DNA甲基化與老年前列腺癌研究進(jìn)展

詹　媛　江錦良　羅慶豐

(江西省腫瘤醫(yī)院病理科，江西　南昌　330029)

?

DNA甲基化與老年前列腺癌研究進(jìn)展

詹媛江錦良1羅慶豐

(江西省腫瘤醫(yī)院病理科，江西南昌330029)

〔關(guān)鍵詞〕DNA甲基化;前列腺癌

前列腺癌(PCa)在歐洲許多國家較為常見，雖我國發(fā)病率較低，但近年來卻有明顯上升趨勢。目前，DNA甲基化研究已成為探索PCa新熱點。許多惡性腫瘤中存在某些特異性基因異常甲基化現(xiàn)象〔1～3〕。本文旨在對老年P(guān)Ca中DNA甲基化的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1DNA甲基化的基本概念

DNA甲基化是真核生物體內(nèi)一種基因內(nèi)源修飾方式，屬于表觀遺傳學(xué)范疇，后者是指一些能夠影響基因轉(zhuǎn)錄活性，但不涉及DNA序列改變的可遺傳基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制，包括DNA甲基化修飾、組蛋白修飾、染色質(zhì)重組及轉(zhuǎn)錄后修飾等。它們之間相互獨立、相互作用從而導(dǎo)致基因抑制作用〔4〕。DNA甲基化是指在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNMT)催化作用下，把S-腺苷甲硫氨酸(SAM)的甲基以共價鍵的形式結(jié)合到CpG雙核苷酸上胞嘧啶5位碳原子上，生成5-甲基胞嘧啶(5-mC)的過程。后者由于可進(jìn)行自發(fā)脫氨作用生成胸腺嘧啶，使得CpG變成TpG，這可導(dǎo)致31.7%的體內(nèi)相關(guān)突變〔1,5〕。人類基因組中有70%～80%的CpG雙核苷酸處于DNA甲基化狀態(tài)。非甲基化的CpG則是非均勻分布的，呈現(xiàn)局部聚集傾向，形成一些GC含量較高、CpG雙核苷酸相對聚集的區(qū)域，即CpG島。在胚胎組織和正常組織中，除少數(shù)區(qū)域外，CpG島均保持非甲基化狀態(tài)，而關(guān)于正常細(xì)胞 CpG島保持非甲基化狀態(tài)的機(jī)制目前尚不清楚。DNA甲基化主要表現(xiàn)在轉(zhuǎn)錄水平的表達(dá)調(diào)控，其機(jī)制如下:①可直接通過干擾轉(zhuǎn)錄因子與各調(diào)控區(qū)識別位點的結(jié)合來抑制轉(zhuǎn)錄；②DNA甲基化可改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu),間接抑制基因轉(zhuǎn)錄；③甲基結(jié)合蛋白能特異性地結(jié)合于甲基化DNA位點,從而抑制轉(zhuǎn)錄過程。研究發(fā)現(xiàn)惡性腫瘤組織中普遍存在某些特異基因甲基化水平的變化，正常細(xì)胞中,大多數(shù)基因CpG島處于非甲基化狀態(tài)，而在腫瘤細(xì)胞中，CpG島呈現(xiàn)異常甲基化狀態(tài)而DNMT具有催化DNA甲基化的作用，主要有DNMT1、DNMT3a、DNMT3b這3種，研究報道：DNMT不僅可作為突變誘導(dǎo)物參與腫瘤形成過程,還具有誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞致瘤的特性〔1，6〕。

2DNA異常甲基化與腫瘤的關(guān)系

DNA甲基化是一種十分重要的基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制，是真核生物體內(nèi)DNA正常修飾方式。而異常甲基化則是腫瘤發(fā)生的重要誘導(dǎo)因素之一，有研究報道在人類腫瘤中發(fā)現(xiàn)不同程度的DNA異常甲基化現(xiàn)象，而許多惡性腫瘤中存在某些特異性基因CpG島異常甲基化，同時正常細(xì)胞演變?yōu)槟[瘤細(xì)胞及在腫瘤進(jìn)展過程中也存在明顯的DNA甲基化水平變化，這說明DNA甲基化影響著腫瘤基因的表達(dá)〔1〕。目前，DNA甲基化導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄失活機(jī)制現(xiàn)已基本確立,DNA異常甲基化主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①腫瘤細(xì)胞整個基因組普遍存于低甲基化狀態(tài)，而在腫瘤形成早期某些散在的CpG甲基丟失，則會影響染色體穩(wěn)定性,繼而使其易于斷裂或發(fā)生異位、丟失。散在CpG位點的甲基化丟失現(xiàn)象在腫瘤細(xì)胞中普遍存在，而正常細(xì)胞中卻少見。②DNA低甲基化屬于一種基因表達(dá)的開放結(jié)構(gòu),它有利于基因高表達(dá),是癌基因促進(jìn)細(xì)胞轉(zhuǎn)化的必要條件。原癌基因特定位點低甲基化就與基因激活、轉(zhuǎn)錄密切相關(guān)。③抑癌基因啟動子CpG島的高甲基化也是腫瘤細(xì)胞普遍存在的現(xiàn)象之一。啟動子CpG DNA甲基化并不改變核苷酸序列,而是通過改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)及組蛋白乙?；揎椬饔玫乃?間接抑制基因轉(zhuǎn)錄水平。歸納而言，癌細(xì)胞基因組整體低甲基化及部分區(qū)域高甲基化是其典型特征〔2，3〕。

3PCa相關(guān)的甲基化基因

美國人PCa發(fā)病率居男性惡性腫瘤首位，占所有的男性惡性腫瘤的28%，PCa在中國的發(fā)病率和死亡率遠(yuǎn)低于歐美國家〔1〕。我國每年有(7～8)萬PCa新增病例，其中95%的患者為60歲以上的老年人〔6〕。早期PCa常無癥狀，可通過直腸指檢、血清前列腺特異性抗原和直腸超聲診斷。PCa形成是在致癌因子長期作用下的一個多步驟、多因素共同參與的過程，受遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)修飾的影響，DNA甲基化可能與PCa病程進(jìn)展密切相關(guān)〔3〕。PCa發(fā)展階段為：前列腺上皮非典型增生、前列腺原位癌、浸潤性PCa及轉(zhuǎn)移性PCa且各階段發(fā)展可能與以下幾種基因異常甲基化相關(guān)〔7〕。

3.1谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶(GST)P1基因GSTP1基因是PCa中研究較為主要的基因。Goh等〔6〕在前列腺按摩后檢測患者尿液中GSTP1基因甲基化水平變化,發(fā)現(xiàn)不同疾病的檢出率呈現(xiàn)較大差異,在前列腺上皮皮內(nèi)瘤變(PIN)、早期PCa、轉(zhuǎn)移PCa檢出率分別為29%、68%、78%。GSTP1參與正常細(xì)胞新陳代謝、解毒及清除過程,去除有害的物質(zhì)而保護(hù)細(xì)胞免受DNA損傷及癌變。在1994年人們首次發(fā)現(xiàn)PCa中存在GSTP1基因高甲基化現(xiàn)象,且該基因甲基化已然成為PCa中最常見的表觀遺傳學(xué)改變。90%以上的PCa患者可有該基因蛋白失表達(dá),且?guī)缀跛斜磉_(dá)受抑制的蛋白均與GSTP1基因啟動子區(qū) CpG島高甲基化密切相關(guān),在許多惡性腫瘤的癌前病變中都發(fā)現(xiàn)了GSTP1基因啟動子CpG島高甲基化〔3，7，8〕。這證明：CpG島高甲基化在腫瘤的早期階段、癌前階段已存在,可能是腫瘤形成的主要因素。

3.2雄激素受體(AR)基因PCa可分為兩種類型：AR依賴性PCa和AR非依賴性PCa。后者有個重要特征為細(xì)胞中AR基因表達(dá)異常。Wong等〔9〕分析PCa細(xì)胞株中AR基因啟動子甲基化對基因表達(dá)的影響,發(fā)現(xiàn)在AR蛋白失表達(dá)的細(xì)胞株(如PC-3、DU145)中存在AR基因啟動子CpG島異常甲基化現(xiàn)象，而AR蛋白表達(dá)的細(xì)胞株(如LNCaP)中AR基因并未甲基化。上述實驗表明,AR非依賴性PCa細(xì)胞株中,AR 基因的表達(dá)因其啟動子甲基化而受抑制。目前甲基化介導(dǎo)的AR基因失活在PCa研究中已被確立。

3.3維甲酸受體(RAR)B維甲酸是通過結(jié)合細(xì)胞核RAR來發(fā)揮生物學(xué)作用的。RARB是RAR家族中重要成員之一,存在兩個不同的基因啟動子,它們表達(dá)不同的RNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。人體細(xì)胞主要以RARB2亞型為主，許多研究證實腫瘤細(xì)胞中存在RARB基因的失活，包括PCa在內(nèi)的許多惡性腫瘤〔10〕。它們是由于缺乏RARB的表達(dá),而對維甲酸抑制效應(yīng)不敏感。PCa RARB2啟動子甲基化檢測發(fā)現(xiàn)，20% PIN及79% PCa中存在該基因啟動子甲基化,而正常前列腺和前列腺增生(BPH)組織中不存在〔11〕。因此可以推測，RARB2啟動子甲基化發(fā)生在 PCa病程的早期。

4DNA甲基化檢測及臨床運用

在臨床治療過程中發(fā)現(xiàn)，相同病理類型、臨床分期的腫瘤患者,在放、化療敏感性及復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移、預(yù)后等方面也有不同表現(xiàn),這可能是因腫瘤細(xì)胞生物學(xué)行為不同所致。因此從基因水平對腫瘤進(jìn)行正確可靠的分類顯得尤為重要。越來越多研究證實，異常甲基化DNA是一種頗有意義的生物標(biāo)記物，不同腫瘤有其特異甲基化基因,可以構(gòu)成一個甲基化圖譜,用于腫瘤早期診斷、腫瘤分型及判斷預(yù)后〔12，13〕。DNA甲基化有以下兩個主要特征:①腫瘤中存在多數(shù) CpG島在腫瘤中呈高頻甲基化狀態(tài),而正常組織卻很少發(fā)生DNA甲基化;②基因突變可出現(xiàn)于整個基因的多個位點上,而甲基化通常發(fā)生在基因某些特定區(qū)域,且與該基因表達(dá)降低有關(guān)，這為DNA甲基化作為生物標(biāo)記物可靠性提供依據(jù)。甲基化檢測技術(shù)大抵分為兩大類:基因組DNA甲基化檢測及特定DNA片段甲基化檢測。前者有：限制性內(nèi)切酶酶解法;甲基化酶溫育法;高效液相色譜(HPLC)法。而后者主要有：DNA印跡;限制性內(nèi)切酶聚合酶鏈反應(yīng)(PCR);測序法;甲基化特異的 PCR(MSP);變性高效液相色譜法(DHPLC);DNA 微 陣 列(DNA-microarray)又稱DNA芯 片〔11，13〕。其中基因MSP技術(shù),能針對臨床上微量樣本(如血清、血漿、唾液、分泌液)等進(jìn)行檢測,其中以血漿或血清DNA甲基化檢測居多且獲得成功。在Nam〔14〕報道的腎癌患者檢測結(jié)果中，有88%的患者尿液及67%的患者血液中檢測出腫瘤特異性基因甲基化〔8,9,14〕。

DNA甲基化雖然調(diào)控著基因的轉(zhuǎn)錄過程，但基于其可逆的特性可通過去甲基化使得受抑制的基因(但未發(fā)生基因突變或丟失)得以表達(dá)，就可以恢復(fù)細(xì)胞正常生長調(diào)控功能。體外實驗〔15〕證實應(yīng)用甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑處理后，原本抑癌基因表達(dá)受抑制的細(xì)胞株可以重新表達(dá)該基因。5- 氮胞苷類物質(zhì)(如5-氮-胞苷和5-氮-2c-脫氧胞苷)是胞嘧啶類似物。作為DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的抑制劑，它們可以作用于胞嘧啶的第5位碳原子上,以達(dá)到去甲基化作用。上述藥物已應(yīng)用于臨床治療某些白血病且顯示出較好的效果〔11,14〕。理論上,通過甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑使PCa相關(guān)基因重新激活,發(fā)揮治療PCa的作用。Sassa等〔15〕通過體外試驗證實,經(jīng)DNA甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑(DHAC)處理雄激素抵抗性PCa細(xì)胞株 DU145(AR基因表達(dá)陰性),結(jié)果發(fā)現(xiàn)細(xì)胞對雄激素的敏感性增強(qiáng)。甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑除能直接逆轉(zhuǎn)PCa基因甲基化狀態(tài)外,還能增強(qiáng) PCa細(xì)胞對化療藥物敏感性〔13,14,16〕。相信在不久的將來,DHAC在PCa的治療方面將發(fā)揮更為重要的作用。

綜上，腫瘤基因存在異常甲基化，不同腫瘤可能甲基化譜也不盡相同，而同一腫瘤的癌前病變、原位癌、微浸潤性癌及浸潤性癌的甲基化譜是否改變,也尚不成定論?；诒碛^遺傳學(xué)基因甲基化可逆的特點,不斷尋找早期癌、甚至癌前病變階段腫瘤特異性甲基化基因,并給予針對該基因的藥物,就能對腫瘤的防治發(fā)揮重要的作用。目前，對于藥物的療效、用量及用藥時間的把握尚沒有深入的研究。

5參考文獻(xiàn)

1Pan J,Chen Y,Mo C,etal.Association of DSC3 mRNA down-regulation in prostate cancer with promoter hypermethylation and poor prognosis〔J〕.PLoS One,2014;9(3):e92815.

2Adjakly M,Ngollo M,Lebert A,etal.Comparative effects of soy phytoestrogens and 17β-estradiol on DNA methylation of a panel of 24 genes in prostate cancer cell lines〔J〕.Nutr Cancer,2014;66(3):474-82.

3Veltri RW,Christudass CS.Nuclear morphometry,epigenetic changes,and clinical relevance in prostate cancer〔J〕.Adv Exp Med Biol,2014;773:77-99.

4Sharad S,Ravindranath L,Haffner MC,etal.Methylation of the PMEPA1 gene,a negative regulator of the androgen receptor in prostate cancer〔J〕.Epigenetics,2014;9(6):918-27.

5Lorincz AT.Cancer diagnostic classifiers based on quantitative DNA methylation〔J〕.Expert Rev Mol Diagn,2014;14(3):293-305.

6Goh LK,Liem N,Vijayaraghavan A,etal.Diagnostic and prognostic utility of a DNA hypermethylated gene signature in prostate cancer〔J〕.PLoS One,2014;9(3):e91666.

7Keil KP,Abler LL,Mehta V,etal.DNA methylation of E-cadherin is a priming mechanism for prostate development〔J〕.Dev Biol,2014;387(2):142-53.

8Pellacani D,Kestoras D,Droop AP,etal.DNA hypermethylation in prostate cancer is a consequence of aberrant epithelial differentiation and hyperproliferation〔J〕.Cell Death Differ,2014;21(5):761-73.

9Wong CP,Hsu A,Buchanan A,etal.Effects of sulforaphane and 3,3'-diindolylmethane on genome-wide promoter methylation in normal prostate epithelial cells and prostate cancer cells〔J〕.PLoS One,2014;9(1):e86787.

10Moritz R,Ellinger J,Nuhn P,etal.DNA hypermethylation as a predictor of PSA recurrence in patients with low- and intermediate-grade prostate cancer〔J〕.Anticancer Res,2013;33(12):5249-54.

11Yu YP,Ding Y,Chen R,etal.Whole-genome methylation sequencing reveals distinct impact of differential methylations on gene transcription in prostate cancer〔J〕.Am J Pathol,2013;183(6):1960-70.

12Ganzer R,Bründl J,Koch D,etal.Correlation of pretreatment clinical parameters and PSA nadir after high-intensity focused ultrasound(HIFU)for localised prostate cancer〔J〕.World J Urol,2015;33(1):99-104.

13Wall BA,Galv?o DA,Fatehee N,etal.Maximal exercise testing of men with prostate cancer being treated with ADT〔J〕.Med Sci Sports Exerc,2014;46(12):2210-5.

14Nam R.Complications of prostate cancer treatmen-author′s reply〔J〕.Lancet Oncol,2014;15(4):e152-3.

15Sassa A,Caglayan M,Dyrkheeva NS,etal.Base excision repair of tandem modifications in a methylated CpG dinucleotide〔J〕.J Biol Chem,2014;289(20):13996-4008.

16Chen H,Yu Y,Rong S,etal.Evaluation of diagnostic accuracy of DNA methylation biomarkers for bladder cancer:a systematic review and meta-analysis〔J〕.Biomarkers,2014;19(3):189-97.

〔2015-04-09修回〕

(編輯王一涵)

通訊作者：羅慶豐(1975-)，男，碩士，主任醫(yī)師，碩士生導(dǎo)師，主要從事腫瘤研究。

〔中圖分類號〕R74

〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕A

〔文章編號〕1005-9202(2016)13-3343-03；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.13.121

1南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院

第一作者：詹媛(1990-)，女，碩士，住院醫(yī)師，主要從事表觀遺傳研究。