前列腺癌DNA甲基化的研究進展

崔 濤，云志中，馬可為，喬建坤，劉 杰，黃翔華

(1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學研究生學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)人民醫(yī)院泌尿外科，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000)

前列腺癌是男性最常見的癌癥之一，其發(fā)病機制非常復雜。有研究發(fā)現(xiàn)，表觀遺傳機制對于前列腺癌的形成非常重要[1]。DNA結(jié)構(gòu)的表觀遺傳調(diào)控機制是在不改變DNA序列的基礎上，通過DNA復制后修飾及與DNA相關蛋白質(zhì)翻譯后修飾來發(fā)揮作用。表觀遺傳機制是一個可逆的過程，是前列腺癌中最具特征性的改變，其可導致基因組不穩(wěn)定和錯誤表達的出現(xiàn)。表觀遺傳機制在前列腺癌的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用，目前已發(fā)現(xiàn)全基因組和特定基因的甲基化水平及組蛋白修飾與前列腺癌的發(fā)生發(fā)展有關[1]。

DNA甲基化是目前研究最深入的表觀遺傳機制之一，可分為DNA低甲基化及DNA高甲基化，兩者均可在不同程度影響基因的表達[2]?；騿幼訁^(qū)域的高甲基化會抑制相應基因的表達，而低甲基化則會促進基因的表達。與正常細胞相比，癌細胞的DNA甲基化模式發(fā)生了改變，表現(xiàn)為全基因組的廣泛低甲基化[3]，可導致染色體的穩(wěn)定性下降。另有研究顯示，各種腫瘤抑制基因的啟動子在癌癥中呈高甲基化，從而導致相應的蛋白表達減少[4]。這兩種異常甲基化的機制相互關聯(lián)，某些基因的高甲基化先于反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子的低甲基化[5]。這兩種因素共同影響腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、侵襲和轉(zhuǎn)移。本文從DNA高甲基化與低甲基化兩個方面闡述有關前列腺癌表觀遺傳機制，以期為該病臨床治療提供參考。

1 DNA高甲基化

DNA高甲基化是前列腺癌等人類癌癥中最常見的表觀遺傳修飾之一，其特征為基因啟動子中CpG島的高甲基化，啟動子區(qū)域高甲基化的基因參與了細胞的增殖、遷移和侵襲，也參與激素應答、DNA的修復及轉(zhuǎn)錄調(diào)控等多種過程。抑癌基因啟動子區(qū)域的高甲基化抑制了基因的轉(zhuǎn)錄，從而導致前列腺癌的發(fā)生[6]。DNA的高甲基化伴隨腫瘤形成的全過程。已有研究證明，前列腺癌中存在一定數(shù)量的高甲基化基因[7-8]。研究較多的基因包括與激素應答相關的視黃酸受體β(retinoic acid receptor beta,RARβ)基因、參與DNA修復的谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶P1(glutathione S-transferase Pi 1,GSTP1)基因及參與細胞周期調(diào)控的Ras相關域家族1(Ras association domain family 1,RASSF1)基因。此外，在參與各種生物學過程的抑癌基因中大多都有DNA高甲基化的證據(jù)。

1.1 RARβ 基因

RARβ基因編碼視黃酸受體，該受體是一種核受體，可被維甲酸激活發(fā)揮作用，其在多種人類腫瘤中具有腫瘤抑制的功能[9]。在肝癌及肝硬化組織中RARβ基因的表達明顯降低[10]，在大腸癌組織中RARβ基因的表達明顯低于癌旁組織，且其低表達與患者預后不良有關[11]。研究表明，前列腺癌患者RARβ基因的甲基化水平顯著高于非癌癥對照組，RARβ基因的高甲基化可能會導致該基因表達改變，從而影響前列腺癌的進展[12]。

1.2 GSTP1基因

GSTP1由GSTP1基因編碼，可防止細胞遭受氧化應激和化學攻擊。GSTP1參與遺傳毒性相關化合物的代謝[13]，且其在癌細胞的增殖及凋亡中也發(fā)揮重要作用[14]。GSTP1基因是最早被發(fā)現(xiàn)的前列腺癌高甲基化基因之一。研究表明，前列腺癌組織中GSTP1基因甲基化水平顯著高于癌旁組織及正常前列腺組織[15]，且在前列腺癌發(fā)展的各個階段都能發(fā)現(xiàn)GSTP1基因的高甲基化，包括前列腺癌的早期階段[16]，這可能有助于前列腺癌的早期診斷。GSTP1基因甲基化不僅能在血液中檢測到，也可以在尿液中檢測到。一項研究表明，87%的前列腺癌患者尿液中檢測出GSTP1基因的高甲基化，且首次活檢為良性前列腺增生，但GSTP1基因呈高甲基化的患者前列腺癌的發(fā)生風險顯著增加[17]。因此，尿液GSTP1基因的甲基化檢測可用于鑒別早期前列腺癌與前列腺增生。此外，28%～32%的轉(zhuǎn)移性前列腺癌患者的血液中存在GSTP1基因的高甲基化[18]，而去勢抵抗性前列腺癌患者的血液中GSTP1基因的甲基化水平與患者的預后有關[19]。

1.3 RASSF1基因

RASSF1基因是一個潛在的腫瘤控制基因，其能夠調(diào)控細胞周期，并與細胞的黏附、運動和凋亡有關。該基因啟動子區(qū)域的高甲基化與多種癌癥(如卵巢癌、肝癌、肺癌)的發(fā)生有關，這些癌組織中RASSF1啟動子區(qū)域甲基化水平明顯高于良性組織[20-22]。一項薈萃分析顯示， RASSF1啟動子區(qū)域高甲基化與前列腺癌風險的增加顯著相關[23]。另有研究表明，53%的前列腺癌患者RASSF1啟動子區(qū)域的高甲基化與前列腺特異性抗原水平升高有關[24]。此外，在前列腺癌患者尿液中可檢測到RASSF1甲基化，且其甲基化程度高于良性前列腺增生患者，但其是否可作為腫瘤標記物仍待進一步研究[25]。

1.4 E-鈣黏素(E-cadherin,CDH1)

前列腺癌的遷移和侵襲與CDH1基因啟動子區(qū)域的高甲基化有關。CDH1能夠維持上皮細胞的完整性，在細胞黏附中發(fā)揮重要作用。有研究發(fā)現(xiàn)，CDH1表達受到抑制與腫瘤的發(fā)生有關[26]。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，CDH1高甲基化可使上皮細胞鈣黏蛋白的表達降低，導致細胞黏附功能障礙，并可使上皮細胞向間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，促進腫瘤轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移[27-28]。在前列腺癌中腫瘤組織CDH1甲基化水平顯著高于癌旁組織，其甲基化水平與Gleason評分呈正相關[29]。

1.5 CD44

CD44是一種跨膜受體，其在細胞黏附、細胞間相互作用和細胞遷移中發(fā)揮重要作用[30]。研究發(fā)現(xiàn)，CD44的表達水平與多種癌癥的轉(zhuǎn)移及預后密切相關。CD44與胰腺癌的遠處轉(zhuǎn)移及惡性程度有關[31]。CD44基因的高甲基化可促進前列腺癌的發(fā)生發(fā)展，研究表明約78%的前列腺癌患者存在CD44基因高甲基化[32]。此外，CD44基因啟動子高甲基化是非前列腺惡性腫瘤上皮細胞向間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的特征[33]。

1.6 腺瘤性結(jié)腸息肉(adenomatous polyposis coli,APC)基因

APC基因編碼APC蛋白，參與調(diào)節(jié)多種細胞過程，包括細胞的分裂、遷移、黏附和分化，其啟動子區(qū)域高甲基化與胃癌[34]、膀胱癌[35]及乳腺癌[36]等多種癌癥的發(fā)生有關。APC基因啟動子高甲基化與高級別和晚期前列腺癌有關[37]。還有研究發(fā)現(xiàn)，前列腺癌組織中APC基因啟動子甲基化水平高于癌旁組織及前列腺增生組織[38]。

2 DNA低甲基化

前列腺癌組織中雖然存在一些基因啟動子區(qū)域的高甲基化，但在其基因組內(nèi)卻是廣泛低甲基化[39]。這些低甲基化主要發(fā)生在DNA的重復序列中，在癌癥中DNA低甲基化的機制尚未明確。目前已有研究證實，DNA低甲基化可降低基因組的穩(wěn)定性，同時也可降低染色體穩(wěn)定性并激活原癌基因[40]。

2.1 長散布核元件-1(long interspersed nuclear element-1,LINE-1)

LINE-1是人類基因組中的重復序列，能夠維持基因組的穩(wěn)定性，其甲基化程度常與全基因組甲基化程度有關。目前已在多種癌癥中發(fā)現(xiàn)LINE-1呈低甲基化狀態(tài)，并與癌癥患者的預后有關。LINE-1在正常組織中通常為高甲基化，但在前列腺癌組織中呈低甲基化狀態(tài)[41]，且在晚期前列腺癌中這一現(xiàn)象更為明顯[42]。

2.2 其他相關基因

尿激酶型纖維蛋白溶酶原激活因子(urokinase-type plasminogen activator,uPA)在組織降解、細胞遷移、血管生成、腫瘤侵襲及轉(zhuǎn)移等過程中發(fā)揮重要作用。已有研究證實,uPA在癌癥中的高表達是由其啟動子區(qū)域低甲基化所致[43]。有研究表明，uPA基因的高表達與前列腺癌的侵襲、轉(zhuǎn)移及患者預后不良有關[44]。乙酰肝素酶(heparanase，HPSE)是一種內(nèi)切β-D-葡萄糖醛酸酶，參與細胞外基質(zhì)的降解過程，其基因的表達下調(diào)可以抑制腫瘤的生長，目前已在多種癌癥中發(fā)現(xiàn)HPSE基因的高表達[45]。有研究證實，前列腺癌中HPSE基因的高表達是由其啟動子區(qū)域低甲基化所致[46]。細胞色素P450 1B1(cytochrome P450 family 1 subfamily B member 1,CYP1B1)由CYP1基因家族成員CYP1B1基因編碼，是參與雌激素代謝和潛在致癌物活化的主要酶之一。CYP1B1在前列腺癌組織中的表達高于前列腺增生組織，其高表達被證實是由該基因啟動子區(qū)域低甲基化所致[47]，且在膀胱癌組織中也發(fā)現(xiàn)CYP1B1表達顯著高于正常組織[48]。

3 總結(jié)與展望

目前已發(fā)現(xiàn)多種基因的異常甲基化與前列腺癌相關，這些基因幾乎覆蓋了前列腺癌發(fā)生發(fā)展的全過程。由于DNA甲基化的可逆性，使其可能成為前列腺癌治療的潛在靶點，為前列腺癌的治療提供全新的方向。近年來，隨著醫(yī)療器械的不斷改進，檢測尿液中DNA甲基化作為前列腺癌生物標記物有巨大的發(fā)展?jié)摿?。隨著前列腺癌DNA甲基化研究的不斷深入，前列腺癌的發(fā)生發(fā)展過程也會逐漸清晰，可為其臨床診療提供全新的思路。