乳腺癌是影响女性的最普遍的癌症,也是世界各地死亡的主要原因。世界卫生组织(世卫组织)宣布,BC的发病率每年增加约1.8% - 2%。因此,探索包括表观遗传学和营养基因组学在内的新的预防和治疗策略非常重要。表观遗传学是指基因表达和染色质结构在不改变DNA序列的情况下发生潜在变化,但仍然调节特定表现型的表达。营养基因组学决定了饮食习惯对癌症风险和肿瘤行为的影响,包括癌症的进展和抑制。染色质结构的调节是调控转录激活和抑制的重要组成部分。因此,识别癌症发展过程中基因表达变化的调控因子对于早期诊断和抑制恶性肿瘤至关重要。启动子基因的甲基化以及靶基因的microRNAs (miRNAs)和信使rna (mRNAs)之间的相互作用是表观遗传学的主要组成部分。这些过程中的任何缺陷都被认为是包括BC在内的所有人类癌症中基因和通路失调的关键机制。营养基因组和表观遗传机制可能在BC的预防和早期诊断中发挥关键作用,特别是对BC患者的密切相关的女性家庭成员。 It seems cytosine methylation in Cytosine-phosphate-Guanine dinucleotide (CpG) Islands reflects changes in balance tissues rigidity. Hypo- and hyper-methylation of CpG Islands (CGIs) play a crucial role in development of BC via up-regulation of oncogenes and down-regulation of tumor suppressor genes (TSGs). These could be the most effective mechanisms to distinguish BC from other types of cancer.
癌症,乳腺癌,营养基因组学,DNA甲基化,表观遗传学,miRNA
2018年,乳腺癌(BC)的发病率为24.2%,死亡率为15%,是女性中最常见的癌症[1]。流行病学调查表明,与一般人群相比,个体患病风险随着一、二级女性亲属诊断为BC的数量以及发病年龄的增加而增加[2,3]。
BC患者亲属患BC的风险是普通人群的2 - 4倍[4,5]。最容易理解的基因改变形式包括基因组内的突变、扩增或缺失。传统上,包括BC在内的癌症发展和进展的分子机制已经很清楚,除了改变DNA序列外,还涉及基因修饰和调控。最近,人们提出了表观遗传机制,即DNA序列没有发生变化,但基因表达模式发生改变,健康细胞基因组内的信息调节失调,导致恶性肿瘤,如癌症[6]。此外,CGIs的低甲基化和高甲基化分别通过上调癌基因和下调TSGs([7]),在BC的发展中发挥着至关重要的作用。甚至在最近,营养基因组学是研究基因调节的最新方法,饮食和肠道似乎可以导致显著的恶性肿瘤[8,9]。营养基因组学可用于了解营养物质对DNA/基因表达、蛋白质组和代谢组的影响,以及饮食-基因相互作用在维持健康状况或癌症等疾病发展中的作用[10,11]。
阐明了许多必需营养素和非必需营养素,如微量营养素
(如维生素和矿物质)、宏量营养素(如脂肪酸和蛋白质)和一些生物活性化学物质(如类黄酮、类胡萝卜素、植物甾醇、二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸)可以通过表观遗传机制调节生理和病理过程中的基因表达[12,13]。营养基因组学也可以提供新的信息,以发展细胞水平的疾病治疗和通过饮食的预防措施。尽管确定营养物质在表观遗传机制中的确切作用具有挑战性,因为饮食往往伴随着依赖的生活方式因素,如不良饮食、不适当的体重指数(BMI)、身体活动不足或缺乏,以及使用药物、酒精或烟草,但越来越多的证据表明,饮食习惯对降低癌症风险有积极作用[14,15]。研究人员指出,饮食和行为因素在约三分之一的癌症相关死亡中起着重要作用[16,17]。
在目前的研究中,我们1)讨论了DNA甲基化和miRNAs在BC发生中与癌基因激活和肿瘤抑制基因(TSG)失活相关的作用,2)强调了一些营养成分对非编码RNA和DNA甲基化的功能和结构的有益作用。我们还讨论了营养基因组学作为一种非侵入性方法的作用,以探索BC的表观遗传机制,以及在预防、治疗、早期诊断和区分各种癌症中的作用。此外,包括体液中的mirna在内的非编码rna的重要性也有待进一步阐明。
DNA甲基化是一种几乎调节基因功能和影响基因表达的表观遗传机制,因此它在细胞分化、基因表达的多样性以及几乎所有类型癌症的发生发展中都具有重要作用[18,19]。DNA甲基化是在胞嘧啶环的5-碳上加一个甲基的复制后过程,其特征是5-甲基胞嘧啶(5-mC)。这些甲基投射到DNA的主要凹槽中并抑制转录。大多数胞嘧啶甲基化发生在序列上下文5' cg3 ',几乎只发生在胞嘧啶上,紧随其后的是鸟嘌呤(CpG,胞嘧啶-磷酸-鸟嘌呤二核苷酸)[5]。当甲基从s -腺苷蛋氨酸(SAM)传递到胞嘧啶时,甲基转移酶家族催化甲基化过程。DNA甲基转移酶1 (DNMT1)负责维持已建立的DNA甲基化模式,DNMT3a和DNMT3b介导DNA从头甲基化模式的建立(图1)[20]。
图1所示。DNA甲基化。DNA甲基化是由一个甲基(CH3)基团通过DNMTs转移到胞嘧啶(C5)环的5-碳上的复制后过程,其特征是5甲基胞嘧啶(5- mc)。基因启动子中CGIs的超甲基化导致染色质结构的改变,并限制tf对基因启动子的访问,抑制基因转录和基因沉默。DNMT: DNA甲基转移酶;TF:转录因子;CpG岛
DNA甲基化可以发生在四种区域:1)重复序列,2)CGI启动子,3)CGI Shore和4)基因体(编码序列)[21]。大约60%的重复DNA序列和人类基因启动子[22]中都含有cgi。在恒定区域,CpG二核苷酸大多倾向于保持甲基化,而在基因启动子中,CpG大多不甲基化,以防止染色体不稳定。在前三种情况下,DNA甲基化通常与基因表达和转录的抑制有关。然而,DNA甲基化可以发生在基因体而不是启动子中[21,23]。
基因的表达是通过参与转录因子(TF)到基因启动子DNA[24]。然而,甲基化过程通过染色质结构的改变导致抑制,限制TF对基因启动子的访问,阻止基因的转录和表达。DNA的超甲基化导致基因沉默(图1)[20]。
DNA甲基化模式在健康细胞和癌细胞之间差异很大(图2)。例如,与健康细胞相比,癌细胞的重复元素中的5-甲基胞嘧啶总量可能少20-60%,导致染色体不稳定[21,25]。低甲基化也发生在癌细胞的特定区域DNA(启动子)中,导致潜在致癌基因的激活,以及刺激其他DNA位置的印迹丢失[25,26]。相反,DNA修复和细胞周期控制通路中心基因的CGI启动子的超甲基化与人类非常严重的肿瘤疾病相关。此外,肿瘤细胞在CGI端表达非典型的DNA甲基化,有时一种特定的酶触发甲基从甲基化DNA[27]中分离。
图2。正常细胞和癌细胞的DNA甲基化模板。(A)重复序列:重复序列中的高甲基化阻止健康细胞中的基因转录,而癌细胞中5-甲基胞嘧啶减少20 - 60%会导致染色质变形,触发基因转录。(B) CpG岛启动子:CpG岛启动子通常是低甲基化的,在健康细胞中激活转录。相反,CpG岛启动子在癌细胞中高度甲基化,导致转录失活。(C) CpG岛岸:DNA甲基化模板的机制与B中相同,只是CpG岛岸位于上游。(D)基因体:基因体中的CpG甲基化在健康细胞中禁止基因表达,但在癌细胞中被逆转,导致在几个不正确的位点启动转录
BC是一种异质性疾病,有两种主要的组织学亚型:导管型和小叶型腺癌.这些亚型因其临床表现和行为、形态和分子特征而不同[6,28]。近年来,靶基因的DNA甲基化模式被研究者认为是BC预后的生物标志物(表1)et al。检测了三个基因的状态;LHX2、WT1、OTP在原发肿瘤及邻近组织及其他健康组织中均有表达,发现原发肿瘤中异常高甲基化的频率较高(LHX2= 43.6%, WT1= 89.7%, OTP= 100%)。然而,甲基化频率在邻近健康组织和其他健康组织[29]中是中级和罕见的。德鲁et al。评估了血液样本中Line-1甲基化,发现在非西班牙裔白人女性中Line-1甲基化不足与BC风险之间存在剂量依赖性和负相关。他们还发现了三个单核苷酸多态性(SNP)基因;SLC19A1 (rs1051266), MTRR (rs10380)和MTHFR (rs1537514)与Line-1甲基化相关,MTHFR (rs1537514)也与BC[30]相关。Chimonidou等.表明在BC患者的细胞游离DNA (CF-DNA)中,与健康个体相比,CST6启动子高甲基化。因此,他们认为cst6启动子甲基化,特别是在BC患者的CF-DNA中,可能被用作BC[31]的一种新的血浆肿瘤生物标志物。拉舍尔et al。对启动子区(BRCA1、CD44、ESR1、GSTM2、GSTP1、MAGEA1、MSI1、NFE2L3、RASSF1A、RUNX3、SIX3和TFF1)、远上游区(EN1、PAX3、PITX2和SGK1)、内含子区(APC、EGFR、LHX2、RFX1和SOX9)和重复序列(线-1和卫星2)等DNA区域进行了研究,发现BC中除TFF1和MAGEA1基因区域低甲基化外,其余大部分基因区域在相邻组织中都是高甲基化的。他们还研究了6个基因区域(RASSF1, TFF1, EGFR, SGK1, LINE-1和卫星2),使用大样本量(105-129例患者和15-18例缩小乳房成形术),并表明与非癌性乳房成形术样本[32]相比,邻近的组织学健康组织中存在异常甲基化。Stefanssonet al。评估了两种生物学上不同的、具有侵袭性的BC亚型:Basal-like和Luminal-B。Basal-like和Luminal-B的DNA甲基化模式通过基因体的低甲基化和CGI启动子[33]的甲基化来区分。田et al。已经表明FOXF2水平在基底样BC亚型中增加,并作为上皮-间质转化抑制因子。他们解释说,在BC细胞中,FOXF2作为SP1的转录靶标具有一种新的功能。通过CGI的甲基化,FOXF2近端启动子区取消了SP1的结合,从而抑制了FOXF2的表达。看来,在DNA、甲基化和解除SP1与近端启动子区结合的同时,FOXF2在SP1相关的双重功能将受到抑制进展和促进增殖的影响;因此FOXF2在BC细胞[34]中的表达会被沉默。另一项研究评估了乳腺癌家族史较强的女性乳腺肿瘤的DNA甲基化谱,并基于乳腺肿瘤样本[35]从肿瘤基因组图谱(TCGA)中选择了40个高甲基化基因。他们发现,与邻近的健康组织相比,在乳腺癌样本中只有32.5%的基因(包括SEPW1、PCDHGA4、CCDC36、C1orf14、RPTOR、C1orf114、ZNF454、USP44、CSMD3、PRKAR1B、SLC7A14、SOX2OT和RYR2)被高度甲基化。因此,他们建议,在特别高的风险群体中,如家族性病例中,确定甲基化标记作为BC病例早期诊断的生物标志物,可以进行[35]检查。Dehbidet al。提示BC患者MAP9基因的高甲基化导致了这些患者一贯存在的基因表达减少。在BC中MAP9基因表达减少导致P53不稳定,从而抑制癌细胞凋亡。因此,MAP9基因的高甲基化和随后P53的不稳定可能是BC诊断[36]的有用的分子生物标志物。
表1。miRNAs, DNA甲基化和BC研究综述
参考文献 |
样品 |
方法 |
主要发现 |
DNA甲基化研究综述 |
金等, 2012 [29] |
- BC细胞系:MCF-7 (HTB-22)和MDA-MB-231 (HTB-26)。 新鲜冷冻组织标本。 -在原发肿瘤、正常组织和成对的相邻正常出现组织中甲基化状态的三个候选基因(n=39): LHX2, WT1和OTP。 |
- CpG芯片分析:MeDIA + MBD2bt -杂交图像:安捷伦DNA微阵列扫描仪分析 -亚硫酸氢盐PCR和焦磷酸测序引物:扩增基因靶区3 ~ 5个CpG二核苷酸位点。 |
-原发肿瘤中基因异常高甲基化(LHX2为43.6%,WT1为89.7%,OTP为100%),而在正常组织中不可见,在相邻配对正常组织中为中间。 - OTP基因很可能在乳腺癌的发生中起主导作用。 |
德鲁等, 2014 [30] |
- 50 884例前瞻性队列研究(294例病例和646例非病例;年龄:35 - 75年)。 - 1号线甲基化 对外周血样本和血凝块的DNA进行了评估。 |
-通过对LINE-1重复元件的焦磷酸测序测定全局甲基化。 |
-与LINE-1甲基化相关的基因中有三个SNP: MTRR (rs10380)、SLC19A1 (rs1051266)和MTHFR (rs1537514)。 - MTHFR (rs1537514)与BC风险相关。 PON1 (rs757158)与BC相关,但与甲基化无关。 |
Chimonidou等2013年,[31] |
- 233个临床样本: a)一个中试试验组:27名患者,46名已证实转移的患者和37名健康女性(献血者)。 b)独立队列:123例患者。 - BC细胞系:mcf7 (MSP阳性对照)。 |
-用嵌套MSP法评估循环cfDNA中CST6的甲基化状态。 |
与健康个体相比,BC参与者的cfDNA中CST6启动子显著甲基化。 cfDNA中的CST6启动子甲基化:被认为是BC新发现的血浆肿瘤生物标志物。 |
拉舍尔等, 2015 [32] |
- BC患者:n = 129(年龄:30-79)。 -对照组:18名未受影响、无癌症的患者。 -研究的DNA区域包括启动子、远上游区域、内含子以及LINE-1和卫星2 DNA重复序列。 |
-对来自FFPE的亚硫酸盐处理过的DNA进行焦磷酸测序 |
-除了TFF1和MAGEA1区域高度低甲基化外,大多数评估的基因区域在癌症和邻近组织中都是高甲基化的。 -证实侵袭性BC在不同基因组位置频繁发生DNA甲基化变化。 |
Stefansson等, 2015 [33] |
-样本:25个正常乳腺组织(患者肿瘤病变附近)和350个原发性浸润性乳腺肿瘤。 |
- DNA分离:酚氯仿/蛋白酶- k法。 DNA甲基化分析:Infinium HumanMethylation450 BeadChips。 -应用PyroMark Q96系统进行焦磷酸测序 评估。 |
-发现了与两种生物学上不同的BC亚型相关的特征:Basal-like和Luminal-B。 -与Luminal-B亚型相关的dna甲基化模式:CpG岛启动子甲基化。 -基底样肿瘤:基因体低甲基化。 |
田等, 2015 [34] |
-BC细胞系:MCF-7, MDAMB-453和MDA-MB-231和人类乳腺上皮细胞系:MCF-10A。 20例原发性BC组织标本(浸润性导管癌)。 -从培养细胞或冷冻组织中获得的DNA。 |
-使用SssI, HhaI和HpaII甲基化酶或不使用酶(模拟):CpG岛甲基化状态对FOXF2的影响。 -细胞增殖:3-(4,5-二甲基-噻唑-2-基)- 2,5-二苯基-溴化四唑(MTT)试验 -乳腺细胞的侵袭和迁移:分别为基质涂层Transwell和非涂层Transwell。 |
FOXF2近端启动子的CpG岛甲基化:参与BC细胞中FOXF2亚型特异性表达的调控过程。 -SP1:通过直接结合到 近端启动子区域。 - FOXF2在BC细胞中的功能和表达受DNA甲基化和SP1转录调控的复合影响。 |
吴等, 2017 [35] |
- 40例BC患者的FFPE乳腺肿瘤及邻近非肿瘤组织(有BC家族史)。 -从TCGA项目分析中选择基因。 |
- DNA甲基化:Illumina MiSEQ仪器(测量候选基因的DNA甲基化)。 |
40个基因中有13个高度甲基化。 -关于TCGA,乳腺肿瘤中SEPW1、PCDHGA4、CCDC36、C1orf14、RPTOR、C1orf114、ZNF454、USP44、CSMD3、PRKAR1B、SLC7A14、SOX2OT和RYR2的甲基化水平显著。 - 32%的检测基因:在BCFR中高甲基化(36.1%:SEPW1, 10%: RYR2)。 |
Dehbid等, 2016 [36] |
样本:30名健康妇女和30名公元前妇女。 |
-用MBST DNA提取试剂盒从200µl全血中提取DNA。 -用限制性内切酶定量PCR法检测CPG岛甲基化DNA。 |
- BC中MAP9基因的高甲基化可作为BC诊断的分子生物标志物。 |
miRNAs研究综述 |
Ng等, 2013 [39] |
- BC: n= 260(临床诊断), -正常受试者:n=170(经病理证实无BC且无其他癌症史)。 - MiRNA谱分析在四组中进行:1)BC血浆,2)正常血浆,3)肿瘤,4)邻近非肿瘤组织。 |
从组织中提取总RNA: TRIzol试剂 -从500毫升血浆中提取含有小RNA的总RNA: Trizol LS试剂和miRNeasy Mini Kit。 等离子体miRNA分析:使用TaqMan阵列人类miRNA。 -血浆miRNA定量PCR: SYBR绿色qRT-PCR法 |
- BC患者血浆中miRNA- 16、miRNA-21和miRNA-451的关键促进和miRNA-145的显著下降。 -血浆miRNA-145和miRNA-451的表面组成是预测BC的最佳标记物。 |
Cuk等, 2013 [40] |
-从80名健康的和127名散发的BC女性中提取血液样本。 -术中提供非新辅助治疗BC患者的恶性组织样本。 |
从400毫升血浆中提取总RNA: Trizol LS试剂和miRNeasy Mini Kit。 -等离子体miRNA分析:TLDA。 -所选标记候选物的验证:RT反应使用TaqMan MicroRNA RT Kit和miRNA特异性RT引物完成。 |
-4个mirna (miRNA-148b, miRNA-376c, miRNA-409-3p和miRNA-801)在BC患者血浆中显著上调。 -基于ROC曲线,只有miRNA-148b、miRNA-409-3p和miRNA-801三个mirna对BC样本和健康对照具有同等的鉴别能力。 |
如果等, 2013 [41] |
-从48例新诊断的乳腺癌中收集肿瘤组织、配对的NATs和匹配的血清样本。 其他血清标本:BC 52例,HC 20例。 |
-总RNA分离:miRNeasy迷你试剂盒和mirVana PARIS试剂盒。 - MiRNA定量:SYBR green qRT-PCR法。 |
MiRNA-92a和miRNA-21的表达可能是区分BC和HC的依据。 -循环miRNA-92a具有作为新型BC生物标志物的潜在用途。 -与BC患者的临床病理数据相比,miRNA-92a水平的降低和miRNA-21水平的升高与肿瘤大小和阳性淋巴结状态有关。 |
陈等, 2013 [42] |
-从成对的新鲜冷冻BC肿瘤、正常组织和患者血清样本中提取miRNA (n=32)。 -正常对照组血清样本(n = 22)。 -额外的BC患者血清样本(n = 132)和对照组血清样本(n = 101)。 |
- MiRNA提取:分别通过miRVana或miRNeasy试剂盒从组织或血清样本中提取。 -组织样本RNA的质量控制:安捷伦生物分析仪。 -血清样品质量控制:单次LNA RT-PCR。 |
-只有7个miRNAs在血清和肿瘤中表达上调。 miRNA-1、miRNA 92a、miRNA-133a和miRNA-133b被认为是最重要的诊断标志物。 -基于血清的与BC相关的miRNA签名已成功验证和推导。 |
Sochor等, 2014 [43] |
EBC患者血清= 63,HC= 21。 -收集血清的时间:手术前1天(时间点I),手术后14-28天任何非手术治疗前(时间点II)和第一次治疗方式后14-28天(时间点III)。在临床复发时,患者(N = 3)捐赠另一份血清样本(时间点IV)。 |
- RNA提取:miRNeasy®Mini Kit。 RT使用高容量cDNA逆转录试剂盒,并添加mirna特异性引物。 |
-手术对3种血清oncomiR (miRNA-155, miRNA-181b和miRNA-24)水平有显著影响,而辅助治疗主要降低所有4种oncomiR (miRNA-155, miRNA-181b, miRNA-24和miRNA-19a)。 |
erb等, 2015 [44] |
- MSU在病例对照队列中收集: 1) 24例未经治疗,2)新诊断为原发性BC, 3) 24例hcc。 -连续4例患者和hcc的血清样本。 |
- RNA隔离: 尿液:Norgen’s Urine microRNA纯化试剂盒,血清:Norgen’s Kit。 -预扩增:通过应用Megaplex™PreAmp引物(Human Pool A)获得miRNA-cDNA数量的扩增。 - MiRNA表达水平:应用TaqMan®MicroRNA测定法定量实时pcr。 |
-与hc相比,BC患者MiRNA-21、miRNA-125b、miRNA-451和mirna -155发生改变和调节。 -与HC相比,BC患者中MiRNA 155水平较高,而miR-21、MiRNA -125b和miR-451水平较低。 尿miRNAs可能在BC检测中发挥非侵入性创新尿基生物标志物的潜在作用。 |
下村等, 2016 [45] |
血清样本: BC= 1280, NCC= 2836,其他类型癌症= 451,非乳腺良性疾病= 63。 -样本分为:1)训练队列(ncc,其他癌症和BC) 2)试验队列(ncc和BC)。 |
-总RNA:使用液体样品试剂盒中的3D基因RNA提取试剂从300 μ L的血清样品中提取。 -综合miRNA表达分析:使用3D-Gene miRNA标记试剂盒和3D-Gene Human miRNA Oligo芯片完成。 - miRNA存在: 相应的微阵列信号大于阴性对照的(均值+ 2 ×标准差)信号。 -定量RT-PCR法:TaqMan microRNA法 |
-从血清中评估的miRNA-1246、miRNA-1307-3p、miRNA-4634、miRNA-6861-5p和miRNA-6875-5p可用于调查EBC,并将BC与胰腺/胆道/前列腺良性疾病或其他癌症区分。 |
蔡等, 2018 [46] |
第一阶段: 采用安捷伦microRNA 470探针芯片对7例年轻BC患者(肿瘤6例,正常组织4例)的10个样本进行了分析。 第二阶段: 在公元前145年,有85个候选miRNAs在4个亚组中得到验证: 1-非常年轻的BC (n=15,≤35 y) 2-年轻的公元前(n=37, 36-40岁) 3-绝经前的BC (n= 47,41 -50岁) 4-绝经后BC (n=46, bb0 50岁) |
-使用TRIzol从组织中提取总rna。 -安捷伦microRNA 470探针微阵列通过两种方式筛选出85个mirna用于qPCR: 1-肿瘤与正常乳腺组织间的折叠变化和t检验p值分别为> 1.5和< 0.05的mirna(44个)。 2-已报道的mirna 与BC相关的文献(41个miRNAs)。 |
6个mirna表达差异显著,其中2个表达下调,包括miRNA-145和miRNA-335, 4个表达上调,包括miRNA-21、miRNA-200a、miRNA-200c和miRNA-141。 -此外,在每一分组中分别发现了下列情况: 1-在非常年轻的BC中,3个mirna (miRNA-96、miRNA-182和miRNA-183)和8个miRNA-10a、miRNA-10b、miRNA-125b、miRNA-127-3p、miRNA-130a、miRNA-143、miRNA-19和miRNA-320)分别被下调和上调。 2-对于年轻的BC,已经观察到3个mirna (miRNA-30b, miRNA-30d和miRNA-149)上调和3个mirna (miRNA-487b, miRNA-548c-5p和miRNA-181d)下调。 3-在绝经前BC中只有miRNA-206下调。 绝经后BC未见改变。 |
介质:甲基化DNA分离试验;MBD2bt:甲基DNA结合域;甲基胞嘧啶DNA免疫沉淀;公元前:乳腺癌;CGI: CPG岛;ERα-:雌激素受体α-阴性;MSP: Methylation-specific PCR;cfDNA:游离DNA;HER2:酪氨酸激酶型细胞表面受体;TNBC:三阴性乳腺癌;HRD:同源重组缺陷;FFPE:福尔马林固定,石蜡包埋切片;FOXF2:叉头盒F2;乳腺癌家庭登记;SNP:单核苷酸多态性; TCGA: The cancer genome atlas; ROC: Receiver operating characteristic; TLDA: TaqMan low-density arrays; FDR: False discovery rate; RT: Reverse transcription; NATs: Normal adjacent tissues; HC: Healthy control; LNA RT-PCR: Locked nucleic acid real-time PCR; EBC: Early-stage breast cancer; MSU: Midstream specimen of urine; NCC: Non-cancer control; qPCR: Quantitative real-time PCR analysis
在过去的十年中,有几种与BC相关的非典型甲基化模式和随后的基因表达变化已被证明对BC的早期检测、风险评估和表征有用。由于DNA甲基化比以前认为的更加稳定和持久,并且已知可以调节基因表达触发细胞癌变,现在认为有可能使用参与BC易感性和发展的基因甲基化模式作为生物标志物来诊断最易感的患者,如患者的第一亲属[37-46]。
miRNA调节基因表达的过程是复杂的,因为一个miRNA可以靶向上千个mRNA,而一个mRNA可以被不同的miRNA调节。MiRNAs是小的(18-24个核苷酸长)非编码rna,通过连接到mRNA的靶(3´-UTR),在转录后水平调节基因表达。miRNA的产生在细胞核和细胞质中完成[47,48]。在细胞核中,1-3 Kb长的初级miRNAs (pri-miRNAs)转录由RNA聚合酶II从包含其启动子的单个基因或从蛋白质编码基因[49]内部产生。prii - mirna被Drosha (RNA聚合酶III)和DGCR8辅因子(双链RNA结合蛋白)切割成茎环前体mirna (pre-miRNA),长度为70-100个核苷酸。Pre-miRNAs通过与Exportin-5受体结合(export -5- rangtp)运输到细胞质,然后通过Dicer (RNase III酶)、反式激活应答rna结合蛋白2 (TARBP2)和AGO2 (Dicer复合体)[50]加工成成熟的miRNA双工。然后将双链分离,互补链可以加载到rna诱导沉默复合物(RISC)中,也可以降解[51]。最近的研究表明,双链具有相当大的生物学功能,而成熟的miRNAs(引导链)被整合到RISC中,包括GW182和Argonaut (AGO)蛋白。miRNA的第5端有一个特殊的6-8个核苷酸序列,称为种子序列,决定了miRNA在基因调控中的作用。因此,miRNA和mRNA种子序列之间的同源度(在mRNA的3´-UTR处触发)描述了mRNA降解、翻译抑制或转录激活。 Seed matches can occur in any region of mRNA but the highest affinity occurs in the 3´ untranslated region (3´-UTR) of an mRNA (Figure 3) [51-54].
图3。miRNA的生物生成。最初,1-3 Kb长的miRNAs (pri-miRNAs)由RNA聚合酶II产生。接下来,prio - mirna被Drosha (RNA聚合酶III)和双链RNA结合蛋白DGCR8切割成茎环pre-miRNA(70-100个核苷酸长)。Pre-miRNAs通过与Exportin-5受体(export -5- rangtp)结合被运送到细胞质中,然后被Dicer (RNase III酶)、反式激活应答rna结合蛋白2 (TARBP2)和AGO2 (Dicer复合体)加工成成熟的miRNA双工。然后将双链分离:互补链装入RISC或降解,成熟的miRNA(引导链)并入rna诱导沉默复体(RISC),其中包括GW182和Argonaut (AGO)蛋白。miRNA“种子”与mRNA 3’UTR靶序列的同源性程度决定了mRNA降解、翻译抑制或转录激活。尽管如此,miRNAs表达失调能够在肿瘤进展的发展中发挥重要作用,包括肿瘤生长、侵袭、增殖、细胞死亡和血管生成。致癌miRNA旨在抑制肿瘤抑制基因的翻译,引发肿瘤的发生、血管生成、侵袭并导致肿瘤的形成。相反,肿瘤抑制因子miRNA可以抑制癌基因的表达。Pri-miRNA:初级microrna的; pre-miRNA: precursor miRNA
有证据表明,miRNAs[55]具有细胞间通信功能,一些miRNAs已被报道干预基因细胞周期调节过程,并影响其他参与细胞增殖的蛋白质[56,57]。此外,一些miRNAs对肿瘤抑制基因有显著作用,减少增殖和诱导凋亡,这些miRNAs在癌细胞中水平较低。事实上,在癌细胞中,miRNA表达失调在肿瘤进展的发展中起着重要作用,包括侵袭、肿瘤生长、血管生成和转移能力(图3)[58]。此外,miRNAs通过调节癌症干细胞(CSC)的特性,如致瘤性、自我更新能力和对不同治疗方法和药物的耐药性,参与肿瘤启动。总的来说,调控异常的miRNAs可作为致癌miRNAs (oncomiRs)或TSGs。此外,miRNAs的两种作用都可以被识别(表2)。编码致癌miRNAs的染色体区域可能被放大,导致致癌miRNAs上调,TSGs同时沉默。另外,抑瘤miRNAs大多位于染色体上的脆弱位点,这些区域的缺失或突变会导致抑瘤miRNAs的表达减少或丢失,进而导致其靶癌基因的上调[59-77]。
表2。miRNA及其在各种癌症中的作用
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microrna的类型 |
癌症类型 |
评论 |
OncomiRs |
mir17 - 92 [63] (miR-17, miR-18a, miR-19a, miR-19b, miR-20a和miR-92a) |
b细胞淋巴瘤,结肠癌和胃癌。 |
作为T-ALL肿瘤抑制因子PTEN、BIM、NF1、FBXW7、IKZF1和PHF6的多靶点调控因子 |
miR-21 [64] |
乳腺癌,结肠癌,肺癌,胶质母细胞瘤,NSCLC。 |
促进生长,促进迁移和侵袭,增强化疗或放射抵抗,转移。 |
mir - 106 [65] |
胃癌和结直肠癌 |
肿瘤细胞增殖。 |
miR-10b [66] |
乳腺癌和食道癌 |
细胞运动和侵袭性。 |
mir - 191 [67] |
人类结直肠和BC |
促进细胞增殖和迁移(通过诱导TGF-β2表达)。 |
肿瘤抑制microrna |
let-7 [68] |
肺癌和伯基特淋巴瘤 |
参与癌细胞的增殖、凋亡和侵袭;由EphrinA1诱导,抑制RAS。 |
miR-15a, miR16-1 [69] |
前列腺癌,间皮瘤 |
MiR-15a:抑制MPM细胞生长。 MiR16-1:下调细胞周期和抗凋亡基因CCND1和BCL2。 |
miR-29 [70] |
肺癌和乳腺癌 |
MiR-29a降低了癌症的侵袭性表型(与非侵袭性细胞系相比,侵袭性细胞系中的MiR-29a表达低于45%)。 |
miR-34a [71] |
前列腺癌,肝癌,间皮瘤。 |
参与调控不同的癌症过程,如凋亡、增殖、侵袭、迁移和转移。 |
mir - 126 [72] |
肺癌和乳腺癌 |
可能作为肿瘤抑制剂通过下调ADAM9(金属蛋白酶9)来阻止细胞入侵。 |
OncomiRs和肿瘤抑制miRNAs |
miR-24(73、74) |
非小细胞肺癌(O) LSCC (TS) |
通过调控其功能靶点NAIF1,发挥致癌作用。 miR-24在Hep2细胞中的表达通过靶向S100A8在翻译水平上触发细胞形态改变,并抑制细胞侵袭和增殖能力。因此,通过在LSCC中低表达S100A8, miR-24起到TS的作用。 |
mir - 125 [75] (hsa-miR-125a, hsa-miR-125b-1和hsa-miR-125-2) |
胰腺、前列腺和少突胶质癌(O) 黑色素瘤、骨肉瘤、卵巢癌、膀胱癌和乳腺癌(TS) |
该家族成员通过靶向基质金属蛋白酶、转录因子和生长因子在细胞增殖、分化和凋亡中起主要作用。 |
mir - 155 [76] |
淋巴瘤和BC (O) 黑色素瘤、卵巢癌和胃癌 |
上调miR-155可通过下调SKI蛋白抑制黑色素瘤生长,从而促进增殖和凋亡。 此外,SGC-7901和mk -45胃癌细胞中miRNA 155的上调抑制了细胞的粘附、侵袭和迁移。 |
miR-221/222[77] |
胶质母细胞瘤,HCC, BC和NSCLC (O) OTSCC与红细胞(TS) |
MiR-221/222通过调控其功能靶点P57和dit4 (HCC)、Puma(胶质母细胞瘤)、ER-α和FOXO3(乳腺)、PTEN (NSCLC)发挥致癌作用。 MiR-221/222通过调控其功能靶点SODI MMP1 (OTSCC)、c-Kit(红细胞)发挥TS作用。 |
SCLC:小细胞肺癌;T-ALL: t细胞急性淋巴细胞白血病;非小细胞肺癌:非小细胞肺癌;CLL:慢性淋巴细胞白血病;恶性胸膜间皮瘤;肝细胞癌:肝细胞癌;上皮细胞向间质细胞的转变;喉鳞癌:喉鳞状细胞癌;NAIF1:核凋亡诱导因子1;舌鳞状细胞癌; O: OncomiR; TS: Tumor suppressor miRNA.
有几项研究将miRNA抑制与BC的发展联系起来,包括癌症启动和BC转移、细胞增殖、血管生成和侵袭。具体来说,miRNA合成的关键酶Drosha和Dicer的表达失调,DGCR8蛋白复合体也是如此[78]。最近发现的BC细胞中miRNAs的缺失不仅有助于诊断、预后和确定合适的治疗方法,而且可能为癌症疾病的治疗替代疗法提供新的靶点,尤其是BC[79]。合成完成后,稳定的miRNAs被转移到细胞外,在外周血样本中很容易检测到。这些特征可以在监测扩大的早期BC组织分泌的miRNA水平方面发挥关键作用,并可能成为早期BC检测的有用的新型生物标志物[43,44,80]。
Nget al。提出循环miRNAs可作为BC诊断的特异性生物标志物。为了证明这一理论,他们评估了肿瘤组织、邻近非肿瘤组织、来自相同BC患者的相应血浆以及来自匹配健康对照组的血浆中的miRNA谱。此外,他们通过病例对照队列验证特定项目,然后在一组独立的BC患者和健康对照组中进行盲目验证。对mirna的分析显示,在BC患者的血浆和组织中,只有miRNA-16、miRNA-21和miRNA-451三个mirna显著增加,而在术后miRNA-451显著下降。此外,BC患者的miRNA-145水平显著降低。有趣的是,他们发现血浆miRNA-451和miRNA-145水平的组合是BC预测和预防[39]的最佳生物标志物。Cuk的一项研究et al。还强调了血浆中循环的miRNAs作为BC早期检测标志物的潜在作用。他们发现四种miRNAs;与健康对照组相比,BC患者血浆中miRNA-148b、miRNA-376c、miRNA-409-3p和miRNA-801显著上调。作者得出结论,所识别的miRNAs可作为BC[40]早期检测的多标志物血液检测。如果等.引入循环miRNA-92a作为一种新的BC生物标志物。作者提出,与BC患者的临床病理数据相比,BC患者的组织和血清样本中miRNA-92a水平的降低和miRNA-21水平的升高与肿瘤大小和阳性淋巴结状态有关。此外,miRNA-1、miRNA-92a、miRNA-133a和miRNA-133b已被确定为重要的诊断生物标志物。这些miRNAs在BC患者[41]的血清和肿瘤中均被上调并成功验证。陈等.还报道了6种肿瘤来源的miRNAs作为BC患者的新标志物,包括在BC肿瘤[42]中miRNA-720、miRNA-1274b和miRNA1260(作为肿瘤)上调,miRNA-30c、miRNA-376c和miRNA-4324(作为肿瘤抑制因子)下调。Sochor等.表明手术对三种血清恶性肿瘤水平(miR-155、miR-181b和miR-24)有巨大影响,而辅助治疗(术后化疗或放疗)显著降低了所有四种恶性肿瘤水平(miR-155、miR-181b、miR-24和miR-19a)。作者认为,与健康对照组相比,早期乳腺癌(EBC)患者血清中oncomir水平自然丰富,因此该特征可用于识别EBC风险[43]。erb等.评估24例未治疗的原发性BC患者和24例健康对照患者的尿BC相关miRNA表达水平,包括miRNA-21、miRNA-34a、miRNA-125b、miRNA-155、miRNA-195、miRNA-200b、miRNA-200c、miRNA-375、miRNA-451。他们使用无创方法对BC进行检测,发现与健康对照组相比,BC患者中有4种miRNAs (miR-21、miR-125b、miR-451和miR-155)显著上调。事实上,[44]BC患者中miRNA-155水平较高,而miRNA-21、mir - rna -125b和miRNA-451水平较低。下村等.综合评估了一个训练队列(包括非癌症对照组、其他癌症和BC)和一个测试队列(包括非癌症对照组和BC)中血清miRNA的表达谱,以确定可用于诊断EBC并将BC与其他癌症(如胰腺癌、胆道癌和良性前列腺癌)区分的新型miRNA。在他们的研究中,他们认为血清miRNA-1246, miRNA-1307-3p, miRNA-4634, miRNA-6861-5p和miRNA-6875-5p的联合检测可能是有用的。此外,在蔡教授的两阶段实验设计研究中等在亚洲BC中,miRNA表达谱在四组不同年龄起始组中均有检测到,包括极年轻BC (n=15,≤35岁)、年轻BC (n=37, 36-40岁)、绝经前BC (n= 47, 41-50岁)和绝经后BC (n=46, >50岁)。作者在公元前145年的样本中测定了85。在所有患者中,2个mirna (miRNA-335和miRNA-145)下调,4个miRNA-21、miRNA-200a、miRNA-200c和miRNA-141)上调。此外,在非常年轻的BC中,三个mirna (miRNA-96、miRNA-182和miRNA-183)和八个mirna (miRNA-10a、miRNA-10b、miRNA-125b、miRNA-127-3p、miRNA-130a、miRNA-143、miRNA-19和miRNA-320)的表达分别下调和上调。此外,本研究显示,在BC青年中miRNA-30b、miRNA-30d和miRNA-149表达上调,miRNA-487b、miRNA-548c-5p和miRNA-181d表达下调。到目前为止,仅在绝经前BC中检测到miRNA-206下调,而在绝经后BC中未观察到变化(表1)[46]。
循环的miRNAs似乎可以被认为是通过提高患者及其亲属的诊断、预后、预测和临床管理来降低BC患病率的关键生物标志物。近年来,越来越多的证据强调了血液中循环核酸,特别是miRNAs作为早期检测标志物的重要作用[81,82],甚至可以监测患者对几种不相关疾病的各种疗法的反应[83-86]。此外,评估其他体液(如尿液)中的miRNA表达水平,是另一种与miRNA标记有效的检测BC的无创方法[84]。
有明确的证据表明,DNA甲基化和miRNAs在癌症的起始、进展甚至预防方面发挥着重要作用[87]。似乎在表观遗传机制中,DNA甲基化模式与miRNA表达谱之间存在双边关系[88]。这种相互关系有助于癌症早期肿瘤组织起源、转移能力和肿瘤发生潜力的诊断、预后和表征[89]。事实上,miRNAs可以通过两个主要过程调节人类癌症中的DNA甲基化:1)通过修饰DNMTs, 2)通过调节一些关键蛋白质的甲基化,如甲基CpG结合蛋白2 (MeCP2)和甲基-CpG结合结构域蛋白2和4 (MBD2和MBD4)[87]。在公元前,miRNA-221直接靶向DNMT3b [88], miRNA-143与DNMT3a负相关[90],miRNA-29b靶向DNMT3a和3b[91]。
DNA甲基化还可通过高甲基化下调肿瘤抑制miRNAs,通过低甲基化上调肿瘤-miRNAs[92]。大多数表观遗传学研究都集中在各种人类癌症中,通过CGI启动子的超甲基化来抑制肿瘤抑制miRNAs[93]。斋藤等.首先指出miRNA-127作为肿瘤抑制因子,通过下调其靶点来上调其表达;原癌基因b细胞淋巴瘤6 (BCL6)此外,BC细胞中miRNA基因启动子中CGI的异常甲基化包括miRNA-125b(靶基因:ETS1)、miRNA-148a(靶基因:TGIF2)、miRNA-200家族(靶基因:ZEB1和ZEB2)和miRNA-335(靶基因:SOX4和TNC)。此外,一些miRNA基因在CGI海岸区被超甲基化,包括miRNA-9、miRNA-149、miRNA-210、miRNA-212、miRNA-328、miRNA-503、miRNA-1224、miRNA-1227和miRNA-1229[87,94,95]。图4展示了异常DNA甲基化的关键作用以及miRNA和DNA甲基化在人类癌症中的相互关联。
图4。健康细胞和癌细胞中mirna和DNA甲基化相互作用的放大作用1.异常DNA甲基化的关键作用。健康组织:TS-miRNA启动子的CGI的低甲基化和肿瘤- mirna启动子的CGI的高甲基化分别导致TSGs的激活和致癌基因的失活。DNA甲基化由miRNA通过DNMT复合体或参与甲基化的主要蛋白质进行调节。2.在癌组织中:TSGs的启动子通过其高甲基化被下调,并导致细胞增殖和肿瘤发生。癌基因通过低甲基化上调,进而发挥其致瘤作用。全基因组(GW) DNA甲基化和低甲基化分别导致染色体不稳定和细胞分化,从而导致肿瘤的发生和肿瘤的抑制。TSGs:肿瘤抑制基因;温伯格:基因组广泛
BC中必需营养素和非必需营养素
各种研究评估了一些生活方式因素,包括BMI(超重和肥胖)、习惯、体育活动、吸烟和母乳喂养对BC的诊断和预后的作用,但饮食模式和营养与BC之间的关系并不一致[96,97]。然而,有研究表明,在美国,三分之一的癌症是可以通过改变饮食和某些营养物质来预防的[98],有一些研究表明,BC的发生和发展至少在一定程度上受饮食的影响。必需营养素,如叶酸,维生素B12维生素D和非必需营养素如白藜芦醇、姜黄素、茶酚、染料木素、萝卜硫素、蛋氨酸、胆碱和甜菜碱可以影响DNMT、DNA甲基化、miRNAs致癌和肿瘤抑制miRNAs[99-101],突出了营养基因组学在BC表观遗传机制中的可能作用。证据表明,健康的饮食计划包括大量摄入蔬菜、水果、全谷物和豆类,如豆类、豌豆、扁豆和家禽,以及低脂和高纤维的饮食产品,可能会影响BC的进展[101,102],而不健康的饮食包括大量摄入红肉或加工肉、高脂肪(饱和和反式脂肪酸)乳制品、低摄入omega-3脂肪酸、精制谷物和糖、低摄入天然抗氧化剂和纤维,可触发炎症过程,可能增加BC的风险[96,102]。利用营养基因组学,我们可以阐明这些不同的营养是否以及如何改变蛋白质和基因表达,导致细胞功能的改变。营养成分既可作为致癌危险因子,也可在细胞中表现出抗癌功能,参与癌细胞的起始、进展和转移,或预防和治疗[103]。旨在阐明营养对BC预防所涉及的表观遗传机制调控作用的研究数量正在增加,其中一些研究已在表3中进行了概述。
表3。营养基因组学与BC研究综述
参考文献 |
营养成分 |
主要发现 |
Roystone等.(2018) [104] |
5.0 μ M SFN, 1.0 μ M WA或两者均可。 |
-在MCF-7细胞中,SFN或WA可减少细胞向G2/M期的过渡,而两者联合则阻滞细胞在G1期。 -在MDA-MB-231细胞中:SFN+WA向S期的过渡下降,SFN被认为比WA更有效。 -单独使用SFN和WA时,CCND1和CDK4(促进G1期向S期过渡)表达减少,同时pRB (G1检查点)表达也减少,而SFN+WN联合使用在两种BC细胞中不是最有效的。 - SFN+WA上调两种细胞系中E2F CDK4(促进G1期向S期过渡)最有效。 -与SFA+WA和SFA相比,WA增加了两种细胞系中HAT活性,但在MDA-MB-231细胞中显著。 SFA+WA显著增加MCF-7和MDA-MB-231细胞的整体甲基化。 - SFN+WA使MDA-MB-231细胞中p21表达增加,P-53表达降低。而SFN或WA及两者均可在MCF-7细胞中观察到P21和P53轻度上调。 - SFN或WA单独或与WA联合主要增强了H3K4Me3在p21启动子处的表面,表明这些营养化合物正向调节启动子区域的表观基因组。 |
朱等.(2012) [105] |
-每天补充两次胶囊,连续12周,包含3种制剂中的一种: 1-placebo, 2 p。虎杖含5毫克反式白藜芦醇,3-P。虎杖加50毫克反式白藜芦醇 |
RASSF-1α (BC相关基因)甲基化随着血清反式白藜芦醇水平的增加而下降。 |
秦等.(2014) [106] |
-大鼠随机分为4组: 1 -对照组, 2-低剂量白藜芦醇(lo;5毫克/公斤/天), 3-高剂量白藜芦醇(hi;25毫克/公斤/天), 4-在Harlan Teklad配制的日粮中添加白藜芦醇,或0.1 mg/kg/wk腹腔注射5-aza-2脱氧胞苷, |
- Hi白藜芦醇和Aza对肿瘤组织中DNMT3b表达的影响与正常组织不同。DNMT3b在肿瘤中减少,而在正常组织中上升。 - Lo白藜芦醇增强了肿瘤组织中miR10a和miR10b的表达。 - Hi剂量增加了miRNA-21、-129、-204和-489,减少了正常组织中相同的miRs。 在正常和/或肿瘤组织中观察到DNMT3b与miRNA-129、-204和-489之间存在矛盾的关联。 |
d·亚当斯等.(2018) [107] |
- |
- HOPE试验中miRNA-22-3p、miRNA-122-5p、miRNA-126-3p、miRNA-150-5p 4个mirna与BMI呈正相关,miRNA-191-5p、miRNA-17-5p、miRNA-103a-3p、miRNA-93-5p与BMI呈负相关。 -在LEAN试验中,6个月干预结束时,miRNA-106b-5p, let-7b-5p和miRNA-92a-3p的表达减少,而miRNA-27a-3p, miRNA-191-5p, miRNA-24-3p的表达增加。 |
Pietruszewska等.(2015) (108) |
MCF-7和MDA-MB-23细胞用不同浓度的SFN培养96 h。 |
在MCF-7细胞中,SFN: PTEN和RARbeta2启动子甲基化在10和22 μM浓度下分别降低了25%和12%PTENmRNA在10 μM和22 μM分别上调32%和82%RARbeta2表达增加55 - 60%。 在10和46 μM SFN浓度的MDA-MB-231细胞中PTEN启动子甲基化率分别为22%和31%PTENmRNA表达量分别增加了72和101%。 在MCF-7细胞中,p21表达增加2.5倍和1.8倍,和p53SFN浓度为10和22 μM时,mRNA水平分别增加了66和38%。 -在MDA-MB-231细胞中表达突变p5310和46 μM浓度的SFN增强p21表达分别为3倍和55%。 -尽管DNMT1的监管者,p21而且p53过度表达,对DNMT1抑制。 |
彭等.(2017) [109] |
3,6- dhf剂量为20毫克/公斤/天 |
- 3,6- dhf可通过调节miR-34a启动子甲基化逆转BC中miR-34a的全局下调。 - 3,6- dhf上调MDA-MB-231细胞TET1水平,对TET2和TET3无影响。 - 3,6- dhf抑制DNMT1活性,改善DNA甲基化和去甲基化状态的不平衡。 |
库马尔等.(2017) [110] |
-姜黄素处理MCF-7细胞在0、1、3、5、10、20、30、50、100 μ M的不同时间段,包括24、48、72h。 |
-用10 μ M姜黄素处理MCF-7细胞72h逆转GSTP1启动子的高甲基化,重新表达GSTP1蛋白。 |
Pietruszewska等.(2013) [111] |
- er阳性MCF-7和侵袭性er阴性MDAMB-231细胞,对照组1 mg/l,实验组4 mg/l和8 mg/l。 |
在高剂量叶酸的作用下,MCF-7细胞中肿瘤抑制基因PTEN、APC和RARbeta2下调,启动子DNA甲基化增加。 -最高剂量诱导MCF-7细胞DNMT1表达。 |
SFN:萝卜硫素;佤邦:Withaferin;CCND1:细胞周期蛋白D1;CDK4: Cyclin D激酶4;pRB:磷酸化视网膜母细胞瘤蛋白;HAT:组蛋白乙酰转移酶活性;H3K4Me3:组蛋白三甲基化赖氨酸4;HOPE:荷尔蒙和体育锻炼;精益:生活方式、锻炼和营养;SFN:萝卜硫素; 3,6-DHF: 3,6-dihydroxyflavone; TET: Ten-eleven translocation; GSTP1: Glutathione S-transferase pi 1.
BC的生物活性成分和表观遗传学
Roystone等.研究了Withaferin A (WA,发现于印度冬樱桃)和萝卜硫素(SFN,发现于十字花科蔬菜)分别作为DNMT抑制剂和组蛋白去乙酰化酶(HDAC)抑制剂的作用。WA和SFN在MCF-7和MDA-MB-231BC细胞系中起着调节细胞周期和表观遗传修饰酶的作用,突出了WA和SFN在BC细胞中增强凋亡、细胞死亡和减少某些基因恶性表达的能力[104-112]。WA和SFN通过下调细胞周期蛋白D1 (CCND1)、细胞周期蛋白D激酶4 (CDK4)、磷酸化视网膜母细胞瘤蛋白(pRB)和上调E2F mRNA,抑制细胞周期从S期进入G2期。此外,肿瘤抑制蛋白p21在WA和SFN处理后表达升高,这可能与pRB基因下调有关。在同一项研究中,在BC细胞中发现MCF-7和MDA-MB-231BC细胞系的整体甲基化增强[104]。朱等.表明反式白藜芦醇可以诱导乳腺癌高危女性的乳腺启动子超甲基化。作者发现,反式白藜芦醇的两个重要作用包括下调DNMT[105]和促癌前列腺素(PG) E2 [113]在体外调查。研究还得出结论,在补充反式白藜芦醇的整个12周内,增加循环中的反式异构体和葡萄糖醛酸酯代谢产物占主导地位后,除了乳腺细胞中PGE2水平的降低外,被称为BC肿瘤抑制剂的RASSF-1α的甲基化也降低了[105]。类似地,秦等.白藜芦醇可降低dnmt1和3b的表达在体外和去甲基化肿瘤抑制因子RASSF-1α在有BC发展风险的个体中。总之,他们发现,与健康组织相比,高剂量的白藜芦醇(25 mg/kg/day)下调了肿瘤组织中的dnmt3b,而对DNMT1没有观察到这种作用。此外,肿瘤抑制miRNA-21、miRNA-129、miRNA-204和miRNA-489在肿瘤组织中上调2倍以上,在正常组织中下调2 - 10倍,因此与DNMT3b水平呈负相关[106]。Pietruszewska等.研究了萝卜硫素(SFN)对MCF-7和MDA-MB-231 BC细胞中DNA甲基化调控因子DNMT1、p53和p21的表达以及PTEN和RARbeta2肿瘤抑制基因甲基化的影响。他们发现22µM或10-46µM的SFN对MCF-7或MDA-MB-231 BC细胞生长的抑制作用最好,并引起PTEN和RARbeta2启动子的低甲基化,同时上调其mRNA表达。此外,DNA甲基化调节因子(p21或p53)的表达在两种BC细胞系中均增加。尽管DNMT1、p21和p53基因调控因子在BC细胞系中过表达,但未观察到对DNMT1的抑制作用[108]。然而,在该小组的另一项研究中观察到p21而且DNMT1因为在DNA复制过程中,p21与DNMT1竞争增殖细胞核抗原(PCNA)上的同一结合位点[114]。彭等.表明3,6-二羟基黄酮(3,6- dhf)显著增强了BC细胞中miRNA-34a的表达,该成分在MDA-MB-231细胞中作为DNMT1抑制剂[115]。最近,3,6- dhf被发现在肿瘤发生过程中通过抑制DNMT1,通过相关启动子的甲基化,上调TSGs,如miRNA-34a。肿瘤细胞中10 - 11易位(TET)和5-羟甲基胞嘧啶(5hmc)水平通常降低,而MDA-MB-231细胞中3,6- dhf可提高TET1和5hmc水平。最后,由于siRNA抑制TET1能够抵消3,6- dhf对miRNA-34a启动子去甲基化和随后上调的影响,有人提出,通过补充3,6- dhf提高TET1表达的趋势可能是预防BC的一种营养措施[109]。库马尔的一项研究等.研究姜黄素给药对MCF-7 BC细胞系谷胱甘肽s -转移酶pi 1 (GSTP1)基因甲基化状态(a TSG)的影响。当姜黄素的理想剂量(IC50)为20 μ M时,姜黄素的无毒浓度(10 μ M)逆转了GSTP1启动子的高甲基化,并诱导GSTP1蛋白的重新表达[110]。重要的是,作者注意到小于3 μ M的姜黄素不会改变GSTP1的启动子甲基化模式,大于IC50且姜黄素恢复GSTP1的超甲基化[110]。
BC的基本成分,BMI和表观遗传学
亚当斯等.在激素和体育锻炼(HOPE)试验中发现,血清miRNA表达与BC幸存者的BMI呈正相关。此外,在6个月的减肥试验(生活方式、运动和营养;精益)。HOPE试验报道了miRNA-22-3p、miRNA-122-5p、miRNA-126-3p、miRNA-150-5p等8种新型mirna与BMI呈正相关,miRNA-191-5p、miRNA-17-5p、miRNA-103a-3p、miRNA-93-5p呈负相关。在LEAN试验中,体重减轻6个月后miRNA-106b-5p、let-7b-5p和miRNA-92a-3p下调,miRNA-27a-3p、miRNA-191-5p、miRNA-24-3p上调[107]。Pietruszewska等.评估1、4和8 mg/l叶酸对MCF-7和MDA-MB-231 BC细胞中PTEN、APC和RARbeta2肿瘤抑制基因DNA甲基化的影响。他们发现,通过增加叶酸浓度,这些肿瘤抑制基因启动子的DNA甲基化增加,这些基因的转录活性受损,并发生剂量依赖性的肿瘤抑制基因下调。这些影响在非侵入性MCF-7细胞中更为明显,在8 mg/l剂量下DNMT1表达上调30%[111]。
营养基因组学对癌症的影响还不清楚,需要进一步的研究来确定食物成分影响癌症过程的确切机制。因此,研究膳食成分在BC发育过程中的作用过程是营养基因组学未来的一个重要方向。有证据表明,膳食化合物的表观遗传影响可以通过改变miRNA表达和DNA甲基化来干预各种细胞功能,如增殖和分化、细胞周期调节、凋亡、转移和血管生成。因此,营养基因组学似乎可以为包括癌症在内的许多疾病的治疗和预防策略提供新的见解。
在BC中已经发现了数百种异常的基因甲基化模式,无论是tsg的超甲基化还是癌基因的低甲基化。根据年龄、种族和家族史等许多因素,每个人的相关基因可能不同。表观遗传途径,如异常的DNA甲基化和miRNAs的不恰当表达,对BC的启动有特别深远的影响,并参与BC的转移、细胞增殖、分裂和血管生成。目前,最重要的问题是是否有可能通过生产一些营养物质或药物来控制和处理表观遗传机制。换句话说,如果BC的根本原因是肿瘤抑制mirna或肿瘤- mirna分泌失调,那么是否有可能通过生产基于mirna或自然产物的药物来控制BC ?另一个有待探索的研究途径是其他小的非编码rna,包括snRNA、snoRNA和siRNA在BC发病的治疗和诊断中的可能作用,特别是在BC发展的高风险个体中。这将导致测试食物成分在调节这些小的非编码rna的表达或功能方面的影响。与BC相关的营养基因组学研究的最紧迫领域是改进诊断和治疗方法,特别是在疾病的早期阶段。
对体液(如唾液、支气管吸出物、血清、血浆、尿液,甚至粪便)中的循环核酸如miRNA、mRNA和CF-DNA进行评估可能是监测癌症发生或发展、早期检测和复发的一种现代和无创的方法。因此,了解与表观遗传学和疾病相关的营养基因组学机制有可能彻底改变乳腺癌的诊断方法、预防和治疗方法。尤其重视BC发病时的诊断和治疗,以及最危险的患者,将是抗击该病最有效的方法。
作者感谢乌得勒支大学理学院药理学系和大不里士医科大学营养与食品科学学院。
RH设计了研究,进行了研究,并准备了初稿。MM和SV设计了研究,构思了研究并编辑了手稿。GF,对研究设计进行评论,并对稿件进行批判性编辑。所有作者阅读并批准了最终稿件。
所有作者在报告中均无利益冲突。
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- Adams B, Arem H, Hubal M, Cartmel B, Li F等(2018)运动和减肥干预与乳腺癌女性miRNA表达的关系。乳腺癌研究与治疗: 1-13。
- Lubecka-Pietruszewska K, Kaufman-Szymczyk A, Stefanska B, Cebula-Obrzutb B, smololwski P等(2015)单用或联合氯法拉滨对人乳腺癌细胞DNA甲基化沉默肿瘤抑制基因表达的表观遗传调控作用。J Nutrigenet营养基因组学8: 91 - 101。
- 彭霞,常红,陈娟,张强,等(2017)3,6-二羟基黄酮通过DNA甲基化调控microRNA- 34a。BMC癌症17: 619。
- Kumar U, Sharma U, Rathi G(2017)姜黄素逆转乳腺癌细胞系谷胱甘肽s -转移酶pi 1基因的高甲基化和再激活。肿瘤生物学: 1 - 8。
- Lubecka-Pietruszewska K, Kaufman-Szymczyk A, Stefanska B, Fabianowska-Majewsk K(2013)叶酸在乳腺癌中促进DNA甲基化介导的PTEN、APC和RARbeta2肿瘤抑制基因的转录沉默。生化和生物物理研究通讯430: 623 - 628。
- Royston K, Udayakumar N, Lewis K, Tollefsbol T(2017)一种与aferin A和萝卜硫素的新组合可抑制乳腺癌细胞的表观遗传机制、细胞活力和诱导凋亡。国际分子科学18: 1092。
- Masferrer JL, Leahy KM, Koki AT, Zweifel BS等。(2000)环氧合酶-2抑制剂的抗血管生成和抗肿瘤活性。癌症Res60: 1306 - 1311。
- Christman JK(2002) 5-氮胞苷和5-氮胞苷-2 ' -脱氧胞苷作为DNA甲基化抑制剂:机制研究及其对癌症治疗的意义。致癌基因21日:5483 - 5495。
- 彭霞,常红,顾艳,陈娟,易磊等。(2015)3,6-二羟基黄酮通过表观遗传学调控miR-34a和miR-21抑制乳腺癌的发生。癌症预防(Phila)8: 509 - 517。
编辑信息
主编
蕾妮Dufault
食品成分与健康研究所
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出版的历史
收稿日期:2020年8月02日
录用日期:2020年8月14日
发布日期:2020年8月17日
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©2020 Hashemi R.这是一篇基于创作共用署名许可条款发布的开放获取文章,该许可允许在任何媒体上不受限制地使用、分发和复制,前提是注明原作者和来源。
引用
Hashemi R, Arefhosseini SR, Folkerts G, Varasteh S, Morshedi M(2020)靶向营养基因组学作为乳腺癌管理的一种手段:从DNA甲基化到microRNAs。integrr Food Nutr Metab 7: DOI: 10.15761/IFNM.1000288
图1所示。DNA甲基化。DNA甲基化是由一个甲基(CH3)基团通过DNMTs转移到胞嘧啶(C5)环的5-碳上的复制后过程,其特征是5甲基胞嘧啶(5- mc)。基因启动子中CGIs的超甲基化导致染色质结构的改变,并限制tf对基因启动子的访问,抑制基因转录和基因沉默。DNMT: DNA甲基转移酶;TF:转录因子;CpG岛
图2。正常细胞和癌细胞的DNA甲基化模板。(A)重复序列:重复序列中的高甲基化阻止健康细胞中的基因转录,而癌细胞中5-甲基胞嘧啶减少20 - 60%会导致染色质变形,触发基因转录。(B) CpG岛启动子:CpG岛启动子通常是低甲基化的,在健康细胞中激活转录。相反,CpG岛启动子在癌细胞中高度甲基化,导致转录失活。(C) CpG岛岸:DNA甲基化模板的机制与B中相同,只是CpG岛岸位于上游。(D)基因体:基因体中的CpG甲基化在健康细胞中禁止基因表达,但在癌细胞中被逆转,导致在几个不正确的位点启动转录
图3。miRNA的生物生成。最初,1-3 Kb长的miRNAs (pri-miRNAs)由RNA聚合酶II产生。接下来,prio - mirna被Drosha (RNA聚合酶III)和双链RNA结合蛋白DGCR8切割成茎环pre-miRNA(70-100个核苷酸长)。Pre-miRNAs通过与Exportin-5受体(export -5- rangtp)结合被运送到细胞质中,然后被Dicer (RNase III酶)、反式激活应答rna结合蛋白2 (TARBP2)和AGO2 (Dicer复合体)加工成成熟的miRNA双工。然后将双链分离:互补链装入RISC或降解,成熟的miRNA(引导链)并入rna诱导沉默复体(RISC),其中包括GW182和Argonaut (AGO)蛋白。miRNA“种子”与mRNA 3’UTR靶序列的同源性程度决定了mRNA降解、翻译抑制或转录激活。尽管如此,miRNAs表达失调能够在肿瘤进展的发展中发挥重要作用,包括肿瘤生长、侵袭、增殖、细胞死亡和血管生成。致癌miRNA旨在抑制肿瘤抑制基因的翻译,引发肿瘤的发生、血管生成、侵袭并导致肿瘤的形成。相反,肿瘤抑制因子miRNA可以抑制癌基因的表达。Pri-miRNA:初级microrna的; pre-miRNA: precursor miRNA
图4。健康细胞和癌细胞中mirna和DNA甲基化相互作用的放大作用1.异常DNA甲基化的关键作用。健康组织:TS-miRNA启动子的CGI的低甲基化和肿瘤- mirna启动子的CGI的高甲基化分别导致TSGs的激活和致癌基因的失活。DNA甲基化由miRNA通过DNMT复合体或参与甲基化的主要蛋白质进行调节。2.在癌组织中:TSGs的启动子通过其高甲基化被下调,并导致细胞增殖和肿瘤发生。癌基因通过低甲基化上调,进而发挥其致瘤作用。全基因组(GW) DNA甲基化和低甲基化分别导致染色体不稳定和细胞分化,从而导致肿瘤的发生和肿瘤的抑制。TSGs:肿瘤抑制基因;温伯格:基因组广泛
表1。miRNAs, DNA甲基化和BC研究综述
参考文献 |
样品 |
方法 |
主要发现 |
DNA甲基化研究综述 |
金等, 2012 [29] |
- BC细胞系:MCF-7 (HTB-22)和MDA-MB-231 (HTB-26)。 新鲜冷冻组织标本。 -在原发肿瘤、正常组织和成对的相邻正常出现组织中甲基化状态的三个候选基因(n=39): LHX2, WT1和OTP。 |
- CpG芯片分析:MeDIA + MBD2bt -杂交图像:安捷伦DNA微阵列扫描仪分析 -亚硫酸氢盐PCR和焦磷酸测序引物:扩增基因靶区3 ~ 5个CpG二核苷酸位点。 |
-原发肿瘤中基因异常高甲基化(LHX2为43.6%,WT1为89.7%,OTP为100%),而在正常组织中不可见,在相邻配对正常组织中为中间。 - OTP基因很可能在乳腺癌的发生中起主导作用。 |
德鲁等, 2014 [30] |
- 50 884例前瞻性队列研究(294例病例和646例非病例;年龄:35 - 75年)。 - 1号线甲基化 对外周血样本和血凝块的DNA进行了评估。 |
-通过对LINE-1重复元件的焦磷酸测序测定全局甲基化。 |
-与LINE-1甲基化相关的基因中有三个SNP: MTRR (rs10380)、SLC19A1 (rs1051266)和MTHFR (rs1537514)。 - MTHFR (rs1537514)与BC风险相关。 PON1 (rs757158)与BC相关,但与甲基化无关。 |
Chimonidou等2013年,[31] |
- 233个临床样本: a)一个中试试验组:27名患者,46名已证实转移的患者和37名健康女性(献血者)。 b)独立队列:123例患者。 - BC细胞系:mcf7 (MSP阳性对照)。 |
-用嵌套MSP法评估循环cfDNA中CST6的甲基化状态。 |
与健康个体相比,BC参与者的cfDNA中CST6启动子显著甲基化。 cfDNA中的CST6启动子甲基化:被认为是BC新发现的血浆肿瘤生物标志物。 |
拉舍尔等, 2015 [32] |
- BC患者:n = 129(年龄:30-79)。 -对照组:18名未受影响、无癌症的患者。 -研究的DNA区域包括启动子、远上游区域、内含子以及LINE-1和卫星2 DNA重复序列。 |
-对来自FFPE的亚硫酸盐处理过的DNA进行焦磷酸测序 |
-除了TFF1和MAGEA1区域高度低甲基化外,大多数评估的基因区域在癌症和邻近组织中都是高甲基化的。 -证实侵袭性BC在不同基因组位置频繁发生DNA甲基化变化。 |
Stefansson等, 2015 [33] |
-样本:25个正常乳腺组织(患者肿瘤病变附近)和350个原发性浸润性乳腺肿瘤。 |
- DNA分离:酚氯仿/蛋白酶- k法。 DNA甲基化分析:Infinium HumanMethylation450 BeadChips。 -应用PyroMark Q96系统进行焦磷酸测序 评估。 |
-发现了与两种生物学上不同的BC亚型相关的特征:Basal-like和Luminal-B。 -与Luminal-B亚型相关的dna甲基化模式:CpG岛启动子甲基化。 -基底样肿瘤:基因体低甲基化。 |
田等, 2015 [34] |
-BC细胞系:MCF-7, MDAMB-453和MDA-MB-231和人类乳腺上皮细胞系:MCF-10A。 20例原发性BC组织标本(浸润性导管癌)。 -从培养细胞或冷冻组织中获得的DNA。 |
-使用SssI, HhaI和HpaII甲基化酶或不使用酶(模拟):CpG岛甲基化状态对FOXF2的影响。 -细胞增殖:3-(4,5-二甲基-噻唑-2-基)- 2,5-二苯基-溴化四唑(MTT)试验 -乳腺细胞的侵袭和迁移:分别为基质涂层Transwell和非涂层Transwell。 |
FOXF2近端启动子的CpG岛甲基化:参与BC细胞中FOXF2亚型特异性表达的调控过程。 -SP1:通过直接结合到 近端启动子区域。 - FOXF2在BC细胞中的功能和表达受DNA甲基化和SP1转录调控的复合影响。 |
吴等, 2017 [35] |
- 40例BC患者的FFPE乳腺肿瘤及邻近非肿瘤组织(有BC家族史)。 -从TCGA项目分析中选择基因。 |
- DNA甲基化:Illumina MiSEQ仪器(测量候选基因的DNA甲基化)。 |
40个基因中有13个高度甲基化。 -关于TCGA,乳腺肿瘤中SEPW1、PCDHGA4、CCDC36、C1orf14、RPTOR、C1orf114、ZNF454、USP44、CSMD3、PRKAR1B、SLC7A14、SOX2OT和RYR2的甲基化水平显著。 - 32%的检测基因:在BCFR中高甲基化(36.1%:SEPW1, 10%: RYR2)。 |
Dehbid等, 2016 [36] |
样本:30名健康妇女和30名公元前妇女。 |
-用MBST DNA提取试剂盒从200µl全血中提取DNA。 -用限制性内切酶定量PCR法检测CPG岛甲基化DNA。 |
- BC中MAP9基因的高甲基化可作为BC诊断的分子生物标志物。 |
miRNAs研究综述 |
Ng等, 2013 [39] |
- BC: n= 260(临床诊断), -正常受试者:n=170(经病理证实无BC且无其他癌症史)。 - MiRNA谱分析在四组中进行:1)BC血浆,2)正常血浆,3)肿瘤,4)邻近非肿瘤组织。 |
从组织中提取总RNA: TRIzol试剂 -从500毫升血浆中提取含有小RNA的总RNA: Trizol LS试剂和miRNeasy Mini Kit。 等离子体miRNA分析:使用TaqMan阵列人类miRNA。 -血浆miRNA定量PCR: SYBR绿色qRT-PCR法 |
- BC患者血浆中miRNA- 16、miRNA-21和miRNA-451的关键促进和miRNA-145的显著下降。 -血浆miRNA-145和miRNA-451的表面组成是预测BC的最佳标记物。 |
Cuk等, 2013 [40] |
-从80名健康的和127名散发的BC女性中提取血液样本。 -术中提供非新辅助治疗BC患者的恶性组织样本。 |
从400毫升血浆中提取总RNA: Trizol LS试剂和miRNeasy Mini Kit。 -等离子体miRNA分析:TLDA。 -所选标记候选物的验证:RT反应使用TaqMan MicroRNA RT Kit和miRNA特异性RT引物完成。 |
-4个mirna (miRNA-148b, miRNA-376c, miRNA-409-3p和miRNA-801)在BC患者血浆中显著上调。 -基于ROC曲线,只有miRNA-148b、miRNA-409-3p和miRNA-801三个mirna对BC样本和健康对照具有同等的鉴别能力。 |
如果等, 2013 [41] |
-从48例新诊断的乳腺癌中收集肿瘤组织、配对的NATs和匹配的血清样本。 其他血清标本:BC 52例,HC 20例。 |
-总RNA分离:miRNeasy迷你试剂盒和mirVana PARIS试剂盒。 - MiRNA定量:SYBR green qRT-PCR法。 |
MiRNA-92a和miRNA-21的表达可能是区分BC和HC的依据。 -循环miRNA-92a具有作为新型BC生物标志物的潜在用途。 -与BC患者的临床病理数据相比,miRNA-92a水平的降低和miRNA-21水平的升高与肿瘤大小和阳性淋巴结状态有关。 |
陈等, 2013 [42] |
-从成对的新鲜冷冻BC肿瘤、正常组织和患者血清样本中提取miRNA (n=32)。 -正常对照组血清样本(n = 22)。 -额外的BC患者血清样本(n = 132)和对照组血清样本(n = 101)。 |
- MiRNA提取:分别通过miRVana或miRNeasy试剂盒从组织或血清样本中提取。 -组织样本RNA的质量控制:安捷伦生物分析仪。 -血清样品质量控制:单次LNA RT-PCR。 |
-只有7个miRNAs在血清和肿瘤中表达上调。 miRNA-1、miRNA 92a、miRNA-133a和miRNA-133b被认为是最重要的诊断标志物。 -基于血清的与BC相关的miRNA签名已成功验证和推导。 |
Sochor等, 2014 [43] |
EBC患者血清= 63,HC= 21。 -收集血清的时间:手术前1天(时间点I),手术后14-28天任何非手术治疗前(时间点II)和第一次治疗方式后14-28天(时间点III)。在临床复发时,患者(N = 3)捐赠另一份血清样本(时间点IV)。 |
- RNA提取:miRNeasy®Mini Kit。 RT使用高容量cDNA逆转录试剂盒,并添加mirna特异性引物。 |
-手术对3种血清oncomiR (miRNA-155, miRNA-181b和miRNA-24)水平有显著影响,而辅助治疗主要降低所有4种oncomiR (miRNA-155, miRNA-181b, miRNA-24和miRNA-19a)。 |
erb等, 2015 [44] |
- MSU在病例对照队列中收集: 1) 24例未经治疗,2)新诊断为原发性BC, 3) 24例hcc。 -连续4例患者和hcc的血清样本。 |
- RNA隔离: 尿液:Norgen’s Urine microRNA纯化试剂盒,血清:Norgen’s Kit。 -预扩增:通过应用Megaplex™PreAmp引物(Human Pool A)获得miRNA-cDNA数量的扩增。 - MiRNA表达水平:应用TaqMan®MicroRNA测定法定量实时pcr。 |
-与hc相比,BC患者MiRNA-21、miRNA-125b、miRNA-451和mirna -155发生改变和调节。 -与HC相比,BC患者中MiRNA 155水平较高,而miR-21、MiRNA -125b和miR-451水平较低。 尿miRNAs可能在BC检测中发挥非侵入性创新尿基生物标志物的潜在作用。 |
下村等, 2016 [45] |
血清样本: BC= 1280, NCC= 2836,其他类型癌症= 451,非乳腺良性疾病= 63。 -样本分为:1)训练队列(ncc,其他癌症和BC) 2)试验队列(ncc和BC)。 |
-总RNA:使用液体样品试剂盒中的3D基因RNA提取试剂从300 μ L的血清样品中提取。 -综合miRNA表达分析:使用3D-Gene miRNA标记试剂盒和3D-Gene Human miRNA Oligo芯片完成。 - miRNA存在: 相应的微阵列信号大于阴性对照的(均值+ 2 ×标准差)信号。 -定量RT-PCR法:TaqMan microRNA法 |
-从血清中评估的miRNA-1246、miRNA-1307-3p、miRNA-4634、miRNA-6861-5p和miRNA-6875-5p可用于调查EBC,并将BC与胰腺/胆道/前列腺良性疾病或其他癌症区分。 |
蔡等, 2018 [46] |
第一阶段: 采用安捷伦microRNA 470探针芯片对7例年轻BC患者(肿瘤6例,正常组织4例)的10个样本进行了分析。 第二阶段: 在公元前145年,有85个候选miRNAs在4个亚组中得到验证: 1-非常年轻的BC (n=15,≤35 y) 2-年轻的公元前(n=37, 36-40岁) 3-绝经前的BC (n= 47,41 -50岁) 4-绝经后BC (n=46, bb0 50岁) |
-使用TRIzol从组织中提取总rna。 -安捷伦microRNA 470探针微阵列通过两种方式筛选出85个mirna用于qPCR: 1-肿瘤与正常乳腺组织间的折叠变化和t检验p值分别为> 1.5和< 0.05的mirna(44个)。 2-已报道的mirna 与BC相关的文献(41个miRNAs)。 |
6个mirna表达差异显著,其中2个表达下调,包括miRNA-145和miRNA-335, 4个表达上调,包括miRNA-21、miRNA-200a、miRNA-200c和miRNA-141。 -此外,在每一分组中分别发现了下列情况: 1-在非常年轻的BC中,3个mirna (miRNA-96、miRNA-182和miRNA-183)和8个miRNA-10a、miRNA-10b、miRNA-125b、miRNA-127-3p、miRNA-130a、miRNA-143、miRNA-19和miRNA-320)分别被下调和上调。 2-对于年轻的BC,已经观察到3个mirna (miRNA-30b, miRNA-30d和miRNA-149)上调和3个mirna (miRNA-487b, miRNA-548c-5p和miRNA-181d)下调。 3-在绝经前BC中只有miRNA-206下调。 绝经后BC未见改变。 |
介质:甲基化DNA分离试验;MBD2bt:甲基DNA结合域;甲基胞嘧啶DNA免疫沉淀;公元前:乳腺癌;CGI: CPG岛;ERα-:雌激素受体α-阴性;MSP: Methylation-specific PCR;cfDNA:游离DNA;HER2:酪氨酸激酶型细胞表面受体;TNBC:三阴性乳腺癌;HRD:同源重组缺陷;FFPE:福尔马林固定,石蜡包埋切片;FOXF2:叉头盒F2;乳腺癌家庭登记;SNP:单核苷酸多态性; TCGA: The cancer genome atlas; ROC: Receiver operating characteristic; TLDA: TaqMan low-density arrays; FDR: False discovery rate; RT: Reverse transcription; NATs: Normal adjacent tissues; HC: Healthy control; LNA RT-PCR: Locked nucleic acid real-time PCR; EBC: Early-stage breast cancer; MSU: Midstream specimen of urine; NCC: Non-cancer control; qPCR: Quantitative real-time PCR analysis
表2。miRNA及其在各种癌症中的作用
|
|
microrna的类型 |
癌症类型 |
评论 |
OncomiRs |
mir17 - 92 [63] (miR-17, miR-18a, miR-19a, miR-19b, miR-20a和miR-92a) |
b细胞淋巴瘤,结肠癌和胃癌。 |
作为T-ALL肿瘤抑制因子PTEN、BIM、NF1、FBXW7、IKZF1和PHF6的多靶点调控因子 |
miR-21 [64] |
乳腺癌,结肠癌,肺癌,胶质母细胞瘤,NSCLC。 |
促进生长,促进迁移和侵袭,增强化疗或放射抵抗,转移。 |
mir - 106 [65] |
胃癌和结直肠癌 |
肿瘤细胞增殖。 |
miR-10b [66] |
乳腺癌和食道癌 |
细胞运动和侵袭性。 |
mir - 191 [67] |
人类结直肠和BC |
促进细胞增殖和迁移(通过诱导TGF-β2表达)。 |
肿瘤抑制microrna |
let-7 [68] |
肺癌和伯基特淋巴瘤 |
参与癌细胞的增殖、凋亡和侵袭;由EphrinA1诱导,抑制RAS。 |
miR-15a, miR16-1 [69] |
前列腺癌,间皮瘤 |
MiR-15a:抑制MPM细胞生长。 MiR16-1:下调细胞周期和抗凋亡基因CCND1和BCL2。 |
miR-29 [70] |
肺癌和乳腺癌 |
MiR-29a降低了癌症的侵袭性表型(与非侵袭性细胞系相比,侵袭性细胞系中的MiR-29a表达低于45%)。 |
miR-34a [71] |
前列腺癌,肝癌,间皮瘤。 |
参与调控不同的癌症过程,如凋亡、增殖、侵袭、迁移和转移。 |
mir - 126 [72] |
肺癌和乳腺癌 |
可能作为肿瘤抑制剂通过下调ADAM9(金属蛋白酶9)来阻止细胞入侵。 |
OncomiRs和肿瘤抑制miRNAs |
miR-24(73、74) |
非小细胞肺癌(O) LSCC (TS) |
通过调控其功能靶点NAIF1,发挥致癌作用。 miR-24在Hep2细胞中的表达通过靶向S100A8在翻译水平上触发细胞形态改变,并抑制细胞侵袭和增殖能力。因此,通过在LSCC中低表达S100A8, miR-24起到TS的作用。 |
mir - 125 [75] (hsa-miR-125a, hsa-miR-125b-1和hsa-miR-125-2) |
胰腺、前列腺和少突胶质癌(O) 黑色素瘤、骨肉瘤、卵巢癌、膀胱癌和乳腺癌(TS) |
该家族成员通过靶向基质金属蛋白酶、转录因子和生长因子在细胞增殖、分化和凋亡中起主要作用。 |
mir - 155 [76] |
淋巴瘤和BC (O) 黑色素瘤、卵巢癌和胃癌 |
上调miR-155可通过下调SKI蛋白抑制黑色素瘤生长,从而促进增殖和凋亡。 此外,SGC-7901和mk -45胃癌细胞中miRNA 155的上调抑制了细胞的粘附、侵袭和迁移。 |
miR-221/222[77] |
胶质母细胞瘤,HCC, BC和NSCLC (O) OTSCC与红细胞(TS) |
MiR-221/222通过调控其功能靶点P57和dit4 (HCC)、Puma(胶质母细胞瘤)、ER-α和FOXO3(乳腺)、PTEN (NSCLC)发挥致癌作用。 MiR-221/222通过调控其功能靶点SODI MMP1 (OTSCC)、c-Kit(红细胞)发挥TS作用。 |
SCLC:小细胞肺癌;T-ALL: t细胞急性淋巴细胞白血病;非小细胞肺癌:非小细胞肺癌;CLL:慢性淋巴细胞白血病;恶性胸膜间皮瘤;肝细胞癌:肝细胞癌;上皮细胞向间质细胞的转变;喉鳞癌:喉鳞状细胞癌;NAIF1:核凋亡诱导因子1;舌鳞状细胞癌; O: OncomiR; TS: Tumor suppressor miRNA.
表3。营养基因组学与BC研究综述
参考文献 |
营养成分 |
主要发现 |
Roystone等.(2018) [104] |
5.0 μ M SFN, 1.0 μ M WA或两者均可。 |
-在MCF-7细胞中,SFN或WA可减少细胞向G2/M期的过渡,而两者联合则阻滞细胞在G1期。 -在MDA-MB-231细胞中:SFN+WA向S期的过渡下降,SFN被认为比WA更有效。 -单独使用SFN和WA时,CCND1和CDK4(促进G1期向S期过渡)表达减少,同时pRB (G1检查点)表达也减少,而SFN+WN联合使用在两种BC细胞中不是最有效的。 - SFN+WA上调两种细胞系中E2F CDK4(促进G1期向S期过渡)最有效。 -与SFA+WA和SFA相比,WA增加了两种细胞系中HAT活性,但在MDA-MB-231细胞中显著。 SFA+WA显著增加MCF-7和MDA-MB-231细胞的整体甲基化。 - SFN+WA使MDA-MB-231细胞中p21表达增加,P-53表达降低。而SFN或WA及两者均可在MCF-7细胞中观察到P21和P53轻度上调。 - SFN或WA单独或与WA联合主要增强了H3K4Me3在p21启动子处的表面,表明这些营养化合物正向调节启动子区域的表观基因组。 |
朱等.(2012) [105] |
-每天补充两次胶囊,连续12周,包含3种制剂中的一种: 1-placebo, 2 p。虎杖含5毫克反式白藜芦醇,3-P。虎杖加50毫克反式白藜芦醇 |
RASSF-1α (BC相关基因)甲基化随着血清反式白藜芦醇水平的增加而下降。 |
秦等.(2014) [106] |
-大鼠随机分为4组: 1 -对照组, 2-低剂量白藜芦醇(lo;5毫克/公斤/天), 3-高剂量白藜芦醇(hi;25毫克/公斤/天), 4-在Harlan Teklad配制的日粮中添加白藜芦醇,或0.1 mg/kg/wk腹腔注射5-aza-2脱氧胞苷, |
- Hi白藜芦醇和Aza对肿瘤组织中DNMT3b表达的影响与正常组织不同。DNMT3b在肿瘤中减少,而在正常组织中上升。 - Lo白藜芦醇增强了肿瘤组织中miR10a和miR10b的表达。 - Hi剂量增加了miRNA-21、-129、-204和-489,减少了正常组织中相同的miRs。 在正常和/或肿瘤组织中观察到DNMT3b与miRNA-129、-204和-489之间存在矛盾的关联。 |
d·亚当斯等.(2018) [107] |
- |
- HOPE试验中miRNA-22-3p、miRNA-122-5p、miRNA-126-3p、miRNA-150-5p 4个mirna与BMI呈正相关,miRNA-191-5p、miRNA-17-5p、miRNA-103a-3p、miRNA-93-5p与BMI呈负相关。 -在LEAN试验中,6个月干预结束时,miRNA-106b-5p, let-7b-5p和miRNA-92a-3p的表达减少,而miRNA-27a-3p, miRNA-191-5p, miRNA-24-3p的表达增加。 |
Pietruszewska等.(2015) (108) |
MCF-7和MDA-MB-23细胞用不同浓度的SFN培养96 h。 |
在MCF-7细胞中,SFN: PTEN和RARbeta2启动子甲基化在10和22 μM浓度下分别降低了25%和12%PTENmRNA在10 μM和22 μM分别上调32%和82%RARbeta2表达增加55 - 60%。 在10和46 μM SFN浓度的MDA-MB-231细胞中PTEN启动子甲基化率分别为22%和31%PTENmRNA表达量分别增加了72和101%。 在MCF-7细胞中,p21表达增加2.5倍和1.8倍,和p53SFN浓度为10和22 μM时,mRNA水平分别增加了66和38%。 -在MDA-MB-231细胞中表达突变p5310和46 μM浓度的SFN增强p21表达分别为3倍和55%。 -尽管DNMT1的监管者,p21而且p53过度表达,对DNMT1抑制。 |
彭等.(2017) [109] |
3,6- dhf剂量为20毫克/公斤/天 |
- 3,6- dhf可通过调节miR-34a启动子甲基化逆转BC中miR-34a的全局下调。 - 3,6- dhf上调MDA-MB-231细胞TET1水平,对TET2和TET3无影响。 - 3,6- dhf抑制DNMT1活性,改善DNA甲基化和去甲基化状态的不平衡。 |
库马尔等.(2017) [110] |
-姜黄素处理MCF-7细胞在0、1、3、5、10、20、30、50、100 μ M的不同时间段,包括24、48、72h。 |
-用10 μ M姜黄素处理MCF-7细胞72h逆转GSTP1启动子的高甲基化,重新表达GSTP1蛋白。 |
Pietruszewska等.(2013) [111] |
- er阳性MCF-7和侵袭性er阴性MDAMB-231细胞,对照组1 mg/l,实验组4 mg/l和8 mg/l。 |
在高剂量叶酸的作用下,MCF-7细胞中肿瘤抑制基因PTEN、APC和RARbeta2下调,启动子DNA甲基化增加。 -最高剂量诱导MCF-7细胞DNMT1表达。 |
SFN:萝卜硫素;佤邦:Withaferin;CCND1:细胞周期蛋白D1;CDK4: Cyclin D激酶4;pRB:磷酸化视网膜母细胞瘤蛋白;HAT:组蛋白乙酰转移酶活性;H3K4Me3:组蛋白三甲基化赖氨酸4;HOPE:荷尔蒙和体育锻炼;精益:生活方式、锻炼和营养;SFN:萝卜硫素; 3,6-DHF: 3,6-dihydroxyflavone; TET: Ten-eleven translocation; GSTP1: Glutathione S-transferase pi 1.