表觀遺傳治療在結直腸癌中的應用

王玉柱， 郭明洲

1.中國人民解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學中心消化內科，北京 100853； 2.中國人民解放軍總醫(yī)院第六醫(yī)學中心干部病房消化內科

結直腸癌(colorectal cancer，CRC)是影響人類健康的惡性腫瘤之一[1]。外科手術、化療和放療是目前CRC治療的基礎手段，大多數早期CRC依靠手術治療，通常可以獲得較為滿意的療效，其5年生存率可超過90%，中-晚期CRC往往需要加入輔助放化療，隨著診療技術的進步，CRC的平均生存時間已經得到了有效延長。然而，Ⅳ期CRC的5年生存率卻僅略高于10%[2]，尋找新的、有效的治療策略是臨床研究的重要方向。基于基因突變的小分子靶向藥物和免疫治療雖然取得了一些進展，但有效率仍然較低。近年來，表觀遺傳在血液系統(tǒng)腫瘤的治療方面取得了顯著的效果，在實體瘤中的臨床研究正在廣泛開展，可能是一個具有很好應用前景的治療策略[3]。

1 表觀遺傳改變與CRC的關系

CRC的發(fā)生和發(fā)展涉及到很多遺傳和表觀遺傳改變，由表觀遺傳改變導致的基因表達異常遠高于基因突變所致的基因表達異常。經典的“表觀遺傳”改變是指，在DNA核苷酸的一級序列不發(fā)生改變的情況下，基因的表達出現可遺傳的改變[4]。根據KNUDSON“二次打擊學說”的原理，表觀遺傳異常在CRC發(fā)生過程中發(fā)揮著更重要的作用。目前已知有多種表觀遺傳修飾模式影響基因的表達，常見的包括：DNA的甲基化、組蛋白的共價修飾、通過非編碼RNA進行轉錄后控制等[5]。研究表明，所有這些表觀遺傳修飾均參與CRC的發(fā)生、發(fā)展機制，其中DNA甲基化和組蛋白修飾是最早研究且較為深入的兩種模式，目前已發(fā)現了許多表觀遺傳治療的靶點[6]。

DNA甲基化在哺乳動物基因組中廣泛存在，在基因組穩(wěn)定、胚胎發(fā)育、細胞分化等方面發(fā)揮重要生理功能，而異常的甲基化改變被認為與疾病相關，其在惡性腫瘤中的研究最多。在全基因組水平DNA甲基化降低的同時，一些特定基因啟動子區(qū)甲基化水平異常升高是腫瘤表觀基因組的特征性改變[7]?；騿幼訁^(qū)高甲基化通常引起該基因的表達沉默，而關鍵抑癌基因的沉默是腫瘤發(fā)生、發(fā)展的重要原因；而一些發(fā)生在基因體部編碼序列的高甲基化，又可能與一些促癌基因的過度表達有關[8]；另外一些涉及DNA損傷修復、細胞周期、信號通路關鍵檢查點的基因，因甲基化導致表達沉默，也是腫瘤發(fā)病的重要機制，同時也是腫瘤對放化療產生耐受的重要原因。

組蛋白修飾是另一類重要的表觀遺傳標志，組蛋白有多種修飾模式，表現為組蛋白末端發(fā)生的乙?；?、甲基化、磷酸化、腺苷酸化、泛素化、類泛素化等。組蛋白修飾通過影響染色質結構、募集重塑酶或轉錄復合蛋白來調控基因的轉錄、修復、復制和重組。目前在CRC中有關組蛋白修飾的研究，多數都集中在組蛋白乙?；图谆痆9]。組蛋白乙?；ㄟ^對組蛋白電荷的影響，增加組蛋白與DNA間的排斥力，從而改變了染色質的二級結構，使轉錄因子可以接近基因啟動子并與特異性的DNA結合位點相結合，從而激活基因轉錄[10-11]。組蛋白甲基化對基因轉錄的影響更為復雜，甲基化可發(fā)生在組蛋白不同位點的賴氨酸、精氨酸和組氨酸，且有單甲基化、雙甲基化和三甲基化等不同程度的甲基化模式，不同的甲基化模式又可對轉錄產生不同的影響，表現出抑制或促進基因表達的作用[12]，這些效應作用于各種癌癥相關基因，也成為癌癥發(fā)生、發(fā)展的重要原因。

此外，近年有研究表明，非編碼RNA和長鏈非編碼RNA通過直接或與組蛋白相互作用調控基因的表達，從而影響信號通路和細胞周期等重要生物功能，促進或抑制腫瘤的發(fā)生和發(fā)展[13-14]。由于目前各種治療方案均處于研究階段，尚無成熟的方案作為共識，所以本文重點討論表觀遺傳治療策略。

2 表觀遺傳治療藥物對CRC的作用

針對上述介紹的表觀遺傳改變，已研發(fā)了多種抑制DNA甲基化和調控組蛋白修飾的藥物，目前為止，已經有數種表觀遺傳藥物被批準進行臨床試驗，此外還有100余種新的表觀遺傳藥物正在進行臨床前期試驗。這些藥物已獲得的臨床適應證幾乎均為血液系統(tǒng)疾病，近期的很多研究開始關注其在CRC治療中的應用。

2.1 DNA甲基轉移酶抑制劑(DNA methyltransferase inhibitor，DNMTi)阿扎胞苷(5-Azacytidine，5-AC)和地西他濱(5-Aza-2′-deoxycytidine，decitabine，DAC)是已經上市的兩種DNMTi藥物。阿扎胞苷能顯著延長骨髓增生異常綜合征(MDS)患者的生存時間，并降低MDS轉變?yōu)榧毙运杓毎园籽?acute myeloid leukemia，AML)的風險[15]。盡管對于阿扎胞苷的作用機制尚不完全清楚，但目前得到公認的一個重要機制是：它是一種胞嘧啶甲基化的有效抑制物，可與DNA結合，抑制DNA甲基轉移酶(DNA methyltransferase，DNMT)的活性，降低DNA甲基化程度，使因高度甲基化而失活的抑癌基因恢復或上調表達[16]。地西他濱與阿扎胞苷作用機制類似，它同樣在血液系統(tǒng)腫瘤的治療中顯示出良好的療效。然而由于起初它們被用作細胞毒類抗腫瘤藥物，在早期臨床試驗中顯示出較高的毒性作用，所以早期對于DNMTi在實體瘤的治療上的應用存在一些爭議[17]。此后的研究發(fā)現，低劑量的阿扎胞苷和地西他濱，可改變多腫瘤細胞，包括結腸癌細胞中細胞周期、細胞分化、免疫調控和細胞死亡等多種腫瘤相關的重要生物效應，從而抑制腫瘤的發(fā)展[18]。此外還有多個研究表明，低劑量阿扎胞苷和地西他濱在聯合伊立替康(Irinotecan)、5-氟尿嘧啶(5-Fluorouracil)、奧沙利鉑(Oxaliplatin)等藥物處理結腸癌細胞時，表現出協(xié)同抗癌效應，同時提高了結腸癌細胞對化療的敏感性[19-20]。表明采用低劑量DNMTi聯合其他抗腫瘤藥，可能是一個具有很好應用前景的實體瘤治療的新策略。

2.2 組蛋白去乙?；敢种苿?histone deacetylase inhibitor，HDACi)HDACi是另外一類已應用于臨床的表觀遺傳藥物，目前已經上市的包括伏立諾他(Vorinostat)、泛諾他寧(Panobinostat)、西達苯胺(Chidamide)、羅米地辛(Romidepsin)、貝利司他 (Belinostat)等，這些藥物獲準的臨床適應證同樣都是血液系統(tǒng)腫瘤。組蛋白去乙?；?histone deacetylase，HDAC)的過表達或活性異常升高，是多種惡性腫瘤的特征性表現，HDACi可使HDAC受到抑制，產生誘導癌細胞周期阻滯、誘導癌細胞分化和凋亡的效應，還可以減少腫瘤血管生成、調節(jié)免疫應答，從而達到抑制腫瘤的作用[21]。有研究發(fā)現，抗真菌藥物曲古抑菌素A(TrichostatinA，TSA)是一種HDACi，經TSA處理的結腸癌細胞株SW480和SW620中的KRAS、NF-κB、Akt/mTOR等致癌標志物明顯降低，且TSA和5-FU具有協(xié)同抗腫瘤作用，同時TSA可能還抑制結腸癌干細胞對5-Fu的抗藥性[22]。貝利司他(Belinostat)和5-Fu共同處理體外培養(yǎng)的結腸癌細胞HCT116，對該細胞增殖和克隆形成能力具有協(xié)同抑制作用[23]。還有研究發(fā)現，低濃度的羅米地辛(Romidepsin)在HCT116、HT29和SW48等結腸癌細胞模型中增強了5-Fu的抗腫瘤活性，進一步研究表明，這種抗癌作用的機制是通過caspase-3/7激活、誘導細胞凋亡、上調p21水平誘導細胞周期停滯和誘導MHC Ⅱ類基因表達而發(fā)揮作用的，這也提示表觀遺傳治療可能與免疫治療具有協(xié)同效應[24]。這些研究結果表明，HDACi藥物不僅具有逆轉CRC細胞對化療藥物耐受的能力，且還與這些藥物協(xié)同作用相關。

3 表觀遺傳藥物治療CRC的臨床試驗

大量實驗室研究表明，DNMTi和HDACi藥物在血液系統(tǒng)腫瘤中的成功應用為表觀遺傳治療在實體瘤中的應用奠定了理論基礎，研究者們已經逐步將這類藥物運用到臨床實體瘤的治療，在CRC的治療中，數種表觀遺傳治療藥物已進行了不同臨床試驗階段，更多新的臨床試驗將會不斷出現。

最初應用單一DNMTi藥物治療晚期結腸癌的臨床試驗顯示，療效不佳且不良反應較大，認為DNMTi并不適合作為獨立抗腫瘤藥物治療CRC[25-26]。此后的研究通過調整為低劑量的DNMTi藥物與化療藥物、分子靶向藥物等藥物聯合應用，獲得了不同效果。在一項應用地西他濱聯合帕尼單抗(Panitumumab，一種EGFR單克隆抗體)治療轉移性結腸癌的Ⅰ/Ⅱ期臨床試驗中，患者表現出對該方案有較好的耐受性，但該方案并未獲得明顯的效果[27]。同樣在一項阿扎胞苷聯合CAPOX(卡培他濱和奧沙利鉑)化療方案治療結腸癌的研究中，結果也顯示藥物耐受性良好，但并無明顯的臨床療效[28]。有一項研究發(fā)現，用低劑量地西他濱預處理已經對化療或自體細胞免疫療法(cytokine-induced killer，CIK)抵抗的難治性結腸癌患者，隨后再次進行化療和CIK治療，部分患者疾病的客觀緩解率和疾病控制率有所提高，這提示地西他濱可能促使對化療和免疫治療耐受的結腸癌恢復治療敏感性[29]。

HDACi藥物用于CRC的治療結果與DNMTi藥物類似，單一用藥對CRC幾乎無任何治療效果，因此聯合用藥也成為HDACi藥物用于實體瘤治療的新策略[30-31]。于是在隨后的幾項試驗中，嘗試了伏立諾他與5-Fu、四氫葉酸和奧沙利鉑聯合治療CRC，但并未觀察到顯著的療效[32-34]。然而，在一項伏立諾他聯合帕唑帕尼(Pazopanib)治療實體瘤的臨床試驗觀察到，雖然對于全體試驗組的平均療效并不滿意，僅有5%的部分緩解(partial response，PR)和14%的疾病穩(wěn)定(stable disease，SD)超過6個月的病例。在這些病例中具有TP53基因突變的轉移性CRC患者具有更高的PR和SD比例、更長的無進展生存期(progression-free survival，PFS)和總生存期(overall survival，OS)[35]，表明表觀遺傳治療可能針對特定表型更有效。

在這些初期的臨床試驗中，DNMTi和HDACi藥物雖然未展現出令人滿意的臨床療效，但仍提供了一些有參考價值的線索：例如對于實體瘤包括CRC治療，單獨應用DNMTi和HDACi制劑并不可取，而合理的用藥策略是聯合放療、靶向治療或免疫治療，DNMTi和HDACi制劑在其中發(fā)揮協(xié)同效應或增敏劑的作用；又如一些特定亞型的CRC對表觀遺傳治療的反應似乎優(yōu)于整體療效，這提示通過特異性的腫瘤標記物的檢測，選擇合適的患者群體可能使部分病例從治療中受益。另一方面，表觀遺傳藥物的進一步應用，仍有些重要的問題有待研究：首先，合理的給藥劑量和給藥方式，對于協(xié)調有效性和安全性方面至關重要，后期仍需要不斷試驗摸索；其次，表觀遺傳藥物不僅對癌細胞或目的基因有效，對正常細胞或正?；蛲瑯悠鹱饔茫@種非選擇性的表觀調控，可能導致并非所有的腫瘤類型都能從治療中獲益，甚至出現不可預估的風險，或許將來可借助新的分子生物技術手段，實現精準定位的表觀遺傳干預。

4 新方向和展望

隨著表觀遺傳治療研究的不斷進展，大量新的表觀遺傳治療方法隨之問世，目前還有多種針對組蛋白乙?；图谆男滦偷囊种苿┱幱谘邪l(fā)階段，其中包括溴結構域蛋白(bromodomain and extraterminal domain，BET)抑制劑、賴氨酸特異性脫甲基酶1(LSD1)抑制劑、異檸檬酸脫氫酶(IDH)突變抑制劑、組蛋白甲基轉移酶(HMT)和蛋白質精氨酸甲基轉移酶(PRMT)抑制劑等。BET抑制劑最近成為抗腫瘤研究的熱點，BET抑制劑單獨或與其他抗癌藥物的聯合使用，已在多種腫瘤中顯效[36-37]，許多治療方案已經進入臨床試驗階段。另外，表觀遺傳治療與新興的抗腫瘤治療藥物聯用的嘗試，也出現新的契機，例如有實驗發(fā)現，低劑量地西他濱可以通過增加免疫相關基因的表達，改變腫瘤微環(huán)境，提高低微衛(wèi)星不穩(wěn)定性或穩(wěn)定微衛(wèi)星的結腸癌對PD-1阻斷劑的敏感性[38]。

表觀遺傳藥物從最初的種類少、毒性大、療效欠佳，發(fā)展到目前有多種藥物已經或即將上市，藥物耐受性逐步提高，聯合多種治療方式用于實體瘤治療取得進展，由此我們有理由相信，表觀遺傳治療有著廣闊的前景。