曾子奕綜述，徐海帆審校

（南華大學(xué)附屬第一醫(yī)院腫瘤外科，湖南衡陽(yáng)421000）

DNA甲基化與腫瘤的相關(guān)研究

曾子奕綜述，徐海帆審校

（南華大學(xué)附屬第一醫(yī)院腫瘤外科，湖南衡陽(yáng)421000）

DNA甲基化； 基因，腫瘤抑制； 腫瘤/遺傳學(xué)； 腫瘤/治療； 綜述

腫瘤是影響人類(lèi)健康生活的重大疾病之一，隨著人類(lèi)平均壽命的增加，惡性腫瘤對(duì)人類(lèi)的威脅日漸增加，隨著疾病譜的改變，惡性腫瘤已經(jīng)成為目前死亡的常見(jiàn)原因之一。甲基化是蛋白質(zhì)和核酸的一種重要的修飾，調(diào)節(jié)基因的表達(dá)和關(guān)閉，與癌癥、衰老等許多疾病密切相關(guān)。近30年來(lái)，科學(xué)家及醫(yī)學(xué)工作者對(duì)于DNA甲基化與腫瘤的關(guān)系作了大量的研究，揭示了基因組整體水平的低甲基化與局部的高甲基化是腫瘤發(fā)生的一個(gè)重要因素。

1 DNA甲基化的概念和意義

作為表觀遺傳學(xué)的重要組成，DNA甲基化是一種共價(jià)化學(xué)修飾，指在DNA甲基化轉(zhuǎn)化酶的催化下，將S-腺苷甲硫氨酸提供的甲基基團(tuán)共價(jià)到CpG二核苷酸胞嘧啶的5碳單位上的過(guò)程。人類(lèi)基因組中存在一些長(zhǎng)度為300～3 000 bp富含CpG二核苷酸的區(qū)域，這些區(qū)域主要存在于基因的5′端，被稱(chēng)作CpG島。正常情況下，CpG島的未甲基化狀態(tài)是基因轉(zhuǎn)錄的保證，其異常甲基化則會(huì)導(dǎo)致基因轉(zhuǎn)錄的抑制。作為哺乳動(dòng)物基因組中1~ 2 kb的DNA片段，CpG島富含非甲基化的CpG雙倍體。CpG島主要位于基因啟動(dòng)子和第一外顯子區(qū)域，約有60%以上的基因啟動(dòng)子含有CpG島。通?？梢哉{(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄。在人類(lèi)基因中，大部分的正常CpG島處于非甲基化狀態(tài)。但當(dāng)這些CpG島一旦出現(xiàn)甲基化將會(huì)影響基因的正常轉(zhuǎn)錄，影響途徑大致如下。（1）DNA的甲基化可以使得某些特異的轉(zhuǎn)錄因子與其結(jié)合位點(diǎn)發(fā)生障礙，如Myc/Myn、E2F等轉(zhuǎn)錄因子。其結(jié)合位點(diǎn)都富含CpG島，CpG島的甲基化可以使其的結(jié)合受到抑制。（2）CpG島的異常甲基化后與組蛋白脫乙酰酶類(lèi)發(fā)生作用，產(chǎn)生脫乙酰作用，使基因轉(zhuǎn)錄受到影響。（3）甲基化狀態(tài)的DNA與轉(zhuǎn)錄抑制蛋白結(jié)合，產(chǎn)生轉(zhuǎn)錄失活[1-3]。

2 原癌基因與抑癌基因的甲基化

據(jù)目前所知，人類(lèi)腫瘤的發(fā)生與原癌基因的激活及抑癌基因的失活相關(guān)，正常情況下，基因組的原癌基因處于抑制狀態(tài)，而全基因組的低甲基化可使原本處于失活狀態(tài)下的基因狀態(tài)發(fā)生活化。DNA低甲基化是在人類(lèi)腫瘤中識(shí)別的最初的表觀遺傳異常。其通常被忽略為一個(gè)不受歡迎的并發(fā)癥，幾乎所有的注意力都集中在腫瘤的沉默基因，如抑癌基因的啟動(dòng)子高甲基化上。后來(lái)發(fā)現(xiàn)腫瘤中DNA的全局低甲基化與重復(fù)DNA元件非常相關(guān)，使腫瘤相關(guān)的DNA低甲基化繼續(xù)獲得非常多的關(guān)注。最新的高分辨率全基因組研究證實(shí)，DNA低甲基化與腫瘤中基因組高甲基化同時(shí)發(fā)生，只是通常在不同的序列上。腫瘤中個(gè)別CpG島的甲基化變化不僅對(duì)區(qū)域環(huán)境，而且對(duì)鄰近位點(diǎn)具有一個(gè)很高的依賴(lài)性。如前所述，在整個(gè)基因組持續(xù)低甲基化的過(guò)程中，局部區(qū)域的高度甲基化（特別是抑癌基因的啟動(dòng)子）導(dǎo)致抑癌基因的繼續(xù)沉默，更進(jìn)一步增加了腫瘤生成的風(fēng)險(xiǎn)。甲基化修飾目前被現(xiàn)代腫瘤學(xué)認(rèn)為是導(dǎo)致原癌基因激活及抑癌基因失活的機(jī)制之一[4-5]。

3 DNA甲基化與腫瘤

表觀遺傳學(xué)研究表明，DNA的甲基化是遺傳外修飾的重要途徑，調(diào)節(jié)基因的表達(dá)與關(guān)閉，與腫瘤、衰老等疾病密切相關(guān)。DNA甲基化后基因序列并未發(fā)生改變，但是其表達(dá)卻受到抑制。這種改變通常發(fā)生在富含CG結(jié)構(gòu)的二核苷酸上，這正是維持染色體結(jié)構(gòu)、細(xì)胞記憶與衰老及胚胎發(fā)育的重要部位。因此，DNA甲基化的研究對(duì)臨床上腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、治療及預(yù)后有著重要意義。

全基因組的低甲基化及特定區(qū)域的高甲基化被認(rèn)為是腫瘤細(xì)胞中DNA甲基化的主要形式。這一理論已經(jīng)被Zelic等[6]、Li等[7]、Mo等[8]通過(guò)meta分析等多種方法驗(yàn)證。大多數(shù)腫瘤基因表現(xiàn)出的低甲基化主要體現(xiàn)在高度及中度重復(fù)序列之中。其可以誘使染色體出現(xiàn)不穩(wěn)定，并且出現(xiàn)相應(yīng)的CpG島的高甲基化，使其相關(guān)的DNA損傷修復(fù)基因、細(xì)胞周期調(diào)控及細(xì)胞凋亡基因沉默，進(jìn)而誘發(fā)腫瘤。另一方面，低甲基化的原癌基因表達(dá)增強(qiáng)也是誘發(fā)腫瘤的一大機(jī)制。Sizemore等[9]通過(guò)研究基質(zhì)金屬蛋白酶-7（MMP-7）的啟動(dòng)子低甲基化及MMP-7在乳腺基底樣細(xì)胞癌和三陰性乳腺癌中的過(guò)度表達(dá)，通過(guò)免疫組化等方式驗(yàn)證了MMP-7的過(guò)度表達(dá)和MMP-7基因的低甲基化與乳腺惡性腫瘤及相關(guān)亞型的預(yù)后相關(guān)。另外，一些抑癌基因啟動(dòng)子的高甲基化與腫瘤的發(fā)生、預(yù)后也密切相關(guān)。de Araújo等[10]研究發(fā)現(xiàn)40%遺傳性黑色素瘤的發(fā)病與細(xì)胞周期依賴(lài)性激酶抑制基因CDKN2A突變相關(guān)，而DNA高度甲基化改變是CDKN2A基因突變的一個(gè)重要因素。Strand等[11]在研究前列腺癌與DNA甲基化的關(guān)系中發(fā)現(xiàn)，DNA甲基化可以作為前列腺癌的預(yù)后評(píng)估因素，其影響因素可能與配對(duì)的同源盒轉(zhuǎn)錄因子2（PITX2）等常見(jiàn)的甲基化位點(diǎn)相關(guān)。Fumagalli等[12]通過(guò)流行病學(xué)方法進(jìn)行O6-甲基鳥(niǎo)嘌呤-DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（MGMT）的甲基化研究，實(shí)驗(yàn)樣本來(lái)自84例經(jīng)臨床病理學(xué)確診并已接受烷化劑治療的三陰性乳腺癌患者，其中58.3%的患者出現(xiàn)了MGMT的高度甲基化，表明MGMT的高甲基化與三陰性乳腺癌發(fā)生相關(guān)。Langevin等[13]檢測(cè)了88例確診的口腔鱗狀細(xì)胞癌患者樣本，通過(guò)焦磷酸測(cè)序法確定了GABRR1抗體是作為口腔鱗狀細(xì)胞癌的7個(gè)甲基化標(biāo)記物之一，并推測(cè)其可作為以后口腔鱗狀細(xì)胞癌高危人群非侵入性篩查的一個(gè)標(biāo)志。Lyn-Cook等[14]利用DNA微陣列技術(shù)確定了進(jìn)行啟動(dòng)子甲基化在人類(lèi)肺腫瘤細(xì)胞中的致瘤作用。

4 DNA甲基化在臨床的應(yīng)用

檢測(cè)基因的異常甲基化可用于腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及早期診斷，其理論基礎(chǔ)是腫瘤細(xì)胞與正常細(xì)胞之間的甲基化差異。Nie等[15]在對(duì)非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）的自由細(xì)胞腫瘤循環(huán)DNA的研究發(fā)現(xiàn)，NSCLC患者血漿或血清中的DNA含量明顯高于正常對(duì)照組和良性疾病患者。Sunami等[16]發(fā)現(xiàn)，腫瘤患者血液中游離DNA含量升高，并具備惡性細(xì)胞特質(zhì)，認(rèn)為血液中的游離DNA來(lái)源于原發(fā)腫瘤。因此，分析DNA甲基化程度不僅僅只局限于腫瘤實(shí)體標(biāo)本，也可以拓展到患者的外周血檢測(cè)中。Gupta等[17]通過(guò)對(duì)66例乳腺癌患者外周血中乳腺癌1號(hào)基因（BRCA1）的分析研究，發(fā)現(xiàn)基因啟動(dòng)子的甲基化可能作為乳腺癌易感性的一個(gè)標(biāo)志。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)于腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及早期診斷極具價(jià)值。新近研究發(fā)現(xiàn)，糖類(lèi)抗原CA199在某些腫瘤患者血中升高可能與控制糖基化的β3GALT5基因的高度甲基化相關(guān)[18]。另外，測(cè)定DNA甲基化也可以作為對(duì)腫瘤患者的預(yù)后評(píng)估。Karlsson等[19]通過(guò)全基因組DNA甲基化研究揭示了其與肺癌患者的預(yù)后相關(guān)。在伊朗南部進(jìn)行的一項(xiàng)散發(fā)性乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)研究提示，DNMT3B的高甲基化與乳腺癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)呈正相關(guān)[20]。此外，DNA甲基化研究也可以作為評(píng)估化療療效的指標(biāo)，Ignatov等[21]通過(guò)BRCA1啟動(dòng)子甲基化在三陰性乳腺癌及非三陰性乳腺癌的對(duì)照研究，發(fā)現(xiàn)BRCA1啟動(dòng)子甲基化是其共同致癌因素，并且能夠更好地評(píng)估蒽環(huán)類(lèi)化療藥物的治療效果。異常的甲基化也可以影響患者的生存期，在胃癌中，甲基化CpG位點(diǎn)計(jì)數(shù)Dact1啟動(dòng)子具有臨床評(píng)估胃癌預(yù)后的重要性[22]。

隨著對(duì)DNA甲基化研究的深入，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)甲基化發(fā)生在腫瘤的早期，且這個(gè)過(guò)程是可逆的。抑制DNA的甲基化可以作為治療腫瘤的新途徑。應(yīng)用甲基化轉(zhuǎn)移酶抑制劑可以阻斷DNA的甲基化過(guò)程，并且使基因（主要是抑癌基因）重新去甲基化并激活，從而達(dá)到抑制腫瘤的目的。2004年美國(guó)食品藥品安全局批準(zhǔn)胞嘧啶類(lèi)似物5-氮雜胞苷用于治療骨髓增生異常綜合征，隨后第2種5-氮雜2-脫氧胞苷（5-zaz-Dc）問(wèn)世[23]，從而掀起了甲基化轉(zhuǎn)移酶抑制劑應(yīng)用的新高潮。這類(lèi)藥物在體內(nèi)外均能通過(guò)抑制DNA甲基轉(zhuǎn)移酶使抑癌基因恢復(fù)正常的去甲基狀態(tài)，重新激活那些由于DNA過(guò)度甲基化而失活的基因，從而恢復(fù)細(xì)胞的正常終末分化、衰老及凋亡。目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)在5-zaz-Dc提高腫瘤細(xì)胞對(duì)于原有基礎(chǔ)化療藥物的化療敏感性，其機(jī)制可能與5-zaz-Dc能夠與甲基化轉(zhuǎn)移酶（DNMT）共價(jià)結(jié)合，抑制DNMT的生物活性并改變抑癌基因的甲基化狀態(tài)相關(guān)[24]。Chen等[25]通過(guò)研究5-zaz-Dc對(duì)于TIP30基因表達(dá)的影響發(fā)現(xiàn)，TIP30基因作為一種抑癌基因，其表達(dá)與其甲基化狀態(tài)有關(guān)，TIP30基因的表達(dá)能夠提高結(jié)腸癌細(xì)胞對(duì)于5-氟尿嘧啶的化療敏感性。

5 結(jié) 語(yǔ)

DNA的異常甲基化與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，無(wú)論是原癌基因的全基因組低甲基化導(dǎo)致其激活，還是抑癌基因的局部高甲基化使其失活，都可以促進(jìn)腫瘤的發(fā)生。目前對(duì)DNA甲基化的研究可以為腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、早期診斷及治療提供一條新的途徑。相信在不久的將來(lái)，隨著DNA甲基化研究的深入，將會(huì)為人類(lèi)攻克腫瘤提供新的思路和新的啟發(fā)。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2015.07.018

：A

：1009-5519（2015）07-1007-03

2014-12-01）

曾子奕（1986-），男，湖南長(zhǎng)沙人，在讀碩士研究生，主要從事乳腺癌預(yù)防與診療工作；E-mail：75097147@qq.com。