腫瘤抗藥性的表觀遺傳學(xué)調(diào)控機(jī)制

許力凡，張 記，田志強(qiáng)，吳玉章

(第三軍醫(yī)大學(xué)免疫教研室，重慶400038)

腫瘤的藥物治療(包括化療及靶向藥物)是目前應(yīng)用最廣的抗腫瘤措施，廣泛運(yùn)用與睪丸癌、卵巢癌、結(jié)腸癌以及肺癌等一系列惡性腫瘤。然而，不幸的是，藥物對腫瘤的作用僅在治療初期有效，而隨著治療周期的延長，都不可避免的出現(xiàn)耐藥的現(xiàn)象，使得許多抗腫瘤藥物失敗，腫瘤復(fù)發(fā)，成為腫瘤治療中最難克服的難題。因此，研究腫瘤抗藥的機(jī)制，提高腫瘤治療的效率，具有重要的臨床意義。與此同時(shí)，近年來，越來越多的研究表明，表觀遺傳學(xué)這類非基因?qū)哟蔚恼{(diào)控，在腫瘤抗藥中可能具有重要的作用。

1 腫瘤測序新發(fā)現(xiàn)是對傳統(tǒng)抗藥機(jī)制的挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)觀念認(rèn)為，腫瘤抗藥的關(guān)鍵原因在于基因突變，使某些細(xì)胞獲得抗藥的特性，并在長期的藥物壓力下不斷增殖，最終形成抗藥表型。然而，越來越多的現(xiàn)象表明，基因突變機(jī)制在很多方面存在缺陷。首先，許多抗藥腫瘤中都沒有發(fā)現(xiàn)藥物靶點(diǎn)或相關(guān)通路的基因突變;其次，腫瘤抗藥具有可逆性，而基因突變則是一個(gè)不可逆的過程;再者，人群中腫瘤出現(xiàn)抗藥的周期很短，且抗藥現(xiàn)象普遍，不符合基因突變長期、低頻的特點(diǎn);此外，腫瘤中每個(gè)細(xì)胞對藥物的敏感性都存在差異，而基因突變造成的結(jié)果是絕對的“有”或“無”的效應(yīng)，不存在異質(zhì)性。因此，這些現(xiàn)象表明，一定存在基因突變以外的因素在調(diào)控腫瘤的抗藥性。與此同時(shí)，近年來，人類基因組計(jì)劃完成，腫瘤全基因組測序技術(shù)及表觀遺傳學(xué)測序組學(xué)(包括DNA 甲基化測序和組蛋白修飾ChIP 測序)迅速發(fā)展，使科學(xué)家對腫瘤抗藥機(jī)制有了重要的發(fā)現(xiàn)。一方面，在抗藥腫瘤的基因組上，高頻突變的位點(diǎn)往往是編碼與表觀遺傳學(xué)相關(guān)的酶的基因［1－2］;另一方面，許多在腫瘤抗藥中發(fā)揮關(guān)鍵作用的基因，往往存在表觀遺傳學(xué)的異常修飾［3－5］。這些結(jié)果提示，表觀遺傳學(xué)在腫瘤抗藥中發(fā)揮重要作用。

2 表觀遺傳學(xué)對傳統(tǒng)抗藥機(jī)制的影響

表觀遺傳修飾可以在不改變基因核酸序列的情況下，通過影響DNA 和組蛋白的化學(xué)修飾及染色質(zhì)構(gòu)象等，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄蛋白與基因的結(jié)合，在轉(zhuǎn)錄水平動(dòng)態(tài)的、可逆的調(diào)控基因表達(dá)，影響基因功能，從而改變細(xì)胞表型［6］。

2.1 表觀遺傳學(xué)調(diào)控抗腫瘤藥物的代謝

ATP 結(jié)合盒式轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、二氫嘧啶脫氫酶、谷胱甘肽、細(xì)胞色素P450 酶及胸苷磷酸化酶等，都是參與抗腫瘤藥物代謝的重要分子，研究發(fā)現(xiàn)，通過改變這些基因的表觀修飾狀態(tài)，調(diào)控基因表達(dá)，可增加細(xì)胞對藥物的排除及代謝［7］，從而產(chǎn)生耐藥。

2.2 表觀遺傳學(xué)調(diào)控細(xì)胞對藥物損傷的反應(yīng)

藥物作用于腫瘤細(xì)胞后，主要通過引起DNA 損傷，并激活多條下游通路參與細(xì)胞周期抑制、細(xì)胞凋亡及DNA 損傷修復(fù)，達(dá)到抑制腫瘤的效果。在此過程中，許多相關(guān)基因都受到了表觀遺傳修飾的調(diào)控，從而影響腫瘤的藥物反應(yīng):1)腫瘤促凋亡基因高甲基化:研究表明，在抗藥的前列腺癌、非小細(xì)胞肺癌、頭頸鱗癌及胃腸腫瘤中，發(fā)現(xiàn)了PRKCDBP、P73、DAPK1、BNIP3 等促凋亡基因的啟動(dòng)子區(qū)有異常的DNA 高甲基化［8－9］，從而抑制了凋亡基因的表達(dá)，造成促凋亡通路失活而出現(xiàn)對藥物的不敏感性;2)表觀遺傳修飾調(diào)控抗藥細(xì)胞DNA 修復(fù)基因:MGMT及MLH1 是重要的修復(fù)基因，負(fù)責(zé)基因的錯(cuò)配修復(fù)，促進(jìn)DNA 損傷后細(xì)胞的凋亡，當(dāng)其DNA 高甲基化時(shí)，會(huì)造成膠質(zhì)母細(xì)胞瘤對替莫唑胺、結(jié)腸癌細(xì)胞對5-氟尿嘧啶、及卵巢癌對順鉑的抗藥性［10］;3)表觀遺傳修飾干擾關(guān)鍵信號(hào)通路:Ras-MAPK(Erk)、PI3K/Akt、Stat 及PTEN 通路都是影響細(xì)胞進(jìn)程的重要通路，腫瘤中其信號(hào)傳導(dǎo)受到頻繁的表觀修飾調(diào)控，產(chǎn)生細(xì)胞行為的改變，包括對抗腫瘤藥物的敏感性降低。此外，近年來，研究發(fā)現(xiàn)了越來越多的重要基因(如DUSP4［3］，BMP4［4］及IGFBP-3［11］等)因DNA 甲基化的影響，功能活性改變，導(dǎo)致腫瘤抗藥。

3 表觀遺傳學(xué)通過調(diào)控腫瘤干細(xì)胞而影響腫瘤抗藥

除了上述表觀遺傳調(diào)控機(jī)制，近年來，許多研究結(jié)果揭示了表觀遺傳學(xué)對腫瘤抗藥性的另一種重要調(diào)控機(jī)制，即通過調(diào)控腫瘤干細(xì)胞的特性，從而影響腫瘤的藥物敏感性。自從首次證實(shí)了在造血系腫瘤中存在腫瘤干細(xì)胞后，隨后許多研究在乳腺、結(jié)腸、腦等實(shí)體腫瘤中也發(fā)現(xiàn)了腫瘤干細(xì)胞，并將其定義為腫瘤組織中具有自我增殖及多向分化的潛能的一群細(xì)胞，是引起腫瘤發(fā)生、進(jìn)展的根本原因，也是導(dǎo)致腫瘤轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)以及抗藥的關(guān)鍵因素［12］。更重要的是，腫瘤干細(xì)胞與正常干細(xì)胞具有同源性，而干細(xì)胞的分化、發(fā)育在很大程度上受表觀遺傳學(xué)的調(diào)控［13］，所以，不難相信，表觀遺傳學(xué)在調(diào)節(jié)腫瘤干細(xì)胞的功能和表型中也有重要作用。通過用一種DNA甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑Zebularine 處理肝癌細(xì)胞系后，觀察細(xì)胞變化，發(fā)現(xiàn)腫瘤干細(xì)胞的比例顯著增加［14］，為此提供了重要依據(jù)。與此同時(shí)，越來越多的研究報(bào)道了表觀遺傳修飾影響腫瘤干細(xì)胞的關(guān)鍵基因和信號(hào)通路，如Wnt/β-catenin 信號(hào)通路，Hh 信號(hào)通路，骨形態(tài)發(fā)生蛋白信號(hào)通路及轉(zhuǎn)化生長因子信號(hào)通路等［15］。

4 腫瘤抗藥中表觀遺傳學(xué)機(jī)制的臨床應(yīng)用

特異的表觀遺傳學(xué)修飾可作為臨床檢測指標(biāo)，反映不同患者對抗腫瘤藥物的敏感性。目前，MGMT基因的DNA 甲基化是唯一一個(gè)達(dá)到臨床應(yīng)用指標(biāo)的生物標(biāo)記［16］，可預(yù)測膠質(zhì)瘤等對化療的反應(yīng)性，從而指導(dǎo)臨床用藥，促進(jìn)個(gè)體化治療。此外，近年來，一些新的DNA 修復(fù)基因的表觀修飾水平也被證實(shí)可以反應(yīng)腫瘤的藥物敏感性，如BRCA1，CHFR及UGT1A1 等基因的DNA 高甲基化。另一方面，采用DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑或組蛋白去乙?；敢种苿?，聯(lián)合傳統(tǒng)抗腫瘤藥物，對于許多頑固性腫瘤都有非常顯著的治療效果［17］。一方面，表觀制劑通過逆轉(zhuǎn)抗藥細(xì)胞的表觀遺傳修飾狀態(tài)［18］，可增加腫瘤對藥物的敏感性。另一方面，表觀制劑可以增強(qiáng)抗腫瘤藥物的作用強(qiáng)度，促進(jìn)藥物所誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡［19］。目前常用于聯(lián)合策略的表觀制劑包括AZA，DAC，SAHA 及VPA 等。

5 展望

表觀遺傳學(xué)調(diào)控在腫瘤抗藥性中的重要作用，為發(fā)展表觀學(xué)生物標(biāo)記及表觀遺傳學(xué)治療提供了理論基礎(chǔ)，但在發(fā)展表觀遺傳學(xué)治療藥物的過程中，一個(gè)重要的問題就是解決表觀制劑對腫瘤中抗藥基因位點(diǎn)的特異性，避免對基因組整體表觀修飾狀態(tài)及基因穩(wěn)定性的巨大干擾。與此同時(shí)，千人基因組計(jì)劃、腫瘤基因組計(jì)劃及Blueprint，IHEC，Roadmap 等甲基化測序計(jì)劃的實(shí)施將有效促進(jìn)表觀遺傳學(xué)在臨床上的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。因此，深入研究表觀遺傳在腫瘤耐藥中的調(diào)控機(jī)制，是未來腫瘤個(gè)體化治療的新希望。

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