胃癌中幽门螺旋杆菌感染对DNA甲基化影响的研究进展

魏晓东，唐艳萍

胃癌是一种与炎症相关的肿瘤，幽门螺旋杆菌（helicobacter pylori，Hp）感染是导致黏膜持续性炎症的最常见原因之一。Hp感染是我国感染率较高的一种慢性疾病，且近年来其感染率仍在不断上升[1]。Hp感染与胃炎、消化性溃疡和胃癌的发病有着密切的联系，在慢性胃炎、胃黏膜萎缩/肠化生、不典型增生和胃癌的整个变化过程中，Hp感染发挥着重要作用[2]。在过去的二十年内，大量研究针对Hp诱导胃癌发生发展的机制进行探索，主要的致病机制包括引起异常的DNA甲基化、降低错配修复基因的表达、增加活化诱导胞苷脱氨酶表达等[3-4]。DNA甲基化，是指将单个甲基基团添加到胞嘧啶环的第五个位置中。大量研究证明，异常的DNA甲基化在胃癌的发生中发挥着重要作用，异常DNA甲基化可引起抑癌基因表达异常，其积累与胃癌发生风险呈正相关[5]。本文主要阐述Hp对DNA甲基化的影响及其机制。

1 异常的DNA甲基化与胃癌

在各种致癌因素的作用下，胃黏膜细胞内会发生一些遗传学和表观遗传学的改变，从质变到量变，将会引起胃癌的发生。约有20%的胃癌患者未发现胃黏膜细胞出现遗传学的变化，或者仅有个别基因突变。但是人们发现，这些胃癌患者中存在异常DNA甲基化修饰，证明异常DNA甲基化修饰与胃癌有着非常密切的关系[6]。

DNA甲基化抑制基因表达有两种途径，一种是直接干扰转录因子与基因启动子区域特异性结合，另一种是通过组蛋白修饰和染色质重塑招募可以识别甲基CpG的甲基CpG结合蛋白，间接影响DNA甲基化修饰。DNA异常的低甲基化和高甲基化水平，都是导致肿瘤发展的原因[7-8]。DNA甲基化一旦建立，可以遗传至下一代，使其成为一个稳定的表观遗传标记，因此是研究最多的表观遗传修饰。有研究揭示，基因突变作用引起抑癌基因如p16、黏附蛋白1的活性降低及Wnt信号通路的激活，远不及异常的DNA甲基化的作用[9]。与健康人群相比，胃癌患者中DNA甲基化水平升高，且多发性胃癌的DNA甲基化水平高于单发胃癌[10]。因此我们可以推测，DNA甲基化水平与胃癌的发病风险密切相关。

2 Hp感染促进DNA甲基化

基因组不稳定和突变是肿瘤发展的新标志，这些遗传变化是DNA损伤、DNA修复失败和表观遗传异常综合作用的结果。Hp感染诱导细胞癌变的机制，主要是引起异常的DNA甲基化、降低错配修复基因的表达、增加活化诱导胞苷脱氨酶表达[11]。尽管Hp引起DNA损伤的概念早已提出，但是具体的机制目前仍不明确。

早期由于这些分析的基础都是非定量的水平分析，Hp感染与DNA甲基化之间的关系存在一些争议。随着研究手段的不断改进，针对CpG岛的定量甲基化水平分析结果显示，胃黏膜细胞中Hp感染提高了DNA甲基化水平[12]。相关的横断面研究显示，根治Hp后，可降低DNA甲基化水平，且该情况可以持续一段时间[13]。由于DNA甲基化包含瞬时和永久性两种成分，我们可以推测，胃黏膜干细胞中的DNA甲基化为永久性，可以随着干细胞的增殖不断复制和保存，而已分化的胃黏膜细胞将会被取代从而其甲基化将消失。

Hp感染将会引起大量基因出现异常甲基化，从而影响重要基因的表达[14]。目前研究发现，胃癌中存在很多低甲基化修饰水平的癌基因和高甲基化修饰水平的抑癌基因，并且与多种细胞过程中的癌基因转录调节有关。胃癌中染色质修饰酶的DNA甲基化修饰引起染色质结构变化，影响胃癌发生发展过程中重要通路活性。比如胃癌中由于启动子区域的甲基化修饰，引起SWI / SNF相关肌动蛋白依赖行调节因子5和0～6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶表达水平下调[15-16]。如果我们能找出一些在胃黏膜中正常表达但是在胃癌细胞中甲基化水平升高的基因，那么，这些基因可能就是我们寻找的在胃癌发生过程中发挥重要作用的原始使动基因。

3 Hp感染导致异常DNA甲基化修饰的机制

为了验证Hp感染将会导致异常的DNA甲基化，研究者让蒙古沙鼠感染Hp，在胃腺体细胞中发现异常DNA甲基化修饰。根除Hp后，不仅发现胃黏膜组织炎症好转，还伴有甲基化修饰水平降低[17]。由于Hp感染伴随着胃黏膜炎症的发生，为了排除黏膜慢性炎症对甲基化的影响，应用免疫抑制剂环孢素A对黏膜炎症反应进行治疗，细胞中Hp数量未见减少，但是DNA的甲基化修饰明显被抑制[18]。此实验结果证明，异常DNA甲基化的发生并非由Hp直接导致，而是Hp感染引起的黏膜炎症引起的。

那么，是不是所有的持续炎症反应均会引起异常的DNA甲基化呢？为了解决这一问题，用可以引起炎症反应的酒精和食盐喂食蒙古沙鼠，并未发现异常的DNA甲基化修饰出现。因此可以肯定，异常的DNA甲基化修饰是由于Hp感染引起[19]。酒精和食盐引起的炎症反应以中性粒细胞浸润为主要特征，而Hp感染引起慢性炎症的特征是以单核细胞/巨噬细胞伴有少量中性粒细胞浸润，发现除了会增加DNA甲基化修饰，Hp感染将会引起炎症反应相关的基因Il1b和Nos2表达上调，在右旋糖酐硫酸钠引起的结肠炎中也会出现Il1b和Nos2基因表达增加[20]。综合上述结果，异常的DNA甲基化修饰是由于特殊类型的炎症反应引起，其过程可能与Il1b和Nos2基因相关。NMYC调节基因2（NMYC downstream-regulated gene 2，NDRG2）是一个抑癌基因，Hp感染会引起NDRG2启动区甲基化使其表达受抑制，在54%的原发性胃癌的病理切片中可检测到该区域甲基化[21]。磷酸酶和张力蛋白同源物（phosphatase and tensin homolog，PTEN）在胃癌中由于C-末端磷酸化水平的增加而经常出现失活的现象，NDRG2能使PTEN去磷酸化从而保持活性，未磷酸化的、活化状态的PTEN引起PIP3去磷酸化，从而引起磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B（phosphoinositide 3-kinase/Protein kinase B，PI3K/Akt）信号通路活性降低[22]。因此，由于NDRG2启动子区甲基化的增加，其表达水平下调，PTEN磷酸化增加，对PI3K/Akt信号通路活性抑制作用减弱，会增加胃癌发生风险[23-24]。该实验结果表明，Hp感染引起的NDRG2启动区甲基化修饰增加，是胃黏膜细胞内PI3K/Akt信号通路异常的原因。

4 Hp导致异常DNA甲基化的应用前景

一些特定的基因，伴有异常DNA甲基化修饰是很常见的，这些异常变化在肿瘤发生中发挥着重要作用。因此，DNA甲基化的检测可以应用在癌症风险检测和化学预防等方面。

4.1 肿瘤表观遗传学诊断的临床研究 人们将非癌组织中异常DNA甲基化修饰的积累称为“癌变表观域”或“表观遗传缺陷”，在类似于胃癌的炎症相关肿瘤中表现尤为明显[25]。有相关研究中心招募内镜黏膜下剥离术后胃癌患者，评估了3个预选基因的甲基化水平，每3年对这些患者进行胃镜随访检查。对该结果进行多因素分析，发现标记基因miR-124a-3甲基化在进展的胃癌中升高最为明显，同时也提示该基因甲基化水平可以用来区分那些胃癌高风险人群[26]。

4.2 癌症预防方面的应用 表观遗传相关的改变是可以通过药物逆转的，因此这些异常的表观遗传改变将称为潜在的化学预防靶点。口服DNA去甲基化剂5-氮杂-20-脱氧胞苷联合N-甲基-N-亚硝基治疗感染Hp的沙土鼠，明显降低了DNA甲基化水平，同时其胃癌发病率从55.2%降低至23.3%。提示DNA去甲基化药物具有潜在肿瘤预防作用[15]。由于目前去甲基化剂的不良反应限制，暂不适用于药物预防。开发新型的副作用小的去甲基化药物是当前的一大挑战。

5 结语

虽然Hp被发现为致癌物已有20余年，但是其致病机制并不十分明确。这里讨论了异常的DNA甲基化对肿瘤发生和胃癌的影响，有关Hp感染对DNA甲基化调节的机制也进行了说明。尽管调节机制不明确，但就目前发展趋势来看，表观遗传学相关的肿瘤风险评估及诊断工作将在临床工作中成为现实。阐明异常DNA甲基化的分子机制，有望为药物预防提供新的诊疗策略。