SEPT9基因甲基化在結(jié)直腸癌診斷中的研究進(jìn)展

溫 蕾 馮義朝 杜 夏

延安大學(xué)附屬醫(yī)院消化內(nèi)科(716000)

?

SEPT9基因甲基化在結(jié)直腸癌診斷中的研究進(jìn)展

溫 蕾 馮義朝*杜 夏

延安大學(xué)附屬醫(yī)院消化內(nèi)科(716000)

結(jié)直腸癌(CRC)是最常見的消化道惡性腫瘤之一，其預(yù)后差，病死率高。SEPT9基因是一種抑癌基因，在細(xì)胞分裂末期起重要作用，目前研究已發(fā)現(xiàn)SEPT9基因甲基化檢測可用于CRC的早期診斷。本文就SEPT9基因甲基化在CRC篩查和診斷中的研究進(jìn)展作一綜述。

結(jié)直腸腫瘤； SEPT9基因； 甲基化； 診斷

結(jié)直腸癌(colorectal cancer, CRC)是我國最常見的消化道惡性腫瘤之一，其發(fā)病率和死亡率呈逐年增高的趨勢[1]。我國每年CRC新發(fā)病例超過25萬，死亡病例約14萬，均占世界同期CRC病例的20%[2]，因此提高CRC的早期診斷率已成為臨床工作的重點。隨著國內(nèi)外醫(yī)療技術(shù)的不斷發(fā)展，外周血和糞便SEPT9基因甲基化檢測、多靶點糞便DNA檢測等新技術(shù)已相繼出現(xiàn)，大大提高了早期CRC的診斷率。大量研究[3-13]證實SEPT9基因甲基化檢測篩查CRC具有很高的敏感性和特異性，是診斷CRC準(zhǔn)確且快速的微創(chuàng)方法。本文就SEPT9基因甲基化在CRC篩查和診斷中的研究進(jìn)展作一綜述。

一、SEPT9基因概述

SEPT是一類廣泛分布于真核生物的進(jìn)化上高度保守的骨架蛋白基因家族，編碼GTP結(jié)合蛋白，共有14個家族成員(SEPT1～14)，是細(xì)胞骨架的重要組成部分，在細(xì)胞質(zhì)分裂、細(xì)胞極化、細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)運、胞外分泌、細(xì)胞周期調(diào)控和細(xì)胞凋亡等過程中起有重要作用[14]。SEPT基因包含許多不同的亞型，可能與多個轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物翻譯起點和變異剪接有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)SEPT基因與感染、腫瘤和神經(jīng)系統(tǒng)疾病等的發(fā)生有關(guān)[15]。

1. SEPT9基因的結(jié)構(gòu)及其功能：SEPT9是SEPT基因家族成員之一，長約24×104bp，位于人類染色體17q25.3，其編碼的SEPT9蛋白由可變的N端、C端結(jié)構(gòu)域和GTP結(jié)合域組成，含有17個外顯子，編碼SEPT9蛋白和15種多肽。SEPT9基因有18種轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，廣泛分布于除胸腺和腦組織外的其他組織中。SEPT9各亞型之間具有一定的結(jié)構(gòu)相似性，N端可產(chǎn)生6種不同的mRNA變異剪接體，包括長式(SEPT9_v1、SEPT9_v2、SEPT9_v3，其N端分別相差了25、8、7個氨基酸)、中間式(SEPT9_v4、SEPT9_v4*)和短式(SEPT9_v5)[16]。SEPT9_v4和SEPT9_v4*雖然轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物不同，但這兩種亞型編碼的多肽鏈相同。SEPT9蛋白位于SEPT蛋白八聚體的兩末端位置，其表達(dá)異?；蛉比缈赡軙?yán)重影響細(xì)胞分裂等生理活動的正常進(jìn)行[17]。

SEPT9基因的生理功能主要包括維持細(xì)胞骨架以及調(diào)控囊泡運輸、細(xì)胞極性、細(xì)胞分裂和細(xì)胞凋亡等。SEPT9蛋白在細(xì)胞分裂末期起有重要作用，其表達(dá)如受到小干擾RNA的影響，會使細(xì)胞不能完全分裂，最終導(dǎo)致雙核細(xì)胞的產(chǎn)生[18]。SEPT9基因是一種抑癌基因，其甲基化會抑制該基因正常表達(dá)，導(dǎo)致細(xì)胞分裂異常和癌變，具體機(jī)制可能與細(xì)胞微管結(jié)構(gòu)功能變化、細(xì)胞動力異常、細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)轉(zhuǎn)運障礙等有關(guān)[19]。

2. SEPT9基因參與CRC的機(jī)制：目前較為公認(rèn)的CRC癌變學(xué)說是“腺瘤-異型增生-癌變”。隨著疾病進(jìn)展，結(jié)腸組織SEPT9 mRNA表達(dá)呈進(jìn)行性減少，且CRC組織中SEPT9 mRNA水平顯著低于健康對照組[15]。結(jié)腸組織良性病變進(jìn)展為惡性病變的原因可能與SEPT9 mRNA表達(dá)下調(diào)和基因表達(dá)減少有關(guān)[20]。SEPT9參與CRC癌變的機(jī)制主要包括缺氧誘導(dǎo)因子(HIF)-1信號通路、JNK信號通路、Rho信號通路以及通過影響細(xì)胞正常分裂誘導(dǎo)多核細(xì)胞產(chǎn)生等途徑[21]。

3. SEPT9基因甲基化在CRC發(fā)生中的作用：CRC的發(fā)病機(jī)制與基因突變、染色體缺失、表觀遺傳學(xué)改變等相關(guān)，而表觀遺傳學(xué)改變?yōu)樵缙谠\斷CRC提供了條件[22-23]。Ahmed等[24]的研究發(fā)現(xiàn)，SEPT9_v2轉(zhuǎn)錄本啟動子gamma1區(qū)域高甲基化是CRC發(fā)生的標(biāo)志，故可通過早期檢測血漿中該區(qū)域的甲基化程度來實現(xiàn)CRC的篩查。異常高甲基化通常發(fā)生在基因啟動子區(qū)CpG島處[25]，特定的癌癥相關(guān)基因(尤其是抑癌基因)異常甲基化引起相應(yīng)基因表達(dá)異常，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄沉默和抑癌基因失活，最終使其生理功能發(fā)生異常，是誘導(dǎo)癌癥發(fā)生的主要機(jī)制之一[26]。CRC患者結(jié)直腸組織中，從CpG島3(CGI3)的核心到N端均存在異常高甲基化，而腺瘤患者結(jié)直腸組織CGI3的N端未發(fā)生甲基化，表明在腺瘤癌變過程中，基因甲基化程度是逐漸進(jìn)展的。在CRC早期階段，高甲基化的SEPT9基因被釋放到外周循環(huán)血液中，通過檢測外周血SEPT9基因的甲基化程度可判定CRC的患病風(fēng)險[24]。

二、SEPT9基因甲基化檢測篩查CRC的臨床試驗

1. 外周血SEPT9基因甲基化與CRC臨床病理特征之間的聯(lián)系：李士杰等[3]通過對91例CRC和79例非CRC患者的外周血進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)，SEPT9基因甲基化陽性率與患者年齡、性別和病變部位無關(guān)，低分化患者甲基化陽性率顯著高于高分化患者，進(jìn)展期患者顯著高于早期患者。Lee等[27]對101例CRC患者外周血樣本進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)運用SEPT9基因甲基化檢測診斷左側(cè)結(jié)腸癌和右側(cè)結(jié)腸癌的敏感性分別為28.6%和38.8%，兩者無明顯差異，說明其陽性率可能與病變部位無關(guān)。

2. 外周血SEPT9基因甲基化檢測篩查CRC具有較高的敏感性和特異性：臨床研究證實，SEPT9基因甲基化是CRC的特異性標(biāo)記物之一。研究發(fā)現(xiàn)，正常腸黏膜上皮、結(jié)腸病變組織、CRC組織、CRC轉(zhuǎn)移過程中，均可檢測到DNA異常甲基化[28]。近年多項研究發(fā)現(xiàn)，SEPT9基因甲基化檢測篩查CRC的敏感性主要為65%～85%，最低為36.6%；特異性主要為85%～95%，最高可達(dá)99%(表1)。由此可見，SEPT9基因甲基化檢測篩查CRC具有較高的敏感性和特異性。

3. 外周血SEPT9基因甲基化陽性率與CRC分期有關(guān)：臨床試驗[3-13]發(fā)現(xiàn)，不同分期的CRC患者中均能檢測到SEPT9基因甲基化，其中Ⅰ期檢出率約為50%，Ⅱ期和Ⅲ期檢出率約為70%，而Ⅳ期檢出率幾乎達(dá)100%，說明SEPT9基因甲基化水平與腫瘤惡性程度呈正相關(guān)，可作為CRC分期的指標(biāo)。此外，術(shù)前SEPT9基因甲基化陽性的CRC患者接受根治手術(shù)后陰轉(zhuǎn)率可高達(dá)88.9%[27]，說明血漿甲基化SEPT9有可能作為CRC患者的隨訪指標(biāo)。

4. 外周血SEPT9基因甲基化檢測與結(jié)腸鏡、糞便隱血試驗(FOBT)篩查CRC的比較：目前我國篩查和早期診斷CRC的主要方法是問卷調(diào)查法、FOBT法、直腸指檢和結(jié)腸鏡檢查[29]。其中，“結(jié)腸鏡檢查+病理活檢”是診斷早期CRC的金標(biāo)準(zhǔn)，但其為侵入性檢查，患者依從性較差；問卷調(diào)查法和FOBT法的影響因素較多，早期診斷CRC易出現(xiàn)假陽性。據(jù)統(tǒng)計，1/3的受試者因恐懼而拒絕行結(jié)腸鏡篩查CRC，每年約44 000例患者因漏診CRC而死亡[30]，83%的受試者選擇采集血液的非侵入性篩查方法[31]。SEPT9基因甲基化檢測的準(zhǔn)確性優(yōu)于FOBT，且較結(jié)腸鏡檢查更便捷。然而，目前相對較高的費用限制了該法在大規(guī)模篩查中的應(yīng)用，F(xiàn)OBT在價格和普及性上仍是首選。癌胚抗原(CEA)、CA19-9和CA242等腫瘤標(biāo)記物亦可用于CRC的早期診斷，但陽性率低。

表1 SEPT9基因甲基化檢測篩查CRC的敏感性和特異性

*采用2/3算法，即3次重復(fù)實驗中出現(xiàn)≥2次陽性結(jié)果，則判斷樣品為陽性

5. 糞便SEPT9基因甲基化檢測篩查CRC：Xue等[32]通過meta分析發(fā)現(xiàn)，早期CRC患者外周血和糞便中均可檢測到SEPT9基因甲基化水平增高，其中外周血SEPT9基因甲基化篩查和診斷CRC已進(jìn)入臨床應(yīng)用階段，糞便SEPT9基因甲基化在CRC癌變過程中可作為特異性標(biāo)記物之一。趙慧霞等[33]對126例CRC患者手術(shù)切除的癌組織、癌旁組織和術(shù)前糞便中提取的DNA進(jìn)行SEPT9基因甲基化檢測，結(jié)果顯示癌組織和癌旁組織DNA中SEPT9基因甲基化率分別為84.1%和7.9%(P<0.05)，與糞便組織檢測結(jié)果一致，提示糞便基因甲基化檢測有望代替癌組織用于CRC的早期診斷和篩查。

三、SEPT9基因甲基化與其他標(biāo)記物聯(lián)合檢測篩查CRC

1. 血漿SEPT9基因甲基化與ALX4聯(lián)合檢測篩查CRC：研究[7]發(fā)現(xiàn)，與侵襲性CRC相比，血漿SEPT9基因甲基化與ALX4聯(lián)合應(yīng)用檢測CRC癌前病變具有高度敏感性，敏感性和特異性可分別達(dá)71%和95%，對<10 mm息肉和>10 mm息肉的敏感性分別為37%和67%，說明血漿SEPT9基因甲基化與ALX4聯(lián)合檢測篩查CRC可能是更為可行的方法。何瓊等[34]通過多重MethyLight多基因聯(lián)合檢測技術(shù)發(fā)現(xiàn)，CRC患者和正常人外周血ALX4陽性率分別為48% (24/50)和6%(3/50)，SEPT9基因甲基化陽性率分別為75%(38/50)和4%(2/50)，CRC患者外周血ALX4和SEPT9基因甲基化水平均顯著高于正常人，由此可見SEPT9基因甲基化與ALX4聯(lián)合檢測篩查CRC有較高的特異性。

2. 血漿SEPT9基因甲基化檢測與FOBT聯(lián)合篩查CRC：血漿SEPT9基因甲基化檢測與FOBT聯(lián)用可作為CRC的篩選工具。賀娜[35]的研究發(fā)現(xiàn)，血漿SEPT9基因甲基化作為CRC患者外周特異性標(biāo)記物，對無癥狀結(jié)直腸癌人群的篩查具有較高的特異性和陽性預(yù)測值，將血漿SEPT9基因甲基化檢測取代FOBT或與FOBT聯(lián)合應(yīng)用，在CRC高危人群和癌前病變篩查中具有更高的篩查效能。Yan等[36]的研究結(jié)果顯示，SEPT9基因甲基化檢測和愈創(chuàng)木脂F(xiàn)OBT(gFOBT)篩查CRC的敏感性分別為66%和60%，兩者聯(lián)合時敏感性可達(dá)88.7%。因此，SEPT9基因甲基化檢測與gFOBT聯(lián)用可能有助于提高CRC診斷準(zhǔn)確性，可作為臨床實踐的新方案。

3. 血清SEPT9基因甲基化與CEA、FOBT聯(lián)合檢測篩查CRC：郁迪等[12]對70例CRC、38例腺瘤或息肉以及15例其他腸道疾病患者血清樣本行SEPT9基因甲基化檢測發(fā)現(xiàn)，CRC患者血清SEPT9基因甲基化陽性率顯著高于健康對照組(81.4%對13.2%)，SEPT9基因甲基化的ROC曲線下面積(AUC)為0.841，顯著高于CEA(0.716)和FOBT(0.792)，三者聯(lián)合檢測時AUC可達(dá)0.935，說明SEPT9基因甲基化的診斷效能顯著高于CEA和FOBT，且三者聯(lián)合檢測可進(jìn)一步提高診斷效能，但血清SEPT9基因甲基化與其他標(biāo)記物聯(lián)合檢測的最佳效能有待進(jìn)一步研究。

四、結(jié)語

隨著對SEPT9基因結(jié)構(gòu)、功能和機(jī)制的深入研究，人們對SEPT9與CRC的相關(guān)性有了新的認(rèn)識?，F(xiàn)已有較多研究證實了外周血和糞便中的SEPT9基因甲基化檢測可用于CRC的篩查和診斷，這項檢測具有采樣方便、受檢者依從性好、敏感性和特異性高等優(yōu)點，與其他標(biāo)記物聯(lián)合檢測可提高CRC的檢出率，但其在治療效果、復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移的隨訪標(biāo)記中的作用有待更多臨床試驗證實。

1 中華人民共和國衛(wèi)生和計劃生育委員會醫(yī)政醫(yī)管局, 中華醫(yī)學(xué)會腫瘤學(xué)分會. 中國結(jié)直腸癌診療規(guī)范(2015版)[J]. 中華消化外科雜志, 2015, 14 (10): 783-799.

2 中華醫(yī)學(xué)會消化內(nèi)鏡學(xué)分會, 中國抗癌協(xié)會腫瘤內(nèi)鏡學(xué)專業(yè)委員會. 中國早期結(jié)直腸癌篩查及內(nèi)鏡診治指南(2014年，北京)[J]. 中華消化內(nèi)鏡雜志, 2015, 32 (6): 341-360.

3 李士杰, 劉艷剛, 王警, 等. 外周血Septin9基因甲基化檢測在結(jié)直腸癌篩查中的應(yīng)用[J]. 中國普通外科雜志, 2015, 24 (12): 1756-1760.

4 Grützmann R, Molnar B, Pilarsky C, et al. Sensitive detection of colorectal cancer in peripheral blood by septin 9 DNA methylation assay[J]. PLoS One, 2008, 3 (11): e3759.

5 Lofton-Day C, Model F, Devos T, et al. DNA methylation biomarkers for blood-based colorectal cancer screening[J]. Clin Chem, 2008, 54 (2): 414-423.

6 deVos T, Tetzner R, Model F, et al. Circulating methylated SEPT9 DNA in plasma is a biomarker for colorectal cancer[J]. Clin Chem, 2009, 55 (7): 1337-1346.

7 T?nzer M, Balluff B, Distler J, et al. Performance of epigenetic markers SEPT9 and ALX4 in plasma for detection of colorectal precancerous lesions[J]. PLoS One, 2010, 5 (2): e9061.

8 Warren JD, Xiong W, Bunker AM, et al. Septin 9 methylated DNA is a sensitive and specific blood test for colorectal cancer[J]. BMC Med, 2011, 9 (1): 133.

9 Tóth K, Sipos F, Kalmár A, et al. Detection of methylated SEPT9 in plasma is a reliable screening method for both left- and right-sided colon cancers[J]. PLoS One, 2012, 7 (9): e46000.

10 康倩, 金鵬, 楊浪, 等. 外周血游離DNA中Septin9基因甲基化在結(jié)直腸癌篩查中的意義[J]. 中華醫(yī)學(xué)雜志, 2014, 94 (48): 3839-3841.

11 Church TR, Wandell M, Lofton-Day C, et al. Prospective evaluation of methylated SEPT9 in plasma for detection of asymptomatic colorectal cancer[J]. Gut, 2014, 63 (2): 317-325.

12 郁迪, 張小虎, 魯辛辛. 血清SEPT9基因甲基化檢測在結(jié)直腸癌診斷中的應(yīng)用[J]. 臨床檢驗雜志, 2015, 33 (9): 687-689.

13 Jin P, Kang Q, Wang X, et al. Performance of a second-generation methylated SEPT9 test in detecting colorectal neoplasm[J]. J Gastroenterol Hepatol, 2015, 30 (5): 830-833.

14 Molnár B, Tóth K, Barták BK, et al. Plasma methylated septin 9: a colorectal cancer screening marker[J]. Expert Rev Mol Diagn, 2015, 15 (2): 171-184.

15 Li Y, Song L, Gong Y, et al. Detection of colorectal cancer by DNA methylation biomarker SEPT9: past, present and future[J]. Biomark Med, 2014, 8 (5): 755-769.

16 Hall PA, Russell SE. The pathobiology of the septin gene family[J]. J Pathol, 2004, 204 (4): 489-505.

17 Smith C, Dolat L, Angelis D, et al. Septin 9 exhibits polymorphic binding to F-actin and inhibits myosin and cofilin activity[J]. J Mol Biol, 2015, 427 (20): 3273-3284.

18 Chacko AD, Hyland PL, McDade SS, et al. SEPT9_v4 expression induces morphological change, increased motility and disturbed polarity[J]. J Pathol, 2005, 206 (4): 458-465.

19 Golan M, Mabjeesh NJ. SEPT9_i1 is required for the association between HIF-1α and importin-α to promote efficient nuclear translocation[J]. Cell Cycle, 2013, 12 (14): 2297-2308.

20 Tóth K, Galamb O, Spisák S, et al. The influence of methylated septin 9 gene on RNA and protein level in colorectal cancer[J]. Pathol Oncol Res, 2011, 17 (3): 503-509.

21 劉志永, 徐心. Septin9基因與結(jié)直腸癌相關(guān)性研究進(jìn)展[J]. 醫(yī)學(xué)綜述, 2016, 22 (17): 3390-3393.

22 Coppedè F. Epigenetic biomarkers of colorectal cancer: Focus on DNA methylation[J]. Cancer Lett, 2014, 342 (2): 238-247.

23 Spisák S, Kalmár A, Galamb O, et al. Genome-wide screening of genes regulated by DNA methylation in colon cancer development[J]. PLoS One, 2012, 7 (10): e46215.

24 Ahmed D, Danielsen SA, Aagesen TH, et al. A tissue-based comparative effectiveness analysis of biomarkers for early detection of colorectal tumors[J]. Clin Transl Gastroenterol, 2012, 3 (12): e27.

25 Jones PA, Baylin SB. The epigenomics of cancer[J]. Cell, 2007, 128 (4): 683-692.

26 林春燕, 稅青林. SEPT9與惡性腫瘤的研究進(jìn)展[J]. 瀘州醫(yī)學(xué)院學(xué)報, 2013, 36 (2): 186-188.

27 Lee HS, Hwang SM, Kim TS, et al. Circulating methylated septin 9 nucleic acid in the plasma of patients with gastrointestinal cancer in the stomach and colon[J]. Transl Oncol, 2013, 6 (3): 290-296.

28 Lao VV, Grady WM. Epigenetics and colorectal cancer[J]. Nat Rev Gastroenterol Hepatol, 2011, 8 (12): 686-700.

29 張澍田. 中國早期結(jié)直腸癌及癌前病變篩查與診治[J]. 中華醫(yī)學(xué)信息導(dǎo)報, 2016, 31 (17): 14.

30 Willyard C. To foster screening, new colon cancer tests emphasize convenience[J]. Nat Med, 2014, 20 (4): 322-323.

31 Adler A, Geiger S, Keil A, et al. Improving compliance to colorectal cancer screening using blood and stool based tests in patients refusing screening colonoscopy in Germany[J]. BMC Gastroenterol, 2014, 14: 183.

32 Xue M, Lai SC, Xu ZP, et al. Noninvasive DNA methylation biomarkers in colorectal cancer: A systematic review[J]. J Dig Dis, 2015, 16 (12): 699-712.

33 趙慧霞, 李秋文, 董偉偉, 等. 糞便SEPT9基因甲基化檢測在結(jié)直腸癌早期診斷中的應(yīng)用研究[J]. 中華臨床醫(yī)師雜志(電子版), 2012, 6 (10): 42-45.

34 何瓊, 王冕, 周建文, 等. 多重MethyLight在結(jié)直腸癌相關(guān)基因ALX4和SEPT9甲基化檢測中的應(yīng)用[J]. 中山大學(xué)學(xué)報(醫(yī)學(xué)科學(xué)版), 2015, 36 (5): 657-662.

35 賀娜. 血漿甲基化SEPT9基因檢測在優(yōu)化大腸癌篩查方案中的應(yīng)用研究[D]. 西安： 第四軍醫(yī)大學(xué), 2015.

36 Yan S, Liu Z, Yu S, et al. Diagnostic value of methylated Septin9 for colorectal cancer screening: a meta-analysis[J]. Med Sci Monit, 2016, 22: 3409-3418.

(2016-11-18收稿；2016-12-06修回)

Advances in Study on SEPT9 Gene Methylation in Diagnosis of Colorectal Cancer

WENLei,FENGYichao,DUXia.

DepartmentofGastroenterology,YananUniversityAffiliatedHospital,Yanan,ShaanxiProvince(716000)

Correspondence to: FENG Yichao, Email: fyc.2881001@163.com

Colorectal cancer (CRC) is one of the most common gastrointestinal malignancies with poor prognosis and high mortality. SEPT9 gene is a tumor suppressor gene and plays an important role in the end of cell division. Studies have shown that methylation of SEPT9 gene could be used in the early diagnosis of CRC. This article reviewed the advances in study on SEPT9 gene methylation in the screening and diagnosis of CRC.

Colorectal Neoplasms; SEPT9 Gene; Methylation; Diagnosis

10.3969/j.issn.1008-7125.2017.06.013

*本文通信作者，Email: fyc.2881001@163.com