DNADNA甲基化調控的MicroRNAroRNA在乳腺癌中的研究進展

鄧南星

綜述

DNADNA甲基化調控的MicroRNAroRNA在乳腺癌中的研究進展

鄧南星

南華大學腫瘤研究所，湖南衡陽421001

微小核糖核酸（miRNA）是一類內源性非編碼小RNA，長約18~25個核苷酸，其通過與特定靶mRNA結合來抑制mRNA翻譯過程，從而在轉錄后水平調節靶基因的表達水平，與惡性腫瘤的發生、發展、侵襲以及轉移密切相關。前期大量研究發現，DNA甲基化可能是調控乳腺癌中miRNA表達異常的機制，包括癌基因miRNA低甲基化激活和抑癌基因miRNA高甲基化失活，從而導致miRNA調控的下游靶基因表達異常，參與乳腺癌的發生發展。因此，本文主要就DNA甲基化調控的miRNA在乳腺癌中的研究進展作一綜述。

MicroRNA；DNA甲基化；乳腺癌

乳腺癌是目前世界上常見的惡性腫瘤之一，在中國其發病率已超過了宮頸癌，在女性惡性腫瘤中發病率居首位［1］。近年來研究發現，表觀遺傳學機制與乳腺癌的發生發展密切相關。而DNA甲基化是表觀遺傳學的核心內容。近年來許多研究表明miRNA在不同腫瘤中發揮著癌基因或抑癌基因的作用，而DNA甲基化可能是其調控機制之一［2］。還有研究發現miRNA的表達譜在正常組織和腫瘤組織間以及不同的組織類型中表達存在差異，從而可以通過miRNA的表達譜的不同來鑒別腫瘤。最近許多研究發現，在大腸癌、肝癌、乳腺癌等多種腫瘤中，miRNA的表達受到上游啟動子區域甲基化的調節作用，DNA甲基化可使miRNA表達失調［3-5］。因此，對DNA甲基化調控的miRNA的研究可能為腫瘤的診斷提供新的分子標志物和新的治療靶點。本文就近年來對DNA甲基化的miRNA與乳腺癌的關系作一綜述。

1 miRNA的結構和特點

微小RNAs（miRNAs）是一類由內源性基因編碼的長度約為18~25個核苷酸的單鏈小分子RNA，由于其本身不具有開放閱讀框（ORF），故不能編碼蛋白質，但其可通過與mRNA3'端非編碼區結合，從而在轉錄水平及轉錄后水平調控基因的表達［6-7］。由于miRNAs具有高度的保守性和特異性，從而在不同的病理生理過程中發揮著關鍵性作用，如凋亡、增殖以及腫瘤形成過程。到目前為止，已經發現了1500多個人類miRNA。這些miRNAs以特定的方式在細胞或組織中表達［8］。前期研究發現miRNA在人類腫瘤的發生發展中起著重要的作用，并且與腫瘤的生長、凋亡、侵襲以及轉移有著密切的關系［9-11］。近年來研究表明miRNA在正常組織和腫瘤組織間以及不同類型組織中表達存在差異，因此可以通過miRNA的表達譜來鑒別診斷不同的腫瘤［12-13］。

2 DNA甲基化和CpG島

1942年WaddingtonCH首次提出表觀遺傳學（epigenetics）。DNA甲基化作為表觀遺傳學重要研究內容之一，實質是一種共價化學修飾，即在DNA甲基化轉移酶（DNMTs）的作用下，胞嘧啶（C）第5位碳原子結合S-腺苷甲硫氨酸（SAM）提供的甲基（-CH2）生成5'-甲基胞嘧啶。此外，幾乎所有的甲基化都發生在對稱序列的5'-GC-3'核苷酸（CpG）上，富含CpG二核苷酸的區域，主要存在于基因的5'區域，其長度為300~3000 bp，這些結構被稱為CpG島［14］。CpG島主要位于基因的啟動子（promotor）和第一外顯子區域，約有60％以上基因的啟動子含有CpG島。DNA甲基化是一個可逆的過程，其主要依賴于DNA甲基化轉移酶（DNMTs）。在哺乳動物中，目前已確定了3種具有甲基化轉移酶活性的DNMTs［15］（DNMT1、DNMT2、DNMT3）。根據結構和功能的差異分為兩大類：分別以DNMT1和DNMT3為代表。前者主要參與甲基化狀態的維持，也是非CpG位點從頭甲基化所必需，并與甲基化狀態的延伸有關；后者包括DNMT3a、DNMT3b以及DNMT3L等，是主要的從頭甲基化酶。而DNMT2的歸屬和功能尚不十分明確。

一方面，DNA甲基化轉移酶（DNMTs）催化甲基化基團轉移到胞嘧啶，參與甲基化的形成與維持；另一方面，去甲基化又起著與DNMTs相反的作用——能使因高甲基化引起的沉默基因去甲基化而重新轉錄表達。正常情況下，非甲基化狀態的CpG島是基因轉錄所必須的并且以此形式存在于基因的啟動子內，而其異常甲基化狀態則會抑制基因轉錄。研究表明，在癌癥基因組中表觀遺傳標記的分布和水平都發生了很大的改變，這表明表觀遺傳標記改變在腫瘤形成中發揮著重要的作用［16］。啟動子區域甲基化對基因表達具有抑制作用，DNA甲基化異?？蓪е乱恍┘膊。ㄈ缒[瘤）的發生。例如基因啟動子區域過度甲基化或過低甲基化，常引起一些腫瘤抑制基因失活或正常情況下受到抑制的一些基因得到大量表達，從而導致腫瘤的發生。

3 miRNA的DNA甲基化與乳腺癌

2006年，Saito等［17］用DNMT抑制劑5-雜氮胞苷處理腫瘤細胞后發現miRNA-127表達上調，首次表明miRNA的表達變化可以由表觀遺傳學機制如DNA甲基化而引起。此后，在腫瘤學領域中關于miRNA的DNA甲基化的研究相繼開展起來。乳腺癌作為癌癥的一種也相應的受到遺傳和表觀遺傳的作用。然而，目前其確切的發病機制仍然不清楚。因此，為了提高乳腺癌的早期診斷率、尋找新的治療方法以及改善患者的生活質量，近年來對乳腺癌的研究越來越重視。

Biagioni等［18］發現，與癌旁組織相比較，microRNA-10b*在乳腺癌組織中表達下調；而且在同樣的樣本組織中，證實兩個典型的CpG島存在高甲基化。這表明，恢復microRNA-10b*在乳腺癌細胞中的表達，有望用于治療乳腺癌。還有研究發現［19］在乳腺癌細胞中miRNA啟動子區甲基化與基因的轉錄沉默密切相關。最近，Zhang等［20］通過體外小鼠模型發現，miR-126/miR-126 (*)直接抑制基質細胞衍生因子-1(SDF-1α)的表達，而且在乳腺癌細胞中由于存在Egf17基因的甲基化而導致miR-126/miR-126(*)的表達下調。許多研究表明［21］，異常miRNA的表達導致腫瘤的發生發展。表觀遺傳學的改變如異常DNA甲基化，使得miRNA的表達異常，而通過去甲基化藥物處理后，可以恢復相應miRNA的表達。最近研究表明［22］，與鄰近的非癌組織相比較，miRNA-143在大約80％的乳腺癌組織中的表達下調，然而恢復miRNA-143在乳腺癌細胞中的表達，能夠降低PTEN的高甲基化而增加TNFRSF10C的甲基化。同時，研究也證實DNMT3A是miRNA-143的直接作用靶點，此外發現乳腺癌組織中miRNA-143的表達與DNMT3A的表達成負相關。Sandhu等［23］通過對已經證實與甲基化相關的70個miRNAs進行分析發現，其中41 個miRNAs證實存在異常表達。此外，在體外功能試驗中將轉染miRNA mimics的乳腺癌細胞注入小鼠體內，恢復miRNA在乳腺癌細胞中的表達，結果發現：在腫瘤中let-7e-3p與甲基化不足相關，它誘導凋亡并降低細胞活力，而let-7e-3p低表達與預后不良有關。

基因異常DNA甲基化已經成為表觀遺傳學的研究熱點之一，由于它可以通過抑制特定的抑癌基因啟動子區域的轉錄而導致該基因表達沉默或是通過促進基因組的不穩定導致染色體的缺失［24-26］，從而促使各種惡性腫瘤的發生。然而在如今的條件下，基因異常DNA甲基化在腫瘤學領域的臨床應用中具有一定的局限性。雖然目前已有幾種檢測方法，但其檢測的敏感性和特異性尚未得到證實并且它們的作用也只是用于科學研究目的。因此，在進行臨床試驗之前仍然需要進行大量的基礎性研究。

4 展望

綜上所述，DNA甲基化的miRNA在乳腺癌中廣泛存在，且多數通過靶向調節癌基因或抑癌基因，從而在乳腺癌的發生發展中發揮著重要作用。隨著人類對甲基化的miRNA及其作用靶點研究的進一步深入，乳腺癌的發病機制將會被逐漸闡明，甲基化miRNA也有望成為乳腺癌早期診斷、治療、轉移和預后的新的分子標志物。雖然近年來人類對甲基化miRNA在乳腺癌形成過程中的作用更加重視，但有關甲基化miRNA的研究仍存在許多難點，如如何精確測定甲基化miRNA及其作用的靶點？甲基化miRNA與靶基因作用過程中其他基因有什么變化？甲基化miRNA如何應用到臨床工作中？因此，通過對乳腺癌的研究逐步揭示miRNA的作用機制有著廣闊的應用前景，將會為人類攻克腫瘤開辟新的視野。

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Research advance of DNA methylation regulation of miRNAs in breast carcinoma

Deng Nanxing
University of South China,Institute of Oncology,Hengyang 421001,China

Micrornas(miRNAs)are a class of endogenous non-coding small RNA,length of about 18~25 nucleotides,which combined with specific mRNA target for inhibition of mRNA translation process,so as to adjust to change the expression level of target gene at the post-transcriptional level and closely related to the occurrence,development,invasion and metastasis of malignant tumor.Previous researches have shown that DNA methylation may be the regulatory mechanisms of abnormal expression of micrornas in breast cancer,Including micrornas low methylation activation of oncogene and high methylation deactivation of tumor suppressor genes which can lead to abnormal expression of downstream target genes and participate in the development of breast cancer.Therefore,this article were mainly reviewed on regulation of DNA methylation of micrornas in breast cancer.

MicroRNA;DNAmethylation;breast carcinoma

2014-04-01

鄧南星，在讀碩士研究生，研究方向：惡性腫瘤的發病機制及防治，E-mail:514869019@qq.com