DNADNA甲基化調(diào)控的MicroRNAroRNA在乳腺癌中的研究進(jìn)展

鄧南星

綜述

DNADNA甲基化調(diào)控的MicroRNAroRNA在乳腺癌中的研究進(jìn)展

鄧南星

南華大學(xué)腫瘤研究所，湖南衡陽(yáng)421001

微小核糖核酸（miRNA）是一類內(nèi)源性非編碼小RNA，長(zhǎng)約18~25個(gè)核苷酸，其通過(guò)與特定靶mRNA結(jié)合來(lái)抑制mRNA翻譯過(guò)程，從而在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)水平，與惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、侵襲以及轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。前期大量研究發(fā)現(xiàn)，DNA甲基化可能是調(diào)控乳腺癌中miRNA表達(dá)異常的機(jī)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(dǎo)致miRNA調(diào)控的下游靶基因表達(dá)異常，參與乳腺癌的發(fā)生發(fā)展。因此，本文主要就DNA甲基化調(diào)控的miRNA在乳腺癌中的研究進(jìn)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(guó)其發(fā)病率已超過(guò)了宮頸癌，在女性惡性腫瘤中發(fā)病率居首位［1］。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，表觀遺傳學(xué)機(jī)制與乳腺癌的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。而DNA甲基化是表觀遺傳學(xué)的核心內(nèi)容。近年來(lái)許多研究表明miRNA在不同腫瘤中發(fā)揮著癌基因或抑癌基因的作用，而DNA甲基化可能是其調(diào)控機(jī)制之一［2］。還有研究發(fā)現(xiàn)miRNA的表達(dá)譜在正常組織和腫瘤組織間以及不同的組織類型中表達(dá)存在差異，從而可以通過(guò)miRNA的表達(dá)譜的不同來(lái)鑒別腫瘤。最近許多研究發(fā)現(xiàn)，在大腸癌、肝癌、乳腺癌等多種腫瘤中，miRNA的表達(dá)受到上游啟動(dòng)子區(qū)域甲基化的調(diào)節(jié)作用，DNA甲基化可使miRNA表達(dá)失調(diào)［3-5］。因此，對(duì)DNA甲基化調(diào)控的miRNA的研究可能為腫瘤的診斷提供新的分子標(biāo)志物和新的治療靶點(diǎn)。本文就近年來(lái)對(duì)DNA甲基化的miRNA與乳腺癌的關(guān)系作一綜述。

1 miRNA的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

微小RNAs（miRNAs）是一類由內(nèi)源性基因編碼的長(zhǎng)度約為18~25個(gè)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(zhì)，但其可通過(guò)與mRNA3'端非編碼區(qū)結(jié)合，從而在轉(zhuǎn)錄水平及轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因的表達(dá)［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(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用，如凋亡、增殖以及腫瘤形成過(guò)程。到目前為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了1500多個(gè)人類miRNA。這些miRNAs以特定的方式在細(xì)胞或組織中表達(dá)［8］。前期研究發(fā)現(xiàn)miRNA在人類腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起著重要的作用，并且與腫瘤的生長(zhǎng)、凋亡、侵襲以及轉(zhuǎn)移有著密切的關(guān)系［9-11］。近年來(lái)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(dá)存在差異，因此可以通過(guò)miRNA的表達(dá)譜來(lái)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(xué)（epigenetics）。DNA甲基化作為表觀遺傳學(xué)重要研究?jī)?nèi)容之一，實(shí)質(zhì)是一種共價(jià)化學(xué)修飾，即在DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶（DNMTs）的作用下，胞嘧啶（C）第5位碳原子結(jié)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(fā)生在對(duì)稱序列的5'-GC-3'核苷酸（CpG）上，富含CpG二核苷酸的區(qū)域，主要存在于基因的5'區(qū)域，其長(zhǎng)度為300~3000 bp，這些結(jié)構(gòu)被稱為CpG島［14］。CpG島主要位于基因的啟動(dòng)子（promotor）和第一外顯子區(qū)域，約有60％以上基因的啟動(dòng)子含有CpG島。DNA甲基化是一個(gè)可逆的過(guò)程，其主要依賴于DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶（DNMTs）。在哺乳動(dòng)物中，目前已確定了3種具有甲基化轉(zhuǎn)移酶活性的DNMTs［15］（DNMT1、DNMT2、DNMT3）。根據(jù)結(jié)構(gòu)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(tài)的維持，也是非CpG位點(diǎn)從頭甲基化所必需，并與甲基化狀態(tài)的延伸有關(guān)；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(zhuǎn)移酶（DNMTs）催化甲基化基團(tuán)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)錄表達(dá)。正常情況下，非甲基化狀態(tài)的CpG島是基因轉(zhuǎn)錄所必須的并且以此形式存在于基因的啟動(dòng)子內(nèi)，而其異常甲基化狀態(tài)則會(huì)抑制基因轉(zhuǎn)錄。研究表明，在癌癥基因組中表觀遺傳標(biāo)記的分布和水平都發(fā)生了很大的改變，這表明表觀遺傳標(biāo)記改變?cè)谀[瘤形成中發(fā)揮著重要的作用［16］。啟動(dòng)子區(qū)域甲基化對(duì)基因表達(dá)具有抑制作用，DNA甲基化異?？蓪?dǎo)致一些疾?。ㄈ缒[瘤）的發(fā)生。例如基因啟動(dòng)子區(qū)域過(guò)度甲基化或過(guò)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(dá)，從而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)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(xì)胞后發(fā)現(xiàn)miRNA-127表達(dá)上調(diào)，首次表明miRNA的表達(dá)變化可以由表觀遺傳學(xué)機(jī)制如DNA甲基化而引起。此后，在腫瘤學(xué)領(lǐng)域中關(guān)于miRNA的DNA甲基化的研究相繼開展起來(lái)。乳腺癌作為癌癥的一種也相應(yīng)的受到遺傳和表觀遺傳的作用。然而，目前其確切的發(fā)病機(jī)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(zhì)量，近年來(lái)對(duì)乳腺癌的研究越來(lái)越重視。

Biagioni等［18］發(fā)現(xiàn)，與癌旁組織相比較，microRNA-10b*在乳腺癌組織中表達(dá)下調(diào)；而且在同樣的樣本組織中，證實(shí)兩個(gè)典型的CpG島存在高甲基化。這表明，恢復(fù)microRNA-10b*在乳腺癌細(xì)胞中的表達(dá)，有望用于治療乳腺癌。還有研究發(fā)現(xiàn)［19］在乳腺癌細(xì)胞中miRNA啟動(dòng)子區(qū)甲基化與基因的轉(zhuǎn)錄沉默密切相關(guān)。最近，Zhang等［20］通過(guò)體外小鼠模型發(fā)現(xiàn)，miR-126/miR-126 (*)直接抑制基質(zhì)細(xì)胞衍生因子-1(SDF-1α)的表達(dá)，而且在乳腺癌細(xì)胞中由于存在Egf17基因的甲基化而導(dǎo)致miR-126/miR-126(*)的表達(dá)下調(diào)。許多研究表明［21］，異常miRNA的表達(dá)導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生發(fā)展。表觀遺傳學(xué)的改變?nèi)绠惓NA甲基化，使得miRNA的表達(dá)異常，而通過(guò)去甲基化藥物處理后，可以恢復(fù)相應(yīng)miRNA的表達(dá)。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(dá)下調(diào)，然而恢復(fù)miRNA-143在乳腺癌細(xì)胞中的表達(dá)，能夠降低PTEN的高甲基化而增加TNFRSF10C的甲基化。同時(shí)，研究也證實(shí)DNMT3A是miRNA-143的直接作用靶點(diǎn)，此外發(fā)現(xiàn)乳腺癌組織中miRNA-143的表達(dá)與DNMT3A的表達(dá)成負(fù)相關(guān)。Sandhu等［23］通過(guò)對(duì)已經(jīng)證實(shí)與甲基化相關(guān)的70個(gè)miRNAs進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，其中41 個(gè)miRNAs證實(shí)存在異常表達(dá)。此外，在體外功能試驗(yàn)中將轉(zhuǎn)染miRNA mimics的乳腺癌細(xì)胞注入小鼠體內(nèi)，恢復(fù)miRNA在乳腺癌細(xì)胞中的表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在腫瘤中l(wèi)et-7e-3p與甲基化不足相關(guān)，它誘導(dǎo)凋亡并降低細(xì)胞活力，而let-7e-3p低表達(dá)與預(yù)后不良有關(guān)。

基因異常DNA甲基化已經(jīng)成為表觀遺傳學(xué)的研究熱點(diǎn)之一，由于它可以通過(guò)抑制特定的抑癌基因啟動(dòng)子區(qū)域的轉(zhuǎn)錄而導(dǎo)致該基因表達(dá)沉默或是通過(guò)促進(jìn)基因組的不穩(wěn)定導(dǎo)致染色體的缺失［24-26］，從而促使各種惡性腫瘤的發(fā)生。然而在如今的條件下，基因異常DNA甲基化在腫瘤學(xué)領(lǐng)域的臨床應(yīng)用中具有一定的局限性。雖然目前已有幾種檢測(cè)方法，但其檢測(cè)的敏感性和特異性尚未得到證實(shí)并且它們的作用也只是用于科學(xué)研究目的。因此，在進(jìn)行臨床試驗(yàn)之前仍然需要進(jìn)行大量的基礎(chǔ)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(shù)通過(guò)靶向調(diào)節(jié)癌基因或抑癌基因，從而在乳腺癌的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。隨著人類對(duì)甲基化的miRNA及其作用靶點(diǎn)研究的進(jìn)一步深入，乳腺癌的發(fā)病機(jī)制將會(huì)被逐漸闡明，甲基化miRNA也有望成為乳腺癌早期診斷、治療、轉(zhuǎn)移和預(yù)后的新的分子標(biāo)志物。雖然近年來(lái)人類對(duì)甲基化miRNA在乳腺癌形成過(guò)程中的作用更加重視，但有關(guān)甲基化miRNA的研究仍存在許多難點(diǎn)，如如何精確測(cè)定甲基化miRNA及其作用的靶點(diǎn)？甲基化miRNA與靶基因作用過(guò)程中其他基因有什么變化？甲基化miRNA如何應(yīng)用到臨床工作中？因此，通過(guò)對(duì)乳腺癌的研究逐步揭示miRNA的作用機(jī)制有著廣闊的應(yīng)用前景，將會(huì)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(fā)病機(jī)制及防治，E-mail:514869019@qq.com