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乳腺癌与抑癌基因甲基化及MicroRNA的研究进展
#综述#
乳腺癌与抑癌基因甲基化及MicroRNA的研究进展
林帅,吴诚义
收稿日期:
2009-10-10
作者单位:
重庆医科大学附属第一医院内分泌外科,重庆400016作者简介:
林帅,男,硕士研究生。
E2mai:
llinshuai3410@yahoo.
com.cn
吴诚义,男,主任医师,教授,博士生导师,通讯作者。
E2mai:
lNFMWK1192@hospital2cqmu.com
摘要:
抑癌基因DNA的异常甲基化在肿瘤的发生与演进过程中起着重要作用,最近研究发现MicroRNA表达与多种癌症相关,并且受表观遗传学改变的控制。
该文对乳腺癌抑癌基因甲基化及MicroRNA和乳腺癌的发生机制及治疗的研究进展作一综述。
关键词:
乳腺肿瘤;抑癌基因;DNA甲基化;MicroRNA中图分类号:
R737.9文献标识码:
A文章编号:
1001-7399(201001-0089-05
乳腺癌的发生和发展包括基因的遗传性改变和基因的表观遗传的改变。
表观遗传学是不涉及DNA序列的变化、可遗传的基因表达调控方式。
DNA甲基化(methylation是目前研究得最清楚、也是最重要的表观遗传修饰形式。
目前深入研究发现DNA甲基化导致MicroRNA失活与大多数癌症有关,在正常细胞转化为肿瘤细胞以及肿瘤细胞侵袭性不断增强的过程中表观遗传学的改变,特别是抑癌基因DNA的异常甲基化和MicroRNA在肿瘤的发生与演进过程起着重要作用。
本文就乳腺癌抑癌基因甲基化及MicroRNA和乳腺癌的发生机制及治疗的研究现状作一综述。
1DNA甲基化
DNA甲基化是通过将S2腺苷甲硫氨酸作为甲基供体,并在DNA甲基转移酶(DNAmethyltransferase,DNMT的催化下,CpG二核苷酸中的胞嘧啶环上5.位置的氢被活性甲基所取代,从而转变成52甲基胞嘧啶(52mC。
DNA甲基化具有多方面的生理意义,正常的甲基化对于维持机体的功能是必需的,如基因印记、X染色体失活、细胞分化、胚胎发育等
[1]
。
而异常的DNA甲基化则会引发疾病甚至肿瘤的发
生,异常CpG的重新甲基化通常被认为是人类癌症发生的一个早期特征
[2]
。
常见的甲基化可分为高甲基化和低甲基化,前者指正常组织中不发生甲基化的位点被甲基化,后者是指在正常组织中发生甲基化的位点去甲基化。
低甲基化通常发生在中度和高度重复序列,包括异染色质DNA重复序列、散布的逆转录转座子(rctrotransposons和内源性逆转录病毒元件。
低甲
基化可导致染色质的不稳定性,特别是重复序列染色质结构的不稳定性,如微卫星DNA、长散布元件(IINES、Alu顺序等。
这种广泛的低甲基化会造成基因组不稳定与多种肿瘤如尿道上皮细胞癌[3],宫颈癌等的发生有关。
另外低甲基化也可发生在某些单一序列,如一些癌基因的启动区等。
启动子区低甲基化可提高基因的表达而激活癌基因,在乳腺癌中可呈现广泛低甲基化,并且随着恶性程度的增加而渐进性增加[4]。
低甲基化可能通过活化原癌基因或通过增强染色体的不稳定性而促进癌症发生。
对于整体基因组的低甲基化,一些跨越管家基因和肿瘤抑制基因启动子的CpG岛区却是高甲基化,最受关注的就是启动子区的CpG岛的高甲基化导致的抑癌基因转录沉默,这也可能是癌性增生的最初表现。
基因启动子区的CpG岛在正常状态下一般是非甲基化的,当其发生甲基化时常导致基因转录沉寂,使重要基因如抑癌基因、DNA修复基因等丧失功能,从而导致正常细胞的生长分化调控失常以及DNA损伤不能被及时修复,这与多种肿瘤形成密切相关。
Issa等[5]证实了CpG岛甲基化表型(CpGis2landmethylatorphenotype,CIMP的存在,其特征是同时存在的多种基因具有肿瘤特异性的CpG岛甲基化。
在细胞遗传过程中子代细胞拥有与亲代细胞相同的甲基状态,如果这种模式在胎儿发育时期发生紊乱会增加儿童发生瘤的易感性,在人体衰老的过程中发生改变则会增加成人发生瘤的危险性。
2抑癌基因甲基化与乳腺癌
启动子区的CpG岛的高甲基化导致的抑癌基因转录沉默,这也可能是癌性增生的最初表现。
最早报告启动子区的CpG岛的高甲基化是视网膜成神经细胞瘤抑癌基因(Rb,后来发现的CpG岛的高甲基化导致的抑癌基因BRCA1(乳腺癌的易感基因转录沉默[6,7]。
启动子区的CpG岛的高甲基化影响基因包括在细胞周期、DNA的修复、致癌物的代谢作用、细胞间的的相互作用、凋亡和血管的发生,所有这些都包括在肿瘤的发展过程中[8]。
超甲基化发生在肿瘤发展的不同阶段和不同的细胞网络,它用基因损害来达到干扰作用,这种干扰通过超甲基化灭活DNA修复基因(BRCA1启动子区的CpG岛实现。
如此看来DNA修复基因的沉默阻碍了修复基因的错误,因此打开了细胞肿瘤转移的一条道路。
最近发明的表观遗传学技术已经揭示了CpG岛的高甲基化图谱,这就意味着确定肿瘤启动子区的100~400个CpG岛的高甲基化的出现[8]。
抑癌基因一方面通过突变,缺失并与癌基因协同作用导致乳腺癌形成;另一方面在不改变
DNA核苷酸序列,通过碱基修饰导致基因表达的改变,并可通过细胞分裂、增殖而遗传,导致乳腺癌形成的分子基础。
为研究乳腺癌形成的分子基础拓展了另一条道路。
甲基化
的DNA是突变热点及DNA的异常甲基化可使抑癌基因(TSG的表达失活已被广泛接受。
抑癌基因启动子区甲基化可导致转录沉默而失活,故检测肿瘤及其前驱病变中的抑癌基因启动子区甲基化状态可以探讨抑癌基因在肿瘤发生中的作用。
研究抑癌基因甲基化状况,有助于阐明乳腺癌发生发展可能机制。
下面介绍几种主要抑癌基因甲基化与乳腺癌的关系。
2.1p161976年初发现,定位于9p21,全长815kb有3个外显子和2个内含子。
p16是人类肿瘤中最常见的抑癌基因,是细胞周期蛋白激酶抑制剂,它通过结合并抑制细胞周期依赖的蛋白激酶CDK4和CDK6,使Rb磷酸化程度降低来调控细胞通过G
1
期。
在人乳腺上皮细胞(HMEC中,p16基因CpG岛的逐步甲基化使其逐渐失活,从而促使HMEC
突破增生抑制期(M
因此检测p16甲基化沉默有助于判断乳腺肿瘤的发生。
关于p16基因失活和甲基化的关系,在肿瘤细胞系中研究很多。
Wong等[9]用甲基化特异聚合酶链反应(MPCR研究了p16基因CpG岛中47个CpG双核苷酸的甲基化状态,发现p16基因CpG岛中3个不同区域的CpG双核苷酸初始甲基化与p16基因转录抑制,从而使HMEC
越过M
期有关,该现象支持p16基因启动子区域甲基化使p16永久沉默这一假说。
2.2BRCA1BRCA1是乳腺癌及卵巢癌特异性抑癌基因,定位于17q21,迄今为止,BRCA1在散发性乳腺癌中尚未发现体细胞突变,仅在极少量的散发性卵巢癌中发现突变。
并且在很多情况下,散发性乳腺癌BRCA1基因序列完整,但mRNA水平却下降。
提示在散发性乳腺癌中BRCA1除基因突变和杂合性丢失(1ossofheterozygosity,LOH外尚有其他机制。
研究发现DNA甲基化可能是BRCA1在散发性乳腺癌中表达下降或缺失的一种机制。
Esteller等[10]在84例无选择性原位乳腺癌组织中检出11例(13%BRCA1基因异常甲基化,且与髓样癌、黏液腺癌组织分型相关。
Showa等[11]报道BRCA1基因启动子甲基化与乳腺癌分级有关,BRCA1基因启动子甲基化使该基因失活,导致乳腺癌患者恶性程度高。
此外,由于甲基化的胞嘧啶可自发的脱氨基而突变为胸腺嘧啶,因此异常甲基化是家族性乳腺癌中BBCA1突变的重要机制。
2.3142323R基因142323R抑癌基因(也叫epithelialmarker,HME1定位于1p35,它的主要功能是参与DNA损伤
后修复,使细胞周期停滞于G
2期,是负责G
2
细胞周期检查
点的基因家族成员为CDK抑制因子。
随着表观遗传学研究的深入,发现基因启动区甲基化是142323R基因失活的主要机制之一。
在原发性膀胱癌、结肠癌和乳腺癌中142323cr基因表达下调,原因是该基因第一外显子区高度甲基化,而不是杂合型缺失、基因突变等。
142323R抑癌基因改变与乳腺癌的发生的关系极为密切。
研究发现142323R在乳腺癌中有着较高的甲基化频率[12,13]。
Umbricht等[14]发现乳腺癌变过程中142323R基因启动子甲基化频率不同,25例浸润性乳腺癌病例24例高甲基化。
这些都表明在散发性乳腺癌中,142323R基因启动子甲基化改变是转录下降乃至失活的重要原因。
研究142323R甲基化与其转录的关系,有助于阐明散发性乳腺癌中抑癌基因失活的表观遗传机制。
2.4RASSF1A基因Ras相荚区域家族1A(Rasassocia2tiondomainfamily1A,RASSF1A是2000年发现的一种新型候选抑癌基(tumorsuppressorgene。
TSG。
近年来的大量研究表明RASSF1A的失活在肺癌、乳腺癌、胃肠道肿瘤等多种实体瘤的发生、发展中起着重要作用。
由于3p2113区域等位基因缺失(allelicloss的现象,提示这一区域可能含有抑癌基因,对多种肿瘤的发生都能起到抑制作用。
Dammann等[15]通过甲基化特异性聚合酶链反应(methylatlonspecificPCR,MSP分析发现5种细胞株中RASSFIA基周均发生了启动子区域CpG岛的异常甲基化,而突变分析则未发现RASSF1A基因的突变。
应用适当浓度的甲基化抑制剂52氮杂22c2脱氧胞苷(52aza22c2deoxycytidine,52AzaCdR处理上述细胞株,4天后可以观察到RASSFIA的重新表达,提示异常甲基化是乳腺癌中RASSFIA失活的重要机制。
Burbee等[16]的研究也取得了类似的结果和结论。
他们发现RASSF1A在正常乳腺上皮细胞中100%表达,而在60%(15/25的HTB和HCC系列乳腺癌细胞株中则表达缺失。
可见异常甲基化导致的RASSF1A基因失活在乳腺癌的发生中起着重要作用。
2.5TIMP3基因TIMP3基因位于人类染色体22q121121312上,编码一种组织金属蛋白酶抑制物3(tissueinhibitorsofmetalloproteinases23,TIMP3的蛋白质。
该蛋白在细胞外合成后被分泌到细胞内基质中,具有抑制组织中的基质金属蛋白酶(matrixmetalloproteinases,MMPs的活性。
MMPs是一种细胞外基质降解酶,具有促进肿瘤生长、浸润和转移的作用。
因此,肿瘤中或其周围组织内的MMPs和TIMP3失去平衡(MMPs增加或TIMP3减少将可能导致和促进肿瘤浸润和转移。
在乳腺癌中,TIMP23的表达缺失与其启动子区域的甲基化程度增高有关,而正常乳腺组织却未发现TIMP23基因甲基化。
杨举伦等[17]的研究结果显示,在MCF10模型的增生细胞系、癌前细胞系、导管内癌细胞系、浸润癌细胞系和转移癌细胞系中,TIMP3基因启动子区均呈高度甲基化状态,提示TIMP3基因失活不仅在乳腺癌的浸润中起作用,而且在乳腺癌的发生中起作用,可能是早期诊断乳腺癌和判断乳腺癌预后的潜在分子生物学标记。
2.6APC基因结肠腺瘤性息肉病基因(adenomatouspol2yposisco,liAPC是1986年发现的抑癌基因位于人类染色体5q21上,长约900kb,开放读码区8535bp,由15个外显子组成,编码由2843个氨基酸组成的相对分子质量为3@105的蛋白质。
研究发现,APC基因启动子1A高度甲基化及其所致的转录沉默不仅存在于结直肠腺瘤、散发性结直肠腺癌及癌旁组织中,也存在于遗传性乳腺癌、散发性乳腺癌及部
分乳腺癌细胞系,提示APC基因启动子区甲基化不仅与结直肠癌的发生有关,还可能与乳腺癌的发生有关。
Virmani等[18]在44%(34/77的乳腺癌组织和乳腺癌细胞系中检测到APC基因1A启动子异常甲基化,提示这种异常甲基化可能与乳腺癌的发生有关。
APC基因是与肿瘤发生发展相关的抑癌基因,其变异可导致B2catenin在胞清内聚集并转位到细胞核内启动细胞增殖相关基因的转录,引起Wnt信号通路异常,导致肿瘤发生发展。
2.7RUNX3基因RUNX3基因最初被命名为急性髓性白细胞2基因,后被称作为多瘤病毒强化因子结合蛋白2基因,核心结合因子A3基因位于人1号染色体断臂三区6带(1p3611。
RUNX3蛋白负责TGF2B信号通路下游的一个转录因子。
当RUNX基因表达受抑制时,影响TGF2B信号通路的转导,从而诱导肿瘤的发生,目前研究已经发现许多肿瘤中存在RUNX3失活,其失活的机制主要为基因启动子区域CpG岛的甲基化。
启动子所含的CpG岛的5c2mc会阻碍转录因子复合体与DNA结合,导致基因失活。
杜金荣等[19]对40例乳腺浸润性导管癌和乳腺增生病组织的检测中发现40例乳腺浸润性导管癌组织中RUNX3基因启动子甲基化频率是4715%,15例乳腺增生病组织中均未发现甲基化,表明RUNX3基因启动子甲基化参与了乳腺癌的发生。
3MicroRNA
表观遗传学和miRNAs在将来是两个很重要的研究方向,它们之间关系才刚刚被了解。
MicroRNA又称miRNA,微RNA,即为长度为22nt左右的5c端带磷酸基团、3c端带羟基的非蛋白编码的调控小RNA家族。
它是含有茎环结构的miRNA前体,经过Dicer加工之后的一类非编码的小RNA分子(21223个核苷酸。
MicroRNA在细胞的生长和发育过程的调解过程中起着多种作用,目前只了解到一小部分MiRNA,最近的研究发现miRNA与肿瘤的形成,癌症发生密切相关。
miRNA一方面有癌基因作用,比如敲掉致癌miR2NAmiR221能够触发培养的恶性胶质瘤细胞凋亡[20]。
其他的致癌的miRNAs也存在,比如乳腺癌中MiR2155较正常组织高表达[21]。
这些致癌miRNAs能够作为治疗癌症的重要靶点,敲掉这些miRNAs能够阻止癌症的生长;另一方面有抑癌基因的作用,研究表明下调miRNA亚群揭示了miRNA的肿瘤抑癌功能[22,23],比如靶向miR215/miR216可使致癌基因bcl22下调,达到抑制肿瘤的目的[24]。
MicroRNAs的let-
7家族是首先证实调解原癌基因的表达,Johnson等[25]发现肺癌病人的let27表达显著降低导致Ras蛋白的高表达,这个实验证实let27MiRNA能够抑制Ras在人类肿瘤细胞系中的表达。
在肺癌中丢失或减少let27会导致Ras的过度表达,因而促进细胞的生长和肿瘤的发生,著者因此认为let27扮演着抑癌基因角色。
某些miRNA的表达状态受到癌细胞中表观遗传学改变的控制,研究发现miRNA也有CpG岛结构,从而能被DNA甲基化调解,改变miRNA的表达。
例如研究发现miRNA5c端DNA高甲基化能解释在肿瘤中下调miRNA的发生机制[26,27]。
一些新的研究也显示miRNA的表达会受到甲基化的调控,例如在肺癌中,miR921、miR2124a3、miR2148、miR2152和miR2663都发生了不同程度的甲基化异常(34%~86%。
研究人员通过分析发现这些miRNA的高甲基化与一些已知的抑癌基因的甲基化密切相关,同时利用甲基化抑制剂的作用降低某些miRNA的甲基化水平,从而可以达到使该miRNA表达上调的目的[28];在其他一些肿瘤的细胞中,人们同样观察到了miRNA表达明显地受到其启动子区甲基化的调控[29]。
毫无疑问除了缺失和突变之外,甲基化状态同样是miRNA表达异常的重要原因之一,这也就意味着miRNA启动子区的甲基化对于肿瘤的发生同样具有重要的意义。
4抑癌基因甲基化与乳腺癌的治疗
与其他治疗法不同的是表观遗传治疗不是一种方法,而是包括任何能修正导致疾病的表观遗传异常的治疗手段,狭义的表观遗传治疗目前仅限于DNA甲基化和组蛋白去乙酰化的药物治疗。
表观遗传机制造成的异常基因表达与由于基因突变造成的异常最明显的不同就是前者是可逆的而后者完全不可逆的。
故有可能用脱甲基化的因子重新表达肿瘤细胞中的DNA甲基化基因,恢复它们的功能。
由于CpG岛高甲基化导致抑癌基因转录失活是一个可以逆转的表观遗传学基因修饰过程,该逆转(CpG岛去甲基化可直接恢复抑癌基因功能。
因此通过逆转启动子的甲基化,可使沉默的基因重新表达,这成为一条肿瘤治疗新靶点有希望的治疗途径[30]。
目前有许多药物被证明具有改变DNA甲基化模式,并且部分药物正在进行临床实验。
通过表观修饰的治疗,患者可能对化疗、干扰素、免疫治疗更具有敏感性。
以DNA甲基化作用为治疗靶点,低剂量的DNA脱甲基化药物已经在临床上有效的治疗一些肿瘤,如52氮杂胞嘧啶核苷(azaciti2dine,52Aza2CR和它的脱氧类似物52氮杂脱氧胞嘧啶核苷(52aza22c2deoxycy2tidine,52Aza2CdR已经证实治疗骨髓增生异常综合征和白血病[31,32]。
DNA甲基转移酶抑制剂:
52氮杂胞嘧啶核苷(azacitidine,52Aza2CR和它的脱氧类似物5-氮杂脱氧胞嘧啶核苷(52aza22c2deoxycy2tidine,52Aza2CdR是有效的DNA甲基转移酶抑制[33],它们通过DNA复制过程中取代胞嘧啶或与DNMT形成共价键抑制DNMT的两种活性途径来抑制DNA甲基化。
但是这两种药物在水溶液中不稳定且有毒性,因此在临床应用中存在局限性。
此外已有针对甲基化基因特异性治疗的研究,比如对于某些低甲基化,高表达的肿瘤相关基因(原癌基因,可以靶向诱导其启动子甲基化,使其基因沉默;另外siRNA的基因治疗,RNA干扰已成为1种特异地抑制靶基因表达的有效工具。
siRNA基因治疗成功的关键,除了建立具有高效感染效率和高度靶向的载体以外,靶点的选择也是重要因素,治疗的靶点主要包括癌基因、抗癌基因、细胞因子、协同刺激分
子以及肿瘤药物相关基因等[34]。
目前,RNAi应用于肿瘤基因治疗的主要针对肿瘤相关基因的启动子特异序列(如CpG岛设计的siRNA,可以高效地抑制靶基因的表达,降低靶蛋白的水平,干扰肿瘤细胞的正常信号传导过程,从而对肿瘤进行基因治疗。
通过DNA脱甲基化治疗意味着新的表观遗传学治疗策略值得更远的探索。
5展望
在人乳腺癌组织中,甲基化模式的异常已被观察到,包括完全甲基化、DNA甲基化转移酶活性增强、CpG岛局部DNA甲基化,其中最重要的是肿瘤组织中的肿瘤抑制基因被cpG岛甲基化阻遏。
miRNAs在癌症形成过程中的作用也逐渐被意识到,这将使miRNA可能成为疾病诊断的新的生物学标记,使得这一分子成为药靶,或是模拟这一分子进行新药研发,可能会给人类疾病的治疗提供一种新的手段。
研究DNA甲基化和miRNA将更深入的阐明乳腺癌发生的机制,并为乳腺癌的治疗提供新的靶点。
参考文献:
[1]RobertsonKD.DNAmethylationandhumandisease[J].NatRev
Genet,2005,6(8:
597-610.
[2]WilsonAS,PowerBE,MolloyPL.DNAhypomethylationandhu2
mandiseases[J].BioChimBiophysActa,2007,1775(1:
138-
62.
[3]NakagawaT,KanaiY,UshiiimaS,etal.DNAhypomethylationon
pericentromericsatelliteregionssignificantlycorrelateswithlossof
heterozygosityonchromosome9inurothelialcarcinomas[J].J
Uro,l2005,173(1:
243-6.
[4]EhrlichM.DNAmethylationincancer:
toomuch,butalsotoolit2
tle[J].Oncogene,2002,21(35:
5400-10.
[5]IssaJP.CpGislandmethylatorphenotypeincancer[J].NatRev
Cancer,2004,4(12:
988-93.
[6]HermanJG,BaylinSB.Genesilencingincancerinassociation
withpromoterhypermethylation[J].NEnglJMed,2003,349:
2042-54.
[7]EstellerM,SilvaJM,DominguezG,etal.Promoterhypermethyla2
tionandBRCA1inactivationinsporadicbreastandovariantumors
[J].JNatlCancerInst,2000,92(7:
564-9.
[8]EstellerM.Cancerepigenomics:
DNAmethylomesandhistone-
modificationmaps[J].NatRevGenet,2007,8(4:
286-98.[9]WongDJ,PaulsonTG,PrevoLJ,etal.p16(INK4alesionsare
common,earlyabnormalitiesthatundergoclonalexpansioninBar2
rettcsmetaplasticepithelium[J].CancerRes,2001,61(22:
8284
-9.
[10]EstellerM,CornPG,BaylinSB,etal.Agenehypermethylation
profileofhumancancer[J].CancerRes,2001,61(8:
3225-9.[11]ShowaY,OyamaT,NakajimaT.BRCA1expressionstatusinrela2
tiontoDNAmethylationofBRCA1promoterregioninsporadic
breastcancer[J].J
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