結(jié)直腸癌表觀遺傳標(biāo)志物研究進(jìn)展

龔慧，黃燹，陳暉娟，常宏宇

1 中國人民解放軍聯(lián)勤保障部隊第九八九醫(yī)院科研部/全軍肛腸外科研究所/全軍重點(diǎn)實驗室 河南洛陽 471000

2 中國人民解放軍火箭軍特色醫(yī)學(xué)中心健康管理科 北京 100088

3 中國人民解放軍火箭軍特色醫(yī)學(xué)中心兒科 北京 100088

結(jié)直腸癌是我國常見的惡性腫瘤之一，世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機(jī)構(gòu)發(fā)布的最新報告顯示，全球結(jié)直腸癌總體發(fā)病率、死亡率分別上升至第三位和第二位，2020年全球新發(fā)約193萬例、死亡約93萬例；我國結(jié)直腸癌總體發(fā)病率已升至第二位，死亡率居第五位。結(jié)直腸癌的發(fā)生和發(fā)展是遺傳和表觀遺傳共同作用的結(jié)果。對結(jié)直腸癌表觀基因組的評估表明，幾乎所有結(jié)直腸癌都存在基因異常甲基化和miRNA的異常表達(dá)。與癌癥基因組中的基因突變一樣，這些表觀遺傳改變的一個子集，稱為驅(qū)動事件，被認(rèn)為在結(jié)直腸癌的發(fā)展中發(fā)揮功能性作用。本文圍繞結(jié)直腸癌表觀遺傳標(biāo)志物的已有研究進(jìn)行綜述，以期為臨床開發(fā)用于結(jié)直腸癌診斷、治療反應(yīng)評估和預(yù)后評估的生物標(biāo)志物提供一定的理論參考。

1 表觀遺傳學(xué)與腫瘤

表觀遺傳學(xué)機(jī)制主要包括DNA甲基化、非編碼RNA調(diào)控、組蛋白修飾等，這些機(jī)制在腫瘤的發(fā)生、侵襲和轉(zhuǎn)移過程中均發(fā)揮重要作用。異常的DNA甲基化通過表觀遺傳譜的重編程參與腫瘤的發(fā)生和發(fā)展，腫瘤常伴隨全基因組的低甲基化和抑癌基因啟動子區(qū)的高甲基化。如，人們在肺癌、胃癌、乳腺癌和結(jié)直腸癌等多種腫瘤中發(fā)現(xiàn)抑癌基因MLH1、P15和P16等啟動子區(qū)高甲基化[1]。研究表明，啟動子區(qū)高甲基化與抑癌基因的轉(zhuǎn)錄沉默有關(guān)[2]。非編碼RNA參與調(diào)控個體生長發(fā)育及細(xì)胞增殖、分化、凋亡等生命活動。miRNA已被發(fā)現(xiàn)在多種惡性腫瘤中表達(dá)異常，如miR-101、miR-373分別在肝癌和前列腺癌中表達(dá)下 調(diào)[3]；miR-27a 在胃癌中表 達(dá) 上 調(diào)[4]，miR-205、miR-449和miR-429在子宮內(nèi)膜癌中表達(dá)上調(diào)[5]。組蛋白修飾主要是通過改變組蛋白與DNA之間的動力學(xué)關(guān)系來影響染色質(zhì)構(gòu)象和基因表達(dá)。例如，組蛋白的乙?；c去乙?；膭討B(tài)失衡會影響基因的轉(zhuǎn)錄水平，進(jìn)而影響細(xì)胞的分化與凋亡，從而影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展。

2 表觀遺傳學(xué)與結(jié)直腸癌

表觀遺傳學(xué)改變在結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，如DNA甲基化、非編碼RNA調(diào)控、組蛋白修飾等在結(jié)直腸癌的診斷、治療反應(yīng)評估以及預(yù)后評估方面都發(fā)揮著重要的作用。

2.1 DNA甲基化與結(jié)直腸癌

DNA甲基化是結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展過程中常見的、早期的和穩(wěn)定的機(jī)制之一。

2.1.1 DNA甲基化標(biāo)志物在結(jié)直腸癌早期檢測中的應(yīng)用 結(jié)直腸癌早期篩查能夠改善患者的臨床結(jié)局、降低死亡率。目前，結(jié)腸鏡檢查是結(jié)直腸癌篩查的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但這種方法也有一定的局限性，如需飲食限制和腸道準(zhǔn)備，且作為一種侵入性檢查，有一定的醫(yī)療操作風(fēng)險，患者依從性較低。因此，開展結(jié)直腸癌無創(chuàng)篩查方法的研究十分必要。近年來，關(guān)于DNA甲基化標(biāo)志物在結(jié)直腸癌早期檢測中的研究越來越多。如Laugsand等[6]檢測了結(jié)直腸癌患者血液、糞便、尿液和組織中的DNA，發(fā)現(xiàn)血液中存在CDH4、ERCC1、p16INK4a和糞便中存在SPG20的高甲基化，每一單項檢測的敏感性≥75%，特異性≥90%。Jin等[7]選取SNCA、SPG20和Septin9等分子靶點(diǎn)，研究多靶點(diǎn)糞便DNA甲基化檢測在結(jié)直腸癌篩查中的價值，發(fā)現(xiàn)隨著陽性甲基化標(biāo)志物數(shù)量的增加，診斷結(jié)直腸癌的特異性逐漸增強(qiáng)。Imperiale等[8]開展了多靶點(diǎn)糞便DNA檢測（包括KRAS突變、NDRG4甲基化、BMP3甲基化等）用于結(jié)直腸癌篩查的研究，結(jié)果表明該方法對結(jié)直腸癌和晚期腺瘤的敏感性分別為92.3%和42.4%，顯著高于糞便免疫化 學(xué) 檢 測 （fecal immunochemical test， FIT） 的73.8%和23.8%。腫瘤標(biāo)志物有助于區(qū)分結(jié)直腸癌的分期。Raut等[9]評估了糞便中的DNA甲基化標(biāo)志物在結(jié)直腸癌分期和早期篩查中的作用，發(fā)現(xiàn)FBN1啟動子區(qū)、SDC2分別是用于診斷結(jié)直腸癌Ⅰ期、Ⅱ期的有前景標(biāo)志物，檢測敏感性和特異性均在90%以上；此外，對不同分期的結(jié)直腸癌的特異性DNA甲基化標(biāo)志物的鑒定可以使結(jié)直腸癌早期篩查更為有效 ， 比 如 SEPT9、 SCTR、 SMAD3、 SFRP2 和IKZF1。其中，SEPT9甲基化檢測用于結(jié)直腸癌篩查已于2016年獲得美國食品和藥物管理局的批準(zhǔn)[10-12]。上述研究表明，糞便DNA甲基化標(biāo)志物的檢測對結(jié)直腸癌的早期篩查和診斷具有重要價值。

2.1.2 DNA甲基化影響結(jié)直腸癌患者對治療的反應(yīng) 有研究發(fā)現(xiàn)，DNA甲基化可以作為預(yù)測治療反應(yīng)的生物標(biāo)志物，如do Canto等[13]對接受新輔助放化療（neoadjuvant chemoradiotherapy，nCRT）的局部晚期直腸癌患者進(jìn)行DNA甲基化標(biāo)志物檢測，從而預(yù)測達(dá)到病理完全緩解（pathological complete re?sponse，pCR）的概率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)基于三個與OBSL1、GPR1和INSIG1基因相關(guān)的差異甲基化胞嘧啶—磷酸—鳥嘌呤位點(diǎn)（CpGs）的分類器能夠以較高的敏感性和特異性來預(yù)測患者接受nCRT后能否達(dá)到pCR，這有利于局部晚期直腸癌患者的治療前篩選，也有利于指導(dǎo)治療方式的選擇。此外，基于甲基化的靶向治療具有較高的臨床應(yīng)用價值。例如，去甲基化藥物可通過作用于DNA甲基化位點(diǎn)來抑制基因甲基化，從而抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖和分化。

2.1.3 DNA甲基化可預(yù)測結(jié)直腸癌的預(yù)后 Chen等[14]的研究發(fā)現(xiàn)，與正常黏膜組織相比，結(jié)直腸癌組織中神經(jīng)營養(yǎng)性原肌球蛋白受體激酶（neurotrophic

2.2 非編碼RNA調(diào)控與結(jié)直腸癌

編碼蛋白質(zhì)的基因只占總基因組的不足2%，大約80%的基因組轉(zhuǎn)錄為非編碼RNA（non-coding RNA，ncRNA）[17]。越來越多的證據(jù)表明ncRNA，尤其是miRNA和lncRNA，在細(xì)胞的增殖、分化等過程中發(fā)揮著重要作用，例如對癌基因和抑癌基因的調(diào)控[2,18]。

miRNA是長度為18～25個核苷酸的非編碼小分子RNA[19]。Bocchetti等[20]發(fā)現(xiàn)結(jié)腸炎相關(guān)結(jié)直腸癌（colitis-associated colorectal cancer， CAC） 患 者 的miR-18a、miR-19a和miR-21等表達(dá)上調(diào)，miR-124、miR-193a-3p和miR-139-5p表達(dá)下調(diào)，這些miRNA可用于結(jié)直腸癌患者的早期診斷和治療效果的預(yù)測。Ng等[21]評估了來自結(jié)直腸癌患者和健康對照者組織和血漿樣本中的miRNA表達(dá)情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)miR-92a和miR-17-3p的高表達(dá)可以將結(jié)直腸癌患者與健康對照者區(qū)分開（敏感性分別為64%、89%，特異性分別為70%、70%）；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在手術(shù)切除原發(fā)性腫瘤后，miR-92a和miR-17-3p在血漿中的水平顯著降低，表明miR-92a和miR-17-3p可以作為診斷結(jié)直腸癌的標(biāo)志物。有研究表明miR-144和miR-183在結(jié)直腸癌中高表達(dá)，且與TNM分期和分化程度相關(guān)[22]。

開發(fā)能夠在化療開始前有效預(yù)測患者對特定化療方案反應(yīng)的生物標(biāo)志物具有重要的價值。基于5-氟尿嘧啶（5-FU）的化療方案仍然是結(jié)直腸癌患者輔助治療的主要方法，Okugawa等[23]的研究報道了介導(dǎo)5-FU耐藥的miRNA有miR-10b、miR-19b、miR-20a、miR-497和miR-200家族等。Takahashi等[24]的研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸癌組織中miR-21的過表達(dá)與基于5-FU化療的不良反應(yīng)相關(guān)。Manceau等[25]發(fā)現(xiàn)miR-148a的甲基化與晚期結(jié)直腸癌患者對5-FU和奧沙利鉑的耐藥性有關(guān)。目前，不可切除轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌患者tropomyosin receptor kinases，NTRKs）啟動子的甲基化程度更高，對生存結(jié)局具有獨(dú)立的預(yù)測價值。Fu等[15]通過分析TCGA數(shù)據(jù)庫中的基因表達(dá)譜和相應(yīng)的DNA甲基化數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)SLCO4C1、MAGEA1、POU4F1、IZUMO2和NOVA1是結(jié)直腸癌獨(dú)立的預(yù)后生物標(biāo)志物。Liu等[16]研究了鈣/鈣調(diào)蛋白依賴性絲氨酸蛋白激酶（calcium/calmodulin-dependent serine protein kinase，CASK）啟動子甲基化異質(zhì)性和同源性對結(jié)直腸癌患者預(yù)后的不同影響，發(fā)現(xiàn)同源甲基化的結(jié)直腸癌患者預(yù)后較異質(zhì)性甲基化的結(jié)直腸癌患者差。的預(yù)后仍然很差，平均總生存期僅為18～21個月。Schetter等[26]的研究發(fā)現(xiàn)，miR-21高表達(dá)與結(jié)直腸癌患者較低的生存率相關(guān)。盡管其他幾個高表達(dá)的miRNA（miR-10b、miR-17-92a基因簇、miR-29a等）和低表達(dá)的miR-143、miR-124也可以用作預(yù)后標(biāo)志物，但miR-21目前被認(rèn)為是最有潛力的結(jié)直腸癌miRNA預(yù)后標(biāo)志物。

lncRNA是長度超過200個核苷酸的非編碼RNA[27]。研究表明lncRNA通過影響腫瘤相關(guān)的信號通 路 ， 如 WNT/β-catenin、 PI3K/Akt、 EGFR、NOTCH、mTOR和TP53等，影響結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展[28]。lncRNA參與結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展的不同階段，包括從癌前病變生成到遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的過程。腺瘤中l(wèi)ncRNA（如CCAT1、CRNDE）的異常表達(dá)使其成為早期診斷結(jié)直腸癌的潛在標(biāo)志物[29-30]。由于lncRNA在體液中是穩(wěn)定存在且可檢測的，所以分析外周血循環(huán)中的lncRNA（如CCAT1、CCAT2、CRNDE等）為建立微創(chuàng)診斷方法（如液體活檢）提供了可能性[31]。對ln?cRNA的深入研究能夠為結(jié)直腸癌的治療提供新的方法，如Zhu等[32]的研究發(fā)現(xiàn)，NEAT1通過影響染色質(zhì)重塑，增加組蛋白乙?；?，促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞對5-FU的耐藥性，提高腫瘤干細(xì)胞的特性；敲除NEAT1后，結(jié)直腸癌細(xì)胞對5-FU的耐藥性降低，同時腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物ALDH1和CD133的表達(dá)也受到了抑制。這些研究結(jié)果有望為解決結(jié)直腸癌患者對5-FU的耐藥性問題提供新思路。Kogo等[33]等的研究表明HOTAIR（從HOXC基因座轉(zhuǎn)錄的含2 158個核苷酸的lncRNA）的高表達(dá)與結(jié)直腸癌的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移和不良預(yù)后顯著相關(guān)，這一結(jié)果在Svoboda等[34]的研究中也得到了證實。MALAT1是預(yù)測非小細(xì)胞肺癌患者腫瘤轉(zhuǎn)移的生物標(biāo)志物，在結(jié)直腸癌患者中表達(dá)上調(diào)，且其表達(dá)水平與患者的預(yù)后呈負(fù)相關(guān)[35]。Zhang等[36]發(fā)現(xiàn)H19可作為結(jié)直腸癌治療的潛在靶點(diǎn)和預(yù)后的預(yù)測因子，H19在結(jié)直腸癌原發(fā)灶和轉(zhuǎn)移灶中的表達(dá)都顯著上調(diào)，H19通過直接結(jié)合hnRNPA2B1激活Raf-ERK信號通路，誘導(dǎo)上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞的侵襲和遷移。

2.3 組蛋白修飾與結(jié)直腸癌

組蛋白是染色體的基本結(jié)構(gòu)蛋白，包含5個組分，分別為H1、H2A、H2B、H3和H4[37]。組蛋白修飾主要包括乙?；⒓谆?、泛素化、磷酸化等，這些修飾能夠通過改變?nèi)旧|(zhì)的構(gòu)象來影響相關(guān)基因的表達(dá)[38]。Huang等[39]發(fā)現(xiàn)賴氨酸特異性組蛋白去甲基化酶1（LSD1）在結(jié)直腸癌中過表達(dá)，該酶特異性地使H3K4和H3K9去甲基化，通過激活WNT/β-catenin信號通路來促進(jìn)結(jié)直腸癌的發(fā)展。Peng等[40]的研究發(fā)現(xiàn)，組蛋白去甲基化酶JMJD2D與β-catenin的相互作用能夠增強(qiáng)結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖、侵襲和遷移能力。近年來，原發(fā)性結(jié)直腸癌組織中特異性組蛋白的整體變化是結(jié)直腸癌生物標(biāo)志物研究的重點(diǎn)。Tamagawa等[41]通過對循環(huán)核小體中組蛋白修飾的研究發(fā)現(xiàn)，H3K9me3和H4K20me3是診斷結(jié)直腸癌的潛在標(biāo)志物。同時還發(fā)現(xiàn)，與原發(fā)腫瘤相比，肝轉(zhuǎn)移灶中H3K27me2的甲基化水平降低，并且H3K37me2的表達(dá)水平與腫瘤的大小和不良預(yù)后呈正相關(guān)，可作為結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移患者的獨(dú)立預(yù)后預(yù)測因子。Wang等[42]發(fā)現(xiàn)H3K27me3的表達(dá)水平與結(jié)直腸癌患者的無進(jìn)展生存期和對化療藥物奧沙利鉑的敏感性呈正相關(guān)。Tamagawa等[43]通過對結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移灶組織進(jìn)行免疫組織化學(xué)染色，檢測到H3K4me2、H3K9AC和H3K9me2發(fā)生異常改變，且H3K4me2低表達(dá)與結(jié)直腸癌的不良預(yù)后相關(guān)。Kryc?zek等[44]發(fā)現(xiàn)H3K79me2的高表達(dá)可作為結(jié)直腸癌患者生存率低的預(yù)測因子。Benard等[45]的研究發(fā)現(xiàn)，H3K56AC、H4K16AC等組蛋白修飾與結(jié)直腸癌患者的總生存率和復(fù)發(fā)率顯著相關(guān)，兩種標(biāo)志物均呈高表達(dá)的患者顯示出更高的生存率和更低的腫瘤復(fù)發(fā)率。

3 小結(jié)與展望

表觀遺傳學(xué)中的DNA甲基化、非編碼RNA調(diào)控與組蛋白修飾的改變可作為結(jié)直腸癌診斷、治療反應(yīng)評估和預(yù)后評估的生物標(biāo)志物。早發(fā)現(xiàn)、早治療是延長結(jié)直腸癌患者生存期的有效手段，表觀遺傳學(xué)改變可為結(jié)直腸癌的早期診斷提供新思路。同時，表觀遺傳標(biāo)志物還能夠?qū)颊叩闹委煼磻?yīng)及預(yù)后進(jìn)行評估，目前已有相關(guān)藥物進(jìn)入臨床Ⅰ/Ⅱ期試驗，如表觀遺傳修飾劑派姆單抗聯(lián)合組蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase，HDAC）抑制劑恩替諾特在結(jié)直腸癌患者中的安全性和耐受性研究正在進(jìn)行臨床Ⅱ期試驗，有望開發(fā)出更多的結(jié)直腸癌治療靶點(diǎn)[46]。相信隨著表觀遺傳學(xué)機(jī)制與結(jié)直腸癌關(guān)系的進(jìn)一步闡明，表觀遺傳標(biāo)志物將為結(jié)直腸癌的診斷和治療提供新的契機(jī)。

利益沖突聲明 全體作者均聲明不存在與本文相關(guān)的利益沖突。