表觀遺傳學(xué)中DNA甲基化與結(jié)直腸癌關(guān)系的研究進(jìn)展

陳紅兵 呂忠船

青島大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬煙臺(tái)毓璜頂醫(yī)院胃腸外一科，山東煙臺(tái) 264000

隨著現(xiàn)代社會(huì)生活水平和飲食習(xí)慣的改變，結(jié)直腸癌的發(fā)病率和死亡率逐年升高，嚴(yán)重威脅著人們的生活質(zhì)量，不僅帶給人們生理上的痛苦，也帶給社會(huì)不少恐慌。有報(bào)道顯示：結(jié)直腸癌是發(fā)病率較高的消化道惡性腫瘤，在西方發(fā)達(dá)國(guó)家惡性腫瘤發(fā)病率中，其發(fā)病率位居第二，在我國(guó)其發(fā)病率位于第三，死亡率位于第五[1]。究其原因主要是無(wú)法對(duì)其進(jìn)行早期診斷、早期治療。但是近幾年來(lái)隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，發(fā)現(xiàn)在腫瘤的發(fā)生和發(fā)展中存在著DNA甲基化水平和模式的改變，DNA甲基化異常可通過(guò)影響染色質(zhì)結(jié)構(gòu)及癌基因和抑癌基因的表達(dá)而參與腫瘤的形成。因此，通過(guò)對(duì)這些特異性的異常DNA甲基化的檢測(cè)，可對(duì)結(jié)直腸癌進(jìn)行早期診斷，因?yàn)槠涫墙Y(jié)直腸癌早期診斷的重要指標(biāo)之一。

1 表觀遺傳學(xué)分子機(jī)制與結(jié)直腸癌

表觀遺傳學(xué)改變是指在并非基因序列的變化而形成的基因水平改變，與遺傳學(xué)成相對(duì)應(yīng)的概念。主要涉及DNA甲基化、組蛋白翻譯后修飾。

1.1 結(jié)直腸癌中異常DNA甲基化

DNA甲基化是指在DNA的胞嘧啶在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的催化作用下，在第五位碳原子上加上甲基，生成5-甲基胞嘧啶，甲基位點(diǎn)隨著基因復(fù)制翻譯，最終引起基因表達(dá)異常，甚至導(dǎo)致基因失活。DNA甲基化常分為局部局部啟動(dòng)子特殊區(qū)的高甲基化和全基因組的低甲基化[2]，均發(fā)生在腫瘤發(fā)生的早期，也可同時(shí)發(fā)生于同一個(gè)腫瘤。在結(jié)直腸癌中，這兩種DNA甲基化在基因不穩(wěn)定性產(chǎn)生過(guò)程中起著重要作用。

1.1.1 結(jié)直腸癌與低甲基化 全基因低甲基化可發(fā)生在結(jié)腸癌的癌前病變?cè)缙冢渥饔弥饕c細(xì)胞生長(zhǎng)分裂有密切關(guān)系，能起到調(diào)控細(xì)胞增殖分化的功效，全基因低甲基化會(huì)激活細(xì)胞表達(dá)，引起細(xì)胞過(guò)度表達(dá)增殖分化。同時(shí)，低甲基化可誘導(dǎo)原癌基因激活，使原癌基因c-myc活化，導(dǎo)致核型不穩(wěn)定，最終參與腫瘤形成。

1.1.2 結(jié)直腸癌與高甲基化 環(huán)氧化酶-2基因是區(qū)域性高甲基化發(fā)生的特定區(qū)域，一般為跨越管家基因和腫瘤抑制基因啟動(dòng)子CpG的島區(qū)，其在一般情況下，多數(shù)基因組織不表達(dá)，其過(guò)度表達(dá)與抑制凋亡、促進(jìn)增殖和腫瘤的發(fā)生有密切關(guān)系。目前已經(jīng)鑒定出的在不同腫瘤中易發(fā)生高甲基化的基因包括參與細(xì)胞周期調(diào)控信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，DNA錯(cuò)配修復(fù)、凋亡，血管生成抑制，耐藥性形成，腫瘤轉(zhuǎn)移及浸潤(rùn)等基因[3]。

1.2 結(jié)直腸癌中甲基化異常的基因

1.2.1 p16 基因是一個(gè)重要的細(xì)胞周期負(fù)調(diào)控基因，研究發(fā)現(xiàn)該基因在多種腫瘤中丟失，其中包括結(jié)直腸癌，是一種廣譜的癌特異性甲基化基因。低分化癌、右半結(jié)腸癌與過(guò)度甲基化的p16基因相關(guān)，在臨床上把該基因的缺失作為早期結(jié)直腸癌預(yù)測(cè)指標(biāo)之一，常選的無(wú)創(chuàng)篩選手段為大便中或外周血中檢測(cè)p16基因。

1.2.2 INGl 基因具有抑制細(xì)胞生長(zhǎng)、參與細(xì)胞衰老調(diào)控、促進(jìn)凋亡等作用。INGl基因的異常可間接導(dǎo)致腫瘤的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移和分化。韋建寶等發(fā)現(xiàn)INGl基因的突變和雜合性缺失等異常改變?cè)诮Y(jié)直腸癌組織中極為少見(jiàn)，這樣的話就表明并不是INGl基因直接參與腫瘤的發(fā)病機(jī)制，最后結(jié)果顯示INGl基因在結(jié)直腸癌中發(fā)病的機(jī)制為INGl基因甲基化表達(dá)水平的降低[4]。

1.2.3 APC 基因的突變或蛋白異常與大多數(shù)結(jié)直腸腫瘤發(fā)生有關(guān)。唐衛(wèi)中等研究發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌組織中APC mRNA及蛋白表達(dá)明顯降低，分析APC基因甲基化表明，APC啟動(dòng)子甲基化在結(jié)直腸肝癌的發(fā)生率明顯高于其他病例，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。同時(shí)在疾病發(fā)展的各個(gè)不同階段，蛋白表達(dá)情況也不相同，呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。提示APC基因是通過(guò)抑制蛋白的表達(dá)來(lái)參與結(jié)直腸癌的發(fā)展過(guò)程的，在該過(guò)程中APC基因的高甲基化是頻發(fā)事件。

1.2.4 CIMP 基因僅在結(jié)直腸腫瘤中發(fā)生甲基化。許多結(jié)直腸癌中存在高甲基化聚集現(xiàn)象即CIMP。蔡國(guó)響等發(fā)現(xiàn)CIMP基因甲基化導(dǎo)致的結(jié)直腸癌具有以下特點(diǎn)：多發(fā)生在右半結(jié)腸，而且多為低分化改變，并且易發(fā)生淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和分期較晚等。

2 表觀遺傳學(xué)在結(jié)直腸癌中的應(yīng)用

2.1 結(jié)直腸癌的早期診斷

早期診斷結(jié)直腸癌可以對(duì)患者進(jìn)行早期治療，這樣可以明顯改善患者的臨床治療效果，改善患者的預(yù)后。近幾年研究表明發(fā)生癌變大部分是基因表達(dá)異常，而異常常表現(xiàn)為基因機(jī)制異常和表基因機(jī)制異常，檢測(cè)這些基因異常可預(yù)測(cè)或早期診斷惡性腫瘤，尤其是異常的基因啟動(dòng)子甲基化多用于腫瘤早期的診斷。DNA甲基化可以早期發(fā)現(xiàn)有癌變傾向的細(xì)胞，并可以做出診斷，因?yàn)樵谠S多惡性腫瘤發(fā)生的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)基因甲基化改變可能發(fā)生在細(xì)胞惡變之前。美國(guó)癌癥協(xié)會(huì)推薦了一種三合一的早期發(fā)現(xiàn)方法，即為大便潛血試驗(yàn)、直腸乙狀結(jié)腸鏡檢以及直腸指診。發(fā)現(xiàn)高度可疑者，要做外周血或大便中基因檢測(cè)，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)甲基化的基因啟動(dòng)子，可為臨床診斷提供依據(jù)。

2.2 DNA甲基化的檢測(cè)方法

檢測(cè)DNA甲基化主要有兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：一個(gè)是用亞硫酸氫鈉處理DNA來(lái)評(píng)價(jià)基因甲基化，該方法是評(píng)價(jià)基因甲基化的金標(biāo)準(zhǔn)。其原理主要是甲基化的胞嘧啶在亞硫酸氫鈉的作用下回轉(zhuǎn)化為尿嘧啶，而沒(méi)有甲基化的胞嘧啶不會(huì)發(fā)生此改變。另一種是用甲基化敏感的DNA限制性內(nèi)切酶來(lái)判斷該基因是否甲基化。主要原理是對(duì)甲基化敏感的DNA限制性內(nèi)切酶能作用于甲基化的CpG點(diǎn)，進(jìn)而將該該段DNA剪切，將其片段放于瓊脂膠上，用靶序列的探針進(jìn)行雜交，顯影觀察DNA片段的大小，評(píng)定是否在預(yù)期范圍內(nèi)，進(jìn)而判斷該基因的甲基化情況[5]。

2.3 結(jié)直腸癌的早期治療

由于表觀遺傳學(xué)是可逆的，與正常的遺傳學(xué)不同，因此，科學(xué)上可以考慮通過(guò)糾正表觀遺傳對(duì)腫瘤的進(jìn)行治療，這樣就為腫瘤治療方面提供了一個(gè)新的方向和途徑，使其成為一個(gè)潛在的腫瘤治療靶點(diǎn)。有研究顯示對(duì)腫瘤治療有效的藥物治療主要是DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶制劑（5-FU）和組蛋白去乙酰化酶抑制劑（HDACS），DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶制劑（5-FU）為基礎(chǔ)化療藥，能增加患者的生存時(shí)間，但由于缺乏特異性以及不了解其毒副作用，需要進(jìn)一步客觀分析該藥物的功效。此外，組蛋白去乙酰化酶抑制劑與DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶制劑聯(lián)合應(yīng)用，有協(xié)同作用，也會(huì)減低5-FU的毒副作用，說(shuō)明表觀遺傳學(xué)引起的基因功能異常存在多種相互作用機(jī)制。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，表觀遺傳學(xué)在結(jié)直腸癌的診斷治療中起到重要作用，在診斷治療中，不僅要關(guān)注基因水平的改變，還要關(guān)注表觀遺傳學(xué)的表現(xiàn)。注意在腫瘤發(fā)展過(guò)程中有無(wú)基因后修飾。隨著日后對(duì)表觀遺傳學(xué)研究不斷深入，表觀遺傳學(xué)在結(jié)直腸癌中的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛，并對(duì)臨床預(yù)防、診斷以及治療等方面起到重要作用[7]。

[1] 顧晉，李明．中國(guó)結(jié)直腸癌20年來(lái)發(fā)病模式的變化趨勢(shì)[J]．中華胃腸外科雜志，2010，7(3)：214-217．

[2] 薛京倫．表觀遺傳學(xué)—原理、技術(shù)與實(shí)踐[M]．上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2010：121-124.

[3] 房靜遠(yuǎn).表型遺傳修飾與腫瘤[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2011，4(71)：117-120．

[4] 曹云飛．陳利生，高楓．INGl啟動(dòng)子甲基化在散發(fā)性結(jié)直腸癌中的研究[J]．中華實(shí)驗(yàn)外科雜志，2010，8(12)：158-160．

[5] 中淦,袁亞,陸青．結(jié)直腸癌C-erbB-2基因啟動(dòng)子CpG島甲基化狀態(tài)及其與C-erhB-2蛋白表達(dá)的關(guān)系[J]．檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)，2011，3(8)：294-299．

[6] 陳縈亙，房靜遠(yuǎn)，陸娟.人結(jié)腸癌細(xì)胞中組蛋白乙酰化對(duì)細(xì)胞周期調(diào)節(jié)基因表達(dá)的影響[J].中華醫(yī)學(xué)雜志，2009,84（4）：312-317.

[7] 袁亞，金中淦，陸青.結(jié)直腸癌C-erbB-2基因啟動(dòng)子CpG島甲基化狀態(tài)及其與C-erbB-2蛋白表達(dá)的關(guān)系[J].檢驗(yàn)醫(yī)學(xué),2008,23（6）：594-599.