胃癌中DNA甲基化对microRNA调控作用的研究进展

吕鑫　许碧纯　沈薇

[摘要] microRNA（miRNA）是一类长18～22个核苷酸的内源性非编码小RNA，在转录后水平调节靶基因的表达，参与细胞生长、分化和凋亡等生物学过程，其异常表达与胃癌的发生、发展密切相关。近年研究发现，DNA甲基化可能是miRNA表达异常的调控机制。miRNA基因启动子区DNA高甲基化或低甲基化改变可使miRNA表达失调，进而导致miRNA的靶基因表达异常，参与胃癌的发生、发展。本文就DNA甲基化调控miRNA在胃癌中的研究进展作一综述。

[关键词] microRNA；DNA甲基化；胃癌

[中图分类号] R735.2 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2016）11（c）-0048-04

Research progress of microRNA DNA methylation in gastric cancer

LU Xin XU Bichun SHEN Wei

College of Basic Medicine， Shenyang Medical College， Liaoning Province， Shenyang 110034， China

[Abstract] microRNA （miRNA） is a kind of 18-22 nucleotides of endogenous non-coding small RNA， which regulates the expression of target genes at the posttranscriptional level， involves in many biological processes including cell growth， differentiation and apoptosis. The relationship between the abnormal expression of miRNA and gastric cancer has been verified. Recent researches have shown that DNA hypermethylation or hypomethylation may be the regulatory mechanisms of abnormal expression of miRNA which results in the abnormal expression of target genes and involves in the carcinogenesis of gastric cancer. Therefore， this article mainly reviewed on miRNA DNA methylation in gastric cancer.

[Key words] microRNA； DNA methylation； Gastric cancer

胃癌是世界范围内常见的消化道肿瘤之一。2011年统计报道，过去10年胃癌的发病率在男性和女性恶性肿瘤中分别居第4位和第5位[1]。表观遗传学改变在胃癌的发生、发展中发挥重要的作用，miRNA和DNA甲基化是表观遗传学的重要内容。许多肿瘤中存在miRNA异常表达，进而发挥着癌基因或抑癌基因样的作用，而miRNA异常表达的机制尚不清楚。由于部分miRNA基因启动子区CpG岛的存在，DNA甲基化可能是其调控机制之一。有研究报道，在淋巴癌、肺癌、胃癌等多种肿瘤中，miRNA基因上游啟动子区域甲基化状态改变可使miRNA表达失调[2-3]。研究其调控关系有助于深入探讨胃癌发生的表观遗传学机制，寻找胃癌靶向治疗的新靶点。本文就近年来受DNA甲基化调控的miRNA与胃癌的关系研究作一综述。

1 miRNA的功能

miRNA是一种单链的内源性非编码小RNA，长度一般为18～22个核苷酸，在RNA聚合酶Ⅱ或RNA聚合酶Ⅲ转录下，由茎环结构的转录前体加工而合成。它们广泛存在于真核生物的细胞内，参与多种生物学过程并高度保守。1993第一次被报道，在21世纪被真正的识别。研究发现，miRNA通过与靶基因3′非翻译区（3′-UTR）不完全互补结合引起靶mRNA的降解或抑制其翻译，调控基因的表达，进而在细胞的增殖、凋亡、代谢过程中发挥作用[4]。每个miRNA可以有多个靶基因，同一基因也可能被众多miRNA靶识别，由此形成复杂的调控网络，精细调控功能基因的表达。

2 DNA甲基化异常与胃癌

DNA甲基化最常见的就是CpG二核苷酸中胞嘧啶的甲基化修饰，在DNA甲基转移酶（DNA methyltransferases，DNMTs）催化下，胞嘧啶5位碳原子上发生甲基转移，生成5-甲基胞嘧啶（5-mC）。在基因组的某些区域中，通常是基因的启动子区域，5′端非翻译区和第一外显子区CpG序列密度非常高，超过均值5倍以上，成为鸟嘌呤和胞嘧啶的富集区，称之为CpG岛[5]。在正常细胞中，位于抑癌基因启动子区域的CpG岛处于低水平或未甲基化状态。在肿瘤中该区域的CpG岛呈高甲基化状态，染色质构象发生改变，抑癌基因的表达被关闭，参与肿瘤的发生。研究报道p16基因启动子区高甲基化在胃癌发生中起重要作用[6]。胃癌中胰岛素样生长因子结合蛋白-3（IGFBP-3），Ras相关结构域家族1A基因（RASSF1A）沉默与其启动子DNA甲基化有关[7-8]。最近的研究检测发现，102例胃癌标本中有丝分裂前期检查点基因（CHFR）的甲基化率为34.3%，并提示CHFR甲基化是增加抗癌药物多西紫杉醇治疗敏感性的重要因素[9]。转录因子21（TCF21）低表达与胃癌侵袭、转移及预后密切相关，异常DNA甲基化是导致TCF21低表达的重要原因[10]。DNA甲基化在胃癌的发病过程中起着重要作用，其相互关系的研究进展，将为胃癌的早期诊断、治疗、预后判断等提供新的理论基础。

3 胃癌中miRNA的异常表达

在胃癌中存在多种miRNA的异常表达，并通过不同途径调控各自靶基因的表达，发挥癌基因或抑癌基因样作用。

3.1 促癌作用的miRNA高表达

部分miRNA在胃癌组织和细胞系中的表达往往高于非胃癌组织和细胞系，通过促进肿瘤细胞的增殖、转移、侵袭等多种机制发挥其致肿瘤作用。miRNA-221及miRNA-222在胃癌组织中异常高表达，调控其靶基因p21家族成员p27、p57表达下降，促进细胞增殖[11]。而敲除胃癌细胞系SGC7901中miRNA-211、miRNA-222表达后可抑制细胞的增殖，并增加了胃癌细胞对放疗的敏感性[12]。miRNA-21在胃癌中的过度表达增加了对抑癌基因——磷酸酶张力蛋白同源物（PTEN）的抑制作用，下调程序性细胞死亡因子4（PDCD4）的表达，从而促进胃癌的淋巴结转移和血管侵袭[13-14]。有报道miR-17-5p/20a在胃癌组织中表达增高。在胃癌细胞中沉默miR-17-5p/20a表达后，诱导细胞周期的阻滞及细胞调亡，并揭示miR-17-5p/20a通过转录后调控其靶基因p21和p53诱导的核蛋白1（TP53INP1）的表达[15]。对miR-421在胃癌中表达的研究发现，进展期胃癌标本中miR-421表达明显高于正常对照组和癌前病变组，miR-421通过调节其靶基因——上皮型钙黏蛋白（E-cadherin）和半胱天冬酶-3（Caspase-3）的表达抑制胃癌细胞凋亡，促进细胞转移。miR-421的表达程度与患者预后密切相关[16]。miRNA-199a-3p在早期胃癌患者中的表达水平明显增高，而患者术后miRNA-199a-3p表达明显降低。其诊断早期胃癌的敏感度和特异度以及准确性分别为76%、74%、75%，表明其可能是比较理想的胃癌诊断标志物[17]。miR-544在胃癌中发挥癌基因样作用，在胃癌细胞中过表达miR-544能抑制其靶基因——易洛魁家族同源盒基因1（IRX1）的抑癌作用，并促进细胞增殖，参与细胞周期调控[18]。

3.2 抑癌作用的miRNA低表达

如miR-339在原发性胃癌组织中表达明显降低。在胃癌细胞中过表达miR-339可明显抑制细胞增殖、迁移、侵袭和致瘤性[19]。miR-129-5p过表达减少胃癌SGC7901/VCR和SGC7901/ADR细胞的耐药性，而下调miR-129-5p有相反的效果[20]。研究表明，miR-200b和miR-200c在胃癌标本和细胞株中表达下调，miR-200b和miR-200c水平与临床分期显著相关[21]。人胃癌组织中miR-146a/b与泛素样含PHD和环指域1基因（UHRF1）的表达呈负相关。miR-146a和miR-146b作为UHRF1的直接调控上游因子，通过靶向3′-UTR降低UHRF1的表达[22]。miR-433和miR-127在胃癌组织中的表达显著下调。而且，较低水平的miR-433和miR-127与临床胃癌患者pM或pTNM分期相关。在胃癌细胞系HGC-27中，miR-433和miR-127过表达可通过与致癌相关基因——鼠类肉瘤病毒癌基因（KRAS）和促分裂素原活化蛋白激酶4（MAPK4）相互作用抑制细胞增殖、迁移和侵袭[23]。

4 胃癌中DNA甲基化调控miRNA异常表达

miRNA的表达失调与转录失调、染色体异常和表观遗传改变有关。DNA甲基化是一种重要的基因表达调节方式，是表观遗传修饰的重要内容。近年来研究报道，启动子区CpG岛的DNA甲基化状态参与调控胃癌中miRNA的异常表达[24-34]。

4.1 DNA高甲基化与miRNA表达

DNA甲基化包括基因组总体甲基化水平降低和某些基因启动子区域发生高甲基化。CpG岛高甲基化可导致基因表达缺失。Ando等[24]于2009年首次证实DNA甲基化参与调控胃癌细胞中miRNA的异常表达，发现在多种胃癌细胞株中miR-124a-1，miR-124a-2和miR-124a-3启动子区高甲基化导致其表达下调。应用去甲基化药物5-氮杂-2′-脱氧胞苷（5-Aza-CdR）使细胞恢复了miRNAs的表达。同时作者发现，幽门螺旋杆菌感染诱导miRNA启动子甲基化，增加胃癌的发病风险。最近的报道发现，胃腺癌中启动子区高甲基化诱导miR-124a表达沉默，并证实了其新的靶基因——多胺代谢酶精胺氧化酶（SMOX）[25]。Hashimoto等[26]观察到胃癌标本及细胞中miR-181c的表達降低，5-Aza-CdR处理胃癌细胞后，miR-181c表达恢复。应用甲基化特异性PCR（MSP）和亚硫酸氢钠测序PCR（BSP）检测到miR-181c启动子区CpG岛的高甲基化状态，提示胃癌中存在miRNA-181c基因甲基化沉默，并通过靶点癌基因NOTCH4及KRAS发挥致癌作用。有报道在乳腺癌、食道癌等多种肿瘤中miR-10b发挥癌样作用，但Kim等[27]发现，胃癌中miR-10b启动子区域发生高甲基化，诱导miR-10b表达沉默，导致其靶基因——微管关联蛋白RP/EB家族成员1（MAPRE1）过表达，进而促进胃癌细胞增殖。在胃癌组织和5种胃癌细胞中检测到miR-335的低表达，应用MSP和BSP检测miR-335启动子上游CpG岛的DNA甲基化状态，结果显示miR-335表达与DNA甲基化状态呈负相关[28]。最近的研究报道发现，胃癌细胞中miR-219.2、miR-663b、miR-1237、miR-495、miR-200c和miR-141的转录受DNA甲基化调控。由于启动子区DNA高甲基化导致其表达下降。且miR-495通过调节其靶基因——肝再生磷酸酶（PRL-3）表达，参与胃癌腹膜转移的发生。在胃癌细胞中应用DNA甲基化转移酶抑制剂——地西他滨可恢复miR-200c和miR-141的表达，为地西他滨在胃癌治疗中的应用提供了有力的证据[29-31]。

4.2 DNA低甲基化與miRNA表达

肿瘤基因组广泛低甲基化的程度与肿瘤恶性程度密切相关，其作为生物学指标具有一定的诊断价值。部分miRNA基因启动子区的异常低甲基化诱导其表达增加，发挥对靶基因的抑制作用，促进肿瘤的发展转移。Tsai等[32]报道，胃癌组织中miRNA-196b基因启动子区CpG岛呈低甲基化状态，提示其为miRNA-196b表达异常增加的机制之一。体外实验证实，胃癌细胞中miRNA-196b基因启动子区高甲基化处理，抑制miRNA-196b转录激活。研究发现胃癌组织中miRNA-210表达升高，检测其启动子区CpG岛呈低甲基化状态。miRNA-210通过抑制其靶基因——与sprouty相关的细胞膜蛋白（SPRED2）表达，促进胃癌细胞迁移[33]。新的研究报道证实胃癌组织及患者血浆中miR-106a表达明显升高，并与胃癌的淋巴转移和分期相关。MSP检测表明与癌旁组织比较，胃癌组织中miR-106a的基因启动子区CpG岛甲基化率显著降低[34]。

5 展望

综上所述，DNA甲基化可能是胃癌中miRNA表达异常的调控机制。miRNA基因启动子区异常高甲基化或低甲基化状态，可使miRNA表达失调，进而发挥癌基因或抑癌基因样的作用，参与胃癌的发生、发展。随着对甲基化的miRNA及其作用靶点研究的进一步深入，其为胃癌的表观遗传修饰提供了新的研究方向。DNA甲基化是一种可逆的表观遗传学修饰方式，甲基化miRNA也有望为胃癌的靶向治疗开辟崭新的领域。

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（收稿日期：2016-08-20 本文編辑：王红双）