氧化代谢酶DNA甲基化研究进展

周思园，胡建安，黄 璨（中南大学公共卫生学院.劳动卫生与环境卫生学系，.流行病学与卫生统计学系，湖南长沙 40078）

氧化代谢酶DNA甲基化研究进展

周思园1，胡建安1，黄 璨2
（中南大学公共卫生学院1.劳动卫生与环境卫生学系，2.流行病学与卫生统计学系，湖南长沙 410078）

DNA甲基化是表观遗传修饰过程之一，能导致基因表达异常。细胞色素P450酶、环氧合酶、脂氧合酶和单胺氧化酶是人体内介导内外源化学物氧化代谢的酶类，这些酶基因在正常组织与病理组织中的甲基化模式存在差异，异常的甲基化模式会导致酶表达和功能发生改变，进而影响疾病的发生和发展。本文就上述4种氧化代谢酶基因甲基化状态在一些疾病组织中的特征性变化、对化学物的代谢活性的影响以及对机体的作用变化进行综述，为疾病的诊断以及化学物毒作用机制提供新的理论依据。

DNA甲基化；细胞色素P450酶系统；脂氧合酶；环氧合酶2；单胺氧化酶

DOl：10.3867/j.issn.1000-3002.2016.04.016

DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰调控过程，它是指复制后的DNA序列，在DNA甲基转移酶的催化下，将底物S-腺苷甲硫胺酸的甲基基团转移到胞嘧啶第5位碳原子上，修饰为5-甲基胞嘧啶的过程。DNA甲基化是哺乳动物表观遗传改变中研究最广泛的机制，它能通过抑制基因转录导致基因表达异常，对调控基因的表达和维持染色质的结构起到重要的作用。DNA甲基化还能抑制基因一些关键功能，比如错配修复、细胞周期调控、细胞凋亡和黏附等［1］。DNA甲基化长期被认为是一个简单的与基因转录沉默相关的表观遗传标志，最近研究表明，DNA甲基化其实是一个动态的过程，受遗传与环境因素的共同影响［2］。

细胞色素P450（cytochrome P450，CYP450）酶、环氧合酶（cyclooxygenase，COX）、脂氧合酶（lipoxygenase，LOX）以及单胺氧化酶（mono⁃amine oxidase，MAO）的表达与氧化代谢、自由基产生、炎症、动脉粥样硬化、衰老、致癌等生理和病理过程息息相关。研究表明，一些疾病的发生发展过程中常伴随着一些氧化代谢酶基因甲基化模式的改变，这种改变能使氧化酶在病变组织中表达异常，在疾病进程当中起到重要的作用。研究氧化代谢酶基因甲基化状态对化学物代谢过程的影响可为化学物毒作用机制提供新的线索与依据，并有助于找到相关疾病的表观遗传标志，为疾病的基因诊断提供新的科学依据。

本文就以上几种氧化代谢酶基因甲基化及其在疾病中的作用研究进展做一综述，以探讨甲基化对氧化代谢酶生物学功能的作用和影响，以及与疾病发生发展的关联。

1　细胞色素P450　酶基因甲基化

CYP450为一类亚铁血红素-硫醇盐蛋白的超家族，主要存在于肝组织中，既能催化内源性物质代谢又能介导包括药物和环境化学物在内的外源化学物的代谢。

CYP450酶系是具有基因多态性特征的一类酶系，基因型的差异往往是导致个体之间CYP450酶表达差异的原因。研究表明，CYP450酶基因启动子区包含许多重复的GC序列，此区域称CpG岛，CpG岛是基因发生异常甲基化的靶点，因此DNA甲基化在CYP450的表达和调控中可能起到重要作用［3］。

1.1细胞色素P450 1

CYP1家族酶系主要参与雌激素，药物以及外源毒物的代谢，常见的有CYP1A1和CYP1B1。大多数CYP酶在肝表达较高，而CYP1A1和CYP1B1例外，这2种酶主要参与肝外组织化学物代谢。

CYP1A1能代谢活化香烟烟雾中多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons，PAH）形成前致癌物，在肺癌的发生过程中起到重要作用。有基于人群的研究表明，肺组织CYP1A1启动子区完全甲基化在吸烟者中所占的比例是46%，而具有这一甲基化特征的非吸烟者所占比例是94%，在吸烟者戒烟1～7 d之后CYP1A1基因启动子区甲基化的程度会慢慢上升，表明香烟烟雾可能促使CYP1A1基因甲基化程度降低［4］。也有证据显示，香烟烟雾能促使孕妇胎盘CYP1A1基因低甲基化，使其在人胎盘中表达水平上升［5］。香烟烟雾影响甲基化的原因可能是对DNA甲基转移酶的活性的抑制作用，表明吸烟能导致以上器官罹患疾病的概率增加。

CYP1B1在一些肿瘤组织中表达受DNA甲基化的调控有报道，如胃癌、膀胱癌、前列腺癌和结肠癌等［6-9，11］。Hiraki等［8］对比不同程度的胃癌腹腔转移患者的CYP1B1等酶基因的甲基化特征，发现各组患者CYP1B1基因甲基化程度存在差异，他们推断CYP1B1基因甲基化也许能作为胃癌腹膜转移的生物标志，当然还要与细胞学检查的结果相结合。

Putluri课题组［9］研究影响膀胱癌发展过程中的外源化学物代谢的Ⅰ/Ⅱ相代谢酶，包括CYP1A1以及CYP1B1，发现以上2种酶在癌组织含量均显著低于周边的良性组织，随后检测了2种酶的基因甲基化状态，发现2基因均呈高甲基化状态，他们推断这2种酶基因的高甲基化或许能作为膀胱癌早期诊断的代谢标志。

1.2细胞色素P450 2

人类CYP2A13是近年来发现参与外源化学物代谢活化的CYP450酶，在代谢活化亚硝胺类物质时表现高活性。CYP2A13选择性地表达于上呼吸道组织，在此部位介导化学物的活化致癌［12］。有研究证实，在人类肺癌细胞株中，CYP2A13的表达能被DNA甲基转移酶抑制剂诱导升高10倍，而其在在肺癌组织中的表达受DNA甲基化的调控［13］。

CYP2E1在外源化学物代谢活化过程中十分关键，能代谢乙醇生成致癌物乙醛，同时也能代谢多种药物如茶碱和异烟肼等。它还能参与活化香烟和食物中的亚硝胺类物质，以及其他致癌物和工业毒物，造成活性氧自由基的过量产生。CYP2E1的高活性可能在致癌的机制中起到重要作用［14］。CYP2E1基因的低甲基化与其蛋白在成人组织中的高表达有关，在新生儿晚期与成年期的组织中，CYP2E1基因内含子1区的CpG岛甲基化程度降低，在这些组织中能检测到CYP2E1活性升高［15］。CYP2E1基因的甲基化模式还存在组织特异性，它在肺、肾、胎盘、肝和皮肤中的表现都不同，提示其在这些组织致病过程中发挥的作用不同［16］。

CYP2W1酶能够代谢花生四烯酸以及甲苯异丙胺，且它能激活多种前致癌物，如二氢化二醇、黄曲霉毒素B1以及杂色曲霉素等［17］。CYP2W1的表达也受异常甲基化的调控，Caco-2TC7细胞系的体外实验表明，CYP2W1基因外显子1-内含子1连接处的CpG岛脱甲基化能提升组织中CYP2W1的水平［18］。另外一些实验也表明，CYP2W1在不同种类细胞中表达水平存在差异，其甲基化的水平也各有不同［17］。

1.3细胞色素P450 3A

CYP3A酶类是人体肝中参与药物代谢的主要酶类，能代谢大约50%的常见药物，它的表达水平差异可被视为药物个体反应差异的主要原因之一。在人体中，CYP3A在肝成熟过程中的表达由胎儿形式CYP3A7逐渐转变为成人形式CYP3A4。有研究表明，在人肝癌HepG2细胞系中CYP3A基因受DNA甲基化的调控，CYP3A4、CYP3A5以及CYP3A7在HepG2中能上升2～4倍［19］。

CYP3A4是人肝中含量最多的CYP酶，这种酶在不同的个体之间表达水平差异很大，此现象无法单用基因多态性解释［20］。孕烷X受体（pregnane X receptor，PXR）是调控CYP3A4的关键性转录因子，在肠道的初步新陈代谢过程中起到重要作用，PXR启动子区甲基化程度在结肠癌组织相对于邻近的正常肠黏膜要低，表明PXR/CYP3A4 mRNA的上调在致癌过程中起到一定作用，这可能是造成个体之间结肠癌药物反应差异的原因之一［21］。

1.4细胞色素P450 24A1和细胞色素P450 27B1

维生素D作为潜在的抗癌因子，根据其作用开发出的化疗药物越来越受到科研人员的关注。骨化三醇是维生素D3的活化形态，它是维持体内钙稳态的一个重要的调控因子，同时它也兼具抗肿瘤的效应，通过调节多种细胞的增殖和分化来实现其抗癌效应［22］。

骨化三醇水平的变化主要受2种CYP酶的调控，一种是参与它的合成的CYP27B1，另一种是促使其降解的CYP24A1。前者是调节体内维生素D分解代谢以及维持体内钙稳态的关键酶。当组织中CYP24A1表达过高时，它能导致组织内的骨化三醇被降解过多，这一现象在许多肿瘤组织中都被发现［26-28］。

CYP24A1基因启动子区包含许多调控元件，包括Sp1结合位点以及2个维生素D应答元件（Vitamin D response elements，VDRE）1+2，这2个应答元件既能控制转录因子介导的转录又能调控骨化三醇诱导的转录。实验表明，CYP24A1基因启动子高甲基化能降低基因对转录因子以及骨化三醇诱导转录的敏感性［23］。而当基因脱甲基化时，此结果则刚好相反［24］。另外有一些参与维生素D代谢的关键酶基因VDR以及CYP27B1高甲基化在乳腺癌中被发现［25］。以上表明维生素D代谢途径受DNA甲基化的调控。

CYP24A1基因启动子在癌组织及正常组织内皮细胞呈现不同的甲基化状态。Luo等［23］发现，在人前列腺癌组织中CYP24A1基因表达受DNA高甲基化抑制。而Horvath等［26］研究表明，CYP24A1在结肠癌中表达过高，可作为结肠癌潜在的生物标志，CYP24A1在结肠癌以及其他一些癌症中起到原癌基因的作用［27-28］。

最近，Hobaus等［29］研究表明，CYP24A1基因启动子的低甲基化与其在结肠癌中的高表达相关性并无统计学意义，可能还存在其他调控其表达的因素。基因启动子甲基化状态的改变可能与小分子RNA共同影响CYP24A1在癌组织中异常表达［30］。

2　环氧合酶2　基因甲基化

COX又称前列腺素合成酶，能催化由细胞膜磷脂释放的花生四烯酸转化成前列腺素和活性氧，是催化前列腺素合成的关键限速酶。COX有2种同工酶COX-1和COX-2。其中COX-2在许多组织表达甚微，它能受生长因子，细胞因子以及肿瘤促生因子的诱导，主要参与炎症反应等一些病理过程。COX-2酶基因位于染色体1q31.1区域，其表达能受DNA甲基化调控，已有许多研究证实COX-2酶基因的高甲基化能导致其在组织中的低表达［31-32］。

COX-2的高表达通常被认为参与肿瘤的发生发展，其表达活化与肿瘤细胞增殖、代谢、活性氧的产生、肿瘤的侵袭性和癌细胞的转移等方面有关［33-34］。COX-2也参与致癌和肿瘤组织血管生成等过程［35］。已发现许多种癌组织有COX-2表达，如胃癌、大肠癌和乳腺癌［36-37，39］。COX-2及其催化代谢产物前列腺素E2还能影响T细胞的功能，造成机体对肿瘤的免疫抑制功能下降，促使癌症病情恶化［38］。

Wang等［39］研究结果表明，COX-2酶基因在大多数胃癌患者中是呈低甲基化的，在他们的胃组织中能检测到过量COX-2蛋白，说明这些患者COX-2表达水平高；而在正常人胃组织中难以检测到COX-2蛋白，说明COX-2酶基因在正常人中理论上是高度甲基化的。COX-2基因低甲基化是影响胃癌发生和发展的一个重要因素［40］。

COX-2酶基因甲基化状态也与患者的病情及预后有关，COX-2酶基因高度甲基化的肿瘤组织，其瘤体相对于基因未甲基化的瘤体较小［41］。Thiel课题组［42］提出，COX-2酶基因高表达的早期肿瘤患者相较于低表达的患者死亡率更高。COX-2酶基因甲基化与否在胃癌中与肿瘤的恶性肿块TNM分期体（staging system，TNM）分期密切相关，TNM分期较低的肿瘤COX-2酶基因一般呈较高的甲基化状态，这说明患者基因甲基化程度也许能决定其临床治疗结局。Shi等［40］评价了COX-2对于胃癌患者病程的影响，发现COX-2表达的患者5年生存率较无表达的患者低，表明COX-2酶基因组甲基化对患者病程存在影响。

相反地，有报道指出在一些肿瘤中COX-2存在表达减少的情况，如低分化型肝细胞癌。而在肝癌细胞分化程度较高以及非瘤性肝硬变结节组织内，COX-2水平明显较高，提示COX-2在早期肝癌的发生中起到一定作用，其基因甲基化程度的变化与肝癌发展的过程密切相关［43-44］。

COX-2酶基因甲基化模式受到许多因素的影响，白细胞介素多态性和幽门螺杆菌感染被认为在DNA甲基化中起到重要作用，而这一过程通常与胃癌有关，幽门螺杆菌的感染与COX-2酶基因的甲基化机制有关［45］。有研究也指出，香烟烟雾提取物通过上调COX-2的表达能促进食管鳞癌的发生，这一过程的实现与促使COX-2酶基因启动子低甲基化有关［46］。而在食管鳞癌发生之后，癌组织中的COX-2酶基因逐渐呈现高甲基化状态［47］。在结肠癌中，抑癌基因RARβ2的高甲基化与COX-2酶基因的高表达相关。事实上，RARβ2也许能调控COX-2转录活性，通过直接与COX-2酶基因启动子结合或通过抑制COX-2酶基因启动子激活因子AP-1的活性间接影响其转录［48］。

近期研究表明，COX-2酶基因的高甲基化与口腔黏膜下纤维性变这一癌前病变相关［49］。还有研究指出，COX-2在肺组织中表达下降，是造成自发性肺组织纤维化的病理机制之一［50］。

3　脂氧合酶基因甲基化

LOX是一类非血红素含铁酶，根据LOX对花生四烯酸氧化时氧插入不同碳原子的位置分为5-，8-，12-和15-LOX4种LOX同工酶。LOX是人体内催化花生四烯酸生成炎性物质白三烯的关键酶。

除了对花生四烯酸的双加氧活性之外，体外酶系统实验还证实，LOX还能发挥协同氧化作用，作为一条替代途径，LOX能介导包括生产和生活环境中常见的致癌和致畸物等外源化学物的氧化活化。在氧化代谢外源化学物过程中，可形成自由基中间体和具有致癌、致畸作用的活化产物等代谢物，进而造成机体氧化应激和氧化损伤以及致癌、致畸等毒作用［51］。

3.15-脂氧合酶

5-LOX是机体内代谢合成炎性物质白三烯和抗炎物质脂氧素的关键酶［52］。已有研究证实，DNA甲基化参与5-LOX基因ALOX5的表达调控，随着ALOX5启动子区甲基化程度升高，其邻近区域能检测到许多未结合的转录因子Sp1，这为甲基化之后转录活性下降提供了新的依据，其中GC4是一个重要的Sp1结合域，GC4的甲基化是影响ALOX5转录活性的一个重要因素［53］。

5-LOX在脑组织中的高表达与神经系统退行性变、老化、脑部恶性病变以及阿尔茨海默病（Alzheimer disease，AD）等疾病有关［54-57］。在AD病变过程中，5-LOX的高表达与AD样症状联系紧密。AD患者ALOX5低甲基化能提供早期诊断指标［57］。

ALOX5甲基化也与心血管疾病有关，在主动脉瓣膜间充质细胞中，5-LOX高表达被认为与主动脉狭窄有关，有研究者对比了正常的和钙化的人主动脉瓣组织，发现钙化的瓣膜组织表现出ALOX5甲基化水平呈降低的趋势，随着这一改变的发生，5-LOX mRNA的水平上升，主动脉瓣膜间充质细胞离体实验也表明，DNA甲基化抑制剂5-氮杂胞苷（azaciti⁃dine）能有效降低ALOX5启动子区甲基化的程度，导致5-LOX转录以及白三烯B的水平显著上升［58］。

3.212/15-脂氧合酶

12-LOX与15-LOX被称为12/15-LOX，因为这2种同工酶具有较高的同源性，并且它们能催化花生四烯酸分别生成炎性物质十二羟二十烷四烯酸（12 ［S］-HETE）和十五羟二十烷四烯酸（15［S］-HETE）。12/15-LOX在幼稚红细胞、嗜酸性粒细胞、人支气管上皮细胞以及肺泡巨噬细胞中表达水平较高。

ALOX12的低甲基化被证实与儿童期持续性哮喘有关。潜在条件下的基因变异或能决定ALOX12甲基化的模式，胎儿的产前暴露1，1-双（对氨苯基）-2，2-二氯乙烯（dichlorodiphenyldichloroethyl⁃ene，DDE）等有机污染物也能导致ALOX12甲基化水平下降［59］。ALOX12的低甲基化能作为童年期哮喘的潜在早期表观遗传生物标志物。

ALOX12异常甲基化与急性髓细胞白血病（acute myelocytic leukemia，AML）有关，其高甲基化与AML的发生过程中的中间事件巨核细胞发育不良的关联具有统计学意义，表明ALOX12在AML中起到抑癌基因的作用［60］。

15-LOX-1也在一些癌症中呈现低表达的趋势，包括大肠癌、食管癌、乳腺癌和胰腺癌等，提示其作为肿瘤抑制基因发挥相关作用，通过药物因素以及其他一些因素，15-LOX-1在癌细胞中重新表达能诱导生长抑制以及恢复细胞分化和凋亡的功能［61］。

有研究检查一些结肠癌患者肠黏膜组织中ALOX15甲基化情况，发现基因高甲基化在患者中所占的比例并不高，并且ALOX15启动子甲基化水平与基因的表达水平关联无统计学意义，提示AL⁃OX15的表达在此类患者中可能并不受DNA甲基化的影响，而是与组蛋白修饰以及DNA甲基转移酶的作用有关［62-63］。

4　单胺氧化酶基因甲基化

MAO属黄素蛋白类，能代谢吲哚胺类神经递质，如5-羟色胺；和儿茶酚胺类神经递质，如多巴胺、去甲肾上腺素和肾上腺素，促使其发生氧化脱氨基作用。根据其对不同底物和抑制剂的选择性，该酶分为两种同工酶，即MAO A和MAO B。有研究检测过MAO A和MAO B两基因启动子区，发现它们有着不同的结构［64］。调控它们的机制可能是互相区别的也是比较复杂的，探索调控其基因表达的因素十分重要。

4.1单胺氧化酶B

Wong等［65］研究提出MAO B基因启动子区域有一个204bp的CPG岛和22个潜在的CpG甲基化位点，提示MAO B基因甲基化在基因转录活化中起重要作用。该研究发现，在结肠腺癌Caco-2细胞分化增殖期间，MAO B基因核心启动子区甲基化水平呈下降的趋势；Norhern蛋白质印迹实验结果进一步提示，通过DNA甲基转移酶抑制剂（5-氮杂胞苷）的作用，MAO B在未分化的Caco-2细胞和HeLa细胞中表达水平上调。这些结果表明MAO B基因表达的上调是通过核心启动子区甲基化水平下降决定的。

4.2单胺氧化酶A

MAO A在脑组织中的水平与其基因型并无直接联系，其基因的转录活性主要受DNA甲基化的调控［66］。MAO A酶的高表达，其代谢神经递质（如多巴胺，5-羟色胺和去甲肾上腺素）的速率加快［67］。MAO A的异常活化与胰腺β细胞功能和葡萄糖代谢异常有关［68-69］。MAO A的DNA甲基化异常与多种精神疾病有关，包括精神分裂症、重度抑郁症、过激性行为和注意力缺陷性紊乱［70-71］。

抑郁症在女性的发病率比男性更高［72］。有研究表明，MAO A基因甲基化的异常特异地发生在女性群体，造成这种疾病的性别差异可能是由于在X染色体上的等位基因特异性导致的［73］。另外，有研究人员提出，通过分析MAO A基因第一外显子DNA甲基化的水平，认为抑郁症组的女性相对于对照组女性基因呈低甲基化趋势［71］。通过检测MAO A启动子甲基化水平能有效预测MAO A的活性，有助于识别对MAO抑制剂敏感人群。

一项基于同卵双胞胎的病例对照研究发现，MAO A基因启动子区的甲基化变异与颈动脉粥样硬化的发病存在相关性，这种相关性也受遗传易感性和共同的家庭生活环境的影响［74］。有研究者利用正电子放射断层造影术，发现MAO A在正常男性脑组织中的水平差异非常大，通过分析MAO A基因核心启动子区特异位点的CpG甲基化水平证实与脑组织中的MAO A活性存在相关［75］。而正常人中MAO A基因甲基化水平的不同是源自于不同的生活习惯和生活环境，如吸烟和年龄等因素的影响［76］。

由于MAO A基因在胆管癌中呈高甲基化，故MAO A在胆管癌组织中表达被抑制，造成5-羟色胺、多巴胺和组胺等生物胺在癌组织中过度产生，而不能被代谢，这些生物胺类物质具有促生长的作用，能促进肿瘤组织的生长，使肿瘤侵袭性增强，细胞分化程度降低，病情恶化［77］。

表1　氧化代谢酶基因甲基化与疾病

5　展望

综上所述，氧化代谢酶基因甲基化状态的改变在相关疾病的发生发展过程中起到重要作用，可作为这些疾病的表观遗传标志之一，为有关疾病的诊断指标提供了新线索（表1）。传统观念认为，基因和环境因素的交互作用影响着疾病的易感性，而现在这一交互过程也要考虑表观遗传这一关键性的因素。基因突变和表观遗传改变的一个共同点是最终都能使基因表达异常。有学者猜测表观遗传改变可能在人类疾病中占主导作用，因为表观基因组相对于基因组其稳定性差，发生变异的频率较高，且常发生在特定区域（如启动子区），对环境因素的改变也更加敏感，营养因素、环境内分泌干扰物、化学毒物都可能影响人类的表观基因组，疾病的表观遗传机制值得进一步研究［78-79］。

有研究指出，表观遗传特征能通过药物治疗改变［80］。最近，美国食品药品监督局批准了两种DNA甲基转移酶抑制剂作为药品上市，包括阿扎胞苷和其衍生物地西他滨（decitabine），并且有许多根据表观遗传机制开发的药物正在接受临床测试［81］。对于氧化代谢酶在一些疾病中DNA甲基化状态的研究也能促进相关药品的开发和试验，为炎症、动脉粥样硬化、AD和癌症等疾病的防疗提供一条新的途径。

［1］ Herman JG，Baylin SB.Gene silencing in cancer in association with promoter hypermethylation［J］. N Engl J Med，2003，349（21）：2042-2054.

［2］Metivier R，Gallais R，Tiffoche C，Le Peron C，Jurkowska RZ，Carmouche RP，et al.Cyclical DNA methylation of a transcriptionally active pro⁃moter［J］.Nature，2008，452（7183）：45-50.

［3］ Kim IW，Han N，Burckart GJ，Oh JM.Epigenetic changes in gene expression for drug-metabolizing enzymes and transporters［J］.Pharmacotherapy，2014，34（2）：140-150.

［4］Anttila S，Hakkola J，Tuominen P，Elovaara E，Husgafvel-Pursiainen K，Karjalainen A， et al. Methylation of cytochrome P4501A1 promoter in the lung is associated with tobacco smoking［J］. Cancer Res，2003，63（24）：8623-8628.

［5］Suter M，Abramovici A，Showalter L，Hu M，Shope CD，Varner M，et al.In utero tobacco ex⁃posure epigenetically modifies placental CYP1A1 expression［J］.Metabolism，2010，59（10）：1481-1490.

［6］Tokizane T，Shiina H，Igawa M，Enokida H，Urakami S，Kawakami T，et al.Cytochrome P450 1B1 is overexpressed and regulated by hy⁃pomethylation in prostate cancer［J］.Clin Cancer Res，2005，11（16）：5793-5801.

［7］Murray GI，Taylor MC，Mcfadyen MC，Mckay JA，Greenlee WF，Burke MD，et al.Tumor-spe⁃cific expression of cytochrome P450 CYP1B1［J］. Cancer Res，1997，57（14）：3026-3031.

［8］ Hiraki M，Kitajima Y，Koga Y，Tanaka T，Naka⁃mura J，Hashiguchi K，et al.Aberrant gene meth⁃ylation is a biomarker for the detection of cancer cells in peritoneal Wash samples from advanced gastric cancer patients［J］.Ann Surg Oncol，2011，18（10）：3013-3019.

［9］ Putluri N，Shojaie A，Vasu VT，Vareed SK，Nalluri S，Putluri V，et al.Metabolomic profiling revealspotentialmarkersandbioprocesses altered in bladder cancer progression［J］.Cancer Res，2011，71（24）：7376-7386.

［10］ Okino ST，Pookot D，Li LC，Zhao H，Urakami S，Shiina H，et al.Epigenetic inactivation of the diox⁃in-responsivecytochromeP4501A1genein human prostate cancer［J］.Cancer Res，2006，66 （15）：7420-7428.

［11］ Habano W，Gamo T，Sugai T，Otsuka K，Wak⁃abayashi G，Ozawa S，et al.CYP1B1，but not CYP1A1，is downregulated by promoter methyla⁃tion in colorectal cancers［J］.Int J Oncol，2009，34（4）：1085-1091.

［12］ Xiang C，Wang J，Kou X，Chen X，Qin Z，Jiang Y，et al.Pulmonary expression of CYP2A13 and ABCB1 is regulated by FOXA2，and their genetic interac⁃tion is associated with lung cancer［J］.FASEB J，2015，29（5）：1986-1998.

［13］ Ling G，Wei Y，Ding X.Transcriptional regulation of human CYP2A13 expression in the respiratory tract by CCAAT/enhancer binding protein and epi⁃genetic modulation［J］.Mol Pharmacol，2007，71 （3）：807-816.

［14］Ghanayem BI，Hoffler U.Investigation of xenobi⁃otics metabolism，genotoxicity，and carcinogenic⁃ity using Cyp2e1-/-mice［J］.Curr Drug Metab，2007，8（7）：728-749.

［15］ Vieira I，Sonnier M，Cresteil T.Developmental ex⁃pression of CYP2E1 in the human liver.Hyper⁃methylation control of gene expression during the neonatal period［J］.Eur J Biochem，1996，238 （2）：476-483.

［16］Botto F，Seree E，El Khyari S，De Sousa G，Massacrier A，Placidi M，et al.Tissue-specific ex⁃pression and methylation of the human CYP2E1 gene［J］.Biochem Pharmacol，1994，48（6）：1095-1103.

［17］ Karlgren M，Gomez A，Stark K，Svärd J，Rodriguez-Antona C，Oliw E，et al.Tumor-specific expres⁃sion of the novel cytochrome P450 enzyme，CYP2W1［J］.Biochem Biophys Res Commun，2006，341（2）：451-458.

［18］ Gomez A，Karlgren M，Edler D，Bernal ML，Mkrtchian S，Ingelman-Sundberg M.Expression of CYP2W1 in colon tumors：regulation by gene methylation［J］.Pharmacogenomics，2007，8 （10）：1315-1325.

［19］Dannenberg LO，Edenberg HJ.Epigenetics of geneexpressioninhumanhepatomacells：expression profiling the response to inhibition of DNA methylation and histone deacetylation［J］. BMC Genomics，2006，7：181.

［20］ Kacevska M，Ivanov M，Wyss A，Kasela S，Milani L，Rane A，et al.DNA methylation dynamics in the hepatic CYP3A4 gene promoter［J］.Biochimie，2012，94（11）：2338-2344.

［21］ Habano W，Gamo T，Terashima J，Sugai T，Otsuka K，Wakabayashi G，et al.Involvement of promoter methylation in the regulation of preg⁃nane X receptor in colon cancer cells［J］.BMC Cancer，2011，11：81.

［22］Chung I，Karpf AR，Muindi JR，Conroy JM，Nowak NJ，Johnson CS，et al.Epigenetic silenc⁃ing of CYP24 in tumor-derived endothelial cells contributes to selective growth inhibition by cal⁃citriol［J］.J Biol Chem，2007，282（12）：8704-8714.

［23］ Luo W，Karpf AR，Deeb KK，Muindi JR，Morrison CD，Johnson CS，et al.Epigenetic regulation of vitamin D 24-hydroxylase/CYP24A1 in human prostate cancer［J］.Cancer Res，2010，70（14）：5953-5962.

［24］Khorchide M，Lechner D，Cross HS.Epigenetic regulation of vitamin D hydroxylase expression and activity in normal and malignant human pros⁃tate cells［J］.J Steroid Biochem Mol Biol，2005，93（2-5）：167-172.

［25］Marik R，Fackler M，Gabrielson E，Zeiger MA，Sukumar S，Stearns V，et al.DNA methylationrelated vitamin D receptor insensitivity in breast cancer［J］.Cancer Biol Ther，2010，10（1）：44-53.

［26］ Horváth HC，Lakatos P，Kósa JP，Bácsi K，Borka K，BisesG， etal.Thecandidateoncogene CYP24A1：A potential biomarker for colorectal umorigenesis［J］.J Histochem Cytochem，2010，58（3）：277-285.

［27］ Anderson MG，Nakane M，Ruan X，Kroeger PE，Wu-Wong JR.Expression of VDR and CYP24A1 mRNA in human tumors［J］.Cancer Chemother Pharmacol，2006，57（2）：234-240.

［28］ Parise RA，Egorin MJ，Kanterewicz B，Taimi M，Petkovich M，Lew AM，et al.CYP24，the enzyme that catabolizes the antiproliferative agent vitamin D，is increased in lung cancer［J］.Int J Cancer，2006，119（8）：1819-1828.

［29］Hobaus J，Hummel DM，Thiem U，Fetahu IS，Aggarwal A，Mullauer L，et al.Increased copynumber and not DNA hypomethylation causes overexpression of the candidate proto-oncogene CYP24A1 in colorectal cancer［J］.Int J Cancer，2013，133（6）：1380-1388.

［30］Komagata S，Nakajima M，Takagi S，Mohri T，Taniya T，Yokoi T.Human CYP24 catalyzing the inactivation of calcitriol is post-transcriptionally regulated by miR-125b［J］.Mol Pharmacol，2009，76（4）：702-709.

［31］ Kikuchi T，Itoh F，Toyota M，Suzuki H，Yamamoto H，Fujita M，et al.Aberrant methylation and histone deacetylationofcyclooxygenase2ingastric cancer［J］.Int J Cancer，2002，97（3）：272-277.

［32］ Toyota M，Shen L，Ohe-Toyota M，Hamilton SR，Sinicrope FA，Issa JP.Aberrant methylation of the cyclooxygenase 2 CpG island in colorectal tumors［J］.Cancer Res，2000，60（15）：4044-4048.

［33］ Wang D，Dubois RN.Therapeutic potential of per⁃oxisome proliferator-activated receptors in chronic inflammation and colorectal cancer［J］.Gastroen⁃terol Clin North Am，2010，39（3）：697-707.

［34］ Singh B，Berry JA，Shoher A，Lucci A.COX-2 Induces IL-11 production in human breast cancer cells［J］.J Surg Res，2006，131（2）：267-275.

［35］ Sahin M，Sahin E，Guemueslue S.Cyclooxygen⁃ase-2 in cancer and angiogenesis［J］.Angiology，2009，60（2）：242-253.

［36］ Asting AG，Carén H，Andersson M，Lönnroth C，Lagerstedt K，Lundholm K.COX-2 gene expres⁃sion in colon cancer tissue related to regulating factors and promoter methylation status［J］.BMC Cancer，2011，11：238.

［37］ Ma X，Yang Q，Wilson KT，Kundu N，Meltzer SJ，Fulton AM.Promoter methylation regulates cyclo⁃oxygenaseexpressioninbreastcancer［J］. Breast Cancer Res，2004，6（4）：R316-R321.

［38］ Sahin M，Sahin E，Koksoy S.Regulatory T cells in cancer：an overview and perspectives on cyclo⁃oxygenase-2 and Foxp3 DNAmethylation［J］. Hum Immunol，2013，74（9）：1061-1068.

［39］ Wang BC，Guo CQ，Sun C，Sun QL，Liu GY，Li DG.Mechanism and clinical significance of cyclo⁃oxygenase-2 expression ingastriccancer［J］. World J Gastroenterol，2005，11（21）：3240-3244.

［40］ Shi H，Xu JM，Hu NZ，Xie HJ.Prognostic signifi⁃cance of expression of cyclooxygenase-2 and vas⁃cular endothelial growth factor in human gastric carcinoma［J］.World J Gastroenterol，2003，9 （7）：1421-1426.

［41］ Karray-Chouayekh S，Trifa F，Khabir A，Boujelbene N，Sellami-Boudawara T，Daoud J，et al.Methyla⁃tion status and overexpression of COX-2 in Tuni⁃sian patients with ductal invasive breast carcino⁃ma［J］.Tumour Biol，2011，32（3）：461-468.

［42］ Thiel A，Mrena J，Ristimäki A.Cyclooxygenase-2 andgastriccancer［J］.CancerMetastRev，2011，30（3-4）：387-395.

［43］ Foster J，Black J，Levea C，Khoury T，Kuvshinoff B，Javle M，et al.COX-2 expression in hepatocellu⁃lar carcinoma is an initiation event；while EGF receptor expression with downstream pathway activation is a prognostic predictor of survival［J］. Ann Surg Oncol，2007，14（2）：752-758.

［44］ Um TH，Kim H，Oh BK，Kim MS，Kim KS，Jung G，et al.Aberrant CpG island hypermethylation in dysplastic nodules and early HCC of hepatitis B virus-related human multistep hepatocarcinogene⁃sis［J］.J Hepatol，2011，54（5）：939-947.

［45］ Pero R，Peluso S，Angrisano T，Tuccillo C，Sacchetti S，Keller S，et al.Chromatin and DNA methylation dynamics of Helicobacter pylori-in⁃duced COX-2 activation［J］.Int J Med Microbiol，2011，301（2）：140-149.

［46］Meng XY，Zhu ST，Zhou QZ，Li P，Wang YJ，Zhang ST.Promoter methylation regulates ciga⁃rette smoke-stimulated cyclooxygenase-2 expres⁃sion in esophageal squamous cell carcinoma［J］. J Dig Dis，2012，13（4）：208-213.

［47］Meng XY，Zhu ST，Zong Y，Wang YJ，Li P，Zhang ST.Promoter hypermethylation of cycloox⁃ygenase-2 gene in esophageal squamous cell carcinoma［J］.Dis Esophagus，2011，24（6）：444-449.

［48］ Miladi-Abdennadher I，Abdelmaksoud-Damak R，Ayadi L，Khabir A，Frikha F，Kallel L，et al. Hypermethylation of RARβ2correlates with high COX-2 expression and poor prognosis in patients withcolorectalcarcinoma［J］.TumourBiol，2010，31（5）：503-511.

［49］Xu C，Zhao J，Loo WT，Hao L，Wang M，Cheung MN，et al.Correlation of epigenetic change and identification of risk factors for oral submucous fibrosis［J］.Int J Biol Markers，2013，27（4）：e314-e321.

［50］Coward WR，Feghali-Bostwick CA，Jenkins G，Knox AJ，Pang L.A central role for G9a and EZH2 in the epigenetic silencing of cyclooxygen⁃ase-2 in idiopathic pulmonary fibrosis［J］.FASEB J，2014，28（7）：3183-3196.

［51］ Rådmark O，Werz O，Steinhilber D，Samuelsson B. 5-Lipoxygenase：regulation of expressionand enzyme activity［J］.Trends Biochem Sci，2007，32（7）：332-341.

［52］Serhan CN，Yacoubian S，Yang R.Anti-inflam⁃matory and proresolving lipid mediators［J］.Annu Rev Pathol，2008，3：279-312.

［53］Uhl J，Klan N，Rose M，Entian KD，Werz O，Steinhilber D.The 5-lipoxygenase promoter is regulated by DNA methylation［J］.J Biol Chem，2002，277（6）：4374-4379.

［54］Whitney LW，Ludwin SK，Mcfarland HF，Biddison WE.Microarray analysis of gene expression in multiple sclerosis and EAE identifies 5-lipoxygen⁃ase as a component of inflammatory lesions［J］. J Neuroimmunol，2001，121（1-2）：40-48.

［55］Qu T，Uz T，Manev H.Inflammatory5-LOX mRNA and protein are increased in brain of aging rats［J］.Neurobiol Aging，2000，21（5）：647-652.

［56］ Golubic M，Prayson RA，Vargo L，Bondar J，Barnett GH.Increased expression of 5-lipoxygenase in glioblastoma multiforme［J］.Adv Exp Med Biol，2003，525：205-208.

［57］ Di Francesco A，Arosio B，Gussago C，Dainese E，Mari D，D′Addario C，et al.Involvement of 5-lipoxygenase in Alzheimer’s disease：a role for DNA methylation［J］.J Alzheimers Dis，2013，37 （1）：3-8.

［58］ Nagy E，Bäck M.Epigenetic regulation of 5-lipoxy⁃genase in the phenotypic plasticity of valvular in⁃terstitial cells associated with aortic valve stenosis ［J］.FEBS Lett，2012，586（9）：1325-1329.

［59］ Morales E，Bustamante M，Vilahur N，Escaramis G，Montfort M，De Cid R，et al.DNA hypomethyl⁃ation at ALOX12 is associated with persistent wheezing in childhood［J］.Am J Respir Crit Care Med，2012，185（9）：937-943.

［60］ Ohgami RS，Ma L，Ren L，WeinbergOK，Seetharam M，Gotlib JR，et al.DNA Methylation analysis of ALOX12 and GSTM1 in acute myeloid leukaemiaidentifiesprognosticallysignificant groups［J］.Br J Haematol，2012，159（2）：182-190.

［61］ Han H，Xu D，Liu C，Claesson HE，Björkholm M，Sjöberg J.Interleukin-4-mediated 15-lipoxygen⁃ase-1 trans-activation requires UTX recruitment and H3K27me3 demethylation at the promoter in A549 cells［J］.PLoS One，2014，9（1）：e85085.

［62］Zuo X，Shen L，Issa JP，Moy O，Morris JS，Lippman SM，et al.15-Lipoxygenase-1 transcrip⁃tional silencing by DNA methyltransferase-1 inde⁃pendently of DNA methylation［J］.FASEB J，2008，22（6）：1981-1992.

［63］Il Lee S，Zuo X，Shureiqi I.15-Lipoxygenase-1 as a tumor suppressor gene in colon cancer：is the verdict in？［J］.Cancer Metastasis Rev，2011，30（3-4）：481-491.

［64］ Zhu QS，Grimsby J，Chen K，Shih JC.Promoter organization and activity of human monoamine ox⁃idase（MAO）A and B genes［J］.J Neurosci，1992，12（11）：4437-4446.

［65］ Wong WK，Chen K，Shih JC.Decreased methyla⁃tion and transcription repressor Sp3 up-regulated human monoamine oxidase（MAO）B expression during Caco-2 differentiation［J］.J BiolChem，2003，278（38）：36227-36235.

［66］Shumay E，Fowler JS.Identification and charac⁃terization of putative methylation targets in the MAOA locus using bioinformatic approaches［J］. Epigenetics，2010，5（4）：325-342.

［67］ Shih JC，Chen K，Ridd MJ.Role of MAO A and B in neurotransmitter metabolism and behavior［J］. Pol J Pharmacol，1999，51（1）：25-29.

［68］Adeghate E，Parvez H.The effect of diabetes mellitus on the morphology and physiology of monoamine oxidase in the pancreas［J］.Neuro⁃toxicology，2004，25（1-2）：167-173.

［69］Panagiotidis G，Lindström P，Stenström A，Lun⁃dquist I.Glucose modulation of islet monoamine oxidase activity in lean and obese hyperglycemic mice［J］.Metabolism，1993，42（11）：1398-1404.

［70］ Chen Y，Zhang J，Zhang L，Shen Y，Xu Q. Effects of MAOA promoter methylation on suscep⁃tibility to paranoid schizophrenia［J］.Hum Genet，2012，131（7）：1081-1087.

［71］ Melas PA，Forsell Y.Hypomethylation of MAOA′s first exon region in depression：a replication study ［J］.Psychiatry Res，2015，226（1）：389-391.

［72］ Bromet E，Andrade LH，Hwang I，Sampson NA，Alonso J，De Girolamo G，et al.Cross-national epidemiology of DSM-Ⅳ major depressive epi⁃sode［J］.BMC Med，2011，9：90.

［73］ Wong CC，Caspi A，Williams B，Craig IW，Houts R，Ambler A，et al.A longitudinal study of epigenetic variation in twins［J］.Epigenetics，2010，5（6）：516-526.

［74］Zhao J，Forsberg CW，Goldberg J，Smith NL，Vaccarino V.MAOA Promoter methylation and susceptibility to carotid atherosclerosis：role of fa⁃milial factors in a monozygotic twin sample［J］. BMC Med Genet，2012，13：100.

［75］ Shumay E，Logan J，Volkow ND，Fowler JS. Evidence that the methylation state of the mono⁃amine oxidase A（MAOA）gene predicts brain activity of MAO A enzyme in healthy men［J］. Epigenetics，2012，7（10）：1151-1160.

［76］ Philibert RA，Beach SR，Gunter TD，Brody GH，Madan A，Gerrard M.The effect of smoking on MAOA promoter methylation in DNA prepared from lymphoblasts and whole blood［J］.Am J Med Genet B Neuropsychiatr Genet，2010，153B （2）：619-628.

［77］ Huang L，Frampton G，Rao A，Zhang KS，Chen W，Lai JM，et al.Monoamine oxidase A expression is suppressed in human cholangiocarcinoma via co⁃ordinated epigenetic and IL-6-driven events［J］. Lab Invest，2012，92（10）：1451-1460.

［78］Jiang YH，Bressler J，Beaudet AL.Epigenetics and human disease［J］.Annu Rev Genomics Hum Genet，2004，5：479-510.

［79］ Mclachlan JA.Environmental signaling：what em⁃bryos and evolution teach us about endocrine dis⁃rupting chemicals［J］.Endocr Rev，2001，22（3）：319-341.

［80］Widschwendter M，Jones PA.DNA methylation and breast carcinogenesis［J］.Oncogene，2002，21（35）：5462-5482.

［81］Gnyszka A，Jastrzebski Z，Flis S.DNA methyl⁃transferase inhibitors and their emerging role in epigenetic therapy of cancer［J］.Anticancer Res，2013，33（8）：2989-2996.

（本文编辑：贺云霞）

DNA methylation of oxidative metabolic enzymes：research progres

ZHOU Si-yuan1，HU Jian-an1，HUANG Can2
（1.Department of Occupational and Environmental Health，2.Department of Epidemiology and Health Statistics，School of Public Health，Central South University，Changsha 410078，China）

DNA methylation is part of the epigenetic modification process，which can lead to aberrant gene expression.Cytochrome P450 enzyme，cyclooxygenase，lipoxygenase and monoamine oxidase are a class of enzymes produced by human tissues，which are involved in the oxidization pro⁃cess of endogenous and exogenous chemicals.The methylation patterns of these enzyme genes are dif⁃ferent between normal tissues and pathological ones.Abnormal methylation patterns will change en⁃zymes′expression and function，and affect the occurrence and development of diseases.This paper re⁃viewed the characteristic changes of four oxidative metabolic enzyme genes in certain diseased tis⁃sues，the impact on methylation status of the metabolic activity of chemicals and on human health.It is hoped that this review can provide a new theoretical basis for the study on the toxic mechanism of chemicals and for diagnosis of diseases.

DNA methylation；cytochrome P-450 enzyme system；lipoxygenase；cyclooxygen⁃ase 2；monoamine oxidase

The project supported by National Natural Science Foundation of China（81072331）

HU Jian-an，E-mail：jiananhu@csu.edu.cn，Tel：（0731）84805460

R968

A

1000-3002-（2016）04-0405-10

国家自然科学基金（81072331）

周思园，男，硕士，主要从事职业卫生与职业医学研究；胡建安，男，博士，教授，博士生导师，主要从事氧化代谢酶与化学物毒性作用的研究。

胡建安，E-mail：jiananhu@csu.edu.cn，Tel：（0731）84805460

2015-06-19接受日期：2016-04-07）