黑素瘤与DNA甲基化研究进展

陈翠 蔡丽敏 王永晨

黑素瘤与DNA甲基化研究进展

陈翠 蔡丽敏 王永晨

黑素瘤作为一种侵袭性强的皮肤恶性肿瘤，在发病率和死亡率方面都在上升，目前仍缺乏较为有效的治疗手段。近年来，随着人们对黑素瘤认识的逐渐深入，黑素瘤的表观遗传学修饰特别是在DNA甲基化方面的研究也受到广泛关注。DNA甲基化在肿瘤细胞中的改变相对较常见，包括黑素瘤细胞。因此，DNA甲基化相关基因可以作为黑素瘤早期筛查、诊断、预后、治疗分期以及治疗后监测的生物标记。

黑色素瘤；DNA甲基化；后成说，遗传；分子靶向治疗；基因

黑素瘤又称恶性黑素瘤，是来源于黑素细胞、恶性程度较高的一种皮肤肿瘤，其转移发生早、死亡率高，且发病率和死亡率都在上升［1］。因皮肤癌死亡的人数中，黑素瘤所占比例高达70%［2］。在全球范围内，黑素瘤发生率的增长速度比其他任何肿瘤都要快，特别是处于疾病Ⅳ期的大部分患者都会在2年内死亡，只有少数能够长期存活［3］。近年来研究发现，黑素瘤的发生发展不仅取决于遗传因素，同时也受到表观遗传修饰尤其是DNA甲基化的影响。DNA甲基化并不涉及DNA碱基序列的改变，其主要是影响DNA与其他分子间的相互作用，并且可以通过细胞分裂和细胞增殖的方式进行遗传。

1 DNA甲基化的作用机制

Esteller［4］发现，虽然表观遗传学修饰存在多种形式，但到目前为止，DNA甲基化是唯一直接作用于DNA并在多种肿瘤中频繁发生的修饰方式。DNA甲基化是最早发现的修饰途径之一，是由DNA甲基转移酶催化，以S腺苷甲硫氨酸作为甲基供体，DNA的CG两个核苷酸的胞嘧啶被选择性地添加甲基，形成5甲基胞嘧啶。正常细胞CpG岛通常处于非甲基化或低甲基化状态，DNA甲基化主要出现在CpG二核苷酸序列。大量研究表明，DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达，并且可以通过细胞分裂和细胞增殖进行遗传，常见于基因的5′-CG-3′序列。DNA甲基化会导致某些区域DNA构象变化，从而影响蛋白质与DNA的相互作用，不利于转录的起始，进而导致基因失活。CpG岛是指基因组的转录活性区富含CpG二核苷酸成高密度聚集状态［5］，其特征是同时存在的多种基因具有肿瘤特异性的CpG岛甲基化，位于DNA启动子区的CpG岛甲基化在肿瘤细胞中较常见，包括黑素瘤细胞［6］。Baylin 和 Jones［7］研究发现，在正常组织中，DNA甲基转移酶被抑制，而在肿瘤细胞中，DNA甲基转移酶活化可引起表观遗传学改变。由于DNA甲基化引起肿瘤抑制基因转录失活，在许多人肿瘤中都能够被发现，因此有人提出这种机制在黑素瘤进展中起着主要作用［8］。

作者单位：150001 哈尔滨医科大学附属第一医院皮肤科

2 黑素瘤与DNA甲基化

2.1 肿瘤坏死因子超家族（TNFRSF）10D基因：Gudrun等发现，DNA甲基化可能会使某些基因发生不可逆的沉默，进而导致肿瘤的发生。TNFRSF10D 属于 TNFRSF 中的一员［9］。Bonazzi等［10］利用PCR荧光技术发现，TNFRSF10D基因的异常与黑素瘤的发生发展密切相关,他们的研究表明，72%黑素瘤患者的肿瘤细胞中，TNFRSF10D基因不表达相应的mRNA，该基因的启动子区甲基化与其转录呈负相关。TNFRSF10D基因所编码的蛋白质是TNFRSF中的一员，这个受体超家族含有TNF相关的凋亡诱导配体结构域和一个胞质死亡结构域。Sheikh 和 Fornace［11］研究发现，TNF 受体并不能直接诱导细胞凋亡，而是通过在TNF相关的凋亡诱导配体诱导的细胞凋亡机制中发挥作用。但需进一步的研究来阐明TNFRSF10D基因启动子区甲基化与黑素瘤的预后以及侵袭性的关系。此外，还需深入研究黑素瘤患者血清样本中该基因的甲基化是否可以成为黑素瘤预后不良的指标。

2.2 p16ink4A 基因:Venza 等［12］发现，表观遗传学修饰是影响基因表达的常见障碍，而DNA5′端甲基化是p16ink4A基因失活的主要机制。研究表明，p16ink4A作为一种肿瘤抑制基因，能够诱导一个依赖CDK4/6的自主衰老程序，在细胞周期蛋白D-CDK4/6-pRb-E2F细胞周期调节途径中起负反馈作用。在黑素瘤细胞中，p16ink4A基因由于启动子区异常甲基化而丧失了这种能力，导致这种调节途径失控使细胞过度增殖，导致肿瘤发生。大量黑素瘤患者样本显示，该基因启动子区甲基化能导致染色体结构紊乱和转录基因沉默，从而引起基因表达失活［13］。DNA甲基化抑制剂地西他滨属于核苷酸抑制剂，其能够使失活的p16ink4A基因重新活化，有学者提出，该类药物可能成为治疗黑素瘤较为有效的药物［14-16］，但是缺乏足够的数据来证明针对p16ink4A为治疗靶点的有效性。

2.3 胰岛素样生长因子结合蛋白（IGFBP）7基因:IGFBP7属于IGFBP家族成员，是由肿瘤抑制基因表达，可能是通过促进细胞凋亡和细胞衰老等机制抑制肿瘤的发生发展。研究表明，皮肤黑素瘤中IGFBP7的表达受到抑制，而DNA启动子区CpG岛异常甲基化可导致癌基因沉默。IGFBP7在多数人肿瘤中表达下调。对人体组织样本的分析表明，IGFBP7的表达沉默是导致黑素瘤发生的关键步骤。Wajapeyee等［17］在研究小鼠黑素瘤动物模型时，发现IGFBP7能够抑制黑素瘤的生长，推测IGFBP7在转移性肿瘤的治疗中起作用。使用DNA甲基化抑制剂5-氮杂-2-脱氧胞苷处理黑素瘤细胞后，可使IGFBP7的mRNA和蛋白表达恢复，证明IGFBP7表达的恢复与该基因的启动子区去甲基化有一定相关性，因此认为，5-氮杂-2-脱氧胞苷在黑素瘤的治疗有一定的前景。另外，一些研究发现，正常黑素细胞会通过旁分泌或自分泌表达低水平的IGFBP7，并通过抑制BRAF-MEK-ERK通路信号来调控细胞增殖，而在黑素瘤细胞中IGFBP7表达缺失，该通路无法被IGFBP7抑制，因而细胞增殖失控进展为恶性肿瘤。

2.4 H11/HspB8基因:是一种具有特殊功能的小热休克蛋白（Hsp），虽然其保留着小Hsp的α晶状体球蛋白特性，但在生物学和功能性质方面却与典型的Hsp家族成员不同。Smith等［18］首先在实验室克隆了这种蛋白质，发现其能够诱导角质形成细胞和心肌细胞增殖，但在黑素瘤细胞中会诱导细胞周期停滞。H11/HspB8在正常黑素细胞中是一种生长调节剂，在大部分黑素瘤细胞中，该基因由于甲基化而沉默。研究表明，H11/HspB8基因表达恢复后会通过激活依赖TAK-1死亡通路的机制来抑制黑素瘤细胞的生长，H11/HspB8能激活死亡通路的这种能力，使得其能够成为一种新的治疗靶点［19］。H11/HspB8基因启动区含有丰富的CpG岛，5杂氮胞苷作为一种甲基化抑制剂，其诱导黑素瘤细胞死亡的程度与H11/HspB8甲基化水平密切相关。因此，H11/HspB8甲基化可以作为5杂氮胞苷治疗黑素瘤疗效的潜在标记。

2.5 PTEN基因:PTEN基因（gene of phosphate and tension homology deleted on chromosome ten，PTEN）是一种肿瘤抑制基因，定位于第10号染色体的q23.3区，其编码的蛋白质是通过负性调控PKB/Akt通路来发挥细胞周期调控和抑制细胞凋亡的功能。Li等［20］认为，PTEN基因CpG岛异常甲基化是该基因失活的一种替代机制，并在多种类型的肿瘤中均会发生，如肺癌、子宫内膜癌、前列腺癌、脑瘤、宫颈癌及黑素瘤。Alireza等［21］利用甲基化抑制剂5杂氮胞苷来处理黑素瘤细胞后，PTEN蛋白的表达相应增加，进而抑制细胞周期和促进细胞凋亡。虽然在黑素瘤细胞中PTEN基因突变率很低，但是63%原发性黑素瘤患者PTEN蛋白表达缺失。与之截然相反的是，在黑素细胞痣患者中只有8%表达缺失［22］。因此，甲基化后失活的PTEN基因可以成为黑素细胞痣向黑素瘤进展的一个重要标志。

2.6 其他相关基因:鼠类肉瘤滤过性毒菌致癌同源体B1（V-rafmurine sarcoma viraloncogene homolog B1，BRAF）基因突变在恶性黑素瘤很常见，并且BRAF抑制剂在治疗因BRAF基因突变引起的恶性黑素瘤中取得了较好的临床疗效［23］。但Wang等［24］发现，大多数患者最终会出现药物抵抗，并在对BRAF抑制剂抵抗的细胞中表皮生长因子受体基因因甲基化而表达上调，他们研究显示，表皮生长因子受体抑制剂在治疗对BRAF抑制剂抵抗的黑素瘤患者也有效。MITF基因在黑素瘤细胞中属于一种系列特异性肿瘤基因，这种基因的扩增与黑素瘤的预后不良有关。Lauss等［25］认为，MITF基因的表达被DNA甲基化所控制，并且这种甲基化状态对了解黑素瘤发生发展起根本性作用。三重基序蛋白（tripartite motif protein，TRIM）16属于三重基序蛋白家族中的一员。Sutton等［26］研究发现，由于DNA甲基化与蛋白稳定性变小，与正常黑素细胞相比TRIM16蛋白表达在黑素瘤细胞中明显减少，并且首次提出TRIM16基因可以作为黑素瘤细胞远处转移的标记和新的治疗靶点。Hallberg等［27］研究发现，在晚期黑素瘤中，转录因子活化蛋白2A（TFAP2A）基因启动子区异常甲基化会促使该基因沉默。Zeng等［28］研究表明，在乳腺癌细胞中，TFAP2A基因可以通过抑制CpG岛甲基化而被甲基化抑制剂重新激活，因此，TFAP2A可以成为一种临床相关生物标记物来评估表观遗传学药物对转移性黑素瘤的药效。

3 结语

黑素瘤的治疗选择少且疗效不理想，因此，更好地理解肿瘤发生发展的分子机制来提高治疗策略是迫切的。DNA甲基化可以作为一个潜在的治疗靶点，因为DNA启动子区CpG岛甲基化在肿瘤细胞中的改变相对较常见，包括黑素瘤细胞。因甲基化而沉默的基因几乎参与了引起肿瘤发生发展的所有关键路径，因而可作为疾病早期筛查、诊断、预后、治疗分期以及治疗后监测的生物标记［29］。

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DNA methylation in melanoma

Chen Cui,Cai Limin,Wang Yongchen.Department of Dermatology,First Affiliated Hospital of Harbin Medical University,Harbin 150001,China

Melanoma is a highly aggressive malignant cutaneous tumor that has been increasing in incidence and mortality.Effective therapeutic approaches are unavailable currently.With further insights into melanoma,epigenetic modification,especially DNA methylation,in melanoma has drawn extensive attention in recent years.Changes in DNA methylation are relatively common in tumor cells,including melanoma cells.Thus,DNA methylation-related genes may serve as biomarkers for early screening for,as well as diagnosis,prediction of prognosis,staging,treatment,and post-therapeutic surveillance of melanoma.

Melanoma;DNA methylation;Epigenesis,genetic;Molecular targeted therapy;Genes

Wang Yongchen,Email:yongchenwang@163.com

2015-03-15）

黑龙江省博士后科研启动金（LBH-Q14109）

Fund program:Postdoctoral Scientific Research Foundation of Heilongjiang Province of China（LBHQ14109）

10.3760/cma.j.issn.1673-4173.2016.02.019

王永晨，Email:yongchenwang@163.com