楊夢迪，王學(xué)紅，張梅

青海大學(xué)附屬醫(yī)院消化內(nèi)科，西寧810000

關(guān)鍵字：胃癌；表觀遺傳學(xué)；DNA甲基化；組蛋白修飾；非編碼RNA調(diào)控

胃癌在全球范圍內(nèi)的發(fā)病率極高，其中，約50%的胃癌發(fā)生于東亞，是某些國家惡性腫瘤患者病死的首要原因，中國更是胃癌的高發(fā)國家[1]。盡管手術(shù)和輔助治療方法對胃癌患者的預(yù)后有所改善，但中國胃癌患者的5年生存率僅為35.9%，并高度依賴于臨床分期，死亡仍是絕大多數(shù)胃癌患者的預(yù)后結(jié)局[2]。雖然，幽門螺桿菌感染、癌前病變、遺傳和不良生活方式等多種因素影響著胃癌的發(fā)生和發(fā)展，但是，胃癌是多階段、多途徑發(fā)展的疾病，涉及多種基因的調(diào)節(jié)，其具體發(fā)病機制尚不十分清楚[3]。在經(jīng)典遺傳學(xué)中，由于DNA結(jié)構(gòu)突變引起的逐步有序的致癌基因激活和抑癌基因失活被認(rèn)為是導(dǎo)致多階段癌變的分子框架，但是，僅憑基因突變事件本身并不能夠解釋整個致癌過程。事實上，很多因素（遺傳因素、表觀遺傳因素和環(huán)境因素）均可能導(dǎo)致胃癌的發(fā)生。與經(jīng)典遺傳變異相似，表觀遺傳改變也可改變基因的結(jié)構(gòu)和功能，并影響細(xì)胞的分化和多能性。表觀遺傳學(xué)是研究基因表達的一門學(xué)科，表觀遺傳的變化對胃癌的發(fā)生起重要的作用，因此，對胃癌表觀遺傳機制的研究具有十分重要的意義。本文對表觀遺傳學(xué)在胃癌中的研究進展進行綜述。

1 DNA甲基化與胃癌的關(guān)系

DNA甲基化是一種重要的表觀遺傳修飾，主要發(fā)生于富含CpG的DNA啟動子區(qū)域，受DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNA methyltransferase，DNMT）的調(diào)控，在DNA序列中加入或減去胞嘧啶殘基，從而形成5-甲基胞嘧啶（5-methylcytosine，5-mC）[4]。5-羥甲基胞嘧啶（5-hydroxymethylcytosine，5-hmC）是DNA去甲基化的中間產(chǎn)物，由10-11易位（ten-eleven translocation，TET）家族蛋白氧化5-mC產(chǎn)生，存在于包括肌肉、肺、腎和心臟在內(nèi)的許多組織中，尤其在大腦和胚胎細(xì)胞中高度表達[5]。5-hmC被稱為“第6種堿基”，與基因表達有關(guān)，同時其修飾相對穩(wěn)定，是腫瘤中一種重要的表觀遺傳修飾。在生理狀態(tài)下，5-hmC表達可通過特異性去甲基化使CpG島處于非甲基化狀態(tài)。但在胃癌發(fā)生時，5-hmC水平的降低使組織局部發(fā)生甲基化[6]。DNA甲基化是維持機體功能的重要前提，異常的DNA甲基化可能引起癌變。

1.1 啟動子區(qū)域甲基化介導(dǎo)的基因沉默機制

CpG在人體內(nèi)以2種形式存在，一種呈高度聚集狀態(tài)，稱為CpG島；另一種則分散于DNA序列中。CpG島又分為中心區(qū)域和邊緣區(qū)域兩部分。中心區(qū)域具有特異性抑制甲基化發(fā)生的作用，從而使富含雙核苷酸“CG”的CpG島呈非甲基化狀態(tài)[7]。邊緣區(qū)域又稱過渡CpG位點，是低甲基化基因和高甲基化逆轉(zhuǎn)錄因子之間的甲基化可變位點。管家基因啟動子區(qū)含有豐富的CpG島，始終處于低甲基化以保持活性轉(zhuǎn)錄狀態(tài)，以維持細(xì)胞基本生命活動。當(dāng)有害因素刺激CpG島時，基因活性改變導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄異常，加上維持甲基化模式的酶調(diào)節(jié)失控，極易發(fā)生高甲基化。啟動子區(qū)域高甲基化狀態(tài)引起基因的表觀遺傳學(xué)沉默被認(rèn)為是腫瘤發(fā)生機制的重要組成部分。在癌變過程中，CpG島區(qū)域的DNA甲基化水平逐漸升高，可通過招募DNA組蛋白促進染色質(zhì)的高度濃縮和染色體結(jié)構(gòu)的改變，從而導(dǎo)致基因組DNA不穩(wěn)定，同時沉默特定抑癌基因?qū)е缕涫Щ睿瑥亩龠M胃癌的發(fā)生、發(fā)展[8]。

Sepulveda等[9]對不同胃黏膜中的基因樣本進行甲基化陣列篩選，發(fā)現(xiàn)與非化生胃黏膜相比，胃癌及腸化生胃黏膜中有13個基因的CpG甲基化明顯增加，其中，大多數(shù)腸化生胃黏膜中的CpG甲基化程度甚至高于胃癌胃黏膜，提示它們可能調(diào)控癌前病變向癌的轉(zhuǎn)化。Leodolter等[10]對胃癌組織、癌旁正常組織、幽門螺桿菌相關(guān)性胃炎組織進行甲基化檢測，觀察到胃炎組織及癌旁正常組織均發(fā)生全基因組低甲基化，進一步揭示了表觀遺傳改變在癌變早期階段的可能作用。上述研究表明，CpG甲基化是表觀遺傳基因調(diào)控腫瘤相關(guān)基因的中心機制，異常的DNA甲基化不僅是終末期惡性腫瘤的特征，也是胃癌發(fā)病機制中的早期事件和驅(qū)動事件。因此，建立和維持DNA甲基化狀態(tài)是檢測和診斷腫瘤的關(guān)鍵。然而，基因特異性高甲基化和全基因組低甲基化被認(rèn)為是致癌的獨立事件，因此，甲基化在腫瘤發(fā)展中的作用仍不明確，需進一步探究。

1.2 胃癌相關(guān)基因的甲基化

在眾多類型的腫瘤中，腫瘤抑制基因被鑒定為高甲基化啟動子，與甲基化結(jié)合蛋白相結(jié)合，通過染色質(zhì)重塑、DNMT招募轉(zhuǎn)錄抑制因子和蛋白異常翻譯等過程抑制轉(zhuǎn)錄[11]，導(dǎo)致抑癌基因失活、基因表達缺失及表觀遺傳沉默，從而引發(fā)惡性腫瘤。

1.2.1p16基因p16基因又稱多腫瘤抑制基因（multiple tumor suppressor 1，MTS1），可抑制 G1期進程的細(xì)胞周期，是常見的抑癌基因之一，其功能的喪失可導(dǎo)致細(xì)胞周期發(fā)生紊亂，加速細(xì)胞的生長。在胃癌中，CpG島高甲基化使蛋白質(zhì)異常翻譯，以基因突變、啟動子區(qū)甲基化或純合缺失為主要的失活方式，導(dǎo)致p16基因失活，進而導(dǎo)致細(xì)胞的分裂增殖失去控制。Guo等[12]對106例胃癌患者和18例健康者的外周血樣本進行甲基化特異性聚合酶鏈反應(yīng)（methylation-specific polymerase chain reaction，MSP）分析，結(jié)果顯示，在胃癌患者的胃癌組織中，p16基因的甲基化陽性率為72.6%（77/106）；在健康者的正常胃黏膜組織中，p16基因的甲基化陽性率為5.6%（1/18），這說明p16基因可作為早期胃癌的潛在標(biāo)志物。Peng等[13]對9項關(guān)于中國胃癌患者胃癌組織中p16基因啟動子甲基化的研究進行Meta分析，共涉及487例胃癌患者和271例健康對照者，發(fā)現(xiàn)胃癌患者的甲基化率為28.3～64.4%，中位甲基化率為43.3%。健康對照者的甲基化率為0～13.3%，中位甲基化率為0。胃癌患者的甲基化率高于健康對照者（P＜0.05），提示DNA甲基化是p16基因致癌的主要機制。

1.2.2hMLH 1基因人類同源突變體1（human mutL homolog 1，hMLH1）基因?qū)儆谌祟怐NA錯配修復(fù)基因的一種，可編碼DNA修復(fù)蛋白。Ma等[14]研究發(fā)現(xiàn)，胃癌組織中hMLH1的陽性表達率（64.3%）明顯低于鄰近黏膜（84.4%）、胃黏膜（82.4%）和正常黏膜（80.0%）（P＜0.01）。hMLH1基因密碼子可發(fā)生C-T突變，使細(xì)胞的錯配修復(fù)功能降低，導(dǎo)致遺傳基因復(fù)制錯誤或微衛(wèi)星不穩(wěn)定，從而引發(fā)惡性腫瘤。

1.2.3RASSF 1 A基因Ras相關(guān)區(qū)域家族1A（Ras association domain family 1A，RASSF1A）是一種新型的候選抑癌基因。RASSF1A基因啟動子區(qū)域異常甲基化可通過抑制細(xì)胞周期蛋白D1的積累而使細(xì)胞周期停止，導(dǎo)致RASSF1A失活。Balgkouranidou等[15]研究發(fā)現(xiàn)，胃癌組RASSF1A基因啟動子高甲基化的發(fā)生率為34.0%～68.5%，明顯高于正常對照組（P＜0.01)，表明RASSF1A啟動子的甲基化狀態(tài)可作為胃癌診斷的候選分子標(biāo)志物之一。

1.2.4Prx基因 過氧化物酶（peroxiredoxin，Prx）是一類廣泛存在的硫醇過氧化物酶，其功能是作為一種氧化還原信號調(diào)節(jié)器，控制哺乳動物細(xì)胞中的氧化還原反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，在28個胃癌細(xì)胞系中，PrxⅡ在9個胃癌細(xì)胞系中的表達嚴(yán)重下調(diào)，甚至在3個細(xì)胞系中完全消失[16]，這是由于DNMT必須依賴于PrxⅡ才能維持基因啟動子區(qū)域的正常甲基化，提示PrxⅡ基因甲基化與胃癌的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。

1.2.5SFRP基因卷曲相關(guān)蛋白（secreted frizzled-related protein，SFRP）是一種可溶性蛋白，是WNT信號通路的負(fù)調(diào)節(jié)劑。SFRP的過表達會阻斷WNT信號通路，并調(diào)控胃上皮細(xì)胞的增殖、分化和凋亡，從而向胃癌發(fā)展[17]。DNMT抑制劑能夠迅速地恢復(fù)SFRP的正常表達，充分證實了SFRP基因是人胃癌細(xì)胞中的異常表觀遺傳修飾之一。

1.3 DNA甲基化與胃癌治療

在胃癌發(fā)生、發(fā)展的過程中，異常甲基化會導(dǎo)致抑癌基因失活，而5-氮雜-2’-脫氧胞苷通過抑制DNMT的表達減少啟動子區(qū)域的甲基化，使一些抑癌基因重新激活。表觀遺傳修飾的可逆性使其成為胃癌治療的潛在靶點。DNMT抑制劑分為腺苷類DNMT抑制劑、非腺苷類DNMT抑制劑兩類，目前主要應(yīng)用于血液系統(tǒng)腫瘤、肺部惡性腫瘤，并取得一定的治療效果。Nakamura等[18]通過對多個胃癌細(xì)胞系進行抗甲基化藥物體外篩選檢測發(fā)現(xiàn)，不同細(xì)胞系對抗甲基化藥物的敏感性不同。然而，這類研究還需要進一步深入，以便根據(jù)藥物的作用靶點、濃度和用藥時間等綜合考慮，篩選出對不同胃癌細(xì)胞系具有特異敏感性的新型藥物。表觀遺傳藥物在治療腫瘤方面的臨床益處仍在不斷顯現(xiàn)，低劑量藥物治療和聯(lián)合療法（例如聯(lián)合化療或放療）將是下一步研究的重點。

2 組蛋白修飾與胃癌

組蛋白位于核小體中央，相對分子量為10 000～20 000，呈堿性，是染色質(zhì)的主要成分之一，可在翻譯后修飾。組蛋白修飾由相應(yīng)的修飾酶調(diào)節(jié)，通過改變DNA的凝聚或啟動效應(yīng)分子控制下游基因的表達，影響染色質(zhì)的整體結(jié)構(gòu)。甲基化、乙酰化是重要的組蛋白修飾方式，可調(diào)控基因的表達，并參與細(xì)胞存活、細(xì)胞身份維持和細(xì)胞重編程等過程。

2.1 組蛋白甲基化

組蛋白甲基化在常染色質(zhì)組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶（euchromatin histone methyltransferase，EHMT）的催化下，最終以依賴殘留物的方式介導(dǎo)基因激活或沉默。組蛋白H3第9位賴氨酸（histone H3-lysine 9，H3-K9）的甲基化與基因的失活有關(guān)[19]。H3-K9翻譯后修飾在調(diào)節(jié)靶蛋白功能、定位和穩(wěn)定性方面發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用，是發(fā)生DNA甲基化的先決條件。Popovic和Licht[20]揭示了H3-K4甲基轉(zhuǎn)移酶和H3-K27甲基轉(zhuǎn)移酶與腫瘤的發(fā)生有關(guān)。在胃癌細(xì)胞中，組蛋白甲基化以H3-K9高甲基化、H3-K9低乙?；虷3-K4低甲基化為特征，在胃癌細(xì)胞基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控中起著重要的作用[21]。DNA甲基化與組蛋白甲基化在表觀遺傳沉默中具有相互加強的關(guān)系。

2.2 組蛋白乙?；?/h3>

組蛋白乙?；芨偁幮悦讣易褰M蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（histone acetyhransferase，HAT）和組蛋白脫乙酰酶（histone deacetylase，HDAC）的調(diào)控。HDAC組蛋白N-乙酰賴氨酸殘基的脫乙酰與DNA負(fù)電荷緊密結(jié)合，導(dǎo)致染色質(zhì)致密卷曲，基因轉(zhuǎn)錄受到抑制。有研究發(fā)現(xiàn)，HAT在胃癌組織中的表達下調(diào)，抑制了H3-K9的乙?；?，并促進了H3-K9的甲基化，從而使基因沉默；同時，HDAC的高表達可以靶向修飾組蛋白的殘基，重新激活沉默的腫瘤基因，而且可通過改變?nèi)旧|(zhì)的重塑直接導(dǎo)致癌變[22]。

另一方面，組蛋白修飾對細(xì)胞信號通路具有影響。異常的組蛋白修飾在腫瘤中具有識別功能，基因啟動子中的二價結(jié)構(gòu)域被作為基因轉(zhuǎn)錄激活的“開關(guān)”，介導(dǎo)某些基因譜的表達。因此，由相關(guān)異常酶或突變基因引起的這種“開關(guān)”的破壞將影響異?；虻谋磉_，從而形成腫瘤。由于組蛋白修飾在腫瘤細(xì)胞和正常細(xì)胞之間的差異以及組蛋白修飾異常對維持腫瘤細(xì)胞身份的積極作用，組蛋白標(biāo)記在區(qū)分腫瘤細(xì)胞與正常細(xì)胞中起著至關(guān)重要的作用。

3 非編碼RNA與胃癌

目前已知僅有1.5%～2.0%的人類基因組具有編碼蛋白質(zhì)的能力，基因組的其余部分由非編碼RNA（non-coding RNA，ncRNA）組成[23]。ncRNA調(diào)控是指RNA通過某些機制實現(xiàn)對基因轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控。越來越多的數(shù)據(jù)表明，ncRNA參與多種腫瘤的發(fā)生，包括胃癌。

微小RNA（microRNA，miRNA）廣泛存在于真核細(xì)胞，是目前研究的熱點。Liang等[24]研究發(fā)現(xiàn)，微小 RNA-103a（microRNA-103a，miRNA-103a）在胃癌組織中的表達下調(diào)，且與胃癌細(xì)胞的增殖、侵襲和遷移密切相關(guān)。Ma等[25]研究發(fā)現(xiàn)，微小RNA-223（microRNA-223，miRNA-223）在胃癌組織中的表達上調(diào)與幽門螺桿菌感染有關(guān)，并可通過一定的機制促進胃癌細(xì)胞的增殖和遷移。Yepes等[26]發(fā)現(xiàn)miRNA的表達與胃癌的發(fā)生及胃癌病理分型有關(guān)。上述研究說明，miRNA在胃癌中發(fā)揮了重要的作用。miRNA雖無法直接參與蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄和翻譯，但可與靶基因的信使RNA（messenger RNA，mRNA）結(jié)合，參與細(xì)胞的增殖、侵襲、分化和凋亡等。

長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA）可通過多種途徑參與轉(zhuǎn)錄和表觀修飾，在維持正常生物功能中起著重要的作用。越來越多的研究證實，lncRNA在胃癌的進展過程中起調(diào)節(jié)作用[27-28]。Gu等[29]采用高通量測序法對3例胃腺癌患者胃腺癌組織和癌旁組織中l(wèi)ncRNA的表達譜進行鑒定，發(fā)現(xiàn)與癌旁組織相比，胃腺癌組織中有74個lncRNA存在表達差異，包括43個lncRNA的表達上調(diào)和31個lncRNA的表達下調(diào)，提示lncRNA在胃癌中起到重要作用。

4 小結(jié)與展望

由于胃癌起病隱匿，缺乏有效的早期診斷標(biāo)志物，使胃癌患者確診時已處于無法進行根治性手術(shù)的晚期階段。目前人們已經(jīng)認(rèn)識到表觀遺傳學(xué)的改變是胃癌形成過程中的早發(fā)、頻發(fā)事件，可以從表觀遺傳分子水平為腫瘤的早期診斷及治療開辟道路。表觀遺傳學(xué)無疑是胃癌研究的新前沿，雖然仍面臨著許多挑戰(zhàn)，但是在尋找到全面、有效的治療策略前，仍需對基因研究、分子檢測、基因測序等生物信息學(xué)分析技術(shù)不斷改進，為研究胃癌的發(fā)生機制、早期診斷、預(yù)后評估以及臨床治療提供新的策略。