DNA甲基化与胃癌的研究进展

高　燕　姜相君



DNA甲基化与胃癌的研究进展

高燕姜相君

266000青岛市立医院消化内二科

摘要：DNA甲基化引起的基因表达沉默是导致胃癌发生的重要途径之一。过度甲基化可能是由于DNA甲基转移酶的过表达或是去甲基化活动的减弱所引起的，具体机制并未完全阐明。有研究发现，在胃癌组织中有许多基因启动子区发生了甲基化。此文对于近年来DNA甲基化与胃癌的研究进展作一综述。

关键词：胃癌；基因；DNA甲基化

胃癌是消化系统常见的恶性肿瘤之一，在中国其发病率和病死率较高，居男女恶性肿瘤相关死因的前5位[1]。DNA甲基化是一种常见的表观遗传学现象，它是指在DNA甲基转移酶(DNMT)的作用下，将甲基基团转移到CpG二核苷酸的第5位碳原子上形成5-甲基胞嘧啶的过程[2]。一般来说，甲基化是维持正常细胞染色体结构和功能所必需的，同时也是保证胚胎形成和胎儿发育所必需的。但这些甲基化功能的发挥可能受到干扰，因为基因启动子区CpG岛的胞苷-磷酸-鸟苷一般处于非甲基化状态。实际上，肿瘤相关基因的异常甲基化在肿瘤发生中扮演着重要的角色，常可导致抑癌基因表达沉默。

1启动子区甲基化介导的基因沉默机制

一般认为，肿瘤发生过程中启动子区的异常甲基化与DNMT的高表达有关。目前，已知的DNMT家族成员有3个，分别是DNMT1、DNMT3A和DNMT3B。DNMT1主要负责在DNA复制过程中维持甲基化模式。DNMT3A、DNMT3B的主要功能是使DNA从头甲基化，建立新的甲基化模式。启动子区甲基化导致转录抑制的机制主要为：(1)甲基化直接干扰了转录因子在启动子区的特异性结合位点；(2)甲基化CpG结合蛋白(MBP)可以激发甲基化DNA的抑制性潜能。实际上，经常可以观察到DNMT1在胃癌中的高度表达，它与过度的DNA甲基化显著相关[3-5]。并且，应用DNMT1抑制剂来抑制DNMT1的表达可以使甲基化的基因去甲基化，获得重新表达[6]，从而抑制肿瘤的进展。有临床病例相关分析数据表明，DNMT1的低表达与良好的预后及对化学治疗的反应性相关。

2胃癌中启动子区甲基化的基因

启动子区异常甲基化及其引起的基因表达沉默是近年来研究的热点。随着研究的深入，已发现在胃癌组织中有许多基因发生了甲基化。肿瘤相关基因表达的沉默被认为是肿瘤发生的重要途径之一，因此对启动子区甲基化基因进行分析可以作为肿瘤早期监测和预防的重要标志物。在众多甲基化的基因中，目前对p16、MLH1、E-钙黏附分子(E-cadherin)、RUNX3、APC、RASSF1A、DAPK基因进行了深入的研究。

2.1p16

p16基因是细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)的抑制剂，在许多肿瘤中可以检测到它的改变，在原发性胃癌中，p16基因缺失突变的发生并不常见。p16基因mRNA转录及蛋白表达的减少主要是启动子区基因甲基化所引起的，这种现象在胃癌中较常见[7]。在胃癌中，p16基因甲基化频率能达到30%～40%，p16基因的甲基化与肿瘤的低分化有关，而与患者的预后情况无关。尽管有研究表明p16基因的甲基化在肠型胃癌中更常见，但仍不确定是否与其组织学类型有关[8]。p16基因甲基化在正常胃黏膜及慢性胃炎中并不常见，并且其甲基化频率在腺瘤及肠化生中显著低于胃癌。因此，p16基因甲基化可能与胃癌癌前病变的恶性转化有关。

2.2MLH1

微卫星不稳定性(MSI)是人类肿瘤中的一个常见现象，主要是由于错配修复基因缺失引起的。在胃癌中，也能检测到MSI，但这并不是因为错配修复基因突变的原因。许多研究表明，胃癌中的MSI是由于MLH1基因的甲基化和异常表达造成的[9]。MLH1蛋白的缺失是胃癌发生的一个重大事件[10]。癌旁组织也会出现MLH1基因的甲基化，从癌前病变组织到肿瘤组织，其甲基化频率是增加的。这表明MLH1基因甲基化发生在胃癌的早期阶段，因此，没有足够证据表明单凭MLH1基因甲基化就可以作为判断胃癌预后的指标，但它可以用于胃癌的早期监测，是胃癌发展过程中的一个起始事件。

2.3E-cadherin

E-cadherin(CDH1)基因突变在胃癌中较常见，它是一个具有潜能的浸润/转移抑制基因，但是CDH1基因突变仅仅局限在未分化的弥散型胃癌，在其他组织学类型的胃癌中较少见，一些未发生突变的CDH1基因也出现了表达缺失，这可能与CDH1基因启动子区的甲基化有关[11]。CDH1基因的甲基化频率为40%～50%，在早期胃癌及晚期胃癌中的甲基化频率相似，在慢性胃炎、肠化生、胃腺瘤及胃癌中，其甲基化频率的差异较小。这些数据表明，CDH1基因启动子区甲基化导致的低表达，并不仅仅发生于晚期胃癌，而且在早期阶段也有发生。CDH1基因甲基化可以预测胃癌早期复发，并可判断胃癌预后[12]。

2.4RUNX3

RUNX3在胃上皮细胞增殖、分化、凋亡中发挥重要作用，是转化生长因子-β(TGF-β)信号转导通路中RUNT区域的一个转录因子。RUNX3基因很少发生突变，CpG岛的异常甲基化是RUNX3基因表达失活的主要原因。肿瘤组织胃上皮细胞RUNX3的甲基化频率在41%～70%，远高于其癌旁正常组织、胃炎、肠化生、异型增生及胃腺瘤组织，表明RUNX3可以作为胃癌诊断及评估恶性程度的一个分子标志物[13]。除此之外，它也可能成为判断胃癌预后的一个独立因素，有望成为胃癌治疗的新靶点。

2.5APC

尽管APC的基因突变及启动子区甲基化在结肠癌中均较常见，但在胃癌中却几乎没有APC基因突变[14]，而APC启动子区1A的甲基化在胃癌中较常见，甲基化频率为50%～85%。APC 1A在慢性胃炎、肠化生、胃腺瘤及胃癌中具有较高的、相似的甲基化频率，并且在胃正常组织及癌旁组织中也有较高的甲基化频率。而启动子区1B在胃癌及相应癌旁组织中均发现甲基化。因此，启动子区1A甲基化发挥的作用并无定论，因为同样的APC蛋白是由两个启动子区(1A和1B)的两个转录因子所编码的。

2.6DAPK

DAPK是一个丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，是凋亡的正性调节因子。在胃癌及癌旁组织中能检测到DAPK基因的高甲基化，DAPK基因甲基化的胃癌患者表现出不同的临床特点，他们对化学治疗的反应性远低于非甲基化患者[15]，且DAPK基因甲基化者的生存率也较差。

2.7RASSF1A

RASSF1A基因是ras相关区域家族的成员，作为抑癌基因，可通过抑制细胞周期蛋白D1(cyclin D1)的积累而使细胞周期停止。RASSF1A基因甲基化在包括胃癌的原发性肿瘤中较常见[16]。RASSF1A基因在胃癌中的甲基化频率为59%～67%，显著高于相应的癌旁组织。RASSF1A基因在慢性胃炎、肠化生、胃腺瘤中均未发生甲基化，表明RASSF1A基因甲基化可能是胃癌发生的一个晚期事件，可以作为诊断及预后判断的分子标志物。此外，RASSF1A甲基化还与TNM分期及预后不良有关[17]。

3甲基化分子标志物的临床应用

胃癌的预后情况取决于诊断及治疗时的临床分期[18]。诊断主要依据内镜检查及其后的组织病理学验证，然而其诊断价值主要取决于内镜医师的技术水平。内镜检查对于患者来说并不舒服，同时也存在一定的风险，因此迫切需要找到一种侵入性小且更为有效的早期诊断胃癌的方法。

DNA甲基化是抑癌基因失活的主要机制之一，在活组织检查标本及非侵入性体液(如血清和胃液)中检测基因甲基化可作为肿瘤诊断的分子标志物，其优势促使人们开展其在胃癌中应用的研究。例如，在胃癌患者血清中可以检测到DAPK、p16、CDH1基因的甲基化，这主要是由胃癌细胞释放的循环核酸引起的。对血清中RUNX3基因进行量化对于监测、诊断胃癌及胃癌患者术后评估都具有潜在的价值。胃癌患者血清中RASSF1A的甲基化水平显著高于胃部良性病变患者。值得一提的是，虽然血清RASSF1A甲基化水平检测胃癌及结直肠癌的敏感度相对较低，但是它的特异度较高。p16基因的甲基化在肿瘤组织中较常见，但是在相应的癌旁组织中却未检测到，而且p16基因甲基化是胃癌发生的一个早期分子事件，因此对p16基因甲基化的监测可以成为胃癌早期诊断的一个重要的分子标志物。与组织标本一样，许多基因在胃癌患者血清中也同时出现甲基化。因此，血清基因甲基化在胃癌中较常见，并且这些基因启动子区的异常甲基化有望成为胃癌诊断的重要生物标志物。

胃液作为分子诊断或预测的工具在一定程度上不够灵敏，因为DNA在胃酸中很容易变性。胃液中可以找到许多黏膜细胞，因此在胃液中检测分子标志物成为发现胃癌的一种可能的非侵入性方法。有报道已经在胃液中检测到许多甲基化的基因，包括MINT25、RORA、GDNF、ADAM23和PRDM5基因等[19]。在这些基因中，MINT25的敏感度及特异度较高。以上研究表明，胃液中的DNA可以作为活组织检查中组织DNA的次选方法去检测胃癌的甲基化状态。

4展望

胃癌的发生是一个涉及遗传学和表观遗传学改变的过程。近年来，表观遗传学改变成为了研究的热点。DNA甲基化在胃癌的发生过程中发挥了主要作用，这些表观遗传学事件与基因突变同时在正常胃黏膜向胃癌发展的过程中发挥作用。

近期有研究在寻找胃癌早期监测及预后判断的表观遗传学生物标志物，然而在很多情况下，来自临床标本肿瘤组织的DNA仅能代表总DNA的一小部分，可将血浆、血清、尿液及粪便中的DNA用于胃癌的早期诊断及治疗后监测，利用手术切除区域及淋巴结处的DNA来监测病变程度。

近年来关于DNA去甲基化的研究发展迅速，然而有研究表明，在停止去甲基化治疗后，通常会出现DNA的重新甲基化及基因的重新沉默，这可能会降低DNA甲基化抑制剂的治疗价值。总之，在找到一套全面、有效的治疗策略之前，DNA异常甲基化的机制及其在肿瘤发生中发挥的确切作用仍有待进一步研究。

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(本文编辑：周骏)

基金项目：青岛市公共领域科技支撑计划[2012-1-3-1-(10)-nsh]

通信作者：姜相君，Email: drjxj@163.com

DOI:10.3969/j.issn.1673-534X.2016.03.004

(收稿日期：2015-07-08)