中南大学学报! 医学版"!"&!""!! - / 1/!" &! - &/ " "LL!7^ `!!综!述! 结直肠癌与 NM甲基化 刘敏姬! 沈守荣! 中南大学湘雅三医院消化内科" 长沙 &! 摘 要 " 表 观 遗 传 调 控 是 真 核 基 因 的 表 达 调 控 之 一! 在 结 直 肠 癌 的 发 生 发 展 中 具 有 重 要 作 用 NM 甲 基 化 修 饰 是 表 观 遗 传 调 控 中 目 前 研 究 较 多 的 部 分! NM 甲 基 化 异 常 引 起 抑 癌 基 因 失 活 和 癌 基 因 激 活 是 结 直 肠 癌 形 成 的 分 子 机 制 之 一 NM 异 常 甲 基 化 的 逆 转 可 能 有 助 于 结 直 肠 癌 的 诊 断 和 治 疗! 关 键 词 "! 结 直 肠 癌! 表 观 遗 传 学! NM 甲 基 化! 中 图 分 类 号 "! PS R /!! 文 献 标 识 码 "! M!! 文 章 编 号 "! L S " D S&S " " D "LL D R " " " "!H / " 7T I ] J\CN J B! M P O Q " & " & " " 1 "! C B : BH 1 /K : NM 1 G : G : B1 B /F D - NM 1 B : : D 1/ D / E 1! 1!! NM 1 &!" &! - &/ " " &! " " "LL D R!!结直肠癌是消化道恶性肿瘤中最常见之一 要在环境和营养等外界因素的作用下才会发病 据 "S 年第 届 罗 氏 肿 瘤 论 坛 上 的 有 关 报 道 生活习惯环境和营 养 因 素 对 疾 病 有 关 遗 传 信 息 全球结直 肠 癌 每 年 新 发 病 例 数 达 & 万 每 年 近 的表达进行表观调控并在结直肠癌的发生发展 R 万人死于结直肠癌居癌症死因 第 位 结 直 中 起 着 重 要 的 作 用 &"D& 肠癌在中 国 也 是 最 常 见 的 恶 性 肿 瘤 之 一 近 年 来随 着 分 子 生 物 学 的 发 展人 们 发 现 结 直 肠 癌 F G NM甲 基 化 的 概 述 的发生发展不仅与基因的突变有关还与调控基 表 观 遗 传 学 由 年 生 物 学 家 W :: 因 表 达 却 不 改 变 NM 序 列 的 表 观 遗 传 机 制 相 & 结直肠癌作为一种多基因复杂性疾病遗 首次提出目前认 为 表 观 遗 传 方 式 的 遗 传 是 指 单 传因素在其是否发病方面并不起决定作用而需 细胞或多细胞把遗传信息传递给子代的过程这 关 收稿日期!" &!"U 4" 4 作者简介 - "/!刘敏姬博士研究生主要从事消化道肿瘤研究 通讯作者 1 - "!沈守荣CD 1 4R&EL/ 1 基金项目 4"!国家重点基础研究发展计划!S"!"LKOR"!F G H G B : -N Z Q ] J P Q 1 K!"LKOR" /
结直肠癌与 甲基化 刘敏姬 等 种传递不伴有编码蛋白质基因的核苷酸序列改变 表观遗传损害包括局限或整体的 甲基化水平异常 组蛋白错误修饰 染色质重塑蛋白分布或功能的改变等 从而导致基因异常表达 4 大量研究结果表明 表观遗传学异常也是肿瘤形成的重要原因 特别是启动子的异常甲基化引起抑癌基因的沉默 影响着肿瘤发展的各个阶段 把肿瘤基因组学与表观遗传学的研究结合起来 是肿瘤研究的发展趋势 目前 甲基化是表观遗传学上研究相对较深入的一种机制 它能够影响基因的表达 有学者认为启动子 甲基化介导的基因转录抑制的机制是 甲基化阻碍转录激活因子与 的结合 或募集某些转录抑制因子与 结合 从而引起靶基因的表达下调甚至沉默 甲基化是一种酶介导的化学修饰过程 主要是指在 甲基化转移酶!!! 的作用下 腺苷甲硫氨酸的甲基转移到突出于 双螺旋的胞嘧啶的 4 位 形成 4 甲基胞嘧啶 4! &! 4 1 甲基化转移酶分两种 一种是维持甲基化转移酶如 另一种是重新甲基化转移酶如 和 它们使去甲基化的 位点重新甲基化 在细胞分化的过程中 基因的甲基化状态将遗传给后代细胞 7 / 甲基化与结直肠癌的发生发展 在脊椎动物中 二核苷酸是 甲基化发生的主要位点 常成簇存在 人们将基因组中富含 的一段 称为 岛 & 通常长度在 左右 岛常位于转录调控区附近 甲基化的研究与 岛的研究密不可分 大量研究发现抑癌基因启动子的 岛常出现高甲基化现象! 等 检测了 例经手术切除的结直肠癌的临近淋巴结组织 发现 4 例标本存在雌激素受体!!!! 基因的启动子 岛高甲基化现 象 等在 位结直肠癌患者的肿瘤组织中检测了 基因的启动子区异常甲基化状态 发现 和 基因出现异常甲基化的标本均达 4 以上 基因仅占 & 等采用 1 技术检测了 4 例遗传性结直肠癌和 例散发性结直肠癌的组织标本 中 及 等基因的启动子区 岛甲基化状态 发现分别有 4 和 4 的肿瘤组织存在至少一种基因的启动子甲基化 其中 的散发性结直肠癌存在 基因异常甲基化 而在 4 例遗传性结直肠癌病例中仅 7 散发性结直肠癌病例中存在 基因异常甲基化 而在遗传性结直肠癌病例中出现异常甲基化的却占 这种差异可能与散发性结直肠癌和遗传性结直肠癌存在不同的癌变机制有关 随着近年来 & 的研究深入 发现一些扮演抑癌基因角色的 4 & 也存在启动子甲基化状态 & 等 利用 & 芯片以及 1 等技术在结肠癌细胞系 中发现 &7 & 和 & 存在 岛的高度甲基化 进一步研究发现 岛甲基化可导致这些 & 出现表达沉默 并影响其靶标基因 及 / 等的表达 微卫星不稳定性 &!&! &&& 1 是结直肠发生癌变的一条基本通路 主要与 碱基错配修复基因 和 等出现异常有关 研究者们发现 1 与 碱基错配修复基因启动子区甲基化水平密切相关 && 等分析了 7 例结直肠癌组织标本中 基因的启动子甲基化状态 发现高度 1 的标本中 4 7 存在 启动子甲基化 而微卫星稳定 &!&!&& 1 的肿瘤组织中仅占! 等也发现 基因启动子在高度 1 的结直肠癌组织中的甲基化水平明显高于低度 1 以及 1 的结直肠癌组织 碱基错配修复基因启动子高度甲基化导致 碱基错配修复蛋白表达低下甚至缺失 导致 1 从而参与结直肠癌的发生发展 肿瘤细胞中 甲基化水平出现异常的频率很高 但尚不清楚这种表观遗传变化是肿瘤产生的诱因还是结果 7 直至最近几年在肿瘤中基因局部区域出现高甲基化的机制明确后才有了突破 有研究者发现 抑制复合物能够募集重新甲基化转移酶 从而引起靶基因局部区域甲基化 另有研究发现在胚胎干细胞中能与 抑制复合物相结合的发育调节基因在癌组织中也出现 局部区域高甲基化状态 这种被 抑制复合物标记了的基因在肿瘤的发生早期即出现 甲基化 并引起基因
7 中南大学学报 医学版! 本身表达下调甚至沉默 因而研究者们认为 在肿瘤发生发展过程中 首先出现改变的不是基因 而是表观遗传 4 1 是一种碱基切补修复酶 可与 错配修复蛋白 1 相互作 用 / 等发现该酶的基因启动子区 岛的甲基化程度在结直肠癌患者明显高于正常人 启动子甲基化导致的基因沉默可能是结直肠癌发生的早期事件 / 甲基化与结直肠癌的诊断 表观遗传在肿瘤中的变化不仅可以提供新的结直肠癌药物治疗靶点 还能为结直肠癌的诊断提供一个新的前景 许多研究显示启动子异常甲基化在肿瘤的发生过程中是一个频发的早期事件 因此肿瘤相关基因的甲基化状态可能是肿瘤发生的一个早期敏感指标 被认为是一种有前景的肿瘤分子标志物 更为重要的是 癌细胞可以释放 至外周血和体液中 正常人外周血中都存在纳克级的游离 当肿瘤产生时 肿瘤细胞可以释放 到外周血中 并在血清 血浆中富集 其 含量比正常人外周血中高 倍 有研究发现外周血血浆 血清 肿瘤累及器官相关的体液 如唾液 痰等 中同样可以检测到肿瘤组织中存在的肿瘤相关基因的启动子异常甲基化 7! 等报道基因 和 / 在血清中 甲基化水平与结直肠癌临床分期相关 并跟踪随访了 位结直肠癌患者 发现治疗前血清中基因 和 / 出现 高甲基化的患者预后均较差 血清中特异性基因如 和 / 的甲基化可作为分子标志物 对判断结直肠癌患者预后具有重要意义 而!/ 等发现基因 " 和 的 岛甲基化在结肠癌患者大便中的检出率高于结肠癌组织 这可能是由于在细胞凋亡过程中 降解主要发生在非甲基化的 序列 这种选择性的降解可能导致甲基化的 释放至排泄物中 引起排泄物中 甲基化水平明显升高 在大便中检测某基因 甲基化水平是种非侵入性技术 能够获得结直肠癌细胞一定的甲基化水平信息 但有待寻找敏感性和特异性均较高的基因作为靶点 同时还需与其他的非侵入性技术相结合 比如排泄物中 突变的检测以及免疫 细胞化学分析等 / 甲基化与结直肠癌的治疗 抑癌基因的过甲基化和癌基因的甲基化不足都可以导致结直肠癌变 前者造成抑癌基因的表达沉默 而后者则导致癌基因的过表达 这些表观遗传的性状为结直肠癌的表观遗传治疗提供了依据 若对出现异常甲基化的癌基因和抑癌基因人为进行药物逆转 可为结直肠癌早期治疗提供新的策略 近年来各种芯片技术迅猛发展 从基因组水平高通量研究 甲基化谱已成为目前研究的热点 4 & 等将甲基化 免疫沉淀方法与启动子芯片技术相结合 发现敲除 甲基化转移酶 和 前后的 细胞中基因甲基化修饰谱发生改变 其中主要是与转录调节 蛋白修饰 细胞间运输 细胞凋亡以及 复制 修复有关的基因 并发现基因 " " 和 在处理前启动子 岛均呈高甲基化 而在处理后均表现为非甲基化 D& 等发现 甲基转移酶抑制剂 4 脱氧杂氮胞苷 4!&&! 通过逆转 基因的高甲基化状态 上调 基因表达 参与调节 4 信号通路的下游靶分子 和 等 进而抑制结肠癌细胞的生长 诱导结肠癌细胞周期阻滞和细胞凋亡 通过逆转甲基化异常状态进而影响基因的表达水平这一途径有望成为结直肠癌治疗策略 目前 甲基转移酶抑制剂和组蛋白去乙酰化酶抑制剂已成为表观遗传在结直肠癌药物治疗方面的两大主要靶向 7 & 等通过给易患结肠癌的小鼠分别施用重新甲基化转移酶的 种突变体 构建了 种转基因小鼠模型 研究发现过表达突变体 不能导致! 基因的甲基化 但过表达突变体 却可引起! 基因的高甲基化 尽管! 基因在正常的结肠组织和脾脏组织中均有表达 但 只能引起! 基因在结肠组织中高甲基化 因此 认为 导致! 基因出现组织特异性高甲基化的这一特异性 将为结直肠癌基于 甲基化的治疗方法提供一个主要的优势
结直肠癌与 甲基化 刘敏姬 等 随着筛选肿瘤细胞基因组中表观遗传改变的技术得到不断的完善和发展 利用 甲基化芯片不仅能找出肿瘤细胞中被异常甲基化的 区域 还能结合基因表达谱芯片筛选药物处理后肿瘤中表观遗传沉默后经逆转重新表达的基因 & 等采用寡核苷酸芯片分析比较了 4 脱氧杂氮胞苷处理前后的两种结直肠癌细胞系 和 的基因表达情况 发现 个启动子区含有 岛的基因在结直肠癌细胞中表达沉默 进一步验证发现 调节细胞内泛素表达的 基因在结直肠癌组织中的甲基化水平较正常黏膜组织明显增高 利用高通量的 甲基化芯片技术与生物信息学方法进行更加深入的研究可加速特异性的结直肠癌抑癌基因的发现 为寻找结直肠癌组织特异性的分子治疗靶点提供了一个快捷的途径 / 展 // 望 甲基化所致基因表观遗传学转录失活已经成为肿瘤表观基因组学研究的重点内容 探索结直肠癌的 甲基化修饰模式 将为结直肠癌发生机制的研究开辟一条新的道路 尽管目前 甲基化应用于肿瘤的诊断 治疗尚处于初步的研究阶段 但许多试验结果表明 表观遗传学研究必将是一种很有前景的肿瘤化学防治的新策略 结合遗传学和表观遗传学两个方面进行研究 全面了解结直肠癌的分子机制 有助于发展出诊断 预测和治疗结直肠癌的更有效的工具以应用于临床实践 参考文献 1! 1 &!1!&!! 4!&! &!!&!!&!!!!& &! 1 7 4 4 &!!&!&!!&! 7! 1&!!&!!:&! & 7 4 4!&!!&&&!!&!!& &!!!! &!!&!&!! 7 7! &!&!&! &!&!&! & 7 7 &!!!& &!&!&!!& 1!& 7 7!!1!!&!&!! &!&&&!:!! 7 7 7! &!!&!&&!& & & /&!!!& 1! 4!&!!&!!&!!&!:! 4!!!!!! &!&!!&!! & &!!&!! &!! 4 & &&!! && && & &!&!& &&&!!& &!& &!! 4 4 4 &!!! &! & & &&!!&! &&!! &!&! 1! & 7 4 & & &!:! &!& &!!!& & 7 4 4 4 4 && &:!1&!&!&&& 1!!& & & & &!!&!!! &&!! 4! &!!&!!!!1!!&& 1!!1!!& & &!& &!&!&! &!!&!&!& &!!: 7 7 4 7 & &!!!!&!!!!!!!!& &!!!! &&&& &!!!! &!!!!!!!& C &!!&! 7 7 7 &/!!1 &!!!&!!&!!&!&!!! 4 4 7!&!!!!!&!!& &!!!!! :!& &!!! 1:! 1 D!!!&! &!!&!!!!!!&!&! &!&!!!1!!!&!!&!&!!! &&&!!! &&&!!!!& &!&!!
中南大学学报 医学版! & 1!& 7 & &!!&!!&!&&!!&!!&/&&!!:! 4!&!!&!!&!!&!&&&!!:!! / :!! &!!& /!&!!&!! 1 1 &! :&!!&! 7!!1!!!&!!&&!!!& &!&& 7!1!!&&:!!!&!!!& &!!!&! &!! &!/&!!!! 4 4 4 4 4 & &:&!!!& &!!!&!!!& &!! 4 4 4 4 7!1!!!!1!&! & &!!!&!&!! &!! 4!/ & &&!!!!!&! &!!&&! &!!!&!&&!!: 4 4! /!1 &!!!&!!!&& &!! 7 :!!!!!& &!! &!! 4 :&!!! 1&! & &&!&!!!& :!!!!&!!&! 4 4! C!& &!&!!& & &&!! 4 &!!!&:!!&!!&&!!!!!!!&& & &!!!! 7 7 D&! C &!&&&!!!&!!!! &&!!!:&&&&& 4 &&!11! 7 &!!&!!& 1!! 4 4 & &!! &!!&& :&:!!!&&! :!& &&&!&!!!: &!&!!&&&! &&!!!!&!!!&!!&!!&&&!&!!! 7 本文编辑 傅希文