건강한 대조군에 비해 구강암 환자의 침에서 과소 발현된다[42]. 또한 miRNA 발현양상이 두경부 각 부위마다 다르고 조직의 발달 기원을 반영하며 양성 종양, 비종양성 병변 및 정상 조직과 암을 구별할 수 있다. 예를 들어 miR-221과 miR-375의 발현비는 높은 특이성과 민감도를 가지며 정상 조직으로부터 종양을 구별하는 데 사용될 수 있다[43]. 또한 miRNA는 전이 암의 원발 부위를 예측하는 데에도 도움이 된다. 두경부 부위에서는 전이 암의 최대 10%에서 원발 부위가 불확실한 경우가 있으며, 이 경우 원발 부위를 알면 방사선치료 시 범위 감소와 같은 구체적인 치료요법 적용을 통하여 질병의 합병증을 최소화할 수 있다[44]. miRNA 발현 프로파일은 양성 종양 및 질환으로부터 암을 구별하고 두경부 부위의 알려지지 않은 원발암의 위치를 예측하는 진단 도구로 사용될 수 있다[44]. 두경부암에서 miR-205와 let-7d의 발현 수준 감소는 국소 재발 가능성이 더 높고 생존기간이 짧아지는 것과 유의미하게 관련이 있다[23]. 높은 수준의 miR-205를 사용하여 두경부암 림프절 전이를 확인할 수도 있다[45]. 이전 연구에서는 두경부암에서 miR-451의 낮은 발현 수준을 종양 재발의 강력한 예측 변수로 확인했다. 또한, miRNA는 잔여 암조직 제거를 위한 수술 범위를 결정하는 데에도 영향을 미칠 수 있다[46]. 이러한 연구 결과들은 miRNA의 발현 변화가 두경부암의 진단 및 예후에 대한 유망한 지표가 될 수 있음을 보여준다.

인간유두종 바이러스(human papillomavirus, HPV)가 있는 두경부암은 분자 메커니즘과 임상 예후 모두에서 HPV 없는 두경부암과 상당히 구별된다[47]. miRNA 발현 패턴은 두경부암환자의 HPV 상태와 관련이 있는 것으로 밝혀졌다. HPV miRNA 그룹이 확인되었으며, 그 중 miR-15a/miR-16/ miR195/miR-497 계열, miR-143/miR-145 및 miR-106-363 클러스터는 HPV의 경로 형성에 중요한 역할을 하는 것으로 보인다[48]. 두경부암 종양 미세환경이 종양 세포와 종양 미세 환경 사이의 교류를 통해 방사선 치료에 대한 종양 반응을 조절할 수 있으며, 특히 HPV 양성 두경부암 엑소좀에서 풍부하게 발견된 miR-9는 염증 및 선천 면역에 관여하는 peroxisome proliferator-activated receptor의 하향조절을 통해 M1 대식세포 양극화를 유도하는 대식세포에 들어갈 수 있으며 높은 miR-9은 HPV 양성 두경부암을 방사선 치료에 더 민감하게 만들었고, 추가 생존 분석에서 miR-9의 증가가 예후 개선과 긍정적인 상관관계가 있음을 시사했다[49].

miRNA는 예후 및 진단 바이오마커로 이용될 뿐 아니라 치료제로 이용될 수 있다[48]. miRNA는 수많은 다른 분자와 상호작용함으로써 많은 생물학적 활성을 조절하기 때문에 효과적인 치료 표적이 될 수 있다[50]. 각 miRNA에 맞추어 합성한 miRNA sponges [51], miR mimics (agomiR) [52], miR길항제 (antagomiR) [53] 및 miR억제제[8]의 사용은 종양 유발 및 종양 억제 경로를 조절하여 암의 치료에 이용할 수 있다. miRNA 를 이용한 치료법의 핵심은 하향 조절된 miRNA를 대체하는 물질(miRNA mimic)을 이용하거나, 또는 과발현된 miRNA 에 결합하는 길항제(antagomiR)를 사용하여 변경된 miRNA 농도를 조절하는 것이다. 이러한 치료물질을 사용한 첫 번째 임상 시험은 만성 hepatitis C virus (HCV) 감염 환자를 대상으로 시도한 miRNA 타겟 치료제인 Miravirsen으로 임상 2상을 시행하였다. Miravirsen은 miR-122에 결합하고 억제하는 짧은 oligonucleotide이며 miR-122는 간에서 고도로 발현되며 HCV 전파를 향상시킨다[54]. 이 연구는 암에 대한 치료법은 아니었지만, 앞으로 암 치료에 miRNA 이용하는 것에 대한 많은 희망을 불러일으켰다. 일부 다른 miRNA 치료법은 전임상 및 임상시험 1기에 있지만, 몇몇 miRNA는 두경부암의 치료에 매우 적합할 것으로 기대되고 있다.

miRNA mimic을 이용하여 종양 억제 기능을 가진 miRNA 보충하기 위한 다양한 전략이 연구되고 있다. 이러한 mimic은 miRNA 짝의 기능을 모방하는 합성 유도체 올리고뉴클레오타이드 이중 가닥이다. miRNA mimic의 안정성을 증가시키고 종양표적화된 전달을 가능하게 하기 위하여 만들어진 치료제를 전신 주입 또는 국소 주입을 통해 전달될 수 있도록 여러 전달 방법이 연구되었다. 지질 나노 입자에 캡슐화된 miR-34 mimic은 가장 발전된 암의 miRNA 치료제이다. 이는 여러 고형암 및 혈액암을 대상으로 임상 1상(NCT01829971)을 시험 중이다. miR-34 mimic은 여러 전임상 연구에서 항암 치료제로서의 가능성을 보여주었다. miR-99a mimics은 구강암세포주에서 세포사멸을 유도함으로써 세포 증식을 감소시키는 것으로 나타났다[55]. 또한 miR-100의 복원은 두경부암세포주의 세포사멸을 증가시킴으로써 세포 이동과 증식을 억제하는 결과를 초래했다[19]. 마찬가지로, 암세포들에서 miR-1e를 transfection 후 뚜렷한 세포 주기 억제와 세포 사망을 보여주었다[20].

Antisense oligonucleotides (ASOs), locked 핵산(locked nucleic acids) 또는 antagomiRs에 기초한 antimiRs를 사용하여 oncomiRs의 억제하는 것 또한 항암치료로 이용될 수 있다. AntagomiRs는 숙주 miRNA의 억제를 위해 일반적으로 사용된다[50]. 이러한 AntagomiRs는 두경부암에서 miRNA의 증가로 인한 효과를 억제시킨다. 즉, antagomir-155는 miRNA-155를 과도하게 발현하는 KB 세포에서 세포 생존력 감소와 세포 사망을 유발한다[53]. AntimiRNAs oligonucleotides (AMOs)로 miRNA-21을 억제했을 때 구강암 세포주에서 세포사멸 증가, 생존 제한, 증식이 관찰되었다[8]. 또한 miR-21-AMO의 반복 주입 시 nude mice에서 뚜렷한 세포 자살과 세포증식 감소가 관찰되었으며, 종양을 억제하였다[8]. 두경부암에서 miRNA sponge 또는 miRNA mask는 oncomiR를 억제하는 데 사용될 수 있다. miRNA sponge는 표적 miRNA의 전체 계열에 대해 다수의 결합 부위를 갖는 mRNA를 표현함으로써 특정 miRNA의 표적 부착을 차단하여 그 효과를 억제시킨다. 반면, miRNA-masking 기술은 표적 mRNA의 3’UTR에서 miRNA 상호작용 부위에 상보적인 antisense oligonucleotides로 구성되어 특정 miR-mRNA 쌍 간의 결합을 불안정하게 하여 효과를 나타낸다[50,56]. antimiRs의 치료 가능성에 대한 초기 연구는 유방암 orthotopic 모델을 대상으로 ASOs를 이용하여 miR-10b의 성공적인 억제를 입증했다. miR-155 유발 림프종의 마우스 모델을 사용하여 doxycycline 저해로 인해 mir-155 발현이 저해됨에 따라 종양의 크기가 감소되는 것을 확인하였다. 동일 마우스 모델에서 폴리 나노 입자로 포장된 antimir-155의 전달을 통하여 종양이 감소되었기에 miR-155의 억제가 치료 가능성을 가질 수 있음을 예상할 수 있다.