表觀遺傳學(xué)在早期肺癌中的診斷與治療研究進展

陳 強 宋劍非

(1 桂林醫(yī)學(xué)院研究生院，廣西桂林市 541004，電子郵箱：cqiang1215@163.com；2 桂林醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院胸外科，廣西桂林市 541100)

【提要】 肺癌是目前全球范圍內(nèi)腫瘤相關(guān)死亡的主要原因之一，其發(fā)生發(fā)展是一種永久性的遺傳學(xué)和動態(tài)的表觀遺傳學(xué)改變相互作用的結(jié)果。近年來，隨著表觀遺傳學(xué)相關(guān)研究不斷發(fā)展，現(xiàn)已有許多研究機構(gòu)證實表觀遺傳學(xué)包括DNA甲基化、組蛋白甲基化、組蛋白乙酰化、微小RNA和染色體構(gòu)型改變等。本文就目前表觀遺傳學(xué)在早期肺癌診斷與治療中的研究進展進行綜述。

目前，肺癌是全球惡性腫瘤相關(guān)死亡的主要因素之一，其5年生存率不超過20%，現(xiàn)普遍認為發(fā)現(xiàn)不及時、診斷延誤是引起其極高病死率的主要原因[1]。近些年的研究已經(jīng)證實，表觀遺傳學(xué)在肺癌的早期發(fā)展中起著重要作用，這也使其成為肺癌治療中新的研究熱點。因此，本文主要就目前表觀遺傳學(xué)在早期肺癌診斷與治療中的研究進展進行綜述。

1 DNA甲基化與肺癌

1.1 DNA甲基化 DNA甲基化指DNA基因組中胞嘧啶磷酸-鳥嘌呤(cytosine phosphate-guanine，CpG)二核苷酸的胞嘧啶5′碳原子在DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶(DNA methyltransferase，DNMT)作用下以共價鍵結(jié)合一個甲基基團，并在細胞分裂過程中傳遞給子細胞的遺傳現(xiàn)象[2]。DNA甲基化在細胞分化、胚胎發(fā)育、環(huán)境適應(yīng)和疾病發(fā)生發(fā)展中扮演重要的角色，是目前表觀遺傳學(xué)研究的熱點領(lǐng)域之一。在哺乳動物基因組的大多數(shù)序列中，CpG二核苷酸序列出現(xiàn)的比例遠低于其他二核苷酸的胞嘧啶序列，但有一些長度為0.5～4 kb區(qū)域的CpG密度很高，稱為CpG島(CpG island，CGIs)。CpG島多位于基因的5′端，其作用是調(diào)控下游基因表達[3]。在正常情況下CGIs內(nèi)CpG二核苷酸保持非甲基化狀態(tài)。研究證實，在肺癌等腫瘤細胞中，正?；蚪M內(nèi)廣泛低甲基化以及某些抑癌基因CpGs區(qū)域的甲基化是其主要特征[4]。抑癌基因的高甲基化可致染色體旋轉(zhuǎn)程度增加及抑癌基因沉默和表達缺失，從而引起腫瘤生長[5]。除了抑癌基因，DNA修復(fù)基因、凋亡基因、微小RNA等都存在甲基化現(xiàn)象。

1.2 DNA甲基化與肺癌的診斷 許多研究已證實，DNA甲基化幾乎與所有腫瘤的發(fā)生有關(guān)，并在早期癌前病變時就已出現(xiàn)，因此在早期肺癌中DNA的異常甲基化可成為肺部腫瘤診斷、監(jiān)測的生物標志[6]。DNA甲基化用于臨床診斷有以下優(yōu)點：(1)特異性CpG異常甲基化出現(xiàn)的頻率高于細胞突變；(2)DNA異常甲基化的檢測敏感性高，只要癌前組織中異常甲基化程度高于正常即可檢測到；(3)部分異常甲基化可出現(xiàn)在早期腫瘤組織中，更有利于早期診斷[7]。正常人外周血中普遍存在少量游離的DNA，而腫瘤細胞壞死產(chǎn)生的DNA又能游離至外周血、痰液、尿液中，因此檢測這些體液中DNA甲基化水平可以作為一種方便、快捷、特異性高而又無創(chuàng)的技術(shù)[8-10]，能有效解決早期腫瘤組織不易發(fā)現(xiàn)及檢測的困難。雖然檢測特異性DNA異常甲基化可能不是理想的方法，但檢測全局DNA甲基化可作為診斷早期肺癌的一種特異性方法[11]。

目前，外周血是用來檢測早期肺癌異常甲基化比較理想的樣本，研究較多的關(guān)于非小細胞肺癌的甲基化位點均在血漿/血清中被檢測出存在異常DNA甲基化現(xiàn)象，如Hsu等[12]的研究中，檢測肺癌患者血漿BLU、CDH13、FHIT、p16、RARβ和RASSF1A基因中任意兩者的甲基化對肺癌診斷的敏感性和特異性均分別可達73%和82%以上，可作為非小細胞肺癌早期診斷的潛在標志物。在從非小細胞肺癌患者體內(nèi)獲得的支氣管肺泡灌洗液中，有24%的樣本能觀察到細胞周期調(diào)節(jié)劑-細胞周期蛋白依賴性激酶抑制蛋白2A啟動子的甲基化[13]，而細胞周期蛋白依賴性激酶抑制蛋白2A的啟動子甲基化已被證明是細胞增生中最早的事件之一[14]。

1.3 DNA甲基化與肺癌的治療 DNA甲基化具有可逆性，因此逆轉(zhuǎn)甲基化改變成為更有效的抗癌治療潛在策略，也為目前早期肺癌的治療開辟了新的途徑。阿扎胞苷和地西他濱是目前使用最廣泛的DNA甲基轉(zhuǎn)移抑制劑。阿扎胞苷可通過磷酸化分解成DNA和RNA；而地西他濱不需要預(yù)先進行體內(nèi)脫氧轉(zhuǎn)化即可直接與DNA結(jié)合，從而抑制DNMT，使其成為更有效的抑制劑[15]。服用阿扎胞苷或者地西他濱可以在基因異常甲基化的細胞復(fù)制過程中影響DNA復(fù)制，并誘導(dǎo)DNA去甲基化，最終逆轉(zhuǎn)異常甲基化基因，實現(xiàn)肺癌的早期治療。早在2006年阿扎胞苷和地西他濱均已被美國食品藥品管理局批準用于骨髓增生異常綜合征等惡性血液系統(tǒng)疾病的治療，但它們在治療劑量下引起的嚴重胃腸道反應(yīng)和骨髓毒性限制了其廣泛應(yīng)用[16]。

2 組蛋白修飾與肺癌

2.1 組蛋白的修飾與肺癌診斷 組蛋白修飾在基因表達調(diào)節(jié)中起著重要的作用，其包括磷酸化、乙?；?、甲基化、糖基化、泛素化等，目前研究最多的是組蛋白的乙?；痆17]。組蛋白修飾的下調(diào)有助于細胞轉(zhuǎn)化和惡性腫瘤的生長，現(xiàn)已證實在人類某些惡性腫瘤中可檢測到組蛋白的異常修飾。目前關(guān)于組蛋白修飾的研究多集中于機制，涉及臨床應(yīng)用的相關(guān)研究相對較少。Li等[18]發(fā)現(xiàn)肺神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤患者H4KA16乙?；笔Ш虷4KM20三甲基化的進行性損失與腫瘤級別有關(guān)。這些基因的組蛋白修飾有望作為腫瘤生物標志物以幫助臨床診斷，但目前關(guān)于此方面的研究仍然較少。

同DNA甲基化一樣，組蛋白乙?；彩且粋€可逆的過程，有學(xué)者認為組蛋白在去乙?；D(zhuǎn)移酶(histone deacetylase，HDAC)作用下能夠消除組蛋白上的乙?；鶊F，這種異常消除可能涉及肺癌的病程進展，而許多癌癥分子會改變和妨礙HDAC的活性[19]。上述過程使得HDAC抑制劑(histone deacetylase inhibitor，HDACi)有望成為肺癌治療的新方法。

2.2 組蛋白修飾與肺癌的治療 研究表明，HDAC的去乙酰化會引起抑癌基因的沉默，最終導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生，而HDACi能夠抑制HDAC活性，且對正常細胞的毒性較低，因而成為一種新型的抗腫瘤藥，具有廣泛的應(yīng)用前景。

第一代HDACi如曲古抑素A、辛二酰苯胺異羥肟酸(suberoylanilidehydroxamic acid，SAHA)、丙戊酸、羅米地辛等均可誘導(dǎo)腫瘤細胞株的凋亡，且有較強的抗腫瘤特性[20]。Miyanaga等[21]的研究證實聯(lián)合使用曲古抑素A與SAHA僅對部分腫瘤細胞株效果明顯，并證實藥物的抗腫瘤特性與基因的分類有關(guān)。Karthik等[22]證實羅米地辛可增加厄洛替尼在非小細胞肺癌細胞系中的療效，兩者聯(lián)合應(yīng)用能誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡，同時羅米地辛也能誘導(dǎo)非小細胞肺癌細胞細胞周期阻滯和凋亡，降低基質(zhì)金屬蛋白酶-2(matrix metalloproteinase，MMP)2及MMP9水平，而MMP是參與腫瘤細胞穿過毛細血管進入遠處組織或器官內(nèi)、在遠處組織或器官內(nèi)著床、腫瘤血管生成、形成轉(zhuǎn)移灶過程中最重要的蛋白酶[23]。第二代HDACi如苯甲酰胺和異羥肟酸鹽等可抑制腫瘤細胞的生長[20]。雖然單獨使用HDACi治療癌癥顯示出比較有價值的結(jié)果，但聯(lián)合應(yīng)用療效更好。例如，Belinsky等[24]聯(lián)合使用氮胞苷和第二代HDACi組合治療突變體K-ras/Tp53肺腺癌，結(jié)果顯示模型中的腫瘤得到明顯抑制。雖然在實驗狀態(tài)下HDACi抗腫瘤效果較為明顯，但其具體機制仍未明確，因此闡明其作用機制可以為肺癌的早期治療提供新的依據(jù)。

3 非編碼RNA調(diào)控與肺癌

人類基因組中大約僅有1.5%的序列能編碼蛋白質(zhì)，而剩下的序列則是以往被認為是“垃圾”或“噪音”的序列。目前研究表明這些“垃圾”或“噪音”序列中超過80%都具有生物學(xué)功能，絕大多數(shù)被轉(zhuǎn)錄成非編碼RNA[25]，它們通常以RNA的形式在多種層面上(表觀遺傳學(xué)調(diào)控、轉(zhuǎn)錄調(diào)控以及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控等)調(diào)控靶基因的表達水平，在多種疾病包括腫瘤發(fā)生過程中扮演重要的角色[26]。非編碼RNA包括核糖體RNA、轉(zhuǎn)運RNA、小干擾RNA、微小RNA(microRNA，miRNA)等，而miRNA是在早期肺癌中研究相對較多的一種。

miRNA是通過影響其目標信使RNA的穩(wěn)定性來控制基因表達的非編碼RNA[27]。Trang等[28]的研究表明，人類has-miR-let-7同源物已被證明在肺癌中起重要作用。然而，在Takamizawa等[29]的研究中，hsa-miR-let-7的喪失與腫瘤的根治性切除術(shù)后存活率降低有關(guān)。應(yīng)用大規(guī)模腫瘤樣本分析miRNA表達情況可用于發(fā)現(xiàn)某些特定癌癥類型的特征。Boeriet等[30]研究發(fā)現(xiàn)，肺癌患者確診前2年即出現(xiàn)miRNA(hsa-miRNA-28-3p，hsa-miRNA-30c，hsa-miRNA-92a，hsa-miRNA-140-5p，hsa-miRNA-451和hsa-miRNA-660)表達異常，從而證明了miRNA可以用于診斷早期肺癌。

4 總 結(jié)

肺癌早期診斷對于改善患者預(yù)后至關(guān)重要，能有效降低其極高的死亡發(fā)病比(81%)[31]。尋找非侵入性、準確、快速、直接的方法以篩選肺癌發(fā)生的高風險個體是急需解決的問題?；诤粑⑻狄夯蜓旱姆肿釉\斷有望成為早期肺癌的診斷技術(shù)，可以與CT和胸部平片一同為早期肺癌的診斷提供幫助。目前使用表觀遺傳學(xué)診斷早期肺癌仍有許多難題需要攻克，未來可將循環(huán)腫瘤標記物與外周血中DNA異常甲基化聯(lián)合檢測作為一種新的檢測方式，可以提高早期肺癌診斷的準確率。