表觀遺傳組學(xué)—腫瘤精準(zhǔn)治療的新靶標(biāo)

閆文姬，郭明洲

中國人民解放軍總醫(yī)院消化內(nèi)科，北京100853

1 個體化治療和精準(zhǔn)治療的概念

個體化醫(yī)學(xué)(personalized medicine)不是一個新概念，早在19 世紀(jì)，Stepanov 認(rèn)為“醫(yī)生是治療患者而不是治療疾病，即使針對同樣一個疾病，每一個患者都需要根據(jù)其身體狀況而進(jìn)行針對性的治療”［1］。早在2008 年，Collins［2］就預(yù)測在6 ～8 年內(nèi)，基于人類基因組的個體化治療將會取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。2015 年1月30 日美國總統(tǒng)奧巴馬宣布加速啟動精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)(precision medicine)的研究計(jì)劃(www.whitehouse.gov/precisionmedicine)［3］。在《Toward Precision Medicine》書中即引入了精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的概念，建議按照不同患者的分子水平改變對疾病進(jìn)行更準(zhǔn)確的分類、診斷和針對性的治療［4］。精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)與傳統(tǒng)的個體化醫(yī)學(xué)最顯著的區(qū)別是精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)更具有個性化特點(diǎn)，根據(jù)患者基因組或其他分子水平的改變，準(zhǔn)確靶向疾病的分子病因進(jìn)行治療。這一新的治療方法需要根據(jù)患者的具體情況選擇正確的藥物，在準(zhǔn)確的時間應(yīng)用準(zhǔn)確的劑量［5］。

人類基因組計(jì)劃的完成為個體化醫(yī)療的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。隨著大規(guī)模生物數(shù)據(jù)庫，包括人類基因組序列、疾病基因組、蛋白質(zhì)組、代謝組的建立促進(jìn)了“個體化醫(yī)療”的快速發(fā)展［3］。腫瘤基因組測序已經(jīng)對腫瘤的臨床治療產(chǎn)生了影響，對于某些腫瘤編碼蛋白激酶的驅(qū)動基因激活性突變的認(rèn)識，促進(jìn)了靶向這些激酶的小分子抑制劑的產(chǎn)生。這類以基因組為基礎(chǔ)的靶向治療的代表例子包括用于治療EGFR 基因突變肺腺癌的酪氨酸激酶抑制劑吉非替尼［6］，治療攜帶融合基因EML4-ALK 的非小細(xì)胞肺癌和神經(jīng)母細(xì)胞瘤的ALK 抑制劑Crizotinib［7］，以及治療BRAF 突變黑色素瘤的BRAF 抑制劑Vemurafenib［8］。BRCA1 和BRCA2是重要的DNA 損傷修復(fù)基因，BRCA1 和BRCA2 的失活性突變會增加細(xì)胞對DNA 損傷化學(xué)試劑或藥物的敏感性，如BRCA1 或BRCA2 突變的腫瘤對PARP［poly (adenosine diphosphate ribose)polymerase］抑制劑敏感［9］。在應(yīng)用這些小分子抑制劑治療腫瘤之前，必須明確腫瘤中是否包含這些藥物所靶向的突變。僅有小部分的肺癌患者具有EGFR 基因突變或ALK 基因的轉(zhuǎn)位融合。也只有這一部分患者對上述治療敏感。而對于無特異性基因改變的肺癌患者，這樣的治療除了腫瘤繼續(xù)進(jìn)展外，還會產(chǎn)生藥物的毒副作用［10］。

基于蛋白質(zhì)組水平(抗體)的靶向治療，如針對EGFR 的單克隆抗體(西妥昔單抗)，針對VEGF 的貝伐單抗，針對CD20 的利妥昔單抗和針對HER2 的曲妥珠單抗已成功應(yīng)用于EGFR、VEGF、CD20 或HER2陽性的腫瘤患者［11］。

2 表觀遺傳組學(xué)已成為腫瘤個體化治療的新靶標(biāo)

表觀遺傳學(xué)是一門研究基因表達(dá)的學(xué)科，它是指基因表達(dá)的改變不依賴于基因序列的改變，而是依賴于DNA 甲基化和組蛋白的化學(xué)修飾。目前表觀遺傳學(xué)概念涵括了非編碼RNA(ncRNA)的范疇［12］。表觀遺傳改變在一定條件下可以逆轉(zhuǎn)的特性可為腫瘤的治療提供新機(jī)遇，對某些關(guān)鍵基因的表觀遺傳逆轉(zhuǎn)治療可能成為腫瘤靶向治療的新方法。以基因組及蛋白質(zhì)組為基礎(chǔ)的個體化治療已經(jīng)受到了高度的關(guān)注。但是，人們對于以表觀遺傳組為基礎(chǔ)的個體化治療尚缺乏充分的認(rèn)識。在過去10 年對人類腫瘤全基因組測序的綜合分析發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)腫瘤只有少數(shù)幾個關(guān)鍵的驅(qū)動基因發(fā)生高頻突變，而大多數(shù)基因僅發(fā)生偶發(fā)性伴隨突變。在5 種常見的腫瘤(神經(jīng)母細(xì)胞瘤、膠質(zhì)瘤、胰腺癌、結(jié)腸癌和乳腺癌)大約有140 個“突變驅(qū)動基因”，涉及到12 個與腫瘤相關(guān)的信號通路(STAT、MAPK、TGF-β、DNA damage control、Translational regulation、Chromatin modification、APC、HH、NOTCH、cell cycle/apoptosis、RAS、PI3K)，而每種腫瘤僅包含2 ～8個“驅(qū)動突變”［10］。腫瘤發(fā)生過程最常見的表觀遺傳學(xué)改變?yōu)橐职┗騿幼訁^(qū)CpG 島的甲基化，甲基化沉默相關(guān)基因表達(dá)可以影響所有腫瘤相關(guān)信號通路。其他形式的表觀遺傳學(xué)改變?nèi)缃M蛋白的乙?；⒓谆?、磷酸化、泛素化、ADP 核糖基化等均可影響基因的轉(zhuǎn)錄活性，表觀遺傳組學(xué)已成為腫瘤個體化治療的新靶標(biāo)［11］。

2.1 表觀遺傳改變作為化療敏感性標(biāo)志物 目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)很多表觀遺傳學(xué)改變可作為化療藥的敏感性標(biāo)志物。DNA 損傷修復(fù)基因MGMT(O6-methylguanine DNA methyltransferase)的甲基化是神經(jīng)膠質(zhì)瘤對烷化劑治療敏感性的標(biāo)志物［13］。CHFR(checkpoint with forkhead and ring finger domains)基因甲基化是食管癌、胃癌、宮頸癌、肺癌、子宮內(nèi)膜癌等腫瘤對紫杉醇化療敏感性的標(biāo)志物。我們的研究發(fā)現(xiàn)，在多西他賽(docetaxel)治療的胃癌患者中，CHFR 甲基化患者的總生存期長于CHFR 非甲基化的患者［14-15］，MLH1 非甲基化的胃癌患者對奧沙利鉑(oxaliplatin)治療敏感性更好，其總生存時間明顯長于MLH1 甲基化患者［15］。

2.2 以表觀遺傳組學(xué)為基礎(chǔ)的個體化(精準(zhǔn))治療如果把遺傳序列框架比作一臺電腦的硬件設(shè)備的話，表觀遺傳學(xué)修飾就像是軟件［16］。一些參與表觀遺傳調(diào)控的蛋白或酶可以直接控制這個“軟件”。這些重要的酶和蛋白將成為表觀遺傳治療的關(guān)鍵靶標(biāo)。

首先被發(fā)現(xiàn)的表觀遺傳學(xué)治療藥物是DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑(DNA methyltransferase inhibitor，DNMTi)和組蛋白去乙?；敢种苿?histone deacetylase inhibitor，HDACi)。阿扎胞苷(Azacitidine，AZA)是首個被美國食品和藥物管理局(Food and Drug Administration，F(xiàn)DA)批準(zhǔn)的表觀遺傳藥物，已用于骨髓增生異常綜合征和白血病的治療［17］，隨后，另一種去甲基化藥物- 地西他濱(decitabine/5-aza-2'-deoxyctidine，DAC)也被FDA 批準(zhǔn)［18］。隨著這兩類藥物在血液系統(tǒng)腫瘤中療效的顯現(xiàn)，已在實(shí)體瘤中進(jìn)行臨床試驗(yàn)［19］。組蛋白去乙酰酶(histone deacetylases，HDACs)是組蛋白修飾過程中的關(guān)鍵酶，能夠促使抑癌基因表達(dá)沉默，從而促進(jìn)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。TSA(Trichostatin A)是首個被發(fā)現(xiàn)的HDACi，到目前為止，正在進(jìn)行臨床試驗(yàn)的HDACi 不少于20 種［20］。其中SAHA(Vorinostat/suberoylanilidehydroxamic acid)和FK228 已被FDA 批準(zhǔn)用于治療皮膚T 細(xì)胞淋巴瘤［21］。

表觀遺傳修飾過程有多種蛋白和酶參與，科學(xué)家根據(jù)功能不同大體將其分為“writers”(完成甲基化及組蛋白修飾的酶類)、“erasers”(負(fù)責(zé)將表觀遺傳修飾移除的蛋白)和“readers”(能夠識別這些表觀遺傳修飾標(biāo)志并達(dá)到表觀遺傳調(diào)控效果的蛋白)。而在染色質(zhì)上促使核小體移動的蛋白復(fù)合物被稱為“movers”［22］。除了DNMTs 和HDACs，越來越多的酶和蛋白被納入表觀遺傳靶向治療的選擇。EZH2(Enhancer of Zeste homolog 2)是PRC2 復(fù)合體(polycomb repressive complex 2)的催化核心單元，參與催化組蛋白H3第27 位賴氨酸上的三甲基化(H3K27Me3)，H3K27Me3 是DNMTs 和HDACs 的停泊位點(diǎn)，與許多在發(fā)育、分化相關(guān)基因的表達(dá)沉默相關(guān)［23］。EZH2 的抑制劑DZNep(3-Deazaneplanocin A)可以降低H3K27甲基化水平，從而抑制腫瘤生長［24］。非霍奇金淋巴瘤患者中常存在EZH2 催化區(qū)的點(diǎn)突變，EPZ-6438 對EZH2 突變的非霍奇金淋巴瘤細(xì)胞有選擇性殺傷作用，動物實(shí)驗(yàn)證明該藥物抗腫瘤作用有劑量依賴性，高劑量下可使動物模型中的移植腫瘤完全消失［25］。組蛋白賴氨酸特異性脫甲基酶1(Lysine specific demethylase 1，LSD1)能夠催化單甲基或二甲基的賴氨酸脫甲基，行使著“eraser”的功能。研究發(fā)現(xiàn)LSD1 的抑制劑對于一些腫瘤也有治療作用，如ORY-1001 對白血病的治療已進(jìn)入臨床試驗(yàn)［26］。BET(Bromodomainandextraterminal)是重要的“readers”之一，其家族成員包括BRD2、BRD3、BRD4 和BRDT［27］。JQ1 是BET 的抑制劑，在雄激素受體(androgen receptor，AR)陽性的前列腺癌患者中可阻斷AR 和BRD4 的相互作用［28］。另外一項(xiàng)研究還發(fā)現(xiàn)JQ1 可以抑制骨腫瘤的生長和成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞的分化，提示JQ1 在骨腫瘤及骨轉(zhuǎn)移瘤的治療中可能有重要的潛在應(yīng)用價值［29］。

表觀遺傳藥物的聯(lián)合，或與化療藥的聯(lián)合應(yīng)用可能提高臨床療效。例如低劑量AZA 聯(lián)合HDACi(Entinostat)可以延長非小細(xì)胞肺癌患者的生存時間，并可增加腫瘤對紫杉醇等化療藥物的敏感性［30］。EZH2 的抑制劑DZNep/GSK126 可以增加BRG1 和EGFR 突變的肺癌患者對拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ抑制劑的敏感性［31］。

3 展望與挑戰(zhàn)

目前人們對表觀遺傳組學(xué)仍缺乏足夠的認(rèn)識，其主要原因是對甲基化的分析仍然依賴于DNA 硫化處理后的測序技術(shù)，該方法所獲得的結(jié)果受到硫化處理的制約，許多因素會影響結(jié)果的穩(wěn)定性，發(fā)展高效、準(zhǔn)確的測序技術(shù)將會加速人們對腫瘤表觀遺傳組學(xué)及其他疾病的認(rèn)識。另外，發(fā)展新的針對腫瘤表觀遺傳組學(xué)的靶向藥物，及優(yōu)化表觀遺傳治療結(jié)合傳統(tǒng)的化療藥物的新方案有望提高以表觀遺傳為基礎(chǔ)的個體化治療的效果。

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