BLU基因異常甲基化與腫瘤研究進(jìn)展

但良英 綜述，向廷秀 審校

（重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院分子腫瘤及表觀遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)室 400016）

腫瘤是危害人類健康的最大殺手，腫瘤的發(fā)病率近年來(lái)呈上升趨勢(shì)，死于腫瘤的人數(shù)逐年增加。腫瘤的發(fā)生、發(fā)展不僅取決于遺傳因素，同時(shí)也受到表觀遺傳修飾的影響。表觀遺傳通過(guò)啟動(dòng)子甲基化、組蛋白去乙酰化及非編碼RNA等調(diào)控方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控，意味著異常的表觀遺傳修飾可能會(huì)參與腫瘤發(fā)生。腫瘤表觀遺傳學(xué)機(jī)制貫穿腫瘤發(fā)生、發(fā)展的整個(gè)過(guò)程，并具有廣泛性和一定的組織特異性，因此，對(duì)腫瘤的表觀遺傳學(xué)進(jìn)行深入的研究對(duì)腫瘤的臨床診斷、治療和預(yù)防都具有重要的指導(dǎo)意義。而啟動(dòng)子的異常甲基化是表觀遺傳修飾中最明確，也是研究最多的。

1 BLU基因的生物學(xué)特征

BLU基因位于染色體3p21.3，此區(qū)域含有較多的抑癌基因，如 RASSF1A、SEMA3B、FUS2、HYAL1 及 FUS1 等［1－6］。BLU基因全長(zhǎng)約4.5kb，該基因序列含有11或者12個(gè)外顯子，由于選擇性剪切有2種不同轉(zhuǎn)錄本，分別為1 725bp（U70880）和1 739bp（U70824）。BLU蛋白被認(rèn)為是細(xì)胞質(zhì)中一種可溶性的胞漿蛋白，在其羧基端的第394～430位氨基酸處有一DNA結(jié)合功能域——MYND結(jié)構(gòu)功能域。該功能域包含由重復(fù)Cys和His殘基組成的鋅指基序，此基序參與許多重要的、特異的蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用，而這些蛋白質(zhì)分別在轉(zhuǎn)錄抑制、病毒癌蛋白結(jié)合、腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)抑制以及細(xì)胞周期負(fù)調(diào)控等方面發(fā)揮著重要作用［7－8］。

2 BLU基因?qū)δ[瘤生長(zhǎng)的作用

BLU基因起初被鑒定為肺癌的一種候選腫瘤抑制基因（tumor suppressor gene，TSG）。研究發(fā)現(xiàn)它在肺癌細(xì)胞系中出現(xiàn)高頻率的表達(dá)下調(diào)或缺失，而B(niǎo)LU基因點(diǎn)突變率低，突變率低于10%（3／61），提示可能存在點(diǎn)突變之外的其他失活方式［5］。隨后 Agathanggelou等［9］和 Balch等［10］研究發(fā)現(xiàn)肺癌、乳腺癌、腎癌、神經(jīng)母細(xì)胞瘤、鼻咽癌和卵巢癌的癌細(xì)胞株中BLU基因啟動(dòng)子區(qū)域高甲基化、轉(zhuǎn)錄下調(diào)或缺失，且啟動(dòng)子高甲基化與轉(zhuǎn)錄水平降低顯著相關(guān)，該基因的外源性表達(dá)能有效抑制非小細(xì)胞肺癌和神經(jīng)母細(xì)胞瘤的克隆形成，由此推測(cè)BLU基因可能是多種腫瘤的候選TSG。2006年Yau等［11］研究證實(shí)，在裸鼠中穩(wěn)定轉(zhuǎn)染BLU基因能抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)，而下調(diào)BLU基因表達(dá)可恢復(fù)腫瘤的形成能力，首次證實(shí)了BLU基因在體內(nèi)能功能性抑制腫瘤的形成。

3 BLU基因啟動(dòng)子在多種腫瘤中的異常甲基化

腫瘤的發(fā)生、發(fā)展受遺傳學(xué)及表觀遺傳學(xué)機(jī)制的共同調(diào)控，表觀遺傳修飾改變與傳統(tǒng)遺傳改變的不同在于它是漸變，而非突變，它能夠影響基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯，而DNA結(jié)構(gòu)卻不發(fā)生改變。其中DNA甲基化則是目前最明確的表觀遺傳學(xué)機(jī)制，是DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNA methyltransferase，DNMT）的催化下，由S－腺苷甲硫氨酸提供甲基團(tuán)，將胞嘧啶核苷酸的嘧啶環(huán)第5位碳原子甲基化，并與其3′端的鳥(niǎo)嘌呤形成甲基化的CpG，它并不改變基因的堿基序列，而是通過(guò)調(diào)控基因的表達(dá)影響細(xì)胞的功能，與基因沉默、X染色體失活、基因組印記、RNA干擾（RNA interference，RNAi）以及腫瘤的發(fā)生、發(fā)展等多個(gè)生物事件密切相關(guān)。因此，DNA甲基化能關(guān)閉某些基因的活性，使基因沉默，而去甲基化則誘導(dǎo)了失活基因重新活化和表達(dá)，啟動(dòng)子區(qū)CpG島高度甲基化已被確定為基因轉(zhuǎn)錄失活的一種重要機(jī)制［12］。

近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，在食管癌、宮頸癌、肺癌、鼻咽癌等多種類型腫瘤中存在BLU基因啟動(dòng)子區(qū)CpG島高甲基化改變和轉(zhuǎn)錄表達(dá)異常下調(diào)。Yi等［13］通過(guò)實(shí)時(shí)聚合酶鏈反應(yīng)（real time－polymerase chain reaction，RT－PCR）、甲基化特異多聚酶鏈反應(yīng)（methylation－specific－PCR，MSP）在食管鱗狀細(xì)胞癌組織和癌細(xì)胞株中發(fā)現(xiàn)BLU基因頻繁的表達(dá)異常下調(diào)和啟動(dòng)子高甲基化，且甲基化改變與轉(zhuǎn)錄抑制顯著相關(guān)；體外實(shí)驗(yàn)顯示，僅外源性BLU蛋白表達(dá)尚不能有效抑制裸鼠的腫瘤生長(zhǎng)，進(jìn)一步研究與BLU發(fā)生相互作用的蛋白將有助于揭示其在食管鱗狀細(xì)胞癌發(fā)生、發(fā)展中的具體作用。在宮頸癌研究中，Lai等［14］選用45例低度鱗狀上皮內(nèi)病變、63例高度鱗狀上皮內(nèi)病變、107例鱗狀上皮細(xì)胞癌、23例腺癌和44例正常組織作為研究對(duì)象，研究發(fā)現(xiàn)BLU基因啟動(dòng)子區(qū)域CpG島發(fā)生高甲基化改變，其中，在鱗狀細(xì)胞癌組織中基因甲基化率為76.9%，腺癌中甲基化率為43.5%，而正常組織中罕見(jiàn)BLU基因的甲基化，且隨著病變組織病理分期，甲基化率有升高的趨勢(shì)（P＝0.08）。同時(shí)證實(shí)在高度鱗狀上皮內(nèi)病變和低度鱗狀上皮內(nèi)病變組織中基因甲基化率分別為57.4%、20.0%，表明BLU基因啟動(dòng)子高甲基化可能參與了宮頸癌發(fā)生的早期階段，由此推測(cè)，BLU基因的高度甲基化為以后宮頸癌臨床分子篩選發(fā)揮極其重要的作用。Marsit等［15］和Seng等［16］先后利用MSP方法檢測(cè)非小細(xì)胞肺癌中染色體3P區(qū)域內(nèi)候選基因啟動(dòng)子甲基化狀態(tài)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)癌組織中BLU基因啟動(dòng)子異常甲基化率分別為43%（68／160）、35.6%（85／239），說(shuō)明 BLU 基因是肺癌甲基化譜成員之一。BLU基因也是一重要的與鼻咽部腫瘤密切相關(guān)的抑癌基因。Liu等［17］研究發(fā)現(xiàn)，BLU基因在78%（28／36）的原發(fā)性鼻咽癌中表達(dá)下調(diào)或缺失，在100%（5／5）的鼻咽癌細(xì)胞株中轉(zhuǎn)錄缺失，在100%（15／15）的非癌性鼻炎上皮細(xì)胞中表達(dá)；而在45例原發(fā)鼻咽癌及5株鼻咽癌細(xì)胞株中均未發(fā)現(xiàn)BLU基因的致病性突變，進(jìn)一步利用甲基化特異性PCR分析顯示，74%（17／23）原發(fā)性鼻咽癌BLU基因啟動(dòng)子甲基化，而在9例非癌性鼻咽上皮細(xì)胞中只有2例甲基化。說(shuō)明BLU基因失活與其啟動(dòng)子甲基化密切相關(guān)，由此推測(cè)在鼻咽癌進(jìn)展中BLU基因可能是一個(gè)重要的候選基因。Qiu等［18］和Ayadi等［19］先后在亞洲、非洲鼻咽癌人群中發(fā)現(xiàn)BLU基因甲基化頻率分別為66%（19／29）和15／44（34.1%），Ayadi等還證實(shí)BLU基因啟動(dòng)子的高甲基化與腫瘤的未分化組織類型顯著相關(guān)（P＝0.03）。同樣在彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤中也發(fā)現(xiàn)BLU基因存在異常甲基化，甲基化率為15%（7／46）［20］。最近研究發(fā)現(xiàn)在腦膠質(zhì)細(xì)胞瘤、膽囊癌、胃癌、結(jié)腸癌及胰腺癌中BLU基因也有異常甲基化，甲基化頻率高達(dá)26%～57%［21－22］。在神經(jīng)母細(xì)胞瘤研究中發(fā)現(xiàn)BLU基因CpG島甲基化表型在預(yù)后方面是一個(gè)強(qiáng)有力的決定因素，具有CpG島甲基化表型的神經(jīng)母細(xì)胞瘤患者預(yù)后更差［23］。綜上所述，BLU基因啟動(dòng)子甲基化及表達(dá)失活在多種腫瘤中可見(jiàn)，見(jiàn)表1，它是多種腫瘤的甲基化譜成員之一，與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展關(guān)系密切。

表1 BLU基因在各種腫瘤中的甲基化及表達(dá)情況

研究證實(shí)RASSF1A基因是與BLU位于同一染色體3p21.3區(qū)域的另一個(gè)TSG，現(xiàn)已被確立是多種常見(jiàn)腫瘤甲基化 譜的重 要 成 員 之 一［1，14，30－31］。BLU 基 因 和RASSF1A 基 因雖然是位于同一區(qū)域的2個(gè)相鄰基因，Agathanggelou等［9］研究發(fā)現(xiàn)，在鼻咽癌和小細(xì)胞性肺癌組織中BLU基因和RASSF1A基因均表現(xiàn)出較高頻率的啟動(dòng)子甲基化，但是兩基因甲基化狀態(tài)之間并無(wú)相關(guān)性，由此認(rèn)為BLU基因啟動(dòng)子高甲基化可能是一類獨(dú)立事件，并不是染色體3p21.3區(qū)域甲基化的結(jié)果。后來(lái)在腦膠質(zhì)瘤、子宮內(nèi)膜癌等腫瘤研究中也證實(shí)了這一點(diǎn)［1，29］。

4 BLU基因的甲基化在腫瘤的早期診斷、治療及預(yù)后方面的意義

腫瘤的發(fā)生、發(fā)展是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程，目前診斷主要依靠臨床表現(xiàn)、影像學(xué)以及組織病理異常改變等，但是上述改變多數(shù)只能在腫瘤的晚期才能表現(xiàn)出來(lái)，因而目前對(duì)于腫瘤的早期診斷比較困難。而甲基化狀態(tài)的改變通常出現(xiàn)在惡性病變前，尤其是抑癌基因啟動(dòng)子高甲基化是腫瘤發(fā)生的早期事件，因此其可能在腫瘤早期診斷中具有更大的價(jià)值。大多數(shù)腫瘤都有多個(gè)獨(dú)立的啟動(dòng)子甲基化事件，因而建立合理的多指標(biāo)甲基化圖譜能為腫瘤早期診斷、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估以及腫瘤預(yù)后提供有用的信息。而通過(guò)對(duì)各種腫瘤的CpG島甲基化研究，人們發(fā)現(xiàn)CpG島甲基化譜具有腫瘤組織特異性，可作為腫瘤患者的早期診斷指標(biāo)。BLU基因啟動(dòng)子異常甲基化在多種腫瘤中被發(fā)現(xiàn)，其是否可以作為一個(gè)表觀遺傳標(biāo)志物用于腫瘤的早期診斷尚需進(jìn)一步的研究。Hsu等［24］在非小細(xì)胞肺癌組織及相應(yīng)肺癌患者血清標(biāo)本中檢測(cè)BLU基因啟動(dòng)子甲基化率分別為36%、31%，一致性高達(dá)86%；而在非腫瘤個(gè)體血漿中BLU基因DNA甲基化率為13%，由此推測(cè)血漿中表觀遺傳學(xué)標(biāo)記可用于肺癌的檢測(cè)。另外，Michalowski等［27］近期在神經(jīng)母細(xì)胞瘤研究中發(fā)現(xiàn)1、2、4s期的腫瘤較3、4期甲基化頻率低（P＝0.01），說(shuō)明腫瘤的分期與基因啟動(dòng)子甲基化頻率密切相關(guān)，而腫瘤臨床分期與預(yù)后息息相關(guān)。

近年腫瘤的基因治療是治療腫瘤的新途徑，其目的是使腫瘤細(xì)胞表型恢復(fù)正常化。抑癌基因BLU啟動(dòng)子區(qū)CpG島異常甲基化關(guān)閉了BLU基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)，導(dǎo)致基因表達(dá)沉默，使細(xì)胞增殖周期失調(diào)，在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn)這一基因沉默過(guò)程是一個(gè)可逆的表觀遺傳學(xué)基因修飾過(guò)程，TSG CpG島甲基化使正常細(xì)胞惡變，而去甲基化可直接恢復(fù)抑癌基因功能，從而抑制腫瘤的生長(zhǎng)。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，在鼻咽癌的細(xì)胞株中，BLU基因啟動(dòng)子能在藥物5－氮雜－2′－脫氧胞苷刺激下被誘導(dǎo)去甲基化，使BLU基因重新表達(dá)，抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)，從而達(dá)到治療腫瘤的目的［18］，同樣在食管鱗狀細(xì)胞癌、子宮內(nèi)膜癌等腫瘤中也得到了相似結(jié)論［13，29］。這一結(jié)果提示這一基因的異常甲基化可作為多種腫瘤治療的靶點(diǎn)。

5 結(jié) 語(yǔ)

綜上可知，BLU基因是一個(gè)新的候選TSG，在多種常見(jiàn)腫瘤中發(fā)生啟動(dòng)子異常甲基化改變和表達(dá)失活。相信隨著表觀遺傳組學(xué)計(jì)劃的實(shí)施，正常組織和腫瘤組織基因組DNA甲基化圖譜的建立，進(jìn)一步分析BLU候選抑癌基因在各種腫瘤中的異常甲基化機(jī)制，對(duì)確定基因與腫瘤發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系有著重要的意義，也有助于推動(dòng)DNA甲基化標(biāo)志物的臨床應(yīng)用。

（志謝：衷心感謝香港中文大學(xué)醫(yī)學(xué)院華南腫瘤學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陶謙教授對(duì)表觀遺傳學(xué)方面的諸多幫助和指導(dǎo)。）

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