表观遗传学中DNA甲基化与结直肠癌关系的研究进展

2013-08-15陈红兵吕忠船

中国卫生产业 2013年21期

陈红兵吕忠船

青岛大学医学院附属烟台毓璜顶医院胃肠外一科，山东烟台 264000

随着现代社会生活水平和饮食习惯的改变，结直肠癌的发病率和死亡率逐年升高，严重威胁着人们的生活质量，不仅带给人们生理上的痛苦，也带给社会不少恐慌。有报道显示：结直肠癌是发病率较高的消化道恶性肿瘤，在西方发达国家恶性肿瘤发病率中，其发病率位居第二，在我国其发病率位于第三，死亡率位于第五[1]。究其原因主要是无法对其进行早期诊断、早期治疗。但是近几年来随着科学的不断发展，发现在肿瘤的发生和发展中存在着DNA甲基化水平和模式的改变，DNA甲基化异常可通过影响染色质结构及癌基因和抑癌基因的表达而参与肿瘤的形成。因此，通过对这些特异性的异常DNA甲基化的检测，可对结直肠癌进行早期诊断，因为其是结直肠癌早期诊断的重要指标之一。

1 表观遗传学分子机制与结直肠癌

表观遗传学改变是指在并非基因序列的变化而形成的基因水平改变，与遗传学成相对应的概念。主要涉及DNA甲基化、组蛋白翻译后修饰。

1.1 结直肠癌中异常DNA甲基化

DNA甲基化是指在DNA的胞嘧啶在DNA甲基转移酶的催化作用下，在第五位碳原子上加上甲基，生成5-甲基胞嘧啶，甲基位点随着基因复制翻译，最终引起基因表达异常，甚至导致基因失活。DNA甲基化常分为局部局部启动子特殊区的高甲基化和全基因组的低甲基化[2]，均发生在肿瘤发生的早期，也可同时发生于同一个肿瘤。在结直肠癌中，这两种DNA甲基化在基因不稳定性产生过程中起着重要作用。

1.1.1 结直肠癌与低甲基化全基因低甲基化可发生在结肠癌的癌前病变早期，其作用主要与细胞生长分裂有密切关系，能起到调控细胞增殖分化的功效，全基因低甲基化会激活细胞表达，引起细胞过度表达增殖分化。同时，低甲基化可诱导原癌基因激活，使原癌基因c-myc活化，导致核型不稳定，最终参与肿瘤形成。

1.1.2 结直肠癌与高甲基化环氧化酶-2基因是区域性高甲基化发生的特定区域，一般为跨越管家基因和肿瘤抑制基因启动子CpG的岛区，其在一般情况下，多数基因组织不表达，其过度表达与抑制凋亡、促进增殖和肿瘤的发生有密切关系。目前已经鉴定出的在不同肿瘤中易发生高甲基化的基因包括参与细胞周期调控信号转导通路，DNA错配修复、凋亡，血管生成抑制，耐药性形成，肿瘤转移及浸润等基因[3]。

1.2 结直肠癌中甲基化异常的基因

1.2.1 p16 基因是一个重要的细胞周期负调控基因，研究发现该基因在多种肿瘤中丢失，其中包括结直肠癌，是一种广谱的癌特异性甲基化基因。低分化癌、右半结肠癌与过度甲基化的p16基因相关，在临床上把该基因的缺失作为早期结直肠癌预测指标之一，常选的无创筛选手段为大便中或外周血中检测p16基因。

1.2.2 INGl 基因具有抑制细胞生长、参与细胞衰老调控、促进凋亡等作用。INGl基因的异常可间接导致肿瘤的淋巴结转移、远处转移和分化。韦建宝等发现INGl基因的突变和杂合性缺失等异常改变在结直肠癌组织中极为少见，这样的话就表明并不是INGl基因直接参与肿瘤的发病机制，最后结果显示INGl基因在结直肠癌中发病的机制为INGl基因甲基化表达水平的降低[4]。

1.2.3 APC 基因的突变或蛋白异常与大多数结直肠肿瘤发生有关。唐卫中等研究发现结直肠癌组织中APC mRNA及蛋白表达明显降低，分析APC基因甲基化表明，APC启动子甲基化在结直肠肝癌的发生率明显高于其他病例，差异有统计学意义（P＜0.05）。同时在疾病发展的各个不同阶段，蛋白表达情况也不相同，呈负相关关系。提示APC基因是通过抑制蛋白的表达来参与结直肠癌的发展过程的，在该过程中APC基因的高甲基化是频发事件。

1.2.4 CIMP 基因仅在结直肠肿瘤中发生甲基化。许多结直肠癌中存在高甲基化聚集现象即CIMP。蔡国响等发现CIMP基因甲基化导致的结直肠癌具有以下特点：多发生在右半结肠，而且多为低分化改变，并且易发生淋巴结转移和分期较晚等。

2 表观遗传学在结直肠癌中的应用

2.1 结直肠癌的早期诊断

早期诊断结直肠癌可以对患者进行早期治疗，这样可以明显改善患者的临床治疗效果，改善患者的预后。近几年研究表明发生癌变大部分是基因表达异常，而异常常表现为基因机制异常和表基因机制异常，检测这些基因异常可预测或早期诊断恶性肿瘤，尤其是异常的基因启动子甲基化多用于肿瘤早期的诊断。DNA甲基化可以早期发现有癌变倾向的细胞，并可以做出诊断，因为在许多恶性肿瘤发生的过程中发现基因甲基化改变可能发生在细胞恶变之前。美国癌症协会推荐了一种三合一的早期发现方法，即为大便潜血试验、直肠乙状结肠镜检以及直肠指诊。发现高度可疑者，要做外周血或大便中基因检测，一经发现甲基化的基因启动子，可为临床诊断提供依据。

2.2 DNA甲基化的检测方法

检测DNA甲基化主要有两个实验：一个是用亚硫酸氢钠处理DNA来评价基因甲基化，该方法是评价基因甲基化的金标准。其原理主要是甲基化的胞嘧啶在亚硫酸氢钠的作用下回转化为尿嘧啶，而没有甲基化的胞嘧啶不会发生此改变。另一种是用甲基化敏感的DNA限制性内切酶来判断该基因是否甲基化。主要原理是对甲基化敏感的DNA限制性内切酶能作用于甲基化的CpG点，进而将该该段DNA剪切，将其片段放于琼脂胶上，用靶序列的探针进行杂交，显影观察DNA片段的大小，评定是否在预期范围内，进而判断该基因的甲基化情况[5]。

2.3 结直肠癌的早期治疗

由于表观遗传学是可逆的，与正常的遗传学不同，因此，科学上可以考虑通过纠正表观遗传对肿瘤的进行治疗，这样就为肿瘤治疗方面提供了一个新的方向和途径，使其成为一个潜在的肿瘤治疗靶点。有研究显示对肿瘤治疗有效的药物治疗主要是DNA甲基化转移酶制剂（5-FU）和组蛋白去乙酰化酶抑制剂（HDACS），DNA甲基化转移酶制剂（5-FU）为基础化疗药，能增加患者的生存时间，但由于缺乏特异性以及不了解其毒副作用，需要进一步客观分析该药物的功效。此外，组蛋白去乙酰化酶抑制剂与DNA甲基化转移酶制剂联合应用，有协同作用，也会减低5-FU的毒副作用，说明表观遗传学引起的基因功能异常存在多种相互作用机制。