黑素瘤與DNA甲基化研究進展

陳翠 蔡麗敏 王永晨

黑素瘤與DNA甲基化研究進展

陳翠 蔡麗敏 王永晨

黑素瘤作為一種侵襲性強的皮膚惡性腫瘤，在發(fā)病率和死亡率方面都在上升，目前仍缺乏較為有效的治療手段。近年來，隨著人們對黑素瘤認識的逐漸深入，黑素瘤的表觀遺傳學修飾特別是在DNA甲基化方面的研究也受到廣泛關注。DNA甲基化在腫瘤細胞中的改變相對較常見，包括黑素瘤細胞。因此，DNA甲基化相關基因可以作為黑素瘤早期篩查、診斷、預后、治療分期以及治療后監(jiān)測的生物標記。

黑色素瘤；DNA甲基化；后成說，遺傳；分子靶向治療；基因

黑素瘤又稱惡性黑素瘤，是來源于黑素細胞、惡性程度較高的一種皮膚腫瘤，其轉移發(fā)生早、死亡率高，且發(fā)病率和死亡率都在上升［1］。因皮膚癌死亡的人數中，黑素瘤所占比例高達70%［2］。在全球范圍內，黑素瘤發(fā)生率的增長速度比其他任何腫瘤都要快，特別是處于疾?、羝诘拇蟛糠只颊叨紩?年內死亡，只有少數能夠長期存活［3］。近年來研究發(fā)現，黑素瘤的發(fā)生發(fā)展不僅取決于遺傳因素，同時也受到表觀遺傳修飾尤其是DNA甲基化的影響。DNA甲基化并不涉及DNA堿基序列的改變，其主要是影響DNA與其他分子間的相互作用，并且可以通過細胞分裂和細胞增殖的方式進行遺傳。

1 DNA甲基化的作用機制

Esteller［4］發(fā)現，雖然表觀遺傳學修飾存在多種形式，但到目前為止，DNA甲基化是唯一直接作用于DNA并在多種腫瘤中頻繁發(fā)生的修飾方式。DNA甲基化是最早發(fā)現的修飾途徑之一，是由DNA甲基轉移酶催化，以S腺苷甲硫氨酸作為甲基供體，DNA的CG兩個核苷酸的胞嘧啶被選擇性地添加甲基，形成5甲基胞嘧啶。正常細胞CpG島通常處于非甲基化或低甲基化狀態(tài)，DNA甲基化主要出現在CpG二核苷酸序列。大量研究表明，DNA甲基化能引起染色質結構、DNA構象、DNA穩(wěn)定性及DNA與蛋白質相互作用方式的改變，從而控制基因表達，并且可以通過細胞分裂和細胞增殖進行遺傳，常見于基因的5′-CG-3′序列。DNA甲基化會導致某些區(qū)域DNA構象變化，從而影響蛋白質與DNA的相互作用，不利于轉錄的起始，進而導致基因失活。CpG島是指基因組的轉錄活性區(qū)富含CpG二核苷酸成高密度聚集狀態(tài)［5］，其特征是同時存在的多種基因具有腫瘤特異性的CpG島甲基化，位于DNA啟動子區(qū)的CpG島甲基化在腫瘤細胞中較常見，包括黑素瘤細胞［6］。Baylin 和 Jones［7］研究發(fā)現，在正常組織中，DNA甲基轉移酶被抑制，而在腫瘤細胞中，DNA甲基轉移酶活化可引起表觀遺傳學改變。由于DNA甲基化引起腫瘤抑制基因轉錄失活，在許多人腫瘤中都能夠被發(fā)現，因此有人提出這種機制在黑素瘤進展中起著主要作用［8］。

作者單位：150001 哈爾濱醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院皮膚科

2 黑素瘤與DNA甲基化

2.1 腫瘤壞死因子超家族（TNFRSF）10D基因：Gudrun等發(fā)現，DNA甲基化可能會使某些基因發(fā)生不可逆的沉默，進而導致腫瘤的發(fā)生。TNFRSF10D 屬于 TNFRSF 中的一員［9］。Bonazzi等［10］利用PCR熒光技術發(fā)現，TNFRSF10D基因的異常與黑素瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關,他們的研究表明，72%黑素瘤患者的腫瘤細胞中，TNFRSF10D基因不表達相應的mRNA，該基因的啟動子區(qū)甲基化與其轉錄呈負相關。TNFRSF10D基因所編碼的蛋白質是TNFRSF中的一員，這個受體超家族含有TNF相關的凋亡誘導配體結構域和一個胞質死亡結構域。Sheikh 和 Fornace［11］研究發(fā)現，TNF 受體并不能直接誘導細胞凋亡，而是通過在TNF相關的凋亡誘導配體誘導的細胞凋亡機制中發(fā)揮作用。但需進一步的研究來闡明TNFRSF10D基因啟動子區(qū)甲基化與黑素瘤的預后以及侵襲性的關系。此外，還需深入研究黑素瘤患者血清樣本中該基因的甲基化是否可以成為黑素瘤預后不良的指標。

2.2 p16ink4A 基因:Venza 等［12］發(fā)現，表觀遺傳學修飾是影響基因表達的常見障礙，而DNA5′端甲基化是p16ink4A基因失活的主要機制。研究表明，p16ink4A作為一種腫瘤抑制基因，能夠誘導一個依賴CDK4/6的自主衰老程序，在細胞周期蛋白D-CDK4/6-pRb-E2F細胞周期調節(jié)途徑中起負反饋作用。在黑素瘤細胞中，p16ink4A基因由于啟動子區(qū)異常甲基化而喪失了這種能力，導致這種調節(jié)途徑失控使細胞過度增殖，導致腫瘤發(fā)生。大量黑素瘤患者樣本顯示，該基因啟動子區(qū)甲基化能導致染色體結構紊亂和轉錄基因沉默，從而引起基因表達失活［13］。DNA甲基化抑制劑地西他濱屬于核苷酸抑制劑，其能夠使失活的p16ink4A基因重新活化，有學者提出，該類藥物可能成為治療黑素瘤較為有效的藥物［14-16］，但是缺乏足夠的數據來證明針對p16ink4A為治療靶點的有效性。

2.3 胰島素樣生長因子結合蛋白（IGFBP）7基因:IGFBP7屬于IGFBP家族成員，是由腫瘤抑制基因表達，可能是通過促進細胞凋亡和細胞衰老等機制抑制腫瘤的發(fā)生發(fā)展。研究表明，皮膚黑素瘤中IGFBP7的表達受到抑制，而DNA啟動子區(qū)CpG島異常甲基化可導致癌基因沉默。IGFBP7在多數人腫瘤中表達下調。對人體組織樣本的分析表明，IGFBP7的表達沉默是導致黑素瘤發(fā)生的關鍵步驟。Wajapeyee等［17］在研究小鼠黑素瘤動物模型時，發(fā)現IGFBP7能夠抑制黑素瘤的生長，推測IGFBP7在轉移性腫瘤的治療中起作用。使用DNA甲基化抑制劑5-氮雜-2-脫氧胞苷處理黑素瘤細胞后，可使IGFBP7的mRNA和蛋白表達恢復，證明IGFBP7表達的恢復與該基因的啟動子區(qū)去甲基化有一定相關性，因此認為，5-氮雜-2-脫氧胞苷在黑素瘤的治療有一定的前景。另外，一些研究發(fā)現，正常黑素細胞會通過旁分泌或自分泌表達低水平的IGFBP7，并通過抑制BRAF-MEK-ERK通路信號來調控細胞增殖，而在黑素瘤細胞中IGFBP7表達缺失，該通路無法被IGFBP7抑制，因而細胞增殖失控進展為惡性腫瘤。

2.4 H11/HspB8基因:是一種具有特殊功能的小熱休克蛋白（Hsp），雖然其保留著小Hsp的α晶狀體球蛋白特性，但在生物學和功能性質方面卻與典型的Hsp家族成員不同。Smith等［18］首先在實驗室克隆了這種蛋白質，發(fā)現其能夠誘導角質形成細胞和心肌細胞增殖，但在黑素瘤細胞中會誘導細胞周期停滯。H11/HspB8在正常黑素細胞中是一種生長調節(jié)劑，在大部分黑素瘤細胞中，該基因由于甲基化而沉默。研究表明，H11/HspB8基因表達恢復后會通過激活依賴TAK-1死亡通路的機制來抑制黑素瘤細胞的生長，H11/HspB8能激活死亡通路的這種能力，使得其能夠成為一種新的治療靶點［19］。H11/HspB8基因啟動區(qū)含有豐富的CpG島，5雜氮胞苷作為一種甲基化抑制劑，其誘導黑素瘤細胞死亡的程度與H11/HspB8甲基化水平密切相關。因此，H11/HspB8甲基化可以作為5雜氮胞苷治療黑素瘤療效的潛在標記。

2.5 PTEN基因:PTEN基因（gene of phosphate and tension homology deleted on chromosome ten，PTEN）是一種腫瘤抑制基因，定位于第10號染色體的q23.3區(qū)，其編碼的蛋白質是通過負性調控PKB/Akt通路來發(fā)揮細胞周期調控和抑制細胞凋亡的功能。Li等［20］認為，PTEN基因CpG島異常甲基化是該基因失活的一種替代機制，并在多種類型的腫瘤中均會發(fā)生，如肺癌、子宮內膜癌、前列腺癌、腦瘤、宮頸癌及黑素瘤。Alireza等［21］利用甲基化抑制劑5雜氮胞苷來處理黑素瘤細胞后，PTEN蛋白的表達相應增加，進而抑制細胞周期和促進細胞凋亡。雖然在黑素瘤細胞中PTEN基因突變率很低，但是63%原發(fā)性黑素瘤患者PTEN蛋白表達缺失。與之截然相反的是，在黑素細胞痣患者中只有8%表達缺失［22］。因此，甲基化后失活的PTEN基因可以成為黑素細胞痣向黑素瘤進展的一個重要標志。

2.6 其他相關基因:鼠類肉瘤濾過性毒菌致癌同源體B1（V-rafmurine sarcoma viraloncogene homolog B1，BRAF）基因突變在惡性黑素瘤很常見，并且BRAF抑制劑在治療因BRAF基因突變引起的惡性黑素瘤中取得了較好的臨床療效［23］。但Wang等［24］發(fā)現，大多數患者最終會出現藥物抵抗，并在對BRAF抑制劑抵抗的細胞中表皮生長因子受體基因因甲基化而表達上調，他們研究顯示，表皮生長因子受體抑制劑在治療對BRAF抑制劑抵抗的黑素瘤患者也有效。MITF基因在黑素瘤細胞中屬于一種系列特異性腫瘤基因，這種基因的擴增與黑素瘤的預后不良有關。Lauss等［25］認為，MITF基因的表達被DNA甲基化所控制，并且這種甲基化狀態(tài)對了解黑素瘤發(fā)生發(fā)展起根本性作用。三重基序蛋白（tripartite motif protein，TRIM）16屬于三重基序蛋白家族中的一員。Sutton等［26］研究發(fā)現，由于DNA甲基化與蛋白穩(wěn)定性變小，與正常黑素細胞相比TRIM16蛋白表達在黑素瘤細胞中明顯減少，并且首次提出TRIM16基因可以作為黑素瘤細胞遠處轉移的標記和新的治療靶點。Hallberg等［27］研究發(fā)現，在晚期黑素瘤中，轉錄因子活化蛋白2A（TFAP2A）基因啟動子區(qū)異常甲基化會促使該基因沉默。Zeng等［28］研究表明，在乳腺癌細胞中，TFAP2A基因可以通過抑制CpG島甲基化而被甲基化抑制劑重新激活，因此，TFAP2A可以成為一種臨床相關生物標記物來評估表觀遺傳學藥物對轉移性黑素瘤的藥效。

3 結語

黑素瘤的治療選擇少且療效不理想，因此，更好地理解腫瘤發(fā)生發(fā)展的分子機制來提高治療策略是迫切的。DNA甲基化可以作為一個潛在的治療靶點，因為DNA啟動子區(qū)CpG島甲基化在腫瘤細胞中的改變相對較常見，包括黑素瘤細胞。因甲基化而沉默的基因幾乎參與了引起腫瘤發(fā)生發(fā)展的所有關鍵路徑，因而可作為疾病早期篩查、診斷、預后、治療分期以及治療后監(jiān)測的生物標記［29］。

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DNA methylation in melanoma

Chen Cui,Cai Limin,Wang Yongchen.Department of Dermatology,First Affiliated Hospital of Harbin Medical University,Harbin 150001,China

Melanoma is a highly aggressive malignant cutaneous tumor that has been increasing in incidence and mortality.Effective therapeutic approaches are unavailable currently.With further insights into melanoma,epigenetic modification,especially DNA methylation,in melanoma has drawn extensive attention in recent years.Changes in DNA methylation are relatively common in tumor cells,including melanoma cells.Thus,DNA methylation-related genes may serve as biomarkers for early screening for,as well as diagnosis,prediction of prognosis,staging,treatment,and post-therapeutic surveillance of melanoma.

Melanoma;DNA methylation;Epigenesis,genetic;Molecular targeted therapy;Genes

Wang Yongchen,Email:yongchenwang@163.com

2015-03-15）

黑龍江省博士后科研啟動金（LBH-Q14109）

Fund program:Postdoctoral Scientific Research Foundation of Heilongjiang Province of China（LBHQ14109）

10.3760/cma.j.issn.1673-4173.2016.02.019

王永晨，Email:yongchenwang@163.com