DNA甲基转移酶在肿瘤中的研究进展

裴嘉瑶+李洪艳

摘 要：DNA甲基化是表观遗传学的重要研究内容，DNA甲基化参与了生物体的染色体稳定、遗传印记的维持等正常的生理活动过程。DNA甲基转移酶是负责将甲基转移到DNA上的酶。DNMT1，DNMT3A，DNMT3B是哺乳动物体内发挥作用的三种主要DNA甲基转移酶，它们在细胞内单独或联合起来发挥着功能。本文对DNA甲基转移酶在肿瘤发生发展中的作用加以概述。

关键词：DNA甲基化，DNA甲基转移酶，CpG岛，肿瘤

引言

基因组表观遗传学是相对于传统的遗传学而提出的一个概念，其研究的不是基因序列的改变，而是研究基因组的修饰变化所引起的基因表达改变。这种修饰是可遗传的，可对生物体产生长期效应[1]。DNA甲基化是表观遗传学的一个重要研究内容，是由DNA甲基转移酶催化完成的，主要包括DNMT 1，DNMT 2和DNMT 3。研究表明，DNA甲基转移酶（DNMTs）缺陷而引起的基因表观遗传改变往往伴随着肿瘤的发生和发展。本文综述了近年DNMTs在肿瘤中的研究进展。

1 DNA甲基化现象

DNA甲基化是哺乳动物基因组最常见的修饰方式。它是在DNA甲基转移酶（DNMTs）的催化下，以甲硫氨酸为供体，将甲基转移到胞嘧啶的第五个碳原子上。DNA甲基化是一个可逆的过程，在体内同时存在着主动或被动的去甲基化过程。

2 DNA甲基转移酶（DNMTs）

DNA甲基化修饰是由DNA甲基转移酶催化完成的。目前为止，在哺乳动物体内主要存在三种DNA甲基转移酶，分别命名为DNMT 1，DNMT 2和DNMT 3。其中，DNMT 3又分为DNMT 3A和DNMT 3B两个亚型。DNMT 2，虽然具有与其他的DNMT同源的序列，并且能够甲基化小的tRNAs，但是目前通常认为它不是DNA甲基化酶。

2.1 DNMT 1

DNMT 1是第一个被克隆出来的DNA甲基转移酶。它由N-端的调节区，C-端的催化区组成，该酶的催化能力需要N-端和C-端的相互作用。但也有研究表明，DNMT1的半胱氨酸富集区可与未甲基化的CpG岛作用。这说明除了催化区域外，DNMT1的其他结构域与酶的活性有重要关系。DNMT 1可以维持基因组中的全部甲基化。一般认为，它主要负责在DNA复制的过程中保持原来的DNA甲基化状态。也就是说母链模板上某个位置的胞嘧啶被甲基化，在DNA复制时，DNMT 1就会识别这种半甲基化，催化子链相应位置的胞嘧啶发生甲基化。

2.2 DNMT 3

DNMT 3A和DNMT 3B都是由N-端的调节区，C-端的催化区组成，其C-端不需要与N-端相互作用就可以有催化活性，有很强的重新甲基化能力也具有保持甲基化的能力。最近一项研究发现，小鼠生殖细胞中存在新的DNA甲基转移酶DNMT3C。DNMT3C表现出与DNMT3B的高度一致性，并且专攻新的逆转录转座子的甲基化。除上述对哺乳动物的DNA甲基化必不可少的酶外，DNMT家族还包括另外两个成员，DNMT2和DNMT3L。DNMT3L没有催化活性，起调控作用，以DNMT3L-DNMT3A异四聚体的形式促进胞嘧啶残基甲基化。

2.3 DNMTs在肿瘤中的作用

近年来，DNA甲基化和人类疾病，尤其是和肿瘤之间关系引起研究人员的关注。许多研究发现，DNA甲基化模式的改变导致了肿瘤的发生。在很多肿瘤中都发现DNMTs的表达异常。这说明DNMTs在生物体内发挥着重要的作用。通过研究者們对DNMTs损伤病人样本的研究，发现DNMTs的异常与肿瘤发展之间存在一定的关系。DNMTs的异常主要可分为三类：表达异常，突变和缺失。

2.3.1 DNMTs表达异常

在众多研究发现，DNMT表达异常可导致癌症的发生。DNMTs（DNMT1，DNMT3A，DNMT3B）的过表达导致某些基因高度甲基化和致癌因子激活。在实体瘤中，DNMT1过表达导致病人的淋巴结转移和预后不良。在大量的患有肿瘤的病人样本中发现DNMT3A或者DNMT3B高度表达，在肝细胞中，高表达的DNMT3A具有致癌作用[2]。DNMT3B和CTCF高表达对乳腺癌中的 BRCA1 失活至关重要[3]。此外，在某些肿瘤中也出现DNMTs表达降低的现象。如Cao等在胃癌的研究中发现，DNMT3A表达量明显下降。这些研究说明，DNMTs的表达异常和肿瘤密切相关。

2.3.2 DNMTs 突变

体细胞的DNMTs突变是许多肿瘤的显著特征，并且能够导致肿瘤的恶性转化[4]。在癌症基因组中发现，结肠癌中，DNMT1 失活引起的突变导致全基因组的甲基化状态改变[5]。在血液恶性肿瘤中存在DNMT3A突变。急性骨髓白血病（AML）和骨髓异常增生症（MDL）中DNMT3A频繁地突变[6]。此外，DNMT3A突变，特别是催化区域的突变会大幅降低酶活性[6]。这些研究表明突变的DNMTs在破坏基因组甲基化以及在肿瘤的形成中扮演着重要的角色。

2.3.3 DNMTs 缺失

研究发现，在成年小鼠中敲除DNMT3A后，诱发了造血干细胞的扩散[6]。此外DNMT3A缺失导致T细胞淋巴瘤和肺部肿瘤的发展。这些结果暗示DNMT3A可能作为肿瘤的抑制基因。还有研究表明，DNMT1有助于维持甲基化，缺失会导致DNA去甲基化，DNMT1对细胞淋巴瘤预防和维护是至关重要的。因此，DNMTs基因的缺失参与肿瘤的发展。

3 结语

DNA甲基化和DNA甲基转移酶与肿瘤的发生发展密切相关。DNMTs的表达异常，是肿瘤细胞的一个特征。因此DNMTs有望成为研发治疗癌症药物的靶点。另外，基于某些基因在肿瘤的发展进程中的重要作用，这些基因所具有的甲基化的特性则为肿瘤的诊断和治疗提供新的方向。

参考文献（References）

[1]Pechalrieu D. DNA methyltransferase inhibitors in cancer： From pharmacology to translationalstudies

[2]Zhao Z. Depletion of DNMT3A suppressed cell proliferation and restored PTEN in hepatocellular carcinoma cell

[3]Cai FF. Pyrosequencing quantified methylation level of BRCA1 promoter as prognostic factor for survival in breast cancer patient

[4]Baylin SB. A decade of exploring the cancer epigenome - biological and translational implications

[5]Vafadar-Isfahani N. ，Decoupling of DNA methylation and activity of intergenic LINE-1 promoters in colorectal cancer

[6]Yamashita Y. Array-based genomic resequencing of human leukemia

[7]Challen GA. Dnmt3a is essential for hematopoietic stem cell differentiation.