DNA甲基化與食管癌的發(fā)生和發(fā)展

鄭天亮，董　巖　綜述，趙亞力　審校

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綜述

DNA甲基化與食管癌的發(fā)生和發(fā)展

鄭天亮1，董巖2綜述，趙亞力3審校

表觀遺傳學(xué)；DNA甲基化；食管癌；分子標(biāo)志物

食管癌是全球第8位常見惡性腫瘤，且死亡率居第6位[1]。食管癌的主要組織類型分為食管鱗狀細(xì)胞癌(食管鱗癌)和食管腺癌[2]。在西方國家食管腺癌發(fā)病率逐漸增高；亞洲食管癌的主要類型是食管鱗癌，約占食管癌的90%。食管癌的分布呈現(xiàn)地域性[3, 4]。盡管多種治療方案的聯(lián)合治療可改善食管癌的治療效果，但其預(yù)后仍然很差[2]。食管癌的發(fā)生發(fā)展與遺傳學(xué)(基因突變、雜合子缺失和染色體重塑等)及表觀遺傳學(xué)(DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA等)的改變相關(guān)[1, 5]。DNA甲基化是表觀遺傳學(xué)的主要形式，并與食管癌發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[6-8]。為此，筆者主要對食管癌的發(fā)生發(fā)展過程中，腫瘤抑制基因甲基化的改變進(jìn)行綜述。

1　DNA甲基化

在真核生物基因組中，CpG雙核苷酸的胞嘧啶的5′位置為DNA發(fā)生甲基化的位點(diǎn)，這種修飾對于基因的表達(dá)具有重要的調(diào)控作用[9]。 DNA甲基化的發(fā)生依賴于DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNA methyltransferases， DNMTs)?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)4種DNMTs，根據(jù)結(jié)構(gòu)以及功能差異分為兩大類：DNMT1和DNMT3。前者主要參與甲基化狀態(tài)的維持，也是非CpG位點(diǎn)從頭甲基化所必需，并與甲基化狀態(tài)的延伸有關(guān)；后者包括 DNMT3a、DNMT3b和DNMT3L等。DNMT3a、DNMT3b和DNMT3L是主要從頭甲基化酶，而Dnmt2 的功能從屬尚不十分明確[10]。DNA甲基化的發(fā)生原理，在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的作用下，S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosylmethionine，SAM)轉(zhuǎn)移到CpG島的胞嘧啶核苷酸5′位置形成5-甲基胞嘧啶[11]。在人類腫瘤中，啟動(dòng)子區(qū)高甲基化作為腫瘤抑制基因失活的機(jī)制已經(jīng)被廣泛接受，甲基化的腫瘤抑制基因參與食管癌的發(fā)展過程，例如細(xì)胞周期調(diào)控、DNA修復(fù)、凋亡、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、腫瘤代謝和抗藥性、血管新生以及細(xì)胞黏附等重要的過程[12]。

2　食管腺癌與甲基化失活的基因

原發(fā)性食管腺癌的發(fā)生大部分源于Barrett食管，然而僅有少于5%的食管腺癌患者伴有Barrett化生，90%～95%的Barrett食管不會(huì)發(fā)展為腫瘤[4,13,14]。下一步研究，主要是去尋找能夠區(qū)分檢測Barrett食管和早期食管腺癌的穩(wěn)定的分子標(biāo)志物。

2.1腫瘤抑制基因CDKN2A (p16INK4a)位于9號染色體短臂2區(qū)1亞帶。在食管腺癌和Barrett食管中p16基因發(fā)生異常甲基化，然而這個(gè)位置發(fā)生的雜合性缺失也被普遍認(rèn)為是p16失活的主要機(jī)制[3]。Eads 等[15]運(yùn)用甲基化特異性PCR的技術(shù)分析了51位Barrett食管或食管腺癌患者的104個(gè)組織樣本中基因的甲基化情況。結(jié)果顯示，進(jìn)展期患者比非進(jìn)展期患者甲基化率顯著增高。許多研究表明p16基因的甲基化出現(xiàn)在組織化生-不典型增生-癌癥的連續(xù)過程中，并且在BE患者中有3%～77%的患者發(fā)現(xiàn)其啟動(dòng)子區(qū)的甲基化情況[5, 15]。這些結(jié)果表明，對于BE患者診斷的非侵襲性測定中，p16基因的甲基化具有作為重要的分子標(biāo)志物的潛力。在患有BE或食管腺癌的6例食管切除術(shù)樣本中還檢測了APC、ESR1、CDH1基因的甲基化狀態(tài)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，APC、ESR1基因在BE、伴有壞死BE、和食管腺癌患者中發(fā)生頻繁的甲基化，然而CDH1在所有的樣本中都沒有發(fā)生甲基化的現(xiàn)象[15]。這些結(jié)果表明基因異常甲基化的發(fā)生是一個(gè)連續(xù)過程。另外，對于APC、CDH1基因甲基化狀態(tài)的研究顯示，52例食管腺癌患者樣本中有48例，APC基因發(fā)生了甲基化；同時(shí)34例的BE樣本中有17例發(fā)生了甲基化，甲基化率分別為92%和39.5%。血液中APC基因的高甲基化會(huì)導(dǎo)致低的生存率[16]。

2.2DNA甲基化改變DNA甲基化改變與化生-增生-腫瘤的發(fā)展過程相關(guān)，大多數(shù)的患者在食管腺癌發(fā)生的早期出現(xiàn)DNA甲基化的改變，因此，甲基化改變可以作為早期診斷的標(biāo)志物。除此，DNA甲基化能夠作為Barrett食管發(fā)展成癌癥的預(yù)測因子[17]。REPRIMO基因，可以調(diào)節(jié)p53介導(dǎo)的細(xì)胞周期阻滯。通過對175例內(nèi)鏡活檢樣本的檢測，發(fā)現(xiàn)在13%的食管鱗癌、36%的BE、64%的HGD (BE with high-grade dysplasia)和63%的食管腺癌樣本中發(fā)生甲基化情況，這些結(jié)果顯示其可能作為一個(gè)重要的早期食管腺癌檢測的分子標(biāo)志物。另外像GPX3、GPX7、GSTM2和SOCS-1基因在食管腺癌中也發(fā)生了甲基化情況。這些結(jié)果為食管腺癌的分子機(jī)制研究提供了新的方向[4]。

3　食管鱗癌與甲基化失活的基因

許多基因在食管鱗癌中發(fā)生甲基化，這些基因具有作為早期診斷標(biāo)志物的潛力。腫瘤抑制基因HIN-1，在乳腺、肺、胰腺、前列腺等上皮組織中高表達(dá)。在這些組織發(fā)生惡性轉(zhuǎn)變的早期，HIN-1基因表達(dá)常常發(fā)生沉默。一項(xiàng)HIN-1基因甲基化在食管鱗癌中的研究發(fā)現(xiàn)，在正常黏膜組織中HIN-1基因甲基化率為0 (n=17)；Ⅰ期病變中甲基化率為31%(n=39)；Ⅱ期病變中甲基化率為33%(n=12)；Ⅲ期病變中甲基化率為44%(n=9)；原發(fā)癌組織中甲基化率為50%。在食管鱗癌的發(fā)展過程中HIN-1基因啟動(dòng)子區(qū)高甲基化隨著腫瘤惡性程度加深，其甲基化狀態(tài)越加明顯[18]。除此，SRY-box containing gene17(SOX17)基因，TFPI-2基因的甲基化發(fā)生率也隨著食管癌的遞進(jìn)發(fā)展而逐漸增高[1, 8]。此外，還有一些基因的甲基化可以在食管鱗癌患者的血清或血漿中檢測到。EPB41L3, GPX3 and COL14A1在食管鱗癌患者血漿中的甲基化發(fā)生率高于30%，而在健康人的血漿中未檢測到甲基化[19]。

4　DNA甲基化可作為食管鱗癌治療的靶點(diǎn)

DNA甲基化具有可逆性，因此通過一定方法使得表觀遺傳導(dǎo)致的表達(dá)改變的基因恢復(fù)表達(dá)，為腫瘤治療和預(yù)防提供了新的方向。DNA甲基化需要DNA甲基轉(zhuǎn)移酶DNMTs(DNMT1, DNMT3A, 和 DNMT3B)參與。因此，針對DNMT蛋白表達(dá)的抑制劑，可以使表達(dá)沉默的基因得到恢復(fù)，進(jìn)而抑制腫瘤細(xì)胞增殖，促進(jìn)凋亡，增加化療的敏感程度。阿扎胞苷被美國食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)，成為最早進(jìn)入臨床應(yīng)用的DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶抑制藥，隨后，地西他濱(5-氮雜-2′-脫氧胞苷)也被美國食品藥品監(jiān)督管理局認(rèn)證并已用于臨床治療[20, 21]。體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)5-氮雜-2′-脫氧胞苷處理食管鱗癌細(xì)胞系能夠恢復(fù)抑癌基因RUNX3的表達(dá)并提高細(xì)胞系對輻射治療的敏感性[22]。盡管DNA甲基轉(zhuǎn)移酶抑制藥在表觀遺傳治療方面發(fā)揮重要作用，不過，還沒有評價(jià)這些藥物對食管鱗癌治療效果的報(bào)道。

5　DNA甲基化與食管癌預(yù)后的關(guān)系

現(xiàn)在食管癌預(yù)后的指標(biāo)多數(shù)參照手術(shù)治療后的腫瘤分期、組織類型、殘留病灶等臨床因素。雖然這些因素可以很好預(yù)測患者的預(yù)后，但是對于患者的無病或整體生存率的預(yù)測還不是很準(zhǔn)確。為了提高對預(yù)后預(yù)測的精準(zhǔn)性，最近的一些研究將關(guān)注點(diǎn)放在了遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)的方面。抑癌基因的啟動(dòng)子區(qū)異常甲基化與食管癌的臨床分期及淋巴結(jié)的轉(zhuǎn)移相關(guān)，提示其可以作為預(yù)后的判斷指標(biāo)。Brock等[23]在食管腺癌患者樣本中檢測了7個(gè)基因的甲基化的改變(APC、CDH1，ER，DAPK，MGMT，TIMP-3，P16)。結(jié)果顯示，發(fā)生甲基化改變的患者2年的生存率和無復(fù)發(fā)生存率都較未發(fā)生甲基化的患者低50%。Lee 等[24]發(fā)現(xiàn)p14，CADM1，DCC三個(gè)基因的非甲基化的臨床Ⅰ期患者的五年無病生存率是p14，DCC和/或CADM1基因發(fā)生高甲基化的臨床Ⅰ期食管鱗癌患者的7.13倍。提示這些基因可以作為食管癌患者術(shù)后復(fù)發(fā)的預(yù)測指標(biāo)。

綜上所述，頻繁發(fā)生啟動(dòng)子區(qū)甲基化的基因具有作為食管癌分子標(biāo)志物的潛力，如預(yù)后判斷癌癥預(yù)測等。目前基因組測序、基因芯片的技術(shù)用于分析正常食管組織，食管癌前病變及食管癌組織中多基因的甲基化譜的差異。進(jìn)一步分析這些不同組織中發(fā)生甲基化基因的差異，大樣本及多中心的研究將為這些分子標(biāo)志物的臨床應(yīng)用提供更可靠的信息。研發(fā)多基因的甲基化綜合檢測的方法為DNA甲基化檢測用于食管癌的早期診斷及預(yù)后評估提供更可靠的依據(jù)。另外，目前去甲基化藥物的細(xì)胞毒性是其應(yīng)用于臨床的限制因素。因此，無毒性的DNA去甲基化的天然藥物亟需開發(fā)單獨(dú)或與傳統(tǒng)的治療方法結(jié)合用于食管癌的治療。

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(2015-06-11收稿2015-09-18修回)

(責(zé)任編輯郭青)

鄭天亮，本科學(xué)歷，主管技師。

1.100089北京，武警總部機(jī)關(guān)門診部醫(yī)技藥械科；2.100853北京，解放軍醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所；3.572013三亞，解放軍總醫(yī)院海南分院中心實(shí)驗(yàn)室

董巖，E-mail: Wjztl_ys@163.com

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