1050 综述 水平的发生 发展机制, 寻求及时 早期诊断和治疗的新方法, 具有非常重要的意义 大肠癌从一系列的临床和病理改变阶段发展而来, 经过良性肿瘤 ( 腺瘤性息肉 ) 和恶性肿瘤 ( 癌症 ) 阶段, 它的发生和发展过程是一系列遗传学和表观遗传学累积改变的结果 遗传学 (genetics)

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1 中国细胞生物学学报 Chinese Journal of Cell Biology 2013, 35(7): DOI: /cjcb 大肠癌的表观遗传学研究进展 陈成 1 叶孟 2* 段世伟 1 廖奇 1 ( 1 宁波大学医学院, 宁波 ; 2 宁波大学医学院附属医院肿瘤内科, 宁波 ) 摘要大肠癌是一种高发的胃肠道恶性肿瘤, 预后不良 目前, 认为大肠癌的发生过程是涉及遗传学和表观遗传学变化的复杂过程, 其中表观遗传学的过程对大肠癌的发生起着重要的作用 表观遗传学改变主要包括 DNA 甲基化 组蛋白转录后修饰 染色质重塑以及非编码 RNAs( 如 micrornas 和 lncrnas) 的调控 因此, 从分子水平上了解这些表观遗传学的改变, 可以为大肠癌的预防 早期诊断 预后以及治疗提供帮助, 最终降低大肠癌的死亡率 该文主要讲述了大肠癌发生过程中重要表观遗传学改变的研究进展以及临床意义, 目的在于探讨表观遗传学在大肠癌早期诊断及治疗中的意义 关键词大肠癌 ; 表观遗传学 ; DNA 甲基化 ; 组蛋白修饰 ; 非编码 RNA Recent Progress in Epigenetics Study of Colorectal Cancer Chen Cheng 1, Ye Meng 2 *, Duan Shiwei 1, Liao Qi 1 ( 1 School of Medicine, Ningbo University, Ningbo , China; 2 The Affiliated Hospital of Ningbo University, Ningbo , China) Abstract Colorectal cancer is one of the most common gastrointestinal cancers with high incidence and poor prognosis. It is generally considered that the pathophysiology of colorectal cancer is a complex multistep process involving the accumulation of genetic and epigenetic changes. The main epigenetic aberrations include DNA methylation, histone modification, chromatin remodeling, and non-coding RNAs regulation such as micrornas and long noncoding RNAs (lncrnas). Epigenetic study at molecular level would help to prevent, diagnose, and therapy of colorectal cancer, and finally to reduce mortality. In this review, we will talk about discovered epigenetic changes of colorectal cancer and their clinical significance, aiming to explore the possibility of the early diagnosis and early treatment for colorectal cancer with epigenetic characters. Key words colorectal cancer; epigenetic; DNA methylation; histone modification; non-coding RNA 大肠癌 (colorectal cancer, CRC) 也叫结直肠癌, 是大肠黏膜上皮在环境或遗传等多种致癌因素作用下通过遗传学和表观遗传学的改变而发生的恶性病变 大肠癌的死亡率占所有恶性肿瘤的 9% [1], 在全 [2] 世界排名第二 1992 年以来, 全球大肠癌每年新增一百万患者 发病率每年增加 1.2% [3], 尤其是在发 达国家, 其死亡率高达 33% 在我国, 随着人们生活水平的提高和饮食结构的改变, 大肠癌的发病率逐年升高, 并且初次诊断时往往已经处于中晚期, 我国大肠癌的发展趋势不容忽视 大肠癌患者的治疗通常以手术和放化疗为主, 尽管具有一定的疗效, 但大多数患者仍然预后较差 因此, 探索大肠癌在分子 收稿日期 : 接受日期 : 浙江省重点科技创新团队 ( 批准号 : 2010R50046) 宁波市消化系统恶性肿瘤诊治新技术创新团队( 批准号 : 2011B82014) 和宁波市社会发展项目 ( 批准号 : 2011C50010) 资助的课题 * 通讯作者 Tel/Fax: , dryemeng@aliyun.com.cn Received: January 26, 2013 Accepted: April 8, 2013 This work was supported by the Innovative Research Team in Zhejiang Province (Grant No.2010R50046), the Science and Technology Innovation Team of Ningbo (Grant No.2011B82014) and Ningbo Social Development Research Projects (Grant No.2011C50010) *Corresponding author. Tel/Fax: , dryemeng@aliyun.com.cn 网络出版时间 : :05 URL:

2 1050 综述 水平的发生 发展机制, 寻求及时 早期诊断和治疗的新方法, 具有非常重要的意义 大肠癌从一系列的临床和病理改变阶段发展而来, 经过良性肿瘤 ( 腺瘤性息肉 ) 和恶性肿瘤 ( 癌症 ) 阶段, 它的发生和发展过程是一系列遗传学和表观遗传学累积改变的结果 遗传学 (genetics) 主要从 DNA 分子水平研究基因的结构 突变 表达和调控等 引起癌症的遗传学机制主要包括抑癌基因或致癌基因 [4] 的突变导致基因的功能缺失 表达失调等 1990 年, Fearon 和 Vogelstein [5] 提出大肠癌的发展是一个多步骤 涉及抑癌基因的突变失活和致癌基因激活的累积过程 抑癌基因 (APC SMAD2,4 TP53 等 ) 致癌基因(K-ras 等 ) 的突变, 以及病灶的病理通 [6] 路改变共同导致肿瘤恶性程度的加深和转移 研究显示, 大肠癌患者中 75% 是散发的, 余下 25% 为家族性遗传的, 表明遗传因素对大肠癌的发生具有非常重要的作用 目前, 已经发现一些重要基因的突变导致大肠癌的发生 : 如 BRAF TP53 以及错配修复基因 (MLH1 MSH2 MSH6 PMS2) 的突变易患 [7] [8] 大肠癌 ; K-ras 的突变与大肠癌的转移和预后相关 ; 此外, 通过对大肠癌的全基因组关联研究发现 14 个基因的 SNP(single-nucleotide polymorphism) 位点与大肠癌的发生风险有决定性的关系 [1q41 3q26.2 8q23.1(EIF3H) 8q p14 11q23 12q13.13 基因 Genes APC MGMT CDKN2A/P14 HLTF hmlh1, hmlh2 CDKN2A/P16 CDH13 UNC5C DCC COX2 HACE 1 RASSF1A RUNX3 SOCS1 CHFR ADAM23 DLEC1 SERP1 MYOD P15 P73 WT1 Cyclin A1 MINT RAR-b RGC-32 mirna124a mir-34b/c, mir-9-1, mir and R-137 mir-21 mir-143 mir135 mir-34a 表 1 常见的表观遗传改变对大肠癌发生的影响 [3] Table 1 Common epigenetic changes in colorectal cancer [3] 基因功能和大肠癌中的表观遗传学变化 Gene function and epigenetic changes in colorectal cancer Tumor suppressor gene, antagonist of Wnt signaling pathway; high methylation leads to gene silencing Involved in DNA damage repairing; high methylation leads to gene silencing Tumor suppressor gene, involved in cell cycle regulation; high methylation leads to gene silencing Encoding chromatin remodeling factors; high methylation leads to gene silencing DNA repair gene; gene silencing by hypermethylation related with MSI Tumor suppressor gene, involved in cell cycle regulation; high methylation leads to gene silencing Regulating cell adhesion-debonding process; inactivation by hypermethylation leads to cancer metastasis Tumor suppressor gene; loss of expression by hypermethylation is associated with CRC Tumor suppressor gene controling programmed cell death; loss of expression in 70% of CRC Involved in inflammation, mitosis, tumor angiogenesis and metastasis; hypermethylation leads to gene silencing Tumor suppressor gene; loss of expression by hypermethylation is associated with CRC Apoptosis inhibitory protein participated in death receptor-dependent; high methylation leads to gene silencing Tumor suppressor gene; loss of expression by high methylation is associated with CRC Negatively regulateing JAK/STAT3 pathway; loss of expression by high methylation is associated with CRC Checkpoint in early G 2/M phase; often methylated in early CRC Involved in cell-cell and cell-matrix interactions; loss of expression by high methylation is associated with CRC Tumor suppressor gene; silencing by high methylation is associated with CRC SFRP gene silencing by hypermethylation leads to abnormal activation of the Wnt signaling pathway Stopping the cell cycle; silencing by hypermethylation is associated with CRC Cyclin-dependent kinase inhibitor; silencing may influence the risk of CRC Tumor suppressor gene; silencing by hypermethylation is associated with CRC Tumor suppressor gene; silencing by hypermethylation is associated with CRC Binding with transcription factors such as E2F-1, P21, Rb family; silencing by hypermethylation is associated with CRC Inhibiting transcription; MINT methylation can be used to detect the level of local recurrence Inhibition of retinoic acid-mediated growth, tumor suppressor genes; hypermethylation promotes the development of CRC Regulating genes involved in chromatin assembly; its silence and chromatin remodeling are associated with cell cycle activation May affecting the expression of oncogenic protein They were observed methylation level higher in colorectal mucosal epithelium than normal mucosa Hypermethylation promotes invasion and metastasis of CRC Observed downregulation in colon cancer; negatively correlated with DNMT3A mrna expression in CRC Negatively correlated with APC mrna expression in CRC and colorectal adenomas Blocking SIRT1, enhancing activity of P53, silencing by hypermethylation is associated with CRC

3 陈成等 : 大肠癌的表观遗传学研究进展 q22.2(BMP4) 15q13.3(GREM1) 16q22.1(CDH1) 18q21.1(SMAD7) 19q13.1(RHPN2) 20p12.3 和 20q13.33(LAMA5)] [9] 基因突变对大肠癌的发生有重要的影响, 而表观遗传学上的改变作为基因表达调控的主要机制, 同样对大肠癌的发生和发展有着不可忽略的作用 事实上, 大肠癌的发生和发展是一个多步骤的 涉及遗 [10] 传和表观遗传变化累积的复杂过程 大肠癌的发生不仅仅与遗传的改变有关, 还与表观遗传密切联系, 特别是在大肠癌发生的早期或称萌芽时期 表观遗传学主要指基因序列不发生改变, 而基因表达却发生了可遗传的变化 表观遗传主要影响细胞生长, 在基因 环境与疾病的关系之间起着至关重要 [4] 的作用 表观遗传标记的出错会导致多种细胞信号 [11] 通路不适当的激活或抑制, 从而导致肿瘤的发生 目前普遍认为, 表观遗传上的异常是大部分人类肿瘤 [12] 如大肠癌 胃癌 恶性黑色素瘤等的罪魁祸首 在大肠癌中, 已经发现一些重要基因的表观遗 传学改变 ( 表 1), 对这些结果进行归纳和总结, 发现 大肠癌的表观遗传学改变主要包括基因组 DNA 甲 基化 组蛋白转录后修饰 染色质重塑以及非编码 RNAs 的调控 下面就从这几方面对大肠癌的表观 遗传学研究进展进行阐述 1 基因组 DNA 甲基化 DNA 甲基化是指 DNA 的特定碱基转移上一个 甲基的过程 甲基是由 DNA 甲基转移酶 (DNA methyltransferase, DNMT) 从 s- 腺苷甲硫氨酸 (SAM) 转移 催化而来 人类的 DNA 甲基化往往发生在 CpG 位点, 主要是在 5 -CpG-3 的胞嘧啶残基上 很多基因启动 子区存在富含 CpG 位点的 CpG 岛, 它与 56% 的人类基 因组编码基因相关, 因此 CpG 岛的甲基化状态非常 重要 启动子 DNA 上的甲基化可以抑制基因的转录, 主要通过以下三种机制 : (1) 干扰转录因子对 DNA 元件的识别和结合 (A) Gene promoter region Transcription factor Binds Not methylated gene active Methylated gene blocked Cannot binding (B) Promoter Gene HDAC1 HDAC2 MeCP2 Sin3A Promoter Gene A: 基因启动子区甲基化干扰转录因子对 DNA 的识别和结合 ; B: 甲基化 DNA 募集 HDAC 形成转录抑制复合物, 干扰基因转录 A: DNA methylation interfered with transcription factors recognition and binding of transcription factors to DNA elements; B: sequence-specific methylated DNA binding protein combined with methylation CpG islands in promoter region, raised histone deacetylase(hdac), prevented the combination of transcription factors and promoter region target sequence, and finally affected the transcription of genes. 图 1 基因组 DNA 甲基化对转录的影响 Fig.1 Genomic DNA methylation affects transcription

4 1052 综述 转录因子与 DNA 上特定的元件结合 DNA 甲基化引起特定元件的修饰, 使得转录因子无法识别, 也无法与 DNA 结合, 从而阻止基因的转录 ( 图 1A) (2) 序列特异性的甲基化 DNA 结合蛋白与启动子区甲基化 CpG 岛结合, 募集组蛋白去乙酰化酶 (HDAC), 形成转录抑制复合物, 阻止转录因子与启动子区靶序列的结合, 从而影响基因的转录 ( 图 1B) (3)DNA 甲基化通过改变染色质结构, 抑制基因的表达 染色质构型的变化伴随着组蛋白的乙酰化和去乙酰化, 以调控基因转录的 开 和 关 启动子区 CpG 岛甲基化可以调控基因表达, 一旦甲基化异常可通过多种方式影响基因转录与表达, 导致细胞分化与增殖的异常, 最终形成肿瘤 在大肠癌中, 一方面, 相关基因的低甲基化可促使逆转座子的转录活性增强及癌基因激活如 P- 钙黏蛋白 (CDH3) 更为重要的是, 它还可以增加基因组的不稳定性 低甲基化的功能性结果包括抑制或上调原癌基因的转录, 增加重组和突变, 使 X 染色体失活 印记缺失 激活转座子和去甲基化的外 [13] 源性物质 比如着丝粒位点的低甲基化可能导致染色体重组和染色体复制的改变, 它在微卫星稳定 [14] (MSS) 的大肠癌中最常见 可见, 表观遗传学的改变可以作为预防 诊断大肠癌的生物标记 另一方面, 一些重要抑癌基因启动子 DNA 的甲基 [15] 化, 可以导致其表达下降, 从而影响大肠癌的发生 比如, 细胞周期调控相关基因 CDKN2A 在 40% 的大肠癌中有甲基化的改变, 并且在大肠腺瘤中也有发 [16] 生 ; P16 基因在大肠癌中发生甲基化, 并且在右侧结肠癌中发生的频率最高, 其次是直肠癌和左侧结 [17] 肠癌 ; UNC5C 和 DCC 基因的异常甲基化和表达分别在 68% 56% 的原发性大肠癌中被检测到, 并且 UNC5C 在 Dukes C 期的甲基化频率比肿瘤早期明显 [16] [18] 增高 ; 此外, Hibi 等在 58 个原发性大肠癌患者中检测到一些重要基因 (P16 P14 HLFT SOCS1 CDH13 RUNX3 CHFR) 的 DNA 发生甲基化, 并且与大肠癌患者的临床分期显著相关 可见, DNA 的甲基化状况与大肠癌的恶性潜能存在关联 另有研究表明, 非启动子区域上 CpG 岛的 DNA 甲基化也具有重要的意义 如组织特异表达的 MASPIN 基因的启动子区域不含有 CpG 岛, 其表达也 [19] 受到 DNA 甲基化的调控 同样, CpG 岛不位于启动子区域的 Oct-4 基因的 DNA 甲基化, 也影响着基因 的表达水平 [20], 这说明非 CpG 岛甲基化的重要作用, 进一步揭示 DNA 甲基化对基因调节的复杂模式和 机制 那么, 大肠癌的 DNA 甲基化如何检测? 近年 来随着测序技术的发展, 国内外 DNA 甲基化检测的 方法发展很快 目前, 最常用的技术有重亚硫酸盐 测序 (bisulfite sequencing) 基于酶切消化的重亚硫 酸盐测序 (reduced representation bisulfite sequencing, RRBS) 甲基化 DNA 免疫共沉淀测序 (methylated DNA immunoprecipitation sequencing, MeDIP-seq) 甲基化 DNA 结合结构域测序 (methylated DNA binding domain sequencing, MBD-seq) [21] DNA 甲基化 状态的检测越来越简便 灵敏, 为大肠癌 DNA 甲 基化信息的挖掘起到推波助澜的作用 比如, 荷 兰学者对 711 个大肠癌组织和 53 个对应的癌旁组织 进行全基因组范围的甲基化筛查, 发现 THBD-M 和 C9orf50-M 两个基因可以作为新的大肠癌生物标志 物 [22] 另外, 粪便脱落细胞 DNA 甲基化检测是一新 兴的大肠癌筛查技术, 特异性强 灵敏度高, 患者易 接受, 受到广泛重视, 美国癌症协会 美国胃肠病学 院等在其大肠癌筛查指南中明确地将粪便 DNA 检 测作为推荐的筛查方法 [23-24] 这些都为甲基化检测 的广泛应用提供了条件 DNA 甲基化在基因调控和表达方面扮演着重 要的角色 大肠癌的发生过程与癌基因 抑癌基因 的低甲基化或高甲基化有关, 已有多个相关基因的 报道 大肠癌特异甲基化的检测可以用于早期诊断 了解不同个体的化疗敏感性以及发现复发和转移 另一方面, 研究显示, 一些甲基化的基因在去甲基化 药物的作用下能够恢复正常功能, 在临床试验中证 明地西他滨和 Zebularine 有效, 并且没有过大的副作 用 [13] 虽然我们已经了解了甲基化在大肠癌发生中 的基本机制, 但是在研究过程中仍然存在很多问题尚 待解决 2 组蛋白转录后修饰大肠癌另一个重要的表观遗传学改变是染色 质修饰, 即组蛋白的共价修饰 人类染色体的基本 单位是核小体, 由 146 bp 长的 DNA 环和被它们围绕 的核心组蛋白八聚体 (H2A/H2B 二聚体和 H3/H4 四 聚体 ) 组成 组蛋白可以改变包裹它们的 DNA 活性, 组蛋白的共价修饰可以把密集和无活性的异染色质

5 陈成等 : 大肠癌的表观遗传学研究进展 1053 板结变成松散的激活的常染色质, 反之亦然 这些共价修饰, 比如乙酰化 甲基化 磷酸化和泛素化, 是发生在核心组蛋白 N 末端和 C 末端的可逆反应 组蛋白修饰是由几种不同功能的酶催化而来, 包括组蛋白乙酰转移酶 (HATs) 组蛋白乙酰化 [25] 酶 (HDACs) 和组蛋白甲基化转移酶等 组蛋白的赖氨酸残基往往与转录的启动与停止有关 另外, 相同的赖氨酸残基上可以添加 1 2 或 3 个甲基, 导致 [26] 不同的功能改变 目前, 已经证明组蛋白 H3 第 10 位丝氨酸的磷酸化与哺乳动物细胞中基因的失活有关 常见的组蛋白甲基化修饰有组蛋白 H3 第 4 位赖氨酸的二甲基化或三甲基化 (H3K4me2/H3K4me3), H3 第 9 位赖氨酸和第 27 位赖氨酸的三甲基化 (H3K9me3 H3K27me3) H3K4me2/H3K4me3 与基因的转录激活有关, 而 H3K9me3 和 H3K27me3 则抑制甚至沉默基因的表达 ( 图 2) [27] 因此, 组蛋白修饰可以通过共价修饰 染色体重塑等多种方式激活或抑制基因的转录, 特别是 H3K27me3 对一些重要抑癌基因的沉默, 导致了癌症的发生和发展 在大肠癌中, 已有研究利用 ChIPchip 或者 ChIP-seq 技术找到了大量的 H3K27me3 修 [28] [29] 饰位点 Pelaez 等研究表明, 组蛋白共价修饰受到癌基因 RAS 途径影响从而调节靶基因的表达, 如 Cylin D1 或 E-cadherin, 同时去组蛋白修饰的酶是调 节细胞增殖的关键 目前, 对组蛋白修饰异常的研究尚不如对 DNA 甲基化的研究透彻 很多机制仍需要我们的进一步 探索 3 DNA 甲基化与组蛋白修饰的相互关系 DNA 甲基化与组蛋白修饰除了执行它们各自 独立的功能, 它们还在多个水平彼此交互, 以决定基 因表达状态 染色体结构和细胞内的识别 [30] 多种 组蛋白甲基化酶, 包括 G9a SUV39H1 和 PRMT5, 可 以通过直接聚集 DNA 甲基转移酶 (DNMTs) 使特异的 靶基因 DNA 发生甲基化, 导致靶基因的沉默 [31] 除 了直接募集 DNMTs, 组蛋白甲基化酶和去甲基化酶 同样可通过调节 DNMTs 蛋白的稳定性来影响 DNA 甲基化的水平 [32] DNA 甲基化也可以通过效应蛋白, 如 MeCP2 使组蛋白 H3K9 发生甲基化, 从而产生压缩 的染色质状态 [33] 另外, 在大肠癌中, 有些关键基因同时发生两种 以上的表观遗传变化, 如 APC SFRP1 SOX17 既是 聚硫蛋白家族 (polycomb groub, PcG) 的靶基因, 同时其 启动子区域上又发生 DNA 甲基化 [11] 研究表明, PcG 的成员 PRC2 包含 EZH2 SUZ12 和 EED 亚基, 是目前 发现的唯一可以发生 H3K27me3 修饰的复合体 [34] Normal Gene active Gene blocked Histones Transcription factors Methylated CpG Unmethylated CpG H3K9/K27 methylation H3K4 methylation H3K9 acetylation Cancer H3K4 甲基化与转录激活有关, H3K9 H3K27 甲基化则抑制基因转录 H3K4me2/H3K4me3 actives gene promoters, whereas H3K9me3 and H3K27me3 are transcriptionally repressed. 图 2 组蛋白转录后修饰对转录的影响 Fig.2 Post-translational modification of histone affects transcription

6 1054 综述 DNMTs Normal HAT Gene active HP1 HP1 HDAC DNMTs MBP HMT HP1 HP1 Histones Transcription factors Methylated CpG Unmethylated CpG H3K9/K27 methylation H3K4 methylation H3K9 acetylation Gene blocked Cancer 密集的染色质伴随着 ATP 分解重塑成松散的染色质, 使转录因子与基因结合 Dense chromatin remodels into a loose chromatin with ATP decomposed thus the transcription factor binding gene. 图 3 染色质重塑对转录的影响 Fig.3 Chromatin remodeling affects transcription 这种对抑癌基因的双重抑制作用在大肠癌中具有重 要的意义 [35] 4 染色质重塑染色质重塑 (chromatin remodeling) 指染色质位 置和结构的变化, 涉及密集的染色质在核小体连接 处松懈造成染色质松散, 从而暴露基因转录启动子 区中的顺式作用元件, 使反式作用因子 ( 转录因子 ) 可以与之接近结合 [36] 这个过程不涉及组蛋白的化 学改变, 但却是能量 (ATP 酶 ) 依赖的过程, 决定着组 蛋白和 DNA 之间的联系 [36] ( 图 3) 目前, 主要由两类结构介导染色体的重塑 : 一 类是 ATP 依赖型核小体重塑复合体, 它通过水解作 用改变核小体构型 ; 另一类是组蛋白修饰复合体, 它 主要催化对核心组蛋白 N 末端尾部进行共价修饰 染色质重塑对基因调控有着重要的作用, 一旦 出错, 常常引起肿瘤的发生和发展 有学者证明, BRG1 和 SNF5/INI1 染色质重塑复合物在人类结肠 癌细胞系中具有肿瘤抑制活性 [37] 此外, ARID1A 突 变或缺失引起的染色质重塑异常出现在多种恶性肿 瘤中, 比如乳腺癌 大肠癌 胃癌 前列腺癌等, 其 中大肠癌的比例最高, 大约 10% 的大肠癌中检测到 ARID1A 的染色质重塑 [38] 5 非编码 RNAs 的调控 5.1 microrna mirnas 是一类长度小于 22 nt 的非编码 RNAs, 它通过对靶基因的转录后沉默来调节基因的表达 mirnas 的表达具有组织特异性, 调节众多的生物过 程, 包括细胞增殖 分化和凋亡等 目前, 已经在人 类基因组中找到成千上百个 mirnas 以及它们对应 的靶基因, 表明 mirnas 在调节全基因组的表达过程 中起着关键作用 [39] 如同基因一样, mirnas 的表达 一方面受表观遗传改变的调节 ; 另一方面, 也影响着 表观遗传的多种机制, 如 mirnas 可以影响 DNA 甲 基化酶 DNMT3A DNMT3B 和组蛋白修饰 (EZH2) 的表达水平 [40] 等 近年来, 对大肠癌组织和正常组织之间 mirnas 表达谱的比较研究发现, 大部分 mirnas 的表达在大 肠癌中存在广泛的改变 [41] mirnas 发挥抑癌还是 致癌作用, 取决于它们靶基因的功能 mirnas 影响大肠癌的上皮分化 (mirna-141 和 mirna-200c) [42] WNT 信号途径 (mirna-145 mirna-135a 和 mirna-135b) [43] 和浸润 转移能力 (mirna-373 和 mirna-520c) [44] 研究发现, 调节细 胞周期的 mirna-124a 与 CpG 岛的高甲基化以及压缩 性的染色质结构有关 [45] 在大肠癌中检测到调节

7 陈成等 : 大肠癌的表观遗传学研究进展 1055 TP53 信号途径的 mirna-34b mirna-34c 的启动 [46] 子区 CpG 岛存在较高频率的过度甲基化 有学者发现, mirna-148a mirna-34b mirna-34c 和 mirna-9 的启动子区 CpG 岛甲基化与转移性大肠癌 [47] 有关 5.2 lncrnas lncrnas(long noncoding RNAs) 是一类长度大于 200 nt 的长链非编码 RNAs, 可被剪切, 可带 poly-a, [48] 也可加帽 由于 lncrnas 与 mrnas 类似, 以往对 lncrna 的认识有限, 认为它是没有功能的非编码 RNAs, 曾一度忽略了对它的研究, 然而近几年, 随着二代测序技术的发展, 关于 lncrnas 的研究越来越多, 其具体的作用也越来越明显, 已经有多种 [49-52] lncrnas 的功能被鉴定 总的来说, lncrnas 主要调节蛋白编码基因, 改变蛋白编码基因的表达水平, 参与众多的生物过程, 如基因印迹 X 染色体失活 细胞分化 免疫反应 生长发育 人类疾病及 [53] 肿瘤发生等 很多研究证明, 一些 lncrnas 通过与 PRC2 的相 [54-55] 互作用对靶基因进行调节 这些 lncrnas 可能存在一种功能域, 可以与组蛋白修饰物 CpG 蛋白 ( 主要是 PRC2) 相互作用形成复合物, 再一起结合到靶基因启动子区域的染色体上, 使得靶基因的组蛋白发生修饰, 如 H3K9me3 和 H3K27me3 等, 导致靶基因的表达受到影响 在癌症中, 一些 lncrnas 由于其启动子区域失甲基化或者其他原因导致高表达, 从而抑制靶基因 ( 通常为抑癌基因 ) 的表达水平, 促进癌症的发生 尽管关于 lncrnas 的研究逐年增多, 目前对大肠癌中 lncrna 功能的研究尚不多, 只有数篇文章 [56] 比如, Tian 等研究发现, 在大肠癌中, 由于 lncrna H19 甲基化的紊乱, 导致 H19/Igf2 印迹区域的消失 另有研究表明, lncrna HOTAIR 在大肠癌中高表达, 并且可能也参与了大肠癌中表观遗传修饰的调节, [57] 但是 lncrna HOTAIR 对应的靶基因尚未检测出 [58] Xu 等发现 lncrna MALAT-1 的 3 端对大肠癌的细胞增殖 转移和浸润起着重要的作用 总之, 综上所述, 大肠癌一旦确诊多属中晚期, 由于不能及时治疗和肿瘤广泛的浸润或转移, 大多数患者预后较差 因此早期诊断对大肠癌的防治具有非常重要的作用, 而表观遗传学变化对大肠癌的早期诊断 化疗敏感性评估和预后评价等具有重要 意义 另外, 表观遗传学的修饰是可逆的, 运用特定的药物去修饰, 抑制大肠上皮恶性转变, 个体化特异性靶向治疗大肠癌是一个值得探索的课题 大肠癌的发生与发展是一个多步骤的 涉及遗传和表观遗传变化累积的复杂过程, 而目前对表观遗传学改变与大肠癌关系的了解尚不够深入和全面 我们需要运用系统生物学 多组学 网络分析等技术来进一步研究表观遗传学 认识表观遗传学, 了解大肠癌在分子水平的发生 发展的机制, 对于方便 及时 早期诊断大肠癌 改进治疗方法 提高患者生存率, 具有非常重要的意义 参考文献 (References) 1 Labianca R, Beretta GD, Kildani B, Milesi L, Merlin F, Mosconi S, et al. Colon cancer. Crit Rev Oncol Hematol 2010; 74(2): Siegel R, Ward E, Brawley O, Jemal A. Cancer statistics, 2011: the impact of eliminating socioeconomic and racial disparities on premature cancer deaths. CA Cancer J Clin 2011; 61(4): Migliore L, Migheli F, Spisni R, Coppede F. Genetics, cytogenetics, and epigenetics of colorectal cancer. J Biomed Biotechnol 2011; 2011: Sharma S, Kelly TK, Jones PA. Epigenetics in cancer. Carcinogenesis 2010; 31(1): Fearon ER, Vogelstein B. A genetic model for colorectal tumorigenesis. Cell 1990; 61(5): Bellacosa A. Genetic hits and mutation rate in colorectal tumorigenesis: Versatility of Knudson s theory and implications for cancer prevention. Genes Chromosomes Cancer 2003; 38(4): Urso E, Agostini M, Pucciarelli S, Bedin C, D Angelo E, Mescoli C, et al. Soft tissue sarcoma and the hereditary nonpolyposis colorectal cancer (HNPCC) syndrome: Formulation of an hypothesis. Mol Biol Rep 2012; 39(10): Ren J, Li G, Ge J, Li X, Zhao Y. Is K-ras gene mutation a prognostic factor for colorectal cancer: A systematic review and meta-analysis. Dis Colon Rectum 2012; 55(8): Houlston RS. COGENT (COlorectal cancer GENeTics) revisited. Mutagenesis 2012; 27(2): Lao VV, Grady WM. Epigenetics and colorectal cancer. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 2011; 8(12): van Engeland M, Derks S, Smits KM, Meijer GA, Herman JG. Colorectal cancer epigenetics: Complex simplicity. J Clin Oncol 2011; 29(10): Sandoval J, Esteller M. Cancer epigenomics: Beyond genomics. Curr Opin Genet Dev 2012; 22(1): Agrawal A, Murphy RF, Agrawal DK. DNA methylation in breast and colorectal cancers. Mod Pathol 2007; 20(7): Matsuzaki K, Deng G, Tanaka H, Kakar S, Miura S, Kim YS. The relationship between global methylation level, loss of heterozygosity, and microsatellite instability in sporadic

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