DNA甲基化在非小细胞肺癌中的研究进展

朱飞虎，徐智慧

·综 述·

DNA甲基化在非小细胞肺癌中的研究进展

朱飞虎，徐智慧

浙江中医药大学胸外科，浙江杭州 310053

在我国，非小细胞肺癌的发病率和病死率较高。目前，临床缺乏对非小细胞肺癌的早期筛查方法。DNA甲基化属表观遗传修饰，具有较高的特征性，广泛存在于非小细胞肺发生发展的各个阶段，对患者的血清、血浆、肺泡灌洗液、痰液等标本基因甲基化状态进行检测，可用于临床非小细胞肺癌的早期诊断。本文旨在综述DNA甲基化在非小细胞肺癌中的研究进展。

DNA甲基化；非小细胞肺癌；抑癌基因

研究显示，肺癌的多种基因存在甲基化，甲基化DNA片段参与其不良预后的发生及肿瘤的复发[1-2]。非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）属基因性疾病，多伴有表观遗传学信息改变，其发生发展受表观遗传学信息改变的影响[3-5]。表观遗传学的发生机制主要为组蛋白修饰、染色体修饰和DNA甲基化。NSCLC的诊断主要依据其临床症状、影像学检查及组织病理学检查等，但多数患者临床症状出现较晚，且活体取样困难，在首次诊断时已处于肿瘤晚期阶段，因此无创早期诊断具有重要意义。DNA甲基化改变是细胞癌变过程的早期事件，在肿瘤早期诊断中具有重要价值。

1 DNA甲基化概述

1.1 DNA甲基化的概念

DNA甲基化是指DNA甲基化酶催化S-腺苷甲硫氨酸，使其成为甲基供体。DNA修饰可改变染色质结构、DNA稳定性、DNA与蛋白质的相互作用方式等，控制基因表达，参与肿瘤的发生、发展；阻碍转录子与启动子的结合，沉默机体耐药基因，使机体产生耐药性[6]。肿瘤组织中与CpG相关的DNA常见重复序列、印记基因与组织特异性基因可呈现去甲基化状态，甲基化水平相对于正常组织较低，可增加染色质螺旋度，抑制转录基因的表达[7]。研究显示，DNA甲基化与甲基化、磷酸化、乙酰化、泛素化、腺苷二磷酸核糖基化之间可相互作用，调节基因转录，影响组蛋白甲基化、乙酰化状态。另有研究表明，DNA甲基化能够直接影响组蛋白的乙酰化和甲基化状态。

1.2 DNA甲基化检测、筛查

抑癌基因的表达受异常DNA甲基化的影响，DNA甲基化的异常能够激活原癌基因的表达，导致肿瘤的发生、发展[8]。DNA甲基化是肿瘤发生的早期事件，可作为NSCLC早期诊断和筛查的潜在标志物。研究表明，肺癌患者血浆DNA甲基化发生率高于不吸烟患者，肺癌患者的多种抑癌基因甲基化发生率亦较高。

2 DNA甲基化与NSCLC的早期诊断

2.1 血清、血浆DNA甲基化检测

应用外周血检测DNA甲基化的方法具有采集方便、侵入性小的特点。肿瘤患者进行外周血检测，坏死肿瘤细胞释放较多的循环DNA，对比肿瘤患者、非肿瘤患者血清中DNA甲基化水平，可区分肿瘤与非肿瘤[9-10]。研究表明，肺癌患者的O6-甲基鸟嘌呤-DNA-甲基转移酶（O6-methylguanine-DNA-methyltransferase，MGMT）、Ras相关区域家族1A（ras association domain family 1A，RASSF1A）、p16基因甲基化发生率分别为18.7%、12.1%、15.4%，且其血清抑癌基因DNA甲基化率高于非恶性肿瘤患者，提示血清DNA甲基化检测可用于肺癌的早期诊断[11]。外周血检测存在的主要问题是部分样本DNA含量较低、缺乏器官特异性，而DNA含量的问题有望通过提高检测技术敏感度解决。

2.2 痰液DNA甲基化检测

痰液为非入侵方式获取的标本，研究显示，可在肺癌患者癌组织及痰液标本中检测出异常甲基化的P16，而良性肺部疾病患者未发现基因异常DNA甲基化的情况，表明患者痰液DNA甲基化检测可用于肺癌的诊断。研究发现，吸烟人群肺癌发病率较高，肺癌人群痰液较多，在肺癌的早期筛查中较为重要[12-13]。痰液多由肺中部产生，检测中央型肺癌患者痰液异常DNA甲基化对于肺癌的诊断具有重要意义，但因NSCLC中腺癌多发生于肺外周，故痰液DNA甲基化检测易漏诊部分的腺癌患者。

2.3 气管灌洗液DNA甲基化检测

气管灌洗液具有含非细胞DNA、定位准确、特异性高等特点，且其具有侵入性，需采用支气管镜进行检查[14]。NSCLC患者及非肿瘤患者支气管灌洗液肿瘤特异性基因研究显示，NSCLC患者的DNA甲基化发生率较高，支气管灌洗液诊断肺癌敏感度为81.0%、特异性为97.4%，提示检测支气管灌洗液DNA甲基化发生率对于NSCLC的诊断具有重要意义。

3 NSCLC的治疗方法

3.1 靶向药物单药治疗

研究表明，给予伴有表皮生长因子受体突变的NSCLC患者厄洛替尼新辅助治疗，其无进展生存期为11.2个月，中位总生存期为51.3个月，36.8%的患者出现厄洛替尼相关不良反应，15.8%的患者出现3～4级不良反应[15]。

3.2 靶向药物联合治疗

患者采用阿法替尼治疗2个月后行同步放化疗，治疗后选取部分患者行手术治疗，余患者采用阿法替尼继续治疗，结果显示，手术治疗患者主要病理缓解率为57.1%，完全病理缓解率为41.3%，整体客观缓解率为69%[16]。

3.3 免疫单药治疗

多中心单臂Ⅱ期临床研究显示，予101例NSCLC患者程序性死亡蛋白-1（programmed death-1，PD-1）抑制剂阿替利珠单抗治疗，其中90例患者行手术治疗，术后客观缓解率为7%，主要病理缓解率为18%，完全病理缓解率为5%，2例患者出现与治疗无关的5级不良反应，29例患者出现3～4级不良反应[17]。

3.4 双免疫联合治疗

随机Ⅱ期临床研究比较，PD-1抑制剂纳武利尤单抗联合细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4抑制剂伊匹单抗（ipilimumab）与纳武利尤单抗的治疗效果，其中23例NSCLC患者接受纳武利尤单抗治疗，21例患者接受纳武利尤单抗联合ipilimumab治疗，结果显示，纳武利尤单抗组的客观缓解率为22%，主要病理缓解率为17%，完全病理缓解率为9%；纳武利尤单抗联合ipilimumab组的客观缓解率为19%，主要病理缓解率为33%，完全病理缓解率为29%；两组患者3～4级不良反应发生率分别为13%和5%[18]。

3.5 MGMT基因甲基化

DNA甲基化在NSCLC的发生和转移中具有重要作用，根据特异性甲基化基因合成抗癌药物在肿瘤治疗发挥重要作用[19]。研究表明，DNA甲基转移酶（DNA methyltransferase，DNMT）抑制剂纠正异常DNA甲基化，使机体细胞发生生物学改变，抑制肿瘤的发生、发展。应用去甲基化药物对患者的甲基化失衡状态进行调节在肿瘤治疗中尤为重要，但使用DNA去甲基化药物对NSCLC患者进行治疗具有局限性，可致癌；且使用DNMT抑制剂对患者的DNA甲基化进行纠正后，患者可再次出现甲基化，导致肿瘤复发。对癌前病变或肿瘤进行去甲基化可恢复某些关键性抑癌基因的功能，起到预防和治疗肿瘤的作用。MGMT基因可抵抗常见致癌物，且基因启动子区CpG岛甲基化可停止其基因转录，与NSCLC的发生关系较为密切[20-21]。

4 DNA甲基化与NSCLC的预后、复发、化疗敏感性

DNA甲基化与NSCLC患者的临床分期、淋巴结转移具有一定的相关性，表观遗传学异常可促进肿瘤的发生、发展，对NSCLC预后的判断具有重要意义。NSCLC患者不良预后的发生与异常DNA甲基化相关，异常DNA甲基化参与DNA修复、细胞凋亡、细胞分化、细胞分裂、细胞转移及侵袭，且不同甲基化状态可显示不同组织学类型肺癌患者的预后，也可对相同类型肺癌患者预后进行预测。跨膜蛋白196的甲基化状态可预测肺鳞状细胞癌、肺腺癌患者预后。跨膜蛋白88可用于NSCLC预测，研究显示，肿瘤的复发与患者术后RASSF1A、MGMT、p16、钙黏蛋白13（cadherin-13，CDH13）、凋亡相关斑点样蛋白（apoptosis-associated speck-like protein containing CARD，ASC）的甲基化相关，且RASSF1A、MGMT、p16、CDH13、ASC甲基化状态变化与患者的年龄、性别、手术方式、肿瘤直径、组织学类型等无关[22]。正常淋巴结中检测到的DNA甲基化提示肿瘤微转移。

基因甲基化修饰可导致相关信号通路失活，引发肿瘤的发生，而信号通路的失活可导致患者对化疗药物产生敏感性。研究显示，治疗反应与基因甲基化状态相关，检测基因甲基化状态在肿瘤亚型的分辨中起重要作用，可用于肿瘤的治疗[23-24]。

临床多采用化疗手段对NSCLC患者进行治疗，但患者易对化疗药物产生耐药性，降低其治疗效果，导致化疗失败[25-26]。临床研究表明，DNA甲基化可逆转肿瘤化疗的耐药性[27-28]。研究显示，MGMT基因启动子甲基化促使患者淋巴结发生转移，MGMT甲基化活性丧失后，患者出现化疗敏感性，可作为NSCLC患者化疗敏感性及预后预测的重要指标[29]。

综上，NSCLC早期诊断标志物在降低患者病死率中起重要作用。目前，临床对于DNA甲基化在NSCLC及其他肿瘤中的研究均处于初级阶段，关于研究分析DNA甲基化在体内的发生机制较少，且对DNA甲基化的上游信号通路与调节机制不是很明确。在未来的研究中，仍需更多的基础及临床研究予以证实，为NSCLC的早期筛查、诊断提供理论依据。

[1] 闵伟伟, 沈琦斌, 李鸿伟, 等. 非气管插管麻醉保留自主呼吸胸腔镜手术治疗早期非小细胞肺癌的疗效分析[J]. 浙江临床医学, 2022, 24(2): 282–284.

[2] 王斌峰, 马拥军, 游霞, 等. 金华地区非小细胞肺癌基因突变情况回顾性研究[J]. 浙江临床医学, 2020, 22(10): 1427–1429.

[3] LIANG W, ZHAO Y, HUANG W, et al. Non-invasive diagnosis of early-stage lung cancer using high- throughput targeted DNA methylation sequencing of circulating tumor DNA (ctDNA)[J]. Theranostics, 2019, 9(7): 2056–2070.

[4] YANG Z, QI W, SUN L, et al. DNA methylation analysis of selected genes for the detection of early-stage lung cancer using circulating cell-free DNA[J]. Adv Clin Exp Med, 2019, 28(3): 355–360.

[5] CONSTÂNCIO V, NUNES S P, HENRIQUE R, et al. DNA methylation-based testing in liquid biopsies as detection and prognostic biomarkers for the four major cancer types[J]. Cells, 2020, 9(3): 624.

[6] 文韬, 韩毅, 周世杰, 等. 血浆游离DNA中黑色素瘤抗原A1基因启动子区甲基化在非小细胞肺癌诊断中的临床应用[J]. 中国医刊, 2019, 54(6): 635–639.

[7] 雷旦生, 喻晶. DNA甲基化在结直肠癌和肺癌诊疗中的研究进展[J]. 中华检验医学杂志, 2019, 42(11): 976–980.

[8] 刘庆生, 邱静, 蔡丹莉, 等. 胃黏膜P16 hMLH1DNA甲基化水平与慢性萎缩性胃炎中医证型差异研究[J]. 浙江临床医学, 2017, 19(12): 2206–2208.

[9] 王黎明, 罗秋华, 刘洋, 等. DNA甲基化与肺癌关系的研究进展[J]. 解剖科学进展, 2019, 25(4): 469–472.

[10] 唐华, 唐际富, 廖洪春,等. 肺癌侵袭转移与外周血RASSF1A、SHOX2甲基化水平的相关性研究[J]. 河北医药, 2021, 43(23): 3593–3596.

[11] 曾海慧, 周建荣, 廖志文. DNA甲基化在肺癌中的研究进展[J]. 临床肿瘤学杂志, 2022, 27(1): 78–82.

[12] 钟云华, 李燕. 改良多重实时荧光定量PCR法测定抑癌基因MGMT、p16、CDH13和RASSF1A甲基化在肺癌早期诊断中的作用[J]. 东南大学学报(医学版), 2019, 38(1): 33–38.

[13] 周树宏, 姜雪燕, 常福厚, 等. p16、RASSF1A基因甲基化与中国人群肺癌发生及被动吸烟关系的研究[J]. 中南药学, 2019, 17(2): 166–173.

[14] PENG B, QIU X, DONG Z, et al. Proteomic profiling of biomarkers by MALDI–TOF mass spectrometry for the diagnosis of tracheobronchial stenosis after tracheobronchial tuberculosis[J]. Exp Ther Med, 2021, 21(1): 63.

[15] NSCLC Meta-analysis Collaborative Group. Preoperativechemotherapy for non-small-cell lung cancer: A systematic review and Meta-analysis of individual participant data[J]. Lancet, 2014, 383(9928): 1561–1571.

[16] SEQUIST L V, WILLERS H, LANUTI M, et al. The ASCENT trial: A phase Ⅱ study of neoadjuvant afatinib,chemoradiation and surgery for stage Ⅲ EGFR mutation- positive NSCLC[J]. J Clin Oncol, 2018, 36(15_suppl): 8544.

[17] KWIATKOWSKI D J, RUSCH V W, CHAFT J E, et al. Neoadjuvant atezolizumab in resectable non-small cell lung cancer (NSCLC): Interim analysis and biomarker data from a multicenter study (LCMC3)[J]. J Clin Oncol, 2019, 37(15_suppl): 8503.

[18] CASCONE T, WILLIAM W N, WEISSFERDT A, et al. Neoadjuvant nivolumab(N) or nivolumab plus ipilimumab (NI) for resectable non-small cell lung cancer (NSCLC): Clinical and correlative results from the NEOSTAR study[J]. J Clin Oncol, 2019, 37(15_suppl): 8504.

[19] DONG S, LI W, WANG L, et al. Histone-related genes are hypermethylated in lung cancer and hypermethylated HIST1H4F could serve as a pan-cancer biomarker[J]. Cancer Res, 2019, 79(24): 6101–6112.

[20] ZHAO L, ZHANG J, XUAN S, et al. Molecular and clinicopathological characterization of a prognostic immune gene signature associated with mgmt methylation in glioblastoma[J]. Front Cell Dev Biol, 2021, 9: 600506.

[21] PANDITH A A, QASIM I, BABA S M, et al. Favorable role of IDH1/2 mutations aided with MGMT promoter gene methylation in the outcome of patients with malignant glioma[J]. Future Sci OA, 2020, 7(3): FSO663.

[22] 王永志, 常誉洲, 柴睿超. RNA甲基化识别蛋白YTH N6-甲基腺苷RNA结合蛋白2预测O6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶甲基化的脑胶质瘤的化学治疗敏感性[J]. 神经疾病与精神卫生, 2021, 21(5): 316–323.

[23] 刘小方, 于绍平, 张翠生, 等. 5-氮-2-脱氧胞苷调控胆管癌p53-Bax线粒体凋亡通路DNA甲基化诱导化疗敏感性的研究[J]. 中华临床医师杂志(电子版), 2011, 5(21): 6266–6272.

[24] 宁静, 于鹏, 刘家金, 等. 18F-FDG PET/CT图像的影像组学分析在胶质瘤MGMT基因甲基化状态评估中的初步应用[J]. 国际放射医学核医学杂志, 2020, 44(8): 486–492.

[25] YOGANANDA C G B, SHAH B R, NALAWADE S S, et al. MRI-based deep-learning method for determining glioma MGMT promoter methylation status[J]. AJNR Am J Neuroradiol, 2021, 42(5): 845–852.

[26] 白芬, 李玲. 非小细胞肺癌患者对PD-1联合化疗不良反应自我报告与护理记录一致性评价[J]. 护士进修杂志, 2022, 37(12): 1090–1093.

[27] 沈兰, 陈春华, 叶冬云, 等. ESR1、MYOD1和hTERT基因启动子DNA甲基化与宫颈癌放化疗敏感性的关系[J]. 河北医药, 2020, 42(1): 33–37.

[28] 王子卿, 李芋锦, 王德好, 等. 骨髓增殖性肿瘤患者DNA甲基化基因突变及临床特征分析[J]. 中国实验血液学杂志, 2022, 30(2): 522–528.

[29] 胡德献, 孙衍昶, 冯基高, 等. 脑膜瘤组织中MGMT甲基化状态及其对脑膜瘤细胞生长与转移的影响[J]. 中国医师杂志, 2022, 24(3): 377–382.

（2022–09–16）

（2023–05–28）

R730.231

A

10.3969/j.issn.1673-9701.2023.18.033

朱飞虎，电子信箱：zhangsings579@163.com