陳 薇，張 雷

胃癌是我國(guó)常見的惡性腫瘤之一，正威脅著人類健康，其發(fā)病率僅次于肺癌，病死率位居第二［1］。絕大多數(shù)胃癌起病隱匿，早期無明顯癥狀，或出現(xiàn)非特異性癥狀（如上腹不適、惡心、食欲缺乏等）而被忽略，往往錯(cuò)過治療的最佳時(shí)期。 胃癌是多重因素相互作用所致，包括感染因素、年齡及性別因素、飲食習(xí)慣、精神因素等，其中幽門螺桿菌感染是罪魁禍?zhǔn)?，已被?guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)（IARC）劃歸為Ⅰ類致癌物質(zhì)［2］，但其致病的分子機(jī)制尚不明確。 近年來，在生命科學(xué)領(lǐng)域，關(guān)于表觀遺傳學(xué)的研究報(bào)道層出不窮，已成為熱門的研究方向之一。 隨著對(duì)腫瘤研究的深入，大量證據(jù)表明表觀遺傳在胃癌［3］、淋巴造血系統(tǒng)腫瘤［4，5］、乳腺癌［6］等多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著舉足輕重的作用。 因此，深入研究與表觀遺傳學(xué)有關(guān)的異常改變可能為胃癌的發(fā)病機(jī)制提供科學(xué)依據(jù)，進(jìn)而為胃癌的預(yù)防、早期診斷及治療提供新的思路。 該文就表觀遺傳學(xué)在胃癌中的研究進(jìn)展做一綜述。

1 表觀遺傳學(xué)的概念

與遺傳學(xué)相對(duì)應(yīng)，表觀遺傳學(xué)是研究在基因核苷酸序列不變的情況下， 基因表達(dá)發(fā)生的變化，這一過程是可逆的，并且可以通過有絲分裂和減數(shù)分裂遺傳給下一代［7］。 它主要是通過DNA 甲基化（DNA methylation）、 組 蛋 白 修 飾 （histone modification）、 非 編 碼RNA （non-coding RNA，ncRNA）作用等來調(diào)控基因的表達(dá)進(jìn)而影響細(xì)胞的生長(zhǎng)分化以及腫瘤的發(fā)生。 就目前對(duì)表觀遺傳學(xué)的認(rèn)識(shí)來看，它可通過以下幾方面來影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展［8］：一是增強(qiáng)癌基因的表達(dá)或減弱抑癌基因的表達(dá)。 二是改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。 三是促進(jìn)細(xì)胞分裂增殖或抑制細(xì)胞凋亡。 四是擾亂信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。 五是促進(jìn)細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移。

2 DNA 甲基化與胃癌

2.1 DNA 甲基化 目前， 研究得最清楚的表觀遺傳修飾當(dāng)屬DNA 甲基化， 即以S-腺苷甲硫氨酸為甲基供體，在DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶（DNA methyltransferase，DNMT）的催化下，將甲基轉(zhuǎn)移至DNA 雙鏈中胞嘧啶（C）的第5 位碳原子上，形成5-甲基胞嘧啶（5-mC）。 現(xiàn)已知具有DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶活性的有3 種：DNMT1、DNMT3A 和DNMT3B。 維持甲基化主要有DNMT1 參與， 形成甲基化主要由DNMT3A、DNMT3B 負(fù)責(zé)［9］。 另外，還有兩種非嚴(yán)格意義上的DNMT：DNMT3L 和DNMT2。 鑒于DNMT3L 缺乏關(guān)鍵的甲基轉(zhuǎn)移酶催化結(jié)構(gòu)域， 不具有催化活性，它主要負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)以上三種甲基轉(zhuǎn)移酶的活性［10］，DNMT2 通常被認(rèn)為是RNA 甲基轉(zhuǎn)移酶［11］。 常見的DNA 甲基化位點(diǎn)在胞嘧啶和鳥嘌呤（CpG）二核苷酸中的胞嘧啶上［12］。 CpG 二核苷酸主要以兩種形式存在：一是以甲基化的狀態(tài)散布于DNA 雙鏈中；二是以非甲基化狀態(tài)存在于CpG 島（由于該區(qū)域富含CpG 二核苷酸而得名）， 即基因的啟動(dòng)子和第一外顯子區(qū)域［13］。 許多研究提示，異常的DNA 甲基化是人類腫瘤中普遍存在的現(xiàn)象［14］。 全基因組的低甲基化常導(dǎo)致染色質(zhì)的凝聚程度下降、 基因組不穩(wěn)定、原癌基因激活等，而CpG 島的高甲基化易導(dǎo)致抑癌基因、DNA 修復(fù)基因等的表達(dá)下調(diào)， 這將促使腫瘤的發(fā)生發(fā)展。

2.2 DNA 甲基化與胃癌的關(guān)系 多種抑癌基因表達(dá)異?？烧T導(dǎo)胃癌的發(fā)生。 抑癌基因RASSF1A 可通過降低細(xì)胞周期蛋白D1（Cyclin D1）的表達(dá)，增加抑癌基因p27 的表達(dá)來抑制腫瘤細(xì)胞增長(zhǎng)。 Joo等發(fā)現(xiàn)［15］，RASSF1A 在胃癌組織中的表達(dá)顯著降低， 這通常是由RASSF1A 基因CpG 島的啟動(dòng)子區(qū)域高甲基化所致。 凋亡相關(guān)蛋白激酶1（DAPK1）被認(rèn)為是一種抑癌基因，該基因表達(dá)沉默與胃腸道腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)密切相關(guān)。Yuan 等［16］進(jìn)行Meta 分析發(fā)現(xiàn)，DAPK1 啟動(dòng)子甲基化與胃癌淋巴結(jié)（N）期、分化不良呈正相關(guān)，可作為潛在的早期診斷標(biāo)志物。p16 蛋白可直接負(fù)調(diào)節(jié)細(xì)胞分裂增殖，Meta 分析表明［17］，在487 例胃癌患者和271 名健康對(duì)照者中，胃癌組p16 基因甲基化率的范圍為28．3%～64．4%， 明顯高于健康對(duì)照組的0～13．3%，p16 基因啟動(dòng)子高甲基化在胃癌的診斷中具有高特異性。 Qiu 等研究發(fā)現(xiàn)［18］，再生蛋白1A（REG1A）在胃癌組織中的含量顯著降低，而REG1A 過表達(dá)可抑制胃癌細(xì)胞的侵襲、存活，促進(jìn)胃癌細(xì)胞凋亡。 該基因啟動(dòng)子的高甲基化抑制了REG1A 在胃癌中的表達(dá)水平。 Wani 等發(fā)現(xiàn)［19］， 在胃癌病例中，DNA 錯(cuò)配修復(fù)基因 （如hMLH1）啟動(dòng)子區(qū)域CpG 島高甲基化的頻率明顯高于正常樣本（胃癌樣本為72．9%（51/70），正常樣本20%（14/70）（P=0．0001））。 目前，對(duì)基因低甲基化與胃癌的研究相對(duì)較少， 通過微陣列分析，Nishigaki等發(fā)現(xiàn)［20］，在胃癌中R-RAS 癌基因的激活主要是由該基因CpG 島特定位點(diǎn)的去甲基化導(dǎo)致。 因此，研究DNA 甲基化對(duì)于了解胃癌的發(fā)病機(jī)制及治療大有裨益。

3 組蛋白修飾與胃癌

3.1 組蛋白修飾 組蛋白（histones）是染色質(zhì)中帶正電荷的堿性蛋白質(zhì)，富含精氨酸（Arg，R）和賴氨酸（Lys，K），主要分成5 類：H1、H2A、H2B、H3、H4。組蛋白與帶負(fù)電荷的DNA 結(jié)合形成核小體即染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位。 在組蛋白N-端有一個(gè)稱為組蛋白尾的重要結(jié)構(gòu)域，在該區(qū)域特異的氨基酸殘基位點(diǎn)可以經(jīng)相應(yīng)的酶催化發(fā)生多種可逆的共價(jià)修飾，如乙?；?、甲基化、泛素化、磷酸化、Sumo 化、巴豆?；?、糖基化等［21］。 催化組蛋白修飾的酶主要有組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（histone acetyltransferase，HAT）和組蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase，HDAC）、組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶（histone methyltransferase，HMT）和組蛋白去甲基化酶 （histone demethylase，HDM）等。 通常， 乙?；揎椢稽c(diǎn)有核心組蛋白（H2A、H2B、H3、H4）的賴氨酸殘基，甲基化修飾位點(diǎn)有組蛋白H3、H4 的賴氨酸殘基和精氨酸殘基［22］。 組蛋白修飾不僅能影響染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)，而且是調(diào)控基因表達(dá)的重要樞紐［23］。2000 年，Strahl 等提出了組蛋白密碼假說［24］，根據(jù)這個(gè)假說，一種或多種組蛋白修飾可以對(duì)DNA 表達(dá)的多個(gè)過程發(fā)揮精細(xì)的調(diào)控作用。 乙酰化是研究得最早最深入的修飾方式，研究人員認(rèn)為，組蛋白乙?；苤泻驮摪被釟埢恼姾啥鴾p弱它與DNA 的結(jié)合能力， 引起核小體解聚，使得轉(zhuǎn)錄因子和DNA 聚合酶結(jié)合到DNA 上更容易，進(jìn)而活化基因的轉(zhuǎn)錄，而去乙酰化則恰好相反［25］。 正常的生理功能離不開組蛋白修飾的調(diào)控，癌癥的發(fā)生也與組蛋白異常修飾密切相關(guān)。 此外，催化組蛋白修飾的酶在腫瘤的發(fā)病過程中也扮演了重要的角色［26］。

3.2 組蛋白修飾與胃癌的關(guān)系 Song 發(fā)現(xiàn)［27］，異常激活的Wnt/β-catenin 和PI3K/Akt 信號(hào)通路可通過組蛋白H3 第27 位賴氨酸殘基（H3K27）乙酰化修飾來調(diào)節(jié)上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epi-tomesenchymal transition，EMT），促進(jìn)胃癌細(xì)胞遷移。Altieri 等發(fā)現(xiàn)［28］，Gastrokine 1（GKN1）蛋白維持著胃黏膜的正常生理功能，而該蛋白在胃癌組織中表達(dá)下調(diào)， 其機(jī)制與H3K9me3 和甲基轉(zhuǎn)移酶Suv39H1 在胃癌中的高表達(dá)密切相關(guān)。 Zhang 等研究發(fā)現(xiàn)［29］，染色質(zhì)重塑蛋白（MORC）通過招募組蛋白去乙?；?（HDAC1）來抑制P21WAF1/CIP1基因轉(zhuǎn)錄， 使得S 期及G2/M 期的細(xì)胞數(shù)量顯著增加，最終促進(jìn)胃癌細(xì)胞增殖。有報(bào)道稱［30］，E3 泛素連接酶（ubiquitin-ligase enzymes） 在致癌過程中起著重要的作用，它可以催化許多蛋白質(zhì)底物的泛素化。 部分E3 泛素連接酶在細(xì)胞周期和凋亡中的作用已得到驗(yàn)證，如MDM2 可介導(dǎo)抑癌基因p53 的泛素化及降解，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞增殖；MKRN1 可負(fù)調(diào)控主要腫瘤抑制因子（包括p14ARF和p53 等）。 其他E3 泛素連接酶， 如Cbl/Cbl-b/c-Cbl，Cullin1 和Hakai 可能也在胃癌的發(fā)病過程中發(fā)揮重要的作用。 這些E3泛素連接酶在胃癌細(xì)胞中高表達(dá)，抑制它們的活性可導(dǎo)致細(xì)胞增長(zhǎng)停滯或凋亡。

組蛋白的修飾作用并非獨(dú)立，而是相互協(xié)同或相互拮抗的。 Lo 等提出［31］，組蛋白H3 第10 位絲氨酸殘基（H3S10）磷酸化能促使組蛋白H3 第14 位賴氨酸殘基（H3K14）乙?；ea 等提出［32］，組蛋白H3 第9 位賴氨酸殘基（H3K9）甲基化會(huì)抑制H3S10磷酸化。 多項(xiàng)研究顯示，異常的組蛋白修飾可作為胃癌診斷和治療的靶點(diǎn)。

4 非編碼RNA 與胃癌

4.1 非編碼RNA 非編碼RNA（noncoding RNA，ncRNA）是指不翻譯蛋白質(zhì)的功能性RNA 分子，也就是在RNA 水平行使其生物學(xué)功能。 可分為看家非編碼RNA（house keeping non-coding RNA）以及調(diào)控非編碼RNA（regulatory non-coding RNA）。 調(diào)控非編碼RNA 按其大小又分為兩類： 長(zhǎng)鏈非編碼RNA （long ncRNA，lncRNA） 和短鏈非編碼RNA（small ncRNA，sncRNA）， 后 者 包 括micro RNA（miRNA）、small interfering RNA（siRNA）等［33］。 借助高通量基因組分析可知，在所有RNA 中，編碼蛋白的RNA 數(shù)量不足1．5%， 剩余的是非編碼RNA［34］。 lncRNA 主要是通過順式作用來調(diào)節(jié)基因表達(dá)，使該基因沉默［35］。 sncRNA 可通過異染色質(zhì)化等來抑制DNA 轉(zhuǎn)錄，也可通過降解mRNA 來阻止RNA翻譯 。

4.2 非編碼RNA 與胃癌的關(guān)系 Obermannova 等研究表明［36］，miR-10b、miR-21、miR-143 和miR-145 的表達(dá)與胃癌的臨床病理特征顯著相關(guān)。 Zhao等研究表明［37］，lncRNA SNHG5/miR-32/KLF4 軸 在胃癌細(xì)胞遷移中發(fā)揮了重要作用，這可能有助于胃癌 的 診 斷 和 治 療。 Zhang 等 證 實(shí)［38］，lncRNA LINC00628 可通過抑制細(xì)胞的增殖、集落形成來發(fā)揮抑制胃癌的作用。 此外，mRNA 芯片結(jié)果表明，LINC00628 還可通過遠(yuǎn)程調(diào)控細(xì)胞周期相關(guān)基因來 發(fā) 揮 胃 癌 抑 制 功 能。 Liu 等 發(fā) 現(xiàn)［39］，lncRNA XLOC_010235 通過與轉(zhuǎn)錄因子Snail1 結(jié)合來調(diào)節(jié)上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，促進(jìn)胃癌轉(zhuǎn)移。 miRNA-21是胃癌發(fā)生、發(fā)展的重要參與者，近年來，有學(xué)者試圖通過研究miRNA-21 與TGF-β、Wnt 等信號(hào)通路的關(guān)系來探索胃癌的發(fā)病機(jī)制［40，41］。

各種表觀遺傳修飾在胃癌的發(fā)病過程中并非獨(dú)立發(fā)揮作用。 Hu 等發(fā)現(xiàn)［42］，胃癌組織中l(wèi)ncRNASNHG1 的表達(dá)明顯增高，lncRNA-SNHG1 可通過增加DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶1（DNMT1）的表達(dá)來促進(jìn)胃癌細(xì)胞增殖，而且與胃癌TNM 分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移以及患者生存時(shí)間密切相關(guān)。 有研究發(fā)現(xiàn)［43］，在胃癌細(xì)胞中， 上調(diào)miRNA-148a 的表達(dá)可促進(jìn)RUNX3 這一抑癌基因的表達(dá)，其機(jī)制可能是miRNA-148a 通過降低DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶1（DNMT1）的表達(dá)活性來影響RUNX3 基因啟動(dòng)子區(qū)域的甲基化狀態(tài)。 隨著胃癌進(jìn)展多因素的深入研究，DNA 甲基化、 組蛋白修飾、 非編碼RNA 調(diào)控在胃癌發(fā)生發(fā)展中的相互作用必將會(huì)更加明晰，從而為胃癌的早期診斷和治療提供基礎(chǔ)。

綜上所述，相對(duì)于基因序列的改變，表觀遺傳修飾的轉(zhuǎn)變更容易調(diào)控，更容易逆轉(zhuǎn)，由此可見這為胃癌的預(yù)防和診治展現(xiàn)了廣闊的前景。 近年來，盡管很多學(xué)者在胃癌表觀遺傳學(xué)研究方面取得了令人矚目的成績(jī)，仍舊面臨著很多挑戰(zhàn)。 例如，表觀遺傳調(diào)控在胃癌發(fā)展各階段的確切分子機(jī)制尚無定論，各種表觀遺傳修飾之間及其與各基因、各信號(hào)通路等的相互作用不清楚，在多種表觀遺傳調(diào)控作用中，哪些發(fā)揮主要作用，哪些發(fā)揮次要作用等。相信隨著冷凍電子顯微鏡、高通量測(cè)序等技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)更深入地認(rèn)識(shí)表觀遺傳學(xué)，為胃癌等疾病的預(yù)防、診斷及治療開拓新的道路。