張 雯，陳香宇，郭明洲，段芳齡

1.中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院消化科，北京100853;2.鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院消化科;3.鄭州大學(xué)第二附屬醫(yī)院

胃癌在全球腫瘤致死原因中排名第二位，其5年生存率為10%左右，其發(fā)生率雖然在西方國(guó)家呈下降趨勢(shì)，但在亞洲仍居第二位［1-2］。表觀遺傳學(xué)是一門(mén)研究基因表達(dá)的學(xué)科，它是指基因表達(dá)的變化依賴于DNA甲基化、組蛋白修飾和染色質(zhì)重塑，而不是基因序列的改變。表觀遺傳學(xué)在胃癌中的變化可能成為胃癌早期診斷和預(yù)后的標(biāo)志物及治療的靶標(biāo)。

1 表觀遺傳學(xué)的概念

表觀遺傳學(xué)是沃丁頓(waddingtong)于1939年第一次提出，他在研究生物體的基因型與表型之間的關(guān)系時(shí)指出，基因型的遺傳是遺傳學(xué)研究主旨，而基因型產(chǎn)生表型的過(guò)程則屬于表觀遺傳學(xué)研究范疇。受精卵在產(chǎn)生各種類型的細(xì)胞時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的整套基因始終是保持恒定的，即基因表達(dá)同分化發(fā)育之間的關(guān)系是通過(guò)表觀遺傳來(lái)調(diào)控的［3］，這也解釋了為何同卵雙生的雙胞胎雖然具有相同的DNA序列，卻存在表型的差異和疾病易感性的差異。Holliday進(jìn)一步指出，基因表達(dá)活性的變化不僅發(fā)生在發(fā)育過(guò)程中，而且也發(fā)生在生物體已分化細(xì)胞中，并且這種變化可通過(guò)有絲分裂的細(xì)胞遺傳下去。這是一種“不以DNA序列的差別為基礎(chǔ)的細(xì)胞核遺傳”［4］。表觀遺傳學(xué)對(duì)基因的表達(dá)調(diào)控可分為:(1)基因選擇性表達(dá)的調(diào)控，包括DNA的甲基化和組蛋白的乙酰化和甲基化。(2)基因轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控，包括小干擾RNA(small interfering RNA，SiRNA)和微小RNA(micro RNA);染色質(zhì)重塑、基因印記亦屬于表觀遺傳學(xué)范疇。本文主要介紹DNA甲基化、組蛋白修飾在胃癌中的作用。

2 胃癌與DNA甲基化

DNA甲基化(DNA methylation)是最早發(fā)現(xiàn)的表觀遺傳改變現(xiàn)象之一，也是研究最多的內(nèi)容之一。其在維持染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、X染色體失活、基因印記、胚胎發(fā)育、細(xì)胞分化及腫瘤的發(fā)生等方面均具有重要作用［5］。DNA 甲基化主要發(fā)生于胞嘧啶［6］，DNA 在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNA methyltransferase，DNMT)的作用下，由S-腺苷甲硫氨酸作為甲基供體，將CpG二核苷酸中5'端的胞嘧啶轉(zhuǎn)變?yōu)?'甲基胞嘧啶。研究表明，DNA甲基化能引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、DNA構(gòu)象、DNA穩(wěn)定性及DNA與蛋白質(zhì)相互作用方式的改變［7-9］，阻止轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)子區(qū)結(jié)合，基因轉(zhuǎn)錄被抑制從而影響基因表達(dá)。基因啟動(dòng)子區(qū)CpG島的異常甲基化在人類腫瘤中廣泛存在，這種改變可使抑癌基因失活并繼而影響腫瘤細(xì)胞的增殖和分化。

2.1 E-cadherin/CHD1 Lauren將胃癌分為兩大類，彌散型和腸型，這兩種腫瘤類型的發(fā)生是由不同遺傳途徑引起的［10］，遺傳和表觀遺傳事件，包括1q雜合子缺失(LOH)、微衛(wèi)星不穩(wěn)定性和甲基化已在腸型胃癌及癌前病變中大量報(bào)道，而17P LOH和E-cadherin的表達(dá)缺失與彌散型胃癌的發(fā)展密切相關(guān)。E-cadherin是鈣依賴性的跨膜附著糖蛋白超家族中的一員，不僅能作為細(xì)胞黏附分子發(fā)揮作用，在發(fā)育、組織完整性、穩(wěn)定細(xì)胞形態(tài)和極化等過(guò)程中有著重要的作用。Becker等［11］報(bào)道，大約25% ～40%的具有遺傳傾向的彌慢性胃癌E-cadherin發(fā)生種系突變或甲基化而使其表達(dá)缺失。E-cadherin的表達(dá)減少與胃癌的轉(zhuǎn)移與浸潤(rùn)有關(guān)，表達(dá)E-cadherin的患者其生存期較缺失表達(dá)患者可延長(zhǎng)3～5年［12］。Erike等檢測(cè)到63.3%胃炎患者E-cadherin發(fā)生甲基化，并且其中95%的患者幽門(mén)螺桿菌感染陽(yáng)性，提示E-cadherin甲基化與幽門(mén)螺桿菌感染相關(guān)。

2.2 PRDM PRDM(PRDI-BFI and RIZ domain containing)蛋白屬于鋅指蛋白家族，有一個(gè)進(jìn)化保守的N-端PR結(jié)構(gòu)域，其后跟隨16個(gè)重復(fù)鋅指結(jié)構(gòu)［13］，這個(gè)PR結(jié)構(gòu)域是一個(gè)典型的C2-H2鋅指模型，與SET(surar3-9、enhancer of zeste、trithorax)在結(jié)構(gòu)域上有高度同源性，因此參與染色質(zhì)介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控［14］。到目前為止，17種人類PRDM成員已被確認(rèn)在腫瘤細(xì)胞中有抑制生長(zhǎng)功能。PRDM5是新近被鑒定的成員，是一些腫瘤的候選抑癌基因。Shu等［15］發(fā)現(xiàn)PRDM5啟動(dòng)子區(qū)在原發(fā)性胃癌及胃癌細(xì)胞株中高度甲基化，用5-aza-2-deoxycytidine處理胃癌細(xì)胞株導(dǎo)致PRDM5啟動(dòng)子去甲基化而恢復(fù)表達(dá)，提示CpG島甲基化在PRDM5的表達(dá)調(diào)控中起重要作用。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)PRDM5是一個(gè)應(yīng)激反應(yīng)基因，但是它的應(yīng)激反應(yīng)在啟動(dòng)子區(qū)甲基化后遭到破壞。

2.3 hMLH1 微衛(wèi)星為遍布于人類基因組中的簡(jiǎn)單重復(fù)序列，在人群中，它們呈現(xiàn)高度多態(tài)性，并且穩(wěn)定遺傳，微衛(wèi)星的高度多態(tài)性是微衛(wèi)星不穩(wěn)定性的表現(xiàn)，它與錯(cuò)配修復(fù)基因的缺陷有關(guān)。錯(cuò)配修復(fù)基因超家族屬于管家基因(Housekeeping genes)，它們可發(fā)現(xiàn)并糾正DNA復(fù)制及DNA損傷過(guò)程中出現(xiàn)的未配或錯(cuò)配的堿基，維持基因組穩(wěn)定性。該基因家族的突變將導(dǎo)致突變表型，表現(xiàn)為微衛(wèi)星不穩(wěn)定性增加以及活性基因的高突變。以往報(bào)道盡管在胃癌中發(fā)現(xiàn)高頻率的微衛(wèi)星不穩(wěn)定性，DNA錯(cuò)配修復(fù)基因hMSH2、hMLH1的突變很罕見(jiàn)，然而 Fleisher等［16］報(bào)道大多數(shù)胃癌患者h(yuǎn)MLH1啟動(dòng)子區(qū)CpG島甲基化，使得hMLH1表達(dá)缺失，呈現(xiàn)出微衛(wèi)星不穩(wěn)定性。

2.4 MAGE 黑色素瘤抗原編碼基因(melanoma antigen-encoding genes，MAGE)，通過(guò)啟動(dòng)子區(qū)CpG島的去甲基化作用，在多種腫瘤中表達(dá)，除了睪丸與胎盤(pán)組織，它在所有正常組織中沉默。MAGE肽的腫瘤特異性表達(dá)，在免疫療法中有明確的重大意義。MAGE A1和A3啟動(dòng)子區(qū)的去甲基化在胃癌患者中常常發(fā)生，患者表現(xiàn)出較高的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移率。此外，MAGE A1和A3啟動(dòng)子區(qū)的去甲基化發(fā)生在胃癌的進(jìn)展階段，是預(yù)后不良傾向的標(biāo)志，因此，可以作為胃癌患者預(yù)后的評(píng)價(jià)指標(biāo)［17］。

2.5 SFRP2 Wnt信號(hào)通路的異?；罨蜕险{(diào)是許多癌癥的主要特點(diǎn)，APC、Axin、Axin-2和β-TrCP基因的失活突變或β-catenin基因的激活已經(jīng)在70%以上的良性和惡性腫瘤中確認(rèn)，Wnt信號(hào)通路抑制因子在腫瘤形成中的作用現(xiàn)已明確［18］。Wnt信號(hào)抑制因子-1(WIF-1)通過(guò)與Wnt蛋白結(jié)合，導(dǎo)致β-catenin累積進(jìn)入胞核，與T-cell factor組成轉(zhuǎn)錄復(fù)合體，參與下游基因表達(dá)的調(diào)節(jié)。sFRP屬于分泌型糖蛋白家族，該家族有5個(gè)成員，被認(rèn)為是Wnt信號(hào)通路的負(fù)性調(diào)節(jié)因子［19］。Cheng等［20］在原發(fā)性胃癌中篩選 sFRP 成員(sFRP1，2，4，5)的表達(dá)及甲基化狀態(tài)時(shí)發(fā)現(xiàn)只有sFRP2與鄰近非癌組織相比表達(dá)是下調(diào)的。甲基化率在胃癌中占73.3%，腸上皮化生中占37.5%，鄰近非癌組織中占20%。因此，sFRP2甲基化在胃癌的發(fā)生過(guò)程中起重要作用。

3 組蛋白修飾

組蛋白(histones)是真核生物染色體的基本結(jié)構(gòu)蛋白，大多數(shù)是由一球狀區(qū)和突出于核小體外的組蛋白尾組成的堿性氨基酸組成，有5種類型:H1、H2A、H2B、H3和H4。除H1的N端富含疏水氨基酸、C端富含堿性氨基酸之外，其余4種都是N端富含堿性氨基酸(如精氨酸、賴氨酸)，C端富含疏水氨基酸(如纈氨酸、異亮氨酸)。在組蛋白中帶有折疊基序(motif)的C端結(jié)構(gòu)域與組蛋白分子間發(fā)生相互作用，并與DNA的纏繞有關(guān)，而N端可同其他調(diào)節(jié)蛋白和DNA作用，且富含賴氨酸，具有高度精細(xì)的可變區(qū)，組蛋白N端尾部的15～38個(gè)氨基酸殘基是翻譯后修飾的主要位點(diǎn)，調(diào)節(jié)DNA的生物學(xué)功能。2001年，Jenuwein等［21］提出“組蛋白密碼(histone code)”學(xué)說(shuō)后，關(guān)于組蛋白修飾的研究受到更廣泛的重視。

組蛋白翻譯后修飾包括乙?；c去乙?；?、磷酸化與去磷酸化、甲基化與去甲基化、泛素化與去泛素化等，單一組蛋白的修飾往往不能獨(dú)立地發(fā)揮作用，一個(gè)或多個(gè)組蛋白尾部的不同共價(jià)修飾依次發(fā)揮作用或組合在一起，形成一個(gè)修飾的級(jí)聯(lián)，它們通過(guò)協(xié)同或拮抗來(lái)共同發(fā)揮作用，這些多樣性的修飾以及它們時(shí)間和空間上的組合與生物學(xué)功能的關(guān)系可作為一種重要的表觀遺傳學(xué)標(biāo)志或語(yǔ)言，也被稱為“組蛋白密碼”。其中以乙酰化的研究最多，越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)證明，組蛋白乙?；c抑癌基因沉默或抑制有關(guān)。Kim等［22］研究發(fā)現(xiàn)，在含有非甲基化等位基因的SNU-5和SNU-668的胃癌細(xì)胞系中加入去乙酰化抑制劑trichostatin A(TSA)可使與DLC-1啟動(dòng)子相關(guān)的乙?；M蛋白H3和H4積聚，并可誘導(dǎo)DLC-1 mRNA的表達(dá)。并通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步闡明其分子機(jī)制，TSA是通過(guò)Sp1(specificity protein 1)定位于轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的-219和-174位來(lái)激活DLC-1基因啟動(dòng)子活性［23］。進(jìn)一步研究組蛋白修飾與基因調(diào)控的分子機(jī)制，有利于開(kāi)發(fā)新的抗腫瘤藥物。

表觀遺傳學(xué)生物標(biāo)志物的研究對(duì)于胃癌早期診斷、監(jiān)測(cè)胃癌的復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移及預(yù)后評(píng)估具潛在的應(yīng)用價(jià)值。表觀遺傳治療將成為未來(lái)的研究熱點(diǎn)。

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