大腸癌不同發(fā)展階段相關(guān)基因甲基化定量分析的臨床意義

王群英 陳燕萍 葉曉華? 楊小云 丁進(jìn) 姜洋

·基礎(chǔ)研究·

大腸癌不同發(fā)展階段相關(guān)基因甲基化定量分析的臨床意義

王群英 陳燕萍 葉曉華? 楊小云 丁進(jìn) 姜洋

目的 通過進(jìn)行大腸癌患者相關(guān)基因甲基化定量分析，探討相關(guān)基因甲基化水平與大腸癌發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系。方法 采用實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)檢測(cè)大腸癌組、癌前病變組（結(jié)腸腺瘤）及正常對(duì)照組的APC、p16及大腸癌特異性基因Vimentin基因甲基化水平。結(jié)果 大腸癌組中APC、p16及Vimentin基因甲基化陽性率比較癌前病變（結(jié)腸腺瘤）和正常腸黏膜組顯著升高，其差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；大腸癌組中腫瘤組織的APC、p16及Vimentin基因甲基化陽性率比癌旁及正常黏膜組織顯著升高，其差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。結(jié)論 APC、p16及Vimentin基因甲基化參與了大腸癌的發(fā)生發(fā)展，且利用實(shí)時(shí)熒光定量PCR對(duì)相關(guān)基因甲基化進(jìn)行定量分析可能預(yù)測(cè)大腸癌早期發(fā)生。

熒光定量 甲基化 大腸癌

Objective To investigate the relationship between methylation of relevant genes and the development of colorectal cancer and to assess the value of early diagnosis based on quantitative analysis of methylation of colorectal cancer-related genes. Methods Fluorogenic quantitative polymerase chain reaction （PCR） was applied to detect APC，p16，and colorectal cancer-specific Vimentin gene methylation in colorectal cancer，precancerosis and healthy control groups，respectively. The levels of APC，p16 and Vimentin methylation in different tissues of patients with colorectal cancer were also quantified. Results The methylation rates of the APC，p16 and Vimentin in colorectal cancer group were significant up-regulated compared to those in precancerosis and healthy control groups （P＜0.05）. Moreover，similar results were also obtained for the levels of APC，p16 and Vimentin methylation in the malignancy，pericarcinomatous and normal tissues in colorectal cancer group （P＜0.05）. Conclusions The methylation of APC，p16 and Vimentin is involved in the carcinogenesis of colorectal cancer. Quantitative analysis of methylation of colorectal cancer-related genes using fluorogenic quantitative PCR may be used for early diagnosis of colorectal cancer.

【Kew words】 Fluorogenic quantitative Methylation Colorectal cancer early diagnosis of colorectal cancer.

大腸癌是人類主要惡性腫瘤之一，在我國(guó)一些大城市呈上升趨勢(shì)［1］。闡明大腸癌發(fā)病的分子機(jī)制對(duì)進(jìn)一步篩選大腸癌分子靶點(diǎn)和治療疾病具有重要意義。腫瘤相關(guān)基因的CpG島甲基化所致基因轉(zhuǎn)錄失活已成為腫瘤表觀基因組學(xué)研究的重點(diǎn)內(nèi)容。但限于檢測(cè)方法或技術(shù)，目前對(duì)基因甲基化主要采取定性的檢測(cè)和研究。本文擬以此為切入點(diǎn)，通過對(duì)細(xì)胞修復(fù)基因以及大腸癌特異性表達(dá)基因甲基化程度的定量檢測(cè)［3］，探討其甲基化程度與大腸癌的發(fā)生及不同發(fā)展階段的相關(guān)性，初步揭示其內(nèi)在關(guān)系。

1 臨床資料

1.1 一般資料 標(biāo)本取自本院2009年6月至2010年12月的腸鏡活檢標(biāo)本，其中包括：（1）大腸癌組62例，男34例，女28例；平均年齡（59±7.4）歲。包括低、中、高分化腺癌3類患者。（2）癌前病變組（結(jié)腸腺瘤）54例，男28例，女26例；平均年齡（55±6.7）歲。主要腸鏡檢查為息肉，活檢或術(shù)后標(biāo)本病理檢查示腺瘤患者，包括管狀腺瘤，絨毛狀腺瘤及混合型腺瘤，伴或不伴異型增生。（3）健康對(duì)照組48例，男24例，女24例；平均年齡（50±5.6）歲。否認(rèn)有高血壓，糖尿病，冠心病等慢性病。新鮮標(biāo)本置于液氮中，隨后置于-80℃低溫冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 主要試劑 BiosPin組織基因組DNA提取試劑盒； 瓊脂糖； 100-1000bp DNA Ladder；瓊脂糖凝膠DNA回收試劑盒；DNA Clean-up純化試劑盒（Promega）；Realtime PCR Master Mix （TOYOBO）；Taq酶 （Fermentas-MBI）；Tag酶Buffer （Fermentas-MBI）；dNTPs （Fermentas-MBI）；Mg2+ （Fermentas-MBI）；DMSO。

1.3 方法 （1）組織DNA提?。簶?biāo)本DNA抽提采用BiosPin組織基因組DNA提取試劑盒（艾比根生物技術(shù)），每 300 μl 血清獲得70μl 的DNA，所有保存血清標(biāo)本均采用同一批號(hào)的試劑盒抽提 DNA 以減少批間誤差 ，并統(tǒng)一集中檢測(cè)。紫外分光光度計(jì)及1%的瓊脂糖凝膠檢測(cè)DNA濃度和純度（A260/A280＞1.8）。將提取的DNA置于-20℃冰箱中保存?zhèn)溆?。?）DNA亞硫酸氫鹽處理和純化：取提取的DNA 10μg加入5.5 μl 的 NaOH（3mol/L），于37℃ 變性10min。加入10mM氫醌20 μl，和3M亞硫酸氫鈉520 μl，上蓋200 μl礦物油于50℃水浴16 h。（3）于礦物油下小心吸取50Oμl液體，置于新的Eppendorf管，加入1ml 37℃預(yù)熱后冷卻至30℃的 Wizard DNA純化樹脂，顛倒混勻。隨后加入3M NaOH 5.5 μl，室溫變性10min（脫硫）。加入3M醋酸鈉5.5 μl（中和NaOH）和冷無水乙醇120μl，沉淀回收DNA于-20℃放置6h。置入-20℃冰箱中貯存?zhèn)溆?，以此作為聚合酶鏈反?yīng) （PCR）擴(kuò)增模板。（3）引物合成：根據(jù)文獻(xiàn)［4～6］設(shè)計(jì)出針對(duì)亞硫酸氫鹽修飾后的APC 、p16及大腸癌特異性基因Vimentin基因甲基化和非甲基化引物序列，引物由依托實(shí)驗(yàn)室（上海捷瑞）合成。具體引物序列如下： 甲基化的APC（APC-M）：上游引物5'-3'：TAT TGC GGA GTG CGG GTC，下游引物5'-3'：TCG ACG AAC TCC CGA CGA擴(kuò)增目的條帶大小為98bp。非甲基化的APC（APC-UM）：上游引物5'-3'：GTG TTT TAT TGT GGA GTG TGG GTT，下游引物5'-3'：CCA ATC AAC AAA CTC CCA ACA A，擴(kuò)增目的條帶大小為104bp。甲基化的p16（P16-M）：上游引物Sense Primers5'-3'：TTA TTA GAG GGT GGG GCG GAT CGC，下游引物Antisense Primers5'-3'：GAC CCC GAA CCG CGA CCG TAA，擴(kuò)增目的條帶大小為150bp。非甲基化的p16（P16-UM）：上游引物5'-3'：TTA TTA GAG GGT GGG GTG GAT TGT，下游引物5'-3'：CAA CCC CAA ACC ACA ACC AIA A，擴(kuò)增目的條帶大小為151bp。甲基化的Vimentin （Vimentin-M）：上游引物5'-3'：TCG TTT CGA GGT TTT CGC GTT AGA GAC，下游引物：5'-3'： CGA CTA AAA CTC GAC CGA CTC GCG A，擴(kuò)增目的條帶大小為216bp。非甲基化的Vimentin（Vimentin-UM）：上游引物5'-3'： TTG GTG GAT TTT TTG TTG GTT GAT G，下游引物5'-3'：CAC AAC TTA CCT TAA CCC TTA AAC TAC TCA，擴(kuò)增目的條帶大小為224 bp。

圖1 基因組DNA電泳圖

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SAS9.0統(tǒng)計(jì)軟件。計(jì)量資料以（x±s）表示，采用t檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料以n或%表示，采用χ2檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 組織基因組DNA的提取 通過0.8%的瓊脂糖凝膠電泳鑒定 DNA的濃度與純度，結(jié)果示OD260/ OD280均介于1.8～2.0，瓊脂糖凝膠電泳呈現(xiàn)單一的和基因組DNA大小相符的條帶，說明DNA的純度較高，完整性較好（圖l）。

2.2 各基因甲基化檢測(cè)結(jié)果 大腸癌、癌前病變（結(jié)腸腺瘤）和正常腸黏膜組pl6甲基化陽性率分別為51.61%、31.48%、14.58%；APC基因甲基化陽性率分別為77.42%、46.29%、6.25%； Vimentin基因甲基化陽性率分別為66.13%、51.85%、4.17%；大腸癌、癌前病變（結(jié)腸腺瘤）和正常腸黏膜組各基因甲基化陽性率比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），任意兩組之間陽性率比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）（表2）。

表2 p16，APC和Vimentin基因的甲基化檢測(cè)結(jié)果（n）

2.3 各基因定量檢測(cè)水平 對(duì)大腸癌、癌前病變（結(jié)腸腺瘤）及正常組織病變中p16，APC，Vimentin基因甲基化定量水平進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，三組之間甲基化定量水平差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 （P＜0.05），任意兩組之間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 （P＜0.05），由正常組織、癌前病變（結(jié)腸腺瘤）到大腸癌各基因甲基化的定量水平呈上升趨勢(shì) （P＜0.05）。

2.4 各基因在大腸癌不同組織中甲基化程度檢測(cè)結(jié)果 對(duì)62例大腸癌患者的不同組織各基因甲基化程度定量測(cè)定。腫瘤、癌旁組織（癌癥病灶周圍5cm組織）及正常的大腸黏膜組織pl6、APC、Vimentin基因甲基化程度比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），任意兩組之間陽性率比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

3 討論

大腸癌從誘發(fā)到進(jìn)展是一個(gè)多階段、多因素的復(fù)雜過程。抑癌基因是正常細(xì)胞在調(diào)控細(xì)胞增殖、分化等方面起重要作用的基因，它在保持基因組結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡等方面均有重要意義，它的缺失或失活可引起細(xì)胞內(nèi)癌基因的活化，造成細(xì)胞的過度增生、分化，導(dǎo)致惡性腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。DNA甲基化的異常能導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。近年來發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞中出現(xiàn)染色體區(qū)域性高甲基化與抑癌基因功能的丟失有關(guān)，可能是腫瘤甲基化不平衡中的重要部分，基因啟動(dòng)子區(qū)域5'CPG島甲基化常伴有基因的轉(zhuǎn)錄失活。

大腸腺癌息肉病基因 （APC）與大腸腺癌發(fā)生密切相關(guān)［7］。APC基因是由Herrera等［8］于1986年對(duì)1例格-德納綜合征患者進(jìn)行細(xì)胞遺傳學(xué)研究時(shí)發(fā)現(xiàn)的一個(gè)抑癌基因，并于1991年從結(jié)腸癌中首先克隆出這一基因，并正式命名為DP2、5或APC［9］。早期研究［7］發(fā)現(xiàn)該基因不僅與家族性結(jié)腸腺瘤息肉?。‵AP）有關(guān)，而且在散發(fā)性大腸癌（SCRC）中亦起著重要作用。Chop等［10］采用免疫沉淀技術(shù)也證實(shí)大腸癌組織中缺乏野生型 APC蛋白，提示APC蛋白失表達(dá)可能與大腸癌的發(fā)生與演進(jìn)密切相關(guān)。APC基因可能是散發(fā)型大腸癌的易感基因，但APC基因的突變可能無助于大腸癌的預(yù)后。檢測(cè)APC基因?qū)υ缙谠\斷及治療大腸癌有著重要的指導(dǎo)意義。

p16基因［11］是一種細(xì)胞周期中的基本基因，直接參與細(xì)胞周期的調(diào)控，負(fù)調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖及分裂，在人類50%腫瘤細(xì)胞株純發(fā)現(xiàn)有純合子缺失，突變，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞惡性增殖，導(dǎo)致惡性腫瘤發(fā)生。pl6基因位于第9號(hào)染色體短臂上，全長(zhǎng)8.5Kb，由3個(gè)外顯子和2個(gè)內(nèi)含子組成。5'端第1外顯子有126bp，中間307bP構(gòu)成第2個(gè)外顯子，3'端第3個(gè)外顯子有116bp；3個(gè)外顯子構(gòu)成1個(gè)開放閱讀框架，共同編碼分子量為15.84KD、由145個(gè)氨基酸組成的單鏈蛋白質(zhì)，即pl6蛋白。P16基因已經(jīng)在肺癌等多種腫瘤中發(fā)現(xiàn)純合子缺失以及無義，錯(cuò)義及移碼突變，表明p16基因以缺失，突變方式廣泛參予腫瘤形成，檢測(cè)p16基因有無改變對(duì)判斷患者腫瘤的易感性以及預(yù)測(cè)腫瘤的預(yù)后，具有十分重要的臨床意義。研究發(fā)現(xiàn)pl6基因與多種腫瘤的發(fā)生有關(guān)［12］，因此又稱為多腫瘤抑制基因（MTSI）。APC 、p16及大腸癌特異性基因Vimentin基因?qū)儆诩?xì)胞周期素依賴性激酶4（CDK4）抑制因子家族成員之一，其產(chǎn)物APC、p16及大腸癌特異性基因Vimentin蛋白競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合CDK4，抑制其激酶活性，維持pRb蛋白的去磷酸化，使細(xì)胞分裂阻滯于G0期而抑制細(xì)胞的增殖。pl6基因失活使APC、p16及大腸癌特異性基因Vimentin INK4a/pRb調(diào)節(jié)通路異常，致使細(xì)胞過度增殖而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生，其主要失活機(jī)制有基因突變、純合性缺失和啟動(dòng)子甲基化。pl6基因作為抑癌基因，其5'端啟動(dòng)子調(diào)節(jié)序列及第一外顯子均含有CpG島，這些區(qū)域在正常組織中一般是非甲基化的，但在一些常見的腫瘤中卻呈高甲基化，近年來發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞中出現(xiàn)染色體區(qū)域性高甲基化與抑癌基因功能的丟失有關(guān)，可能是腫瘤甲基化不平衡中的重要部分，基因啟動(dòng)子區(qū)域5'CPG島甲基化常伴有基因的轉(zhuǎn)錄失活。CPG島是基因組C、G富集區(qū)，細(xì)胞中約有40%的基因啟動(dòng)子區(qū)域具有CPG島。正常情況下，除失活的X染色體外，常染色體基因CPG島均處于非甲基化狀態(tài)，而在細(xì)胞癌變過程中（包括頭頸部腫瘤）常染色體基因CPG島存在廣泛的甲基化，p16基因的外顯子1啟動(dòng)子區(qū)域存在一CPG島，在被檢測(cè)的正常組織中它處于非甲基狀態(tài)。在一些p16等位基因較少發(fā)生點(diǎn)突變或純合性缺失的人類腫瘤中，如小細(xì)胞肺癌株出現(xiàn)高比例（78%）的5'CPG島甲基化而失去轉(zhuǎn)錄活性，特別是結(jié)腸癌細(xì)胞系中甲基化發(fā)生率高達(dá)97%，尤其是在一些未發(fā)生純合性缺失的結(jié)腸癌細(xì)胞中，p16基因的兩個(gè)等位基因都出現(xiàn)異常甲基化，并與其完全失活是相關(guān)的。后來又發(fā)現(xiàn)在結(jié)腸癌患者的正常結(jié)腸黏膜也出現(xiàn)甲基化，這在正常細(xì)胞常染色體基因中是罕見的，一般島都是非甲基化的。pl6基因由于純合性缺失和突變而失活已在眾多腫瘤中進(jìn)行了研究，但這兩種遺傳變異方式還不能夠充分解釋APC 、P16及大腸癌特異性基因Vimentin蛋白的高丟失率，而APC、P16及大腸癌特異性基因Vimentin基因cpG島高甲基化已被證實(shí)是APC 、p16及大腸癌特異性基因Vimentin蛋白丟失的另一重要機(jī)制［13］。最近的研究結(jié)果表明，在眾多腫瘤中，pl6基因啟動(dòng)子高甲基化是造成APC 、p16及大腸癌特異性基因Vimentin蛋白丟失的主要原因。在原發(fā)性大腸癌中APC 、P16及大腸癌特異性基因Vimentin基因缺失突變少見，但APC、p16及大腸癌特異性基因Vimentin蛋白有較高的失表達(dá)率，因此pl6基因在大腸癌中的失活可能存在其他機(jī)制。

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321000 浙江省金華市中心醫(yī)院

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