LINE-1的低甲基化在癌症中的研究进展*

李佳慈，李克秋，景亚青 综述，李 光 审校

(天津医科大学遗传系，天津 300070)作者简介：李佳慈(1993-)，在读硕士，主要从事环境与健康研究。 △ 通信作者，E-mail:lig@tmu.edu.cn。

转座子，即跳跃基因，是一段在基因组中能够通过转录或逆转录的方式移动到其他基因座上的DNA序列。转座子的“跳跃”功能是通过基因编码的蛋白质(如DNA转座酶，逆转录酶)来进行调节的[1]。根据转座过程中依赖的中间媒介，转座子可被分为DNA 转座子和RNA 转座子。DNA 转座子是通过“切割-粘贴”机制转座的一类转座子，它能编码一种转座酶,特异识别染色体DNA 中的转座序列,将其切割下来并插入到新的位点[2]。

RNA 转座子又被称为逆转座子,它通过DNA元件转录成RNA，再反转录成cDNA，然后插入基因组中某一新位点。分散在真核生物基因组中的大量逆转座子是导致基因组不稳定的因素，可引起基因组序列的删除、扩增、倒位、移位、断裂、同源序列重组等现象。逆转座子主要有两类:长末端重复序列(long-terminal repeats，LTR )和非LTR 的反转座子。人们最为熟知的LTR转座子,占人类基因组的8%。非LTR 的反转座子包括自主性和非自主性两种。自主性反转座子即长散布核元件(long interspersed nuclear elements,LINE)，主要成员是LINE-1；非自主性反转座子有短散布核元件(short interspersed nuclear elements,SINE)、可变数目串联重复序列(variable number tandem repeat，VNTR)和SINE-VNTR-Alu的结合序列SVA。SINEs和SVA不编码任何蛋白,但是它们的转座要依赖于活性LINE-1,故也将其形象地称为“LINE-1的寄生虫”。本文将重点阐述LINE-1的研究进展[3]。

1 LINE-1

LINE-1是LINE中的一种最为重要的重复序列，是在人类基因组中唯一可以自主转座的逆转座子。尽管人类基因组中有超过50 000个LINE-1序列，但是大多数由于基因重排、点突变、5′端截断等原因失去活性，只有80～100个LINE-1序列在人体中存在活性，并且其活性部位存在个体差异性[4]。一个有活性的LINE-1序列长约6 500 bp，主要集中在腺嘌呤、胸腺嘧啶(AT)富集区。LINE-1及其编码的反转录酶可作用于其他非自主反转录转座子的转座过程，LINE-1参与转座生成的DNA序列，累加约占到人类基因组的30%[5]。

2 LINE-1转座的调控模式

LINE-1的转座受多种因素的调控，如DNA甲基化、RNA剪接和多聚腺苷酸、细胞内蛋白网络调控等。

甲基化调控模式：DNA甲基化发生在原生殖细胞中，它是在DNA碱基上添入甲基基团的化学修饰现象。DNA的甲基化在许多生物过程中有着重要的作用[6]。在缺乏甲基化转移酶-3L(DNMT-3L)的减数分裂异常的雄性小鼠中可以观察到LINE-1的过表达。在小鼠的生殖细胞中，通过基因敲除，使 DNMT3甲基化酶家族低表达，LINE-1转录激活，进一步表明了甲基化作用是LINE-1表达的主要调控作用。同时发现LINE-1的5′UTR区域存在大量的CpG序列高甲基化，高甲基化的CpG序列与甲基化 CpG结合蛋白MeCP结合而沉默。此蛋白在上皮癌和白血病的细胞系中可抑制 LINE-1的移动，这种抑制也发生在体细胞，而对于低甲基化的生殖细胞和人类肿瘤细胞抑制程度会减弱。BECK等[4]发现在人体组织中DNA甲基化对LINE-1的表达有影响。

RNA剪接和多聚腺苷酸调控模式：靶序列引发反转录(TPRT)机制介导人LINE-1 mRNA逆转录转座，此过程中剪接位点是有功能的，它的激活可以导致产生更短的LINE-1 mRNA片段，短片段LINE-1 mRNA可能会构成逆转录转座子。实际上在组织中，LINE-1 mRNA剪接是抑制LINE-1表达的一种调控机制[7]。LINE-1包括许多潜在的多腺苷酸化信号，这些信号可以生成更短的用于逆转录的LINE-1 mRNAs序列，这种方式可能对LINE-1的表达有调控作用。

抑制LINE-1逆转录的蛋白质调控模式：WISSIGN等[8]发现在培养的多种细胞中，APOBEC3胞苷脱氨酶家族，尤其是APOBEC3A(A3A)和APOBEC3B(A3B)，对LINE-1逆转录抑制作用较强。RICE等[9]在体外培养细胞中发现Trex1基因和SAMHD1基因过表达均可抑制LINE-1的逆转录。最近有研究表明：莫洛尼白血病病毒10(MOV10)对人LINE-1的逆转录也有抑制作用[10]。

在LINE-1的几种调控模式中，LINE-1甲基化是一种最为重要的调控方式。LINE-1在人类几乎所有肿瘤细胞中因其去甲基化而处于高表达状态，并且高表达的LINE-1能促进细胞增殖，如肺癌细胞A549、肝癌细胞HepG2、乳腺癌细胞MCF-7，而在正常组织细胞中却处于沉默状态。有研究表明LINE-1的这种激活与表达可能对基因组产生巨大的破坏：如突变、基因的不稳定[11]，其具体功能尚在研究中。LIU等[12]研究发现，LINE-1以反转座的形式，强烈的抑制某些肿瘤细胞在G1/S/G2/M期的停留。LINE-1与细胞，尤其是肿瘤细胞的生物学行为之间的关系是近年来国内外研究的热点之一。

3 LINE-1低甲基化与癌症

LINE-1的低甲基化是癌症中常见的表观遗传现象，对癌症的发生有一定的影响。在正常情况下，LINE-1是高度甲基化的。但是，有研究表明，在上皮癌、大肠癌、胃癌等癌症中，LINE-1表现明显的低甲基化[13-15]。LINE-1的甲基化降低导致LINE-1的反转录活性增加，影响细胞正常的功能，增加癌症的发病风险。

目前对于LINE-1的插入在癌症的发生和演进中的机制存在着几种猜想：(1)环境因素最初改变了LINE-1启动子甲基化的状态，从而增加了LINE-1的转录活性，新的LINE-1逆转录转座进入到一段致癌的区域，这一过程可能会造成癌症的发生；(2)一旦癌症发生，LINE-1启动子区去甲基化可能也会增加，进而激发反义的启动子区和附近的基因[16]。

3.1LINE-1的低甲基化对常见癌症的影响 HOSHIMOTO等[13]认为LINE-1的低甲基化可以作为食管鳞状细胞癌一个早期的生物标志。早期的食管鳞状细胞癌中LINE-1的低甲基化水平和细胞侵袭的深度有密切的联系。

此外，ZHU等[14]报道显示，在食管鳞状细胞癌中LINE-1的甲基化水平与CDK mRNA和CDK蛋白的表达水平有显著的联系。LINE-1表观遗传的变化伴随着多耐药基因MDR1表达的激活，导致其表达产物P-糖蛋白作用异常，细胞耐药性降低，增大肿瘤细胞变异的可能性。

3.2LINE-1的低甲基化对肾母细胞瘤的影响 CHANG等[15]发现，LINE-1甲基化和肾母细胞瘤的端粒长度有明显的联系。低甲基化通过DNA损伤或其他途径促进LINE-1转录从而缩短端粒长度。用低甲基化药物5-脱氧氮杂胞苷处理肾母细胞瘤细胞系，发现实验组细胞中相对端粒长度缩短，LINE-1甲基化降低。这些研究结果都表明，在肾母细胞瘤中普遍存在LINE-1的甲基化，并且LINE-1的低甲基化是端粒长度缩短的原因之一。

3.3LINE-1的低甲基化对大肠癌的影响 TANG等[16]发现LINE-1的低甲基化程度与不同临床表现和分子特征的大肠癌有关，LINE-1的低甲基化是检测大肠癌的一个可能的生物标记。在患有大肠癌的中国患者中，人黏液膜上LINE-1的甲基化程度降低；然而，LINE-1的甲基化在人相邻正常的肠黏液膜中起着关键的作用，此项发现对于结肠癌的发展进程有着重要的影响[17]。

3.4LINE-1的低甲基化对肝细胞癌的影响 在HARADA等[18]的报道中显示，在LINE-1低甲基化的肝细胞癌中周期蛋白依赖性激酶CDK6表达量明显升高，这说明LINE-1的低甲基化通过对细胞周期的调控，增大肝细胞癌的发病风险。ZHU等[19]认为，在肝细胞癌中LINE-1的低甲基化通过致癌基因c-MET的激活，对肝细胞癌预后的总生存数和无病存活数产生影响，这与肝细胞癌的发病进展有一定的联系。此外，有研究显示，LINE-1上ORF1蛋白可以促进HepG2细胞增殖并且可以减少化疗药物的细胞毒性[20]。而且，新的LINE-1逆转录转座子能抑制大肠癌肿瘤突变蛋白(MCC)，并且激活肝细胞癌中的肿瘤发生抑制因子ST18[21]。综上所述，LINE-1的低甲基化有可能作为肝细胞癌诊断及预后的一个生物标记。

3.5LINE-1的低甲基化对其他癌症的影响 在预测妊娠滋养细胞瘤及葡萄胎方面，LINE-1的部分低甲基化发生在恶性转化出现之前，LINE-1可能是一个有前景的生物标记[22]。在乳腺癌的研究进展当中，LINE-1的低甲基化可能作为一个早期的诊断标准； 而Alu家族在乳腺癌的癌症发病进展中可能作为一个晚期的诊断标准。细胞膜受体HER2丰富的亚型中，Alu和LINE-1的显著低甲基化，这可能和特殊亚型的不稳定性有关[23]。此外，在肺癌、膀胱癌等的研究中，也发现了不同程度的LINE-1甲基化的降低，LINE-1的甲基化降低间接反映了全基因组甲基化水平的降低，LINE-1甲基化降低会造成致癌基因的过表达，从而加大了癌症的发病风险。

4 LINE-1低甲基化与癌症的不良预后的关系

随着恶性肿瘤表观遗传学的发展，LINE-1序列5′端启动子区域的低甲基化状态与癌症的不良预后是密切相关的。有文献报道，在95例肝癌患者中，LINE-1甲基化高组(甲基化程度大于75.91%)患者的术后生存率和总生存率都明显高于LINE-1甲基化低组(甲基化程度小于或等于75.91%)。在浸润性乳腺癌患者的10年随访中发现，LINE-1的低甲基化与无病生存时间无关。在皮肤癌中，LINE-1 CpG2和CpG3两个位点的低甲基化与恶性黑色素瘤的改善预后有关，且LINE-1 CpG3的低甲基化与恶性黑色素瘤的改善预后关系更为显著。

LINE-1低甲基化可增加LINE-1 mRNA表达，激活逆转录活性，因此抑制LINE-1逆转座可作为抗肿瘤药物研发的新思路。2006年获批的一项专利显示，在治疗中利用RNA干扰技术降低反转录酶的表达水平，从而使肿瘤组织增殖减慢，并且诱导终末分化。研究者发现在高LINE-1 转录活性的Hela细胞中，抗病毒药物核苷类似物(反转录酶抑制剂)司他夫定、齐多夫定、拉米夫定联合使用能有效抑制LINE-1的转录[24]。虽然这些研究目前只是临床前的试验阶段，但LINE-1与癌症发生发展的关系近些年来已经引起了科研工作者的兴趣，相信在未来的时间内抑制LINE-1活性药物会成为治疗癌症的福音。