閆國林 李仕青?

胃癌是常見的惡性腫瘤。我國胃癌新發(fā)病例約67.9萬/年，同期死亡人數(shù)49.8萬，發(fā)病率和病死率在惡性腫瘤中均高居第二［1］。大部分胃癌患者就診時處于中晚期，5年生存率僅5%［2］。研究顯示表觀遺傳學(xué)介導(dǎo)的基因與環(huán)境之間的相互作用在胃癌的發(fā)病機制中扮演重要角色［3］。表觀遺傳學(xué)是指不伴有基因DNA序列改變的，基因表達水平發(fā)生可遺傳的和暫時性/可逆性的變化。隨著國內(nèi)外研究的關(guān)注和不斷深入，表觀遺傳學(xué)已成為較理想的早期胃癌診斷、預(yù)后標志物及臨床治療的新靶點。本文對表觀遺傳學(xué)調(diào)控中研究較多的DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA在胃癌發(fā)生發(fā)展中重要作用的研究進展作一綜述。

1 表觀遺傳學(xué)

20世紀50年代，胚胎學(xué)家Conrad Waddington最初將表觀遺傳學(xué)描述為基因及其實現(xiàn)表型的基因產(chǎn)物間相互作用的生物學(xué)分支。隨著人們發(fā)現(xiàn)環(huán)境因素對發(fā)育可塑性有著深刻影響，提出更為完整的定義，即表觀遺傳學(xué)是研究在無DNA序列變化的情況下，可以經(jīng)過有絲分裂和減數(shù)分裂等在細胞和個體世代間傳遞，從而引起基因表達或表型改變的生命信息，其與傳統(tǒng)孟德爾遺傳規(guī)律的核內(nèi)遺傳不相符［4］。表觀遺傳學(xué)在環(huán)境因素和基因表達間架起橋梁，其在人類疾病中的關(guān)鍵作用也正在被逐漸揭示，顯示其在細胞的再生、心血管疾病、腫瘤的發(fā)生等生理病理過程中發(fā)揮著重要作用，因此對于如DNA甲基化、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、轉(zhuǎn)錄活性、組蛋白修飾和非編碼RNA調(diào)控等不同的生物活性的全面理解能夠明顯推動表觀遺傳學(xué)的發(fā)展，并能為腫瘤的防治提供新的思路。

2 DNA甲基化與胃癌

DNA甲基化是被研究最廣泛的表觀遺傳修飾，DNA甲基化是在一系列DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMT）參與下，S-腺苷甲硫氨酸為其提供甲基的來源，基因啟動子序列CpG島中胞嘧啶上的可逆性化學(xué)修飾過程［5］。DNA甲基化并未導(dǎo)致遺傳信息的改變，而只是改變DNA序列中保存信息的可讀性，并通過隨后的轉(zhuǎn)錄抑制引起基因表達的失活。在人類中，已經(jīng)描述了各種具有不同生命功能的DNMT。DNMT3a和DNMT3b參與建立從頭甲基化模式，其中DNMT1被認為是負責維持DNA甲基化。DNMT2具有未知的生物學(xué)功能，其與DNA的強結(jié)合表明其可能參與標記基因組中的特定序列。研究表明DNA甲基化在胚胎發(fā)育、轉(zhuǎn)錄、X染色體失活和基因印記等過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用［6］。

癌細胞中DNA甲基化狀態(tài)變化是極其復(fù)雜的，分為低甲基化和高甲基化。癌癥中甲基化的喪失主要是由于重復(fù)DNA序列的低甲基化。在腫瘤的發(fā)展過程中，基因組的低甲基化程度隨著病變從良性發(fā)展到轉(zhuǎn)移而逐漸增加［7］。傳統(tǒng)的胃癌分子研究大多是基于基因突變。近年來，研究聚焦于發(fā)現(xiàn)早期癌變過程中由于表觀遺傳學(xué)機制而表達沉默的新生物學(xué)標志物。還發(fā)現(xiàn)幾乎一半通過突變導(dǎo)致失活進而引起家族性癌癥的抑癌基因在散發(fā)性癌癥中亦可能是由于其自身啟動子高甲基化狀態(tài)而失活［8］。越來越多的證據(jù)表明，基因啟動子甲基化狀態(tài)的變化在胃癌的發(fā)生發(fā)展中起關(guān)鍵作用。如p16INK4a，CDKN2B和p14ARF等基因在人細胞系和原發(fā)性腫瘤中均表現(xiàn)出高甲基化。由于基因啟動子高甲基化引起p16沉默已在胃癌中有報道，并可以通過其甲基化水平預(yù)測腫瘤的惡性潛能和早期診斷［9］。hMLH1是錯配修復(fù)系統(tǒng)中的主要成員之一，在DNA復(fù)制時參與錯配修復(fù)功能，對維持基因組的穩(wěn)定具有重要作用。hMLH1基因啟動子高甲基化在胃癌中頻繁發(fā)生，并與大多數(shù)表現(xiàn)微衛(wèi)星不穩(wěn)定（MSI）的胃癌中低表達的hMLH1相關(guān)。研究報道hMLH1甲基化在71%的MSI-H腫瘤中可見，但是僅分別在8%的MSI-low和13%的微衛(wèi)星穩(wěn)定腫瘤中可見［10］。癌細胞通過血管通道轉(zhuǎn)移和侵犯器官的能力由APC、E-Cadherin（CDH1）、H-Cadherin（CDH13）和FAT腫瘤抑制因子所表示。CDH1基因啟動子高甲基化在54.8%的散發(fā)性胃癌中發(fā)現(xiàn)，甲基化在淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的胃癌組織中明顯高于無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移者，且與漿膜浸潤有關(guān)；同時E-Cadherin表達下調(diào)與胃癌患者的預(yù)后不良密切相關(guān)［11-12］。CDH4基因甲基化在胃癌高發(fā)病例中也可見到，可能是腫瘤進展的早期事件。死亡相關(guān)蛋白激酶（DAPK）在腸型、彌漫型和混合型胃癌中呈高甲基化狀態(tài)，并且與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、晚期和生存不良有關(guān)［13］。半胱氨酸蛋白酶家族成員Caspase-1在19.3%的胃癌中表達缺失，而使用甲基化抑制劑處理胃癌細胞系后其表達趨勢相反［14］。最近，Sepulveda等鑒定了13個基因（BRINP1、CDH11、CHFR、EPHA5、EPHA7、FGF2、FLI1、GALR1、HS3ST2、PDGFRA、SEZ6L、SGCE和SNRPN），其與正常黏膜相比，在胃癌組織中呈現(xiàn)高甲基化，這一系列基因的進一步研究有助于開發(fā)出該致死性腫瘤的精確診斷和改善預(yù)后的方法。特異基因的低甲基化也參與胃癌的發(fā)生。胃癌中黑色素瘤抗原、突觸核蛋白-γ（SNCG）和細胞周期蛋白D2的去甲基化已在胃癌中被報道［15］。已知黑色素瘤抗原（MAGE）表達是通過甲基化機制激活的。MAGE-A1和A3基因啟動子的去甲基化在胃癌的晚期臨床階段較為常見（分別為29%和66%），與患者預(yù)后不良有關(guān)［16］。SNCG去甲基化在淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移病例中常見［17］。71%胃癌組織中發(fā)現(xiàn)cyclin D2啟動子低甲基化，此事件在III期和IV期腫瘤中較I期和II期腫瘤更為常見［18］。DNA甲基化是表觀遺傳調(diào)控機制中與胃癌發(fā)生發(fā)展關(guān)系最為密切的一種方式，其深入研究同時有助于發(fā)展更為精確的胃癌早期檢測、臨床分析、預(yù)后監(jiān)測的方式。

3 組蛋白修飾與胃癌

組蛋白是進化上高度保守的蛋白質(zhì)，與DNA結(jié)合的堿性蛋白質(zhì)的總稱，是真核生物染色體的基本結(jié)構(gòu)蛋白，有5種類型：H1、H2A、H2B、H3和H4，其特征是一個可作用的氨基末端尾部和組蛋白折疊結(jié)構(gòu)域，介導(dǎo)組蛋白間的相互作用以形成核小體支架［6］。組蛋白多肽的N-末端被60種不同的翻譯后修飾所廣泛修飾，包括甲基化、乙酰化、磷酸化、核糖基化、磺?；Ⅳ驶吞腔??；虮磉_調(diào)控中的組蛋白乙?；窃谟梢阴］o酶A為其提供乙酰基部分的來源，在組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶（HAT）發(fā)揮的催化介導(dǎo)作用下，將乙?；D(zhuǎn)移至其基團上，通過影響染色質(zhì)的緊縮程度，從而影響轉(zhuǎn)錄因子和DNA鏈上的啟動子結(jié)合，進而影響基因轉(zhuǎn)錄。正常細胞中，核小體DNA的激活/乙酰化和失活/非乙?；问街g存在著精確的平衡。該平衡是在HAT和組蛋白去乙?；福℉DAC）的平衡調(diào)和的作用下完成。另一種常見的修飾包括組蛋白的精氨酸和賴氨酸殘基的甲基化，這種甲基化由組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶（HMT）催化完成，該過程涉及廣泛的基因活性和染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)［19］。通常，在H3K9、H3K27和H4K20位點的賴氨酸甲基化與基因沉默相關(guān)，其中H3K4、H3K36和H3K79的甲基化與基因活化有關(guān)。除了其在轉(zhuǎn)錄調(diào)控中的作用外，組蛋白修飾也與DNA復(fù)制、修復(fù)和凝聚有關(guān)。

主要發(fā)生在組蛋白N-末端結(jié)構(gòu)域的賴氨酸殘基上的乙?；揎椧延形墨I報道其與轉(zhuǎn)錄激活有關(guān)。組蛋白H3K9的乙?；c低分化型或彌漫型的組織學(xué)類型胃癌相關(guān)，H4賴氨酸16位點的乙?；芍甘景┌Y患者較好的預(yù)后，其可能是通過激活腫瘤抑制基因發(fā)揮作用［20］。組蛋白H4乙?；皆谖赴つぶ斜日ｐつぶ袦p少，并且組蛋白H4乙?；降慕档团c胃癌晚期、更嚴重的器官侵襲和更廣泛程度的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)［21］。在胃癌細胞中，p21WAF1與廣泛的組蛋白乙酰化有關(guān)，據(jù)報道，減少的組蛋白H3乙酰化水平與腫瘤抑制基因p21WAF1/CIP1在胃癌中的表達降低有關(guān)［22］。HDAC在基因乙?；降恼{(diào)節(jié)過程中也十分重要，研究表明HDAC在胃癌中亦存在表達異常，Mutze等［23］通過對127例的胃癌組織標本的統(tǒng)計分析顯示HDAC1和HDAC2在胃癌組織中相對于正常組織具有高表達水平，且HDAC1可以作為對化療藥物敏感的胃癌患者危險因素分層指標。組蛋白修飾中的甲基化修飾方式亦在胃癌研究中有報道，目前研究主要聚焦于組蛋白H3和H4。Park等［20］通過胃癌組織免疫組化結(jié)果發(fā)現(xiàn)，胃癌組織中H3K9的三甲基化水平與胃癌分期、淋巴管浸潤、腫瘤復(fù)發(fā)、患者生存率有關(guān)，多因素生存分析結(jié)果顯示H3K9三甲基化可作為胃癌患者的獨立預(yù)后因素。

4 非編碼RNA與胃癌

蛋白編碼基因在總基因組中占1.5%～2%，人類基因組中大部分是非編碼部分，并且曾被認為是無功能的，然而，最近關(guān)于這些RNA功能方面的研究報道逐漸增多。Li等［24］證實DNA甲基化水平與miR-155表達下調(diào)相關(guān)，miR-155是一種重要的多功能miRNA，通過靶向SMAD2調(diào)控胃癌細胞的轉(zhuǎn)移。此外，miR-34c-5p的高表達通過下調(diào)微管相關(guān)蛋白tau蛋白表達顯著增加胃癌的化療耐受性［25］。Zhu等［26］發(fā)現(xiàn)miR-200bc/429簇在多藥耐受的發(fā)展中通過靶向抑制BCL-2和XIAP進而發(fā)揮重要作用。

有證據(jù)表明lncRNA在剪接前的修飾、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后修飾如剪接和翻譯中均發(fā)揮作用［27］。其也可通過DNA的表觀遺傳修飾在染色質(zhì)重塑中發(fā)揮重要作用。Arita等［28］檢測發(fā)現(xiàn)胃癌患者血漿中H19、HOX反義基因RNA（HOTAIR）和轉(zhuǎn)移相關(guān)肺腺癌轉(zhuǎn)錄因子-1（MALAT1）的表達異常，基于這些發(fā)現(xiàn)，Zhou等［29］發(fā)現(xiàn)胃癌患者血漿中H19相較于正常呈現(xiàn)高表達水平，且可以用作理想的生物診斷標志物。此外，HOTAIR的表達與胃癌的組織病理學(xué)和預(yù)后不良有關(guān)［30］。母系表達基因3（MEG3）參與調(diào)控胃癌細胞增殖和凋亡，同時其表達下調(diào)與胃癌患者的生存率降低相關(guān)［31］。Li等［32］從大樣本測序數(shù)據(jù)庫中確定2種lncRNA（HOTAIR和UCA1）在胃癌中的診斷和預(yù)后中的效用。

5 表觀遺傳學(xué)在胃癌中的臨床意義

深入研究表觀遺傳學(xué)有助于癌癥的診斷和治療。啟動子異常甲基化在癌癥發(fā)生過程中出現(xiàn)較早。CpG島的高甲基化可能會成為腫瘤早期發(fā)現(xiàn)的最有前景的生物標志物之一。在診斷價值方面，因基因啟動子甲基化水平在腫瘤發(fā)生過程中的變化較基因產(chǎn)物更加頻繁，啟動子甲基化的診斷價值高于其對應(yīng)遺傳產(chǎn)物的作用，此外目前還可以同時分析幾個甲基化位點，同時由于啟動子甲基化發(fā)生在基因的一個明確區(qū)域內(nèi)，表觀遺傳學(xué)研究將會更加有效和經(jīng)濟［6］。胃癌的總體生存率較低。用于病變部位的早期檢測和/或用于監(jiān)測局部復(fù)發(fā)的可靠生物標志物在增加胃癌患者生存率方面有較大作用。腫瘤的表觀遺傳改變也可用于預(yù)測胃癌的腫瘤行為或預(yù)后。在癌癥發(fā)展中通過表觀遺傳機制沉默相關(guān)基因的最新研究進展與表觀遺傳藥物的設(shè)計和開發(fā)密切相關(guān)。這些化合物主要通過三個不同的過程：DNA胞嘧啶甲基化，組蛋白修飾和核小體重塑。兩種主要的藥物是DNA甲基化抑制劑和HDAC抑制劑。

6 小結(jié)

胃癌的發(fā)生是一個表觀遺傳學(xué)介導(dǎo)的環(huán)境與基因相互作用的多階段的發(fā)展過程。目前已有較多關(guān)于表觀遺傳調(diào)控在胃癌進展中發(fā)揮作用的研究報道，然而其精確分子機制和臨床應(yīng)用仍不清楚。未來，這些表觀遺傳修飾變化可作為早期胃癌檢測的潛在篩選標志物，也可作為風險判定工具用來評估患者發(fā)展為胃癌的概率，同時對于預(yù)測胃癌患者的腫瘤行為和預(yù)后、監(jiān)測患者對于治療藥物反應(yīng)性，表觀遺傳標記也是理想的候選者。此外，DNA甲基化抑制劑和HDAC抑制劑可作為單一療法或與其他抗癌藥物聯(lián)合使用治療胃癌。更重要的是，關(guān)于胃癌相關(guān)表觀遺傳學(xué)的研究將會為以后開展胃癌個體化基因治療奠定必要的基礎(chǔ)。