DNA甲基化标志物的无创性检测在肺癌早期诊断中的应用

周晓萌 黄家强

(北京交通大学 北京 100044)

1 背景

肺癌已成为危害人类生命健康的一种主要疾病,且发病率呈逐年上升趋势。肺癌患者5年生存率仅有15%。灵敏特异的无创性早期筛查手段有助于提高癌症患者的生存率。近年来的研究呈现愈加繁杂的候选分子遗传和表观遗传标志物及其组合,为肺癌的早期诊断提供了新的契机与挑战[1]。理想的早期诊断标志物应具有较高的组织特异性。而理想的早期诊断应是运用无创性方法取得标本,通过检测敏感且具有组织特异性的分子标志物,提示人体内早期可能存在的异常变化及潜在威胁。近年来DNA甲基化标志物在肺癌的早期诊断发挥越来越重要的作用,为发展无创性方法研究特异性肺癌早期标志物奠定了基础[1,2]。

2 肺癌早期的无创性检测

2.1 肺癌病人血液中DNA甲基化的检测

肿瘤细胞可释放DNA到血液循环系统内,在癌症病人血清和血浆内可以检测到异常的较高浓度的循环DNA[3]。Usadel H等通过比较研究发现,基因APC的启动子区DNA甲基化(以下简称DNA甲基化)在肺癌组织与对应 血清、血浆样本中具有相似的改变模式[4],提示血液样本内相关基因的表观遗传学的变化可作为肿瘤早期筛选的标志物。多项研究先后发现APC,AIM1,CDH1,CDH13,DAPK1,DCC,GSTP1,FHIT,MGMT,p16,RARβ2,RASSF1A和WIF1等基因在肺癌病人血液样本中呈现高DNA甲基化,而在良性肺疾病患者或健康人血清中则很少甚至检测不到[5-8]。但利用血液样本中单个基因DNA甲基化状态评估肺癌,存在着敏感性较低的问题,通过联合检测多个基因DNA甲基化状态即表观遗传标志物组合有望兼顾肺癌早期诊断的敏感性和特异性[6-8]。如肺癌病人血清内单基因DCC的DNA甲基化用于肺癌检测,虽特异性高达100%,但敏感性仅有35.5%,而通过联合评估5个基因APC,CDH1,MGMT,RASSF1A和AIM1的甲基化状态,可使检测肺癌的敏感性提高到75%,特异性也可达到73%[7]。

目前鉴定血液中DNA甲基化作为检测早期肺癌的标志物亟待解决两个关键问题。首先是能否有效收集到肺癌发生早期过程中血液循环DNA并检测相关DNA甲基化变化。其次是待检基因的组织特异性,因为血液标本不具有器官特异性,在血液中检测出的DNA甲基化变化可能源于某个或多个组织,如在肺癌患者血液中检测到基因APC和RUNX3 DNA甲基化变化,也可在其它癌症中同时检测到[4,9]。近年来组织特异差异甲基化区域(tissue-specific differentially methylated regions, T-DMRs)在决定基因特异性表达、细胞分化、个体发育中的调控作用逐渐引起关注[10,11],T-DMRs的异常可能导致肿瘤相关基因的异常表达并可能呈现基因特异性,为解决DNA基因甲基化作为早期诊断标志物的组织特异性问题提供了有利线索。

2.2 肺癌病人痰液中DNA甲基化的检测

许多吸烟者和既往吸烟者支气管分泌物增加,产生的痰液含有来自下呼吸道内的脱落细胞,这使得痰液分子与细胞学发展成为生物标志物研究的活跃领域之一[12]。如研究发现在肺癌病人痰液样本和组织样本内均可检测出基因p16异常高DNA甲基化,而在良性肺疾病患者或无癌健康人痰液样本内均未检出[13]。虽然多项研究均报道多种肿瘤都伴有p16高DNA甲基化现象,但联合检测评估多个基因DNA甲基化同样的有利兼顾肺癌诊断的灵敏性和特异性。如以p16、MGMT、DAPK、RASSF1A、PAX5和GATA5这6个基因DNA甲基化作为评价指标,其中3个基因DNA甲基化阳性的病患发生肺癌的风险增加6.5倍,用于高风险人群的肺癌发病率验证性筛查的敏感性和特异性达到65%[13]。

痰液作为肺癌的筛选工具有以下优势:首先是痰液易于通过无创性方法获得,其次痰液内含有来自肺和下呼吸道的细胞,具有较高的肺组织特异性。然而不足之处就是痰液中的细胞主要来自肺中心部位,因此可能不适合检测发生在肺周围的腺癌,而对于发生在肺中心部位的鳞癌可能会有更高的诊断价值。

2.3 前景

DNA甲基化已成为癌症早期诊断和预后的分子标志物。通过人体体液无创性检测肺癌内异常DNA甲基化,有望成为一种优于其它检测方法的肺癌早期筛查手段,但是挑战依然存在。首先是由于受试对象年龄,性别,吸烟史,所处的病理阶段等的不同,研究者在不同群体所得到的甲基化率差异很大,需要建立系统完善的临床调查体系,规范标本及临床信息收集与样本检测;其次是尝试用于肺癌早期诊断的基因DNA甲基化的改变无法确定肺组织特异性甚至相关性,采用大规模临床标本的进一步筛查验证,存在时效与准确性诸多问题;最后DNA甲基化尤其是T-DMRs调控基因的细胞组织特异性及其与肺癌特异的相关性研究甚少,系统比较正常与肺癌组织中T-DMRs,可能有助于克服上述存在的时效与准确性等问题。

目前随着高通量测序及微量检测技术的发展,使得系统绘制各种肿瘤的全基因组比较甲基化图谱成为可能。组织,器官和个体特异性的甲基化标志物有望被鉴定出来用于肺癌的早期诊断试剂盒的开发。最近一项研究表明,RASSF1A基因DNA甲基化用于肺癌病人痰液样本检测,敏感性达45%,结合细胞学诊断 则可提高到52%,而且保持相似的特异性(94%)[14],提示通过充分结合肺癌早期病理变化特点与体液标本的来源,优化匹配相应的甲基化标志物组合,有助于提高肺癌早期诊断的特异性与敏感性,为表观遗传学应用于肺癌的精准医疗提供强有力工具。

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