邓南星

综述

DNADNA甲基化调控的MicroRNAroRNA在乳腺癌中的研究进展

邓南星

南华大学肿瘤研究所，湖南衡阳421001

微小核糖核酸（miRNA）是一类内源性非编码小RNA，长约18~25个核苷酸，其通过与特定靶mRNA结合来抑制mRNA翻译过程，从而在转录后水平调节靶基因的表达水平，与恶性肿瘤的发生、发展、侵袭以及转移密切相关。前期大量研究发现，DNA甲基化可能是调控乳腺癌中miRNA表达异常的机制，包括癌基因miRNA低甲基化激活和抑癌基因miRNA高甲基化失活，从而导致miRNA调控的下游靶基因表达异常，参与乳腺癌的发生发展。因此，本文主要就DNA甲基化调控的miRNA在乳腺癌中的研究进展作一综述。

MicroRNA；DNA甲基化；乳腺癌

乳腺癌是目前世界上常见的恶性肿瘤之一，在中国其发病率已超过了宫颈癌，在女性恶性肿瘤中发病率居首位［1］。近年来研究发现，表观遗传学机制与乳腺癌的发生发展密切相关。而DNA甲基化是表观遗传学的核心内容。近年来许多研究表明miRNA在不同肿瘤中发挥着癌基因或抑癌基因的作用，而DNA甲基化可能是其调控机制之一［2］。还有研究发现miRNA的表达谱在正常组织和肿瘤组织间以及不同的组织类型中表达存在差异，从而可以通过miRNA的表达谱的不同来鉴别肿瘤。最近许多研究发现，在大肠癌、肝癌、乳腺癌等多种肿瘤中，miRNA的表达受到上游启动子区域甲基化的调节作用，DNA甲基化可使miRNA表达失调［3-5］。因此，对DNA甲基化调控的miRNA的研究可能为肿瘤的诊断提供新的分子标志物和新的治疗靶点。本文就近年来对DNA甲基化的miRNA与乳腺癌的关系作一综述。

1 miRNA的结构和特点

微小RNAs（miRNAs）是一类由内源性基因编码的长度约为18~25个核苷酸的单链小分子RNA，由于其本身不具有开放阅读框（ORF），故不能编码蛋白质，但其可通过与mRNA3'端非编码区结合，从而在转录水平及转录后水平调控基因的表达［6-7］。由于miRNAs具有高度的保守性和特异性，从而在不同的病理生理过程中发挥着关键性作用，如凋亡、增殖以及肿瘤形成过程。到目前为止，已经发现了1500多个人类miRNA。这些miRNAs以特定的方式在细胞或组织中表达［8］。前期研究发现miRNA在人类肿瘤的发生发展中起着重要的作用，并且与肿瘤的生长、凋亡、侵袭以及转移有着密切的关系［9-11］。近年来研究表明miRNA在正常组织和肿瘤组织间以及不同类型组织中表达存在差异，因此可以通过miRNA的表达谱来鉴别诊断不同的肿瘤［12-13］。

2 DNA甲基化和CpG岛

1942年WaddingtonCH首次提出表观遗传学（epigenetics）。DNA甲基化作为表观遗传学重要研究内容之一，实质是一种共价化学修饰，即在DNA甲基化转移酶（DNMTs）的作用下，胞嘧啶（C）第5位碳原子结合S-腺苷甲硫氨酸（SAM）提供的甲基（-CH2）生成5'-甲基胞嘧啶。此外，几乎所有的甲基化都发生在对称序列的5'-GC-3'核苷酸（CpG）上，富含CpG二核苷酸的区域，主要存在于基因的5'区域，其长度为300~3000 bp，这些结构被称为CpG岛［14］。CpG岛主要位于基因的启动子（promotor）和第一外显子区域，约有60％以上基因的启动子含有CpG岛。DNA甲基化是一个可逆的过程，其主要依赖于DNA甲基化转移酶（DNMTs）。在哺乳动物中，目前已确定了3种具有甲基化转移酶活性的DNMTs［15］（DNMT1、DNMT2、DNMT3）。根据结构和功能的差异分为两大类：分别以DNMT1和DNMT3为代表。前者主要参与甲基化状态的维持，也是非CpG位点从头甲基化所必需，并与甲基化状态的延伸有关；后者包括DNMT3a、DNMT3b以及DNMT3L等，是主要的从头甲基化酶。而DNMT2的归属和功能尚不十分明确。

一方面，DNA甲基化转移酶（DNMTs）催化甲基化基团转移到胞嘧啶，参与甲基化的形成与维持；另一方面，去甲基化又起着与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转录表达。正常情况下，非甲基化状态的CpG岛是基因转录所必须的并且以此形式存在于基因的启动子内，而其异常甲基化状态则会抑制基因转录。研究表明，在癌症基因组中表观遗传标记的分布和水平都发生了很大的改变，这表明表观遗传标记改变在肿瘤形成中发挥着重要的作用［16］。启动子区域甲基化对基因表达具有抑制作用，DNA甲基化异常可导致一些疾病（如肿瘤）的发生。例如基因启动子区域过度甲基化或过低甲基化，常引起一些肿瘤抑制基因失活或正常情况下受到抑制的一些基因得到大量表达，从而导致肿瘤的发生。

3 miRNA的DNA甲基化与乳腺癌

2006年，Saito等［17］用DNMT抑制剂5-杂氮胞苷处理肿瘤细胞后发现miRNA-127表达上调，首次表明miRNA的表达变化可以由表观遗传学机制如DNA甲基化而引起。此后，在肿瘤学领域中关于miRNA的DNA甲基化的研究相继开展起来。乳腺癌作为癌症的一种也相应的受到遗传和表观遗传的作用。然而，目前其确切的发病机制仍然不清楚。因此，为了提高乳腺癌的早期诊断率、寻找新的治疗方法以及改善患者的生活质量，近年来对乳腺癌的研究越来越重视。

Biagioni等［18］发现，与癌旁组织相比较，microRNA-10b*在乳腺癌组织中表达下调；而且在同样的样本组织中，证实两个典型的CpG岛存在高甲基化。这表明，恢复microRNA-10b*在乳腺癌细胞中的表达，有望用于治疗乳腺癌。还有研究发现［19］在乳腺癌细胞中miRNA启动子区甲基化与基因的转录沉默密切相关。最近，Zhang等［20］通过体外小鼠模型发现，miR-126/miR-126 (*)直接抑制基质细胞衍生因子-1(SDF-1α)的表达，而且在乳腺癌细胞中由于存在Egf17基因的甲基化而导致miR-126/miR-126(*)的表达下调。许多研究表明［21］，异常miRNA的表达导致肿瘤的发生发展。表观遗传学的改变如异常DNA甲基化，使得miRNA的表达异常，而通过去甲基化药物处理后，可以恢复相应miRNA的表达。最近研究表明［22］，与邻近的非癌组织相比较，miRNA-143在大约80％的乳腺癌组织中的表达下调，然而恢复miRNA-143在乳腺癌细胞中的表达，能够降低PTEN的高甲基化而增加TNFRSF10C的甲基化。同时，研究也证实DNMT3A是miRNA-143的直接作用靶点，此外发现乳腺癌组织中miRNA-143的表达与DNMT3A的表达成负相关。Sandhu等［23］通过对已经证实与甲基化相关的70个miRNAs进行分析发现，其中41 个miRNAs证实存在异常表达。此外，在体外功能试验中将转染miRNA mimics的乳腺癌细胞注入小鼠体内，恢复miRNA在乳腺癌细胞中的表达，结果发现：在肿瘤中let-7e-3p与甲基化不足相关，它诱导凋亡并降低细胞活力，而let-7e-3p低表达与预后不良有关。

基因异常DNA甲基化已经成为表观遗传学的研究热点之一，由于它可以通过抑制特定的抑癌基因启动子区域的转录而导致该基因表达沉默或是通过促进基因组的不稳定导致染色体的缺失［24-26］，从而促使各种恶性肿瘤的发生。然而在如今的条件下，基因异常DNA甲基化在肿瘤学领域的临床应用中具有一定的局限性。虽然目前已有几种检测方法，但其检测的敏感性和特异性尚未得到证实并且它们的作用也只是用于科学研究目的。因此，在进行临床试验之前仍然需要进行大量的基础性研究。

4 展望

综上所述，DNA甲基化的miRNA在乳腺癌中广泛存在，且多数通过靶向调节癌基因或抑癌基因，从而在乳腺癌的发生发展中发挥着重要作用。随着人类对甲基化的miRNA及其作用靶点研究的进一步深入，乳腺癌的发病机制将会被逐渐阐明，甲基化miRNA也有望成为乳腺癌早期诊断、治疗、转移和预后的新的分子标志物。虽然近年来人类对甲基化miRNA在乳腺癌形成过程中的作用更加重视，但有关甲基化miRNA的研究仍存在许多难点，如如何精确测定甲基化miRNA及其作用的靶点？甲基化miRNA与靶基因作用过程中其他基因有什么变化？甲基化miRNA如何应用到临床工作中？因此，通过对乳腺癌的研究逐步揭示miRNA的作用机制有着广阔的应用前景，将会为人类攻克肿瘤开辟新的视野。

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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

邓南星，在读硕士研究生，研究方向：恶性肿瘤的发病机制及防治，E-mail:514869019@qq.com