DNA甲基化與食管癌的發生和發展

鄭天亮，董　巖　綜述，趙亞力　審校

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綜述

DNA甲基化與食管癌的發生和發展

鄭天亮1，董巖2綜述，趙亞力3審校

表觀遺傳學；DNA甲基化；食管癌；分子標志物

食管癌是全球第8位常見惡性腫瘤，且死亡率居第6位[1]。食管癌的主要組織類型分為食管鱗狀細胞癌(食管鱗癌)和食管腺癌[2]。在西方國家食管腺癌發病率逐漸增高；亞洲食管癌的主要類型是食管鱗癌，約占食管癌的90%。食管癌的分布呈現地域性[3, 4]。盡管多種治療方案的聯合治療可改善食管癌的治療效果，但其預后仍然很差[2]。食管癌的發生發展與遺傳學(基因突變、雜合子缺失和染色體重塑等)及表觀遺傳學(DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA等)的改變相關[1, 5]。DNA甲基化是表觀遺傳學的主要形式，并與食管癌發生發展密切相關[6-8]。為此，筆者主要對食管癌的發生發展過程中，腫瘤抑制基因甲基化的改變進行綜述。

1　DNA甲基化

在真核生物基因組中，CpG雙核苷酸的胞嘧啶的5′位置為DNA發生甲基化的位點，這種修飾對于基因的表達具有重要的調控作用[9]。 DNA甲基化的發生依賴于DNA甲基轉移酶(DNA methyltransferases， DNMTs)。現已發現4種DNMTs，根據結構以及功能差異分為兩大類：DNMT1和DNMT3。前者主要參與甲基化狀態的維持，也是非CpG位點從頭甲基化所必需，并與甲基化狀態的延伸有關；后者包括 DNMT3a、DNMT3b和DNMT3L等。DNMT3a、DNMT3b和DNMT3L是主要從頭甲基化酶，而Dnmt2 的功能從屬尚不十分明確[10]。DNA甲基化的發生原理，在DNA甲基轉移酶的作用下，S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosylmethionine，SAM)轉移到CpG島的胞嘧啶核苷酸5′位置形成5-甲基胞嘧啶[11]。在人類腫瘤中，啟動子區高甲基化作為腫瘤抑制基因失活的機制已經被廣泛接受，甲基化的腫瘤抑制基因參與食管癌的發展過程，例如細胞周期調控、DNA修復、凋亡、轉錄調控、腫瘤代謝和抗藥性、血管新生以及細胞黏附等重要的過程[12]。

2　食管腺癌與甲基化失活的基因

原發性食管腺癌的發生大部分源于Barrett食管，然而僅有少于5%的食管腺癌患者伴有Barrett化生，90%～95%的Barrett食管不會發展為腫瘤[4,13,14]。下一步研究，主要是去尋找能夠區分檢測Barrett食管和早期食管腺癌的穩定的分子標志物。

2.1腫瘤抑制基因CDKN2A (p16INK4a)位于9號染色體短臂2區1亞帶。在食管腺癌和Barrett食管中p16基因發生異常甲基化，然而這個位置發生的雜合性缺失也被普遍認為是p16失活的主要機制[3]。Eads 等[15]運用甲基化特異性PCR的技術分析了51位Barrett食管或食管腺癌患者的104個組織樣本中基因的甲基化情況。結果顯示，進展期患者比非進展期患者甲基化率顯著增高。許多研究表明p16基因的甲基化出現在組織化生-不典型增生-癌癥的連續過程中，并且在BE患者中有3%～77%的患者發現其啟動子區的甲基化情況[5, 15]。這些結果表明，對于BE患者診斷的非侵襲性測定中，p16基因的甲基化具有作為重要的分子標志物的潛力。在患有BE或食管腺癌的6例食管切除術樣本中還檢測了APC、ESR1、CDH1基因的甲基化狀態。結果發現，APC、ESR1基因在BE、伴有壞死BE、和食管腺癌患者中發生頻繁的甲基化，然而CDH1在所有的樣本中都沒有發生甲基化的現象[15]。這些結果表明基因異常甲基化的發生是一個連續過程。另外，對于APC、CDH1基因甲基化狀態的研究顯示，52例食管腺癌患者樣本中有48例，APC基因發生了甲基化；同時34例的BE樣本中有17例發生了甲基化，甲基化率分別為92%和39.5%。血液中APC基因的高甲基化會導致低的生存率[16]。

2.2DNA甲基化改變DNA甲基化改變與化生-增生-腫瘤的發展過程相關，大多數的患者在食管腺癌發生的早期出現DNA甲基化的改變，因此，甲基化改變可以作為早期診斷的標志物。除此，DNA甲基化能夠作為Barrett食管發展成癌癥的預測因子[17]。REPRIMO基因，可以調節p53介導的細胞周期阻滯。通過對175例內鏡活檢樣本的檢測，發現在13%的食管鱗癌、36%的BE、64%的HGD (BE with high-grade dysplasia)和63%的食管腺癌樣本中發生甲基化情況，這些結果顯示其可能作為一個重要的早期食管腺癌檢測的分子標志物。另外像GPX3、GPX7、GSTM2和SOCS-1基因在食管腺癌中也發生了甲基化情況。這些結果為食管腺癌的分子機制研究提供了新的方向[4]。

3　食管鱗癌與甲基化失活的基因

許多基因在食管鱗癌中發生甲基化，這些基因具有作為早期診斷標志物的潛力。腫瘤抑制基因HIN-1，在乳腺、肺、胰腺、前列腺等上皮組織中高表達。在這些組織發生惡性轉變的早期，HIN-1基因表達常常發生沉默。一項HIN-1基因甲基化在食管鱗癌中的研究發現，在正常黏膜組織中HIN-1基因甲基化率為0 (n=17)；Ⅰ期病變中甲基化率為31%(n=39)；Ⅱ期病變中甲基化率為33%(n=12)；Ⅲ期病變中甲基化率為44%(n=9)；原發癌組織中甲基化率為50%。在食管鱗癌的發展過程中HIN-1基因啟動子區高甲基化隨著腫瘤惡性程度加深，其甲基化狀態越加明顯[18]。除此，SRY-box containing gene17(SOX17)基因，TFPI-2基因的甲基化發生率也隨著食管癌的遞進發展而逐漸增高[1, 8]。此外，還有一些基因的甲基化可以在食管鱗癌患者的血清或血漿中檢測到。EPB41L3, GPX3 and COL14A1在食管鱗癌患者血漿中的甲基化發生率高于30%，而在健康人的血漿中未檢測到甲基化[19]。

4　DNA甲基化可作為食管鱗癌治療的靶點

DNA甲基化具有可逆性，因此通過一定方法使得表觀遺傳導致的表達改變的基因恢復表達，為腫瘤治療和預防提供了新的方向。DNA甲基化需要DNA甲基轉移酶DNMTs(DNMT1, DNMT3A, 和 DNMT3B)參與。因此，針對DNMT蛋白表達的抑制劑，可以使表達沉默的基因得到恢復，進而抑制腫瘤細胞增殖，促進凋亡，增加化療的敏感程度。阿扎胞苷被美國食品藥品監督管理局批準，成為最早進入臨床應用的DNA 甲基轉移酶抑制藥，隨后，地西他濱(5-氮雜-2′-脫氧胞苷)也被美國食品藥品監督管理局認證并已用于臨床治療[20, 21]。體外實驗發現5-氮雜-2′-脫氧胞苷處理食管鱗癌細胞系能夠恢復抑癌基因RUNX3的表達并提高細胞系對輻射治療的敏感性[22]。盡管DNA甲基轉移酶抑制藥在表觀遺傳治療方面發揮重要作用，不過，還沒有評價這些藥物對食管鱗癌治療效果的報道。

5　DNA甲基化與食管癌預后的關系

現在食管癌預后的指標多數參照手術治療后的腫瘤分期、組織類型、殘留病灶等臨床因素。雖然這些因素可以很好預測患者的預后，但是對于患者的無病或整體生存率的預測還不是很準確。為了提高對預后預測的精準性，最近的一些研究將關注點放在了遺傳學和表觀遺傳學的方面。抑癌基因的啟動子區異常甲基化與食管癌的臨床分期及淋巴結的轉移相關，提示其可以作為預后的判斷指標。Brock等[23]在食管腺癌患者樣本中檢測了7個基因的甲基化的改變(APC、CDH1，ER，DAPK，MGMT，TIMP-3，P16)。結果顯示，發生甲基化改變的患者2年的生存率和無復發生存率都較未發生甲基化的患者低50%。Lee 等[24]發現p14，CADM1，DCC三個基因的非甲基化的臨床Ⅰ期患者的五年無病生存率是p14，DCC和/或CADM1基因發生高甲基化的臨床Ⅰ期食管鱗癌患者的7.13倍。提示這些基因可以作為食管癌患者術后復發的預測指標。

綜上所述，頻繁發生啟動子區甲基化的基因具有作為食管癌分子標志物的潛力，如預后判斷癌癥預測等。目前基因組測序、基因芯片的技術用于分析正常食管組織，食管癌前病變及食管癌組織中多基因的甲基化譜的差異。進一步分析這些不同組織中發生甲基化基因的差異，大樣本及多中心的研究將為這些分子標志物的臨床應用提供更可靠的信息。研發多基因的甲基化綜合檢測的方法為DNA甲基化檢測用于食管癌的早期診斷及預后評估提供更可靠的依據。另外，目前去甲基化藥物的細胞毒性是其應用于臨床的限制因素。因此，無毒性的DNA去甲基化的天然藥物亟需開發單獨或與傳統的治療方法結合用于食管癌的治療。

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(2015-06-11收稿2015-09-18修回)

(責任編輯郭青)

鄭天亮，本科學歷，主管技師。

1.100089北京，武警總部機關門診部醫技藥械科；2.100853北京，解放軍醫學院基礎醫學研究所；3.572013三亞，解放軍總醫院海南分院中心實驗室

董巖，E-mail: Wjztl_ys@163.com

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