DNA甲基化与肿瘤的相关研究

曾子奕综述，徐海帆审校

（南华大学附属第一医院肿瘤外科，湖南衡阳421000）

DNA甲基化与肿瘤的相关研究

曾子奕综述，徐海帆审校

（南华大学附属第一医院肿瘤外科，湖南衡阳421000）

DNA甲基化； 基因，肿瘤抑制； 肿瘤/遗传学； 肿瘤/治疗； 综述

肿瘤是影响人类健康生活的重大疾病之一，随着人类平均寿命的增加，恶性肿瘤对人类的威胁日渐增加，随着疾病谱的改变，恶性肿瘤已经成为目前死亡的常见原因之一。甲基化是蛋白质和核酸的一种重要的修饰，调节基因的表达和关闭，与癌症、衰老等许多疾病密切相关。近30年来，科学家及医学工作者对于DNA甲基化与肿瘤的关系作了大量的研究，揭示了基因组整体水平的低甲基化与局部的高甲基化是肿瘤发生的一个重要因素。

1 DNA甲基化的概念和意义

作为表观遗传学的重要组成，DNA甲基化是一种共价化学修饰，指在DNA甲基化转化酶的催化下，将S-腺苷甲硫氨酸提供的甲基基团共价到CpG二核苷酸胞嘧啶的5碳单位上的过程。人类基因组中存在一些长度为300～3 000 bp富含CpG二核苷酸的区域，这些区域主要存在于基因的5′端，被称作CpG岛。正常情况下，CpG岛的未甲基化状态是基因转录的保证，其异常甲基化则会导致基因转录的抑制。作为哺乳动物基因组中1~ 2 kb的DNA片段，CpG岛富含非甲基化的CpG双倍体。CpG岛主要位于基因启动子和第一外显子区域，约有60%以上的基因启动子含有CpG岛。通常可以调节基因的转录。在人类基因中，大部分的正常CpG岛处于非甲基化状态。但当这些CpG岛一旦出现甲基化将会影响基因的正常转录，影响途径大致如下。（1）DNA的甲基化可以使得某些特异的转录因子与其结合位点发生障碍，如Myc/Myn、E2F等转录因子。其结合位点都富含CpG岛，CpG岛的甲基化可以使其的结合受到抑制。（2）CpG岛的异常甲基化后与组蛋白脱乙酰酶类发生作用，产生脱乙酰作用，使基因转录受到影响。（3）甲基化状态的DNA与转录抑制蛋白结合，产生转录失活[1-3]。

2 原癌基因与抑癌基因的甲基化

据目前所知，人类肿瘤的发生与原癌基因的激活及抑癌基因的失活相关，正常情况下，基因组的原癌基因处于抑制状态，而全基因组的低甲基化可使原本处于失活状态下的基因状态发生活化。DNA低甲基化是在人类肿瘤中识别的最初的表观遗传异常。其通常被忽略为一个不受欢迎的并发症，几乎所有的注意力都集中在肿瘤的沉默基因，如抑癌基因的启动子高甲基化上。后来发现肿瘤中DNA的全局低甲基化与重复DNA元件非常相关，使肿瘤相关的DNA低甲基化继续获得非常多的关注。最新的高分辨率全基因组研究证实，DNA低甲基化与肿瘤中基因组高甲基化同时发生，只是通常在不同的序列上。肿瘤中个别CpG岛的甲基化变化不仅对区域环境，而且对邻近位点具有一个很高的依赖性。如前所述，在整个基因组持续低甲基化的过程中，局部区域的高度甲基化（特别是抑癌基因的启动子）导致抑癌基因的继续沉默，更进一步增加了肿瘤生成的风险。甲基化修饰目前被现代肿瘤学认为是导致原癌基因激活及抑癌基因失活的机制之一[4-5]。

3 DNA甲基化与肿瘤

表观遗传学研究表明，DNA的甲基化是遗传外修饰的重要途径，调节基因的表达与关闭，与肿瘤、衰老等疾病密切相关。DNA甲基化后基因序列并未发生改变，但是其表达却受到抑制。这种改变通常发生在富含CG结构的二核苷酸上，这正是维持染色体结构、细胞记忆与衰老及胚胎发育的重要部位。因此，DNA甲基化的研究对临床上肿瘤的风险评估、治疗及预后有着重要意义。

全基因组的低甲基化及特定区域的高甲基化被认为是肿瘤细胞中DNA甲基化的主要形式。这一理论已经被Zelic等[6]、Li等[7]、Mo等[8]通过meta分析等多种方法验证。大多数肿瘤基因表现出的低甲基化主要体现在高度及中度重复序列之中。其可以诱使染色体出现不稳定，并且出现相应的CpG岛的高甲基化，使其相关的DNA损伤修复基因、细胞周期调控及细胞凋亡基因沉默，进而诱发肿瘤。另一方面，低甲基化的原癌基因表达增强也是诱发肿瘤的一大机制。Sizemore等[9]通过研究基质金属蛋白酶-7（MMP-7）的启动子低甲基化及MMP-7在乳腺基底样细胞癌和三阴性乳腺癌中的过度表达，通过免疫组化等方式验证了MMP-7的过度表达和MMP-7基因的低甲基化与乳腺恶性肿瘤及相关亚型的预后相关。另外，一些抑癌基因启动子的高甲基化与肿瘤的发生、预后也密切相关。de Araújo等[10]研究发现40%遗传性黑色素瘤的发病与细胞周期依赖性激酶抑制基因CDKN2A突变相关，而DNA高度甲基化改变是CDKN2A基因突变的一个重要因素。Strand等[11]在研究前列腺癌与DNA甲基化的关系中发现，DNA甲基化可以作为前列腺癌的预后评估因素，其影响因素可能与配对的同源盒转录因子2（PITX2）等常见的甲基化位点相关。Fumagalli等[12]通过流行病学方法进行O6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶（MGMT）的甲基化研究，实验样本来自84例经临床病理学确诊并已接受烷化剂治疗的三阴性乳腺癌患者，其中58.3%的患者出现了MGMT的高度甲基化，表明MGMT的高甲基化与三阴性乳腺癌发生相关。Langevin等[13]检测了88例确诊的口腔鳞状细胞癌患者样本，通过焦磷酸测序法确定了GABRR1抗体是作为口腔鳞状细胞癌的7个甲基化标记物之一，并推测其可作为以后口腔鳞状细胞癌高危人群非侵入性筛查的一个标志。Lyn-Cook等[14]利用DNA微阵列技术确定了进行启动子甲基化在人类肺肿瘤细胞中的致瘤作用。

4 DNA甲基化在临床的应用

检测基因的异常甲基化可用于肿瘤的风险评估及早期诊断，其理论基础是肿瘤细胞与正常细胞之间的甲基化差异。Nie等[15]在对非小细胞肺癌（NSCLC）的自由细胞肿瘤循环DNA的研究发现，NSCLC患者血浆或血清中的DNA含量明显高于正常对照组和良性疾病患者。Sunami等[16]发现，肿瘤患者血液中游离DNA含量升高，并具备恶性细胞特质，认为血液中的游离DNA来源于原发肿瘤。因此，分析DNA甲基化程度不仅仅只局限于肿瘤实体标本，也可以拓展到患者的外周血检测中。Gupta等[17]通过对66例乳腺癌患者外周血中乳腺癌1号基因（BRCA1）的分析研究，发现基因启动子的甲基化可能作为乳腺癌易感性的一个标志。这些发现对于肿瘤的风险评估及早期诊断极具价值。新近研究发现，糖类抗原CA199在某些肿瘤患者血中升高可能与控制糖基化的β3GALT5基因的高度甲基化相关[18]。另外，测定DNA甲基化也可以作为对肿瘤患者的预后评估。Karlsson等[19]通过全基因组DNA甲基化研究揭示了其与肺癌患者的预后相关。在伊朗南部进行的一项散发性乳腺癌风险研究提示，DNMT3B的高甲基化与乳腺癌发病风险呈正相关[20]。此外，DNA甲基化研究也可以作为评估化疗疗效的指标，Ignatov等[21]通过BRCA1启动子甲基化在三阴性乳腺癌及非三阴性乳腺癌的对照研究，发现BRCA1启动子甲基化是其共同致癌因素，并且能够更好地评估蒽环类化疗药物的治疗效果。异常的甲基化也可以影响患者的生存期，在胃癌中，甲基化CpG位点计数Dact1启动子具有临床评估胃癌预后的重要性[22]。

随着对DNA甲基化研究的深入，科学家发现甲基化发生在肿瘤的早期，且这个过程是可逆的。抑制DNA的甲基化可以作为治疗肿瘤的新途径。应用甲基化转移酶抑制剂可以阻断DNA的甲基化过程，并且使基因（主要是抑癌基因）重新去甲基化并激活，从而达到抑制肿瘤的目的。2004年美国食品药品安全局批准胞嘧啶类似物5-氮杂胞苷用于治疗骨髓增生异常综合征，随后第2种5-氮杂2-脱氧胞苷（5-zaz-Dc）问世[23]，从而掀起了甲基化转移酶抑制剂应用的新高潮。这类药物在体内外均能通过抑制DNA甲基转移酶使抑癌基因恢复正常的去甲基状态，重新激活那些由于DNA过度甲基化而失活的基因，从而恢复细胞的正常终末分化、衰老及凋亡。目前研究的一个热点在5-zaz-Dc提高肿瘤细胞对于原有基础化疗药物的化疗敏感性，其机制可能与5-zaz-Dc能够与甲基化转移酶（DNMT）共价结合，抑制DNMT的生物活性并改变抑癌基因的甲基化状态相关[24]。Chen等[25]通过研究5-zaz-Dc对于TIP30基因表达的影响发现，TIP30基因作为一种抑癌基因，其表达与其甲基化状态有关，TIP30基因的表达能够提高结肠癌细胞对于5-氟尿嘧啶的化疗敏感性。

5 结 语

DNA的异常甲基化与肿瘤的发生发展密切相关，无论是原癌基因的全基因组低甲基化导致其激活，还是抑癌基因的局部高甲基化使其失活，都可以促进肿瘤的发生。目前对DNA甲基化的研究可以为肿瘤的风险评估、早期诊断及治疗提供一条新的途径。相信在不久的将来，随着DNA甲基化研究的深入，将会为人类攻克肿瘤提供新的思路和新的启发。

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：A

：1009-5519（2015）07-1007-03

2014-12-01）

曾子奕（1986-），男，湖南长沙人，在读硕士研究生，主要从事乳腺癌预防与诊疗工作；E-mail：75097147@qq.com。