DNA甲基化與食管癌的研究進(jìn)展*

白　劍 綜述，杜振宗，宋劍非 審校

(桂林醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院胸心血管外科,桂林 541199)

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DNA甲基化與食管癌的研究進(jìn)展*

白劍 綜述，杜振宗，宋劍非△審校

(桂林醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院胸心血管外科,桂林 541199)

食管腫瘤；表觀遺傳學(xué)；DNA甲基化

表觀遺傳學(xué)是當(dāng)今生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域最具有前景的領(lǐng)域之一。表觀遺傳學(xué)是指基因在表達(dá)水平的可遺傳性改變(并非DNA序列改變引起)，包括DNA甲基化，組蛋白甲基化、乙酰化、磷酸化，染色質(zhì)構(gòu)型改變等，其中最主要的是DNA甲基化[1]。DNA甲基化是指胞嘧啶核苷酸(C)由S-甲硫氨酸供應(yīng)甲基，在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNA methyltransferases,DNMTs)的催化下將其第5位碳原子變?yōu)?′-甲基胞嘧啶(5C′-mC)的一種反應(yīng)[2]。人類基因的50%其5′端可發(fā)現(xiàn)CpG島，CpG島的甲基化能抑制轉(zhuǎn)錄。健康人的CpG位點(diǎn)位于CpG島內(nèi)者常為非甲基化，位于CpG島外者常為甲基化；而患腫瘤者其CpG島為區(qū)域性高甲基化，CpG島外為廣泛低甲基化[3]。如果抑癌基因CpG島內(nèi)的CpG序列發(fā)生高甲基化，該抑癌基因的旋轉(zhuǎn)程度會(huì)增加，使其不能表達(dá)，進(jìn)而誘發(fā)腫瘤。

1　食管癌與DNA甲基化

食管癌是我國(guó)一種常見(jiàn)的惡性腫瘤,其發(fā)病誘因和影響因素較多，近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，表觀遺傳學(xué)在食管癌的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中起到重要作用。目前，表觀遺傳學(xué)修飾方式中被研究得最多的就是甲基化。抑癌基因啟動(dòng)子區(qū)CpG島的高甲基化在食管癌患者體內(nèi)非常常見(jiàn)[4]。

1.1食管癌中相關(guān)抑癌基因與DNA甲基化研究發(fā)現(xiàn)，食管癌的發(fā)生發(fā)展與抑癌基因啟動(dòng)子區(qū)的CpG島異常甲基化密切相關(guān)，它已成為近年研究熱點(diǎn)。多種基因甲基化出現(xiàn)在食管癌患者體內(nèi)：腺瘤樣結(jié)腸息肉易感基因(APC)、周期依賴性激酶蛋白(p16INK4a)、細(xì)胞黏附相關(guān)基因(CDH1、CDH13)、脆性組氨酸三聯(lián)體基因(FHIT)等[5]。

1.1.1P16p16基因作為人類腫瘤中最常見(jiàn)的抑癌基因，屬于INK4I(cyclin-dependent kinase 4 inhibitors)家族。定位于人類染色體9p21上，全長(zhǎng)85 kb，由3個(gè)外顯子和2個(gè)內(nèi)含子組成。大量的腫瘤組織相關(guān)研究結(jié)果證明,p16基因啟動(dòng)子甲基化在食管鱗狀細(xì)胞癌和腺癌中存在較高的頻率[6]。Forghanifard等[7]研究認(rèn)為p16基因是在食管癌高風(fēng)險(xiǎn)家系中具有很高價(jià)值的早期腫瘤診斷標(biāo)志物。Hardie等[8]研究結(jié)果表明食管癌早期就會(huì)出現(xiàn)p16啟動(dòng)子區(qū)高甲基化，而國(guó)內(nèi)學(xué)者宋長(zhǎng)山等[9]發(fā)現(xiàn)p16基因的甲基化對(duì)食管癌的分期和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有很大影響。綜上，p16基因甲基化與食管癌的發(fā)展密切相關(guān)，并且在食管癌早期就已出現(xiàn)。

1.1.2脆性組氨酸三聯(lián)體(fragile histidine triad,FHIT)FHIT基因是一個(gè)位于人類染色體3p14.2上的抑癌基因[5]。大多數(shù)正常組織中都有FHIT，而食管癌組織中卻出現(xiàn)了FHIT表達(dá)降低或丟失。在某些因素作用下，F(xiàn)HIT基因啟動(dòng)子區(qū)CpG島發(fā)生甲基化，導(dǎo)致無(wú)法表達(dá)相應(yīng)蛋白，因此不能發(fā)揮抑制腫瘤生長(zhǎng)的正常作用，從而促進(jìn)腫瘤發(fā)生發(fā)展。Silveira等[10]的研究測(cè)得一組食管癌組織的FHIT甲基化率為88%。張江蘭等[11]采用甲基化特異性PCR(MSP)方法進(jìn)行了一系列研究，其結(jié)果顯示在食管輕中、重度不典型增生、鱗狀細(xì)胞原位癌、浸潤(rùn)癌組織中FHIT基因的甲基化頻率分別為22.73%、45.45%、64.29%、65.77%，可以說(shuō)明FHIT基因的甲基化與食管癌的發(fā)生發(fā)展有著密切關(guān)系。

1.1.3APC腺瘤樣結(jié)腸息肉易感基因(adenoma tous Polyposis Coli,APC)是一種抑瘤基因，位于人類染色體5q21上。Wang等[12]研究表明了食管癌與APC的關(guān)系：食管癌的發(fā)生與APC啟動(dòng)子區(qū)甲基化密切相關(guān)，而與APC基因突變、APC基因缺失無(wú)明顯聯(lián)系。Kawakami等[13]研究發(fā)現(xiàn)不同食管腫瘤組織中的APC啟動(dòng)子區(qū)高甲基化頻率不同：食管腺癌92.00%，食管鱗癌50.00%，Barrett′s食管39.59%。因此APC可以作為評(píng)估食管腺癌生物學(xué)行為的標(biāo)志物和食管癌組織細(xì)胞分型的參考。有研究發(fā)現(xiàn)，27例食管腺癌患者組織中25例為APC基因高甲基化，甲基化頻率為93%；12例發(fā)展為腺癌的Barrett′s食管黏膜組織全部為APC高甲基化[6]，因此APC基因可作為食管腺癌發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)標(biāo)志物。

1.1.4CDH1CDH1基因位于人類染色體16q22.1上，能編碼出一種鈣依賴跨膜糖蛋白-上皮鈣黏附蛋白(E-Cadherin)，用來(lái)介導(dǎo)細(xì)胞間同質(zhì)黏附，維持組織結(jié)構(gòu)完整性。最近研究表明，在很多腫瘤中出現(xiàn)由于該基因啟動(dòng)子區(qū)CpG島甲基化而導(dǎo)致的基因失活現(xiàn)象[14]。章金強(qiáng)等[15]發(fā)現(xiàn)在檢測(cè)的50例食管鱗癌組織中CDH1基因啟動(dòng)子區(qū)甲基化率為58%；CDH1基因甲基化能導(dǎo)致E-cadherin表達(dá)減少，進(jìn)而影響腫瘤分期和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。由此可以說(shuō)明，CDH1的異常甲基化可以增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的侵襲能力，進(jìn)而發(fā)生腫瘤的轉(zhuǎn)移。

1.1.5Ras相關(guān)區(qū)家族1A(RAS association domain family gene-1A，RASSFlA)RASSF1A是位于人類染色體3p21．3上的抑癌基因，在多種腫瘤發(fā)生、發(fā)展中起著重要作用[16]。Guo等[17]發(fā)現(xiàn)食管癌組織中出現(xiàn)了RASSFlA高甲基化--檢測(cè)的66例食管癌患者癌組織中RASSFlA甲基化率為48.5%，其癌旁正常組織RASSFlA甲基化率僅為6.1%；RASSFlA高甲基化與腫瘤分期和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。Mao等[16]研究發(fā)現(xiàn)在食管鱗狀細(xì)胞癌中RASSFIA甲基化具有流行病學(xué)差異。王巍偉等[18]的研究結(jié)果表明在食管鱗癌中RASSFlA啟動(dòng)子區(qū)甲基化頻繁發(fā)生。丁士剛等[19]研究發(fā)現(xiàn)原發(fā)性食管鱗癌組織中出現(xiàn)與年齡有關(guān)的RASSFlA啟動(dòng)子甲基化，此甲基化源于RASSFlA在食管鱗癌細(xì)胞系株中的表達(dá)。

1.2DNA錯(cuò)配修復(fù)基因與DNA甲基化人類錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)(mismatch repair system,MMR)是一類新發(fā)現(xiàn)的腫瘤相關(guān)基因，目前已知9個(gè)：hMSH2、hMSH6、hMSH5、hM2SH4、hMSH3、hMLH1、hPMS1、hPMS2、hMLH3，作用于DNA復(fù)制和修復(fù)過(guò)程，保證基因組的穩(wěn)定性[20]。近期研究發(fā)現(xiàn)hMLH1、hPMS2基因啟動(dòng)子區(qū)的異常甲基化與食管癌密切相關(guān)。

hMLH1基因是MMR的核心成員，與hPMS2蛋白協(xié)同可以解螺旋并切開(kāi)錯(cuò)配堿基。Vasavi等[21]研究表明hMLH1甲基化與食管癌發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。

hMLH2基因位于人類染色體2p1～p22,其基因組DNA全長(zhǎng)約73 kb。張功員等[22]研究發(fā)現(xiàn)食管癌組織中hMLH2基因啟動(dòng)子區(qū)甲基化陽(yáng)性率為34．4%，而正常黏膜未發(fā)現(xiàn)甲基化，表明Hmlh2甲基化導(dǎo)致的表達(dá)缺失與食管癌發(fā)生密切相關(guān)。

1.3DNA修復(fù)基因與DNA甲基化6-氧-甲基鳥(niǎo)嘌呤DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(O6-methylguanine DNA methyltransferase,MGMT)定位于人類染色體10q26上，全長(zhǎng)170 kb，是一種高效的DNA直接修復(fù)酶,其修復(fù)甲基化DNA的機(jī)制是將甲基化DNA的O6-mG甲基轉(zhuǎn)移到MGMT的半胱氨酸殘基上。一旦MGMT因甲基化而失活，它將不能發(fā)揮修復(fù)DNA的正常功能，進(jìn)而誘發(fā)腫瘤。據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)，食管鱗癌組織的MGMT啟動(dòng)子區(qū)甲基化的發(fā)生率為27%～72%[23]。Brock等[24]報(bào)道了食管腺癌中MGMT基因甲基化率達(dá)56%。Fang等[25]檢測(cè)到13/18(72%)的食管鱗狀細(xì)胞癌存在MGMT甲基化，且食管癌病變?cè)街兀琈GMT啟動(dòng)子區(qū)甲基化越嚴(yán)重，MGMT轉(zhuǎn)錄的mRNA和翻譯的蛋白就越少。

1.4其他基因與DNA甲基化死亡相關(guān)蛋白激酶(death-associated protein kinase，DAPK)，定位于9q34.1上。DAPK基因的異常甲基化與許多包括食管癌在內(nèi)的惡性腫瘤相關(guān)[26]。Hoffmann等[27]對(duì)50例晚期食管癌組織和其周圍正常組織進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)腫瘤組織中的DAPK基因甲基化檢出率(78%)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常食管組織(10%)，表明DAPK基因甲基化在食管癌變中的參與作用。B型內(nèi)皮素受體基因(EDNRB)和表皮生長(zhǎng)因子和卵泡抑素結(jié)構(gòu)域跨膜蛋白基因(TPEF)定位于13q22。Zhao等[28]研究發(fā)現(xiàn)EDNRB基因啟動(dòng)子區(qū)高甲基化與EDNRB mRNA表達(dá)缺失具有相關(guān)性,并在食管鱗癌發(fā)生中起作用,并反復(fù)實(shí)驗(yàn)證明TPEF基因啟動(dòng)子區(qū)甲基化與食管鱗癌的發(fā)生存在相關(guān)性。速激肽l(tachykinin-1,TAC1)定位7q21,22。TAC1在食管腺癌中常常表現(xiàn)為雜合性丟失(LOH)。Jin等[29]研究認(rèn)為T(mén)AC1啟動(dòng)子甲基化是食管癌早期、常見(jiàn)的事件,可以作為食管癌診斷、分型、分期的生物學(xué)標(biāo)志。

2　DNA甲基化作為治療新靶點(diǎn)

DNA甲基化與基因突變、缺失不同，它是以可逆的方式去抑制基因表達(dá)的，因此能夠通過(guò)去甲基化而恢復(fù)DNA的正常表達(dá)，恢復(fù)對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)的正常調(diào)控，進(jìn)而抑制腫瘤發(fā)展。DNA甲基化依靠DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNMT)實(shí)現(xiàn)，因此可將DNMT作為DNA去甲基化的靶點(diǎn)。對(duì)DNA去甲基化藥物的研究中，抑制DNMI的藥物(DNMT抑制劑)被研究得最多，并取得了極大進(jìn)展[30]。其中，競(jìng)爭(zhēng)性核苷酸類甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑，代表藥為5′氮雜脫氧胞苷(5′Aza Cd R)，已經(jīng)得到了臨床應(yīng)用，使腫瘤細(xì)胞中的基因甲基化得到逆轉(zhuǎn)，基因重新開(kāi)始表達(dá)。白血病及骨髓增生異常綜合征的治療中有應(yīng)用5′Aza Cd R的先例，但目前其他腫瘤尚未應(yīng)用此藥，是由于其毒副反應(yīng)比較嚴(yán)重，有明顯的骨髓抑制，可能導(dǎo)致基因突變。因此，5′Aza Cd R想要廣泛應(yīng)用于臨床，還需要大量的后續(xù)研究。在治療食管癌方面，已證實(shí)DNA甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑在食管癌細(xì)胞系中能夠恢復(fù)甲基化沉默的腫瘤相關(guān)基因的表達(dá)，但是尚未有足夠相關(guān)臨床研究先例。

3　展　　望

表觀遺傳學(xué)是一個(gè)在生物學(xué)和腫瘤研究中迅速發(fā)展的領(lǐng)域，在食管癌的防治過(guò)程中存在著潛在的作用價(jià)值。表觀遺傳學(xué)領(lǐng)域中目前研究較多的就是DNA甲基化，已有證據(jù)表明其與食管癌的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，但其機(jī)理尚在探索當(dāng)中。筆者總結(jié)了食管癌中主要的DNA甲基化改變。與傳統(tǒng)的不可逆遺傳改變相比，表觀遺傳學(xué)的變化可能作為腫瘤治療的潛在分子靶點(diǎn)，也同樣可用于腫瘤的預(yù)防。為了更加深入全面地了解食管癌的發(fā)生發(fā)展過(guò)程以及腫瘤治療的新策略，這一領(lǐng)域?qū)⑿枰M(jìn)一步的研究。

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·綜述·10.3969/j.issn.1671-8348.2016.24.044

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81160273)。作者簡(jiǎn)介：白劍(1989-)，在讀碩士研究生，醫(yī)師，主要從事胸部腫瘤表觀遺傳學(xué)的研究。△

，Tel:13807836006；E-mail:guilinsjf@163.com。

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1671-8348(2016)24-3436-03

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2016-05-29)