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介導的基因與環(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。隨著國內外研究的關注和不斷深入，表觀遺傳學已成為較理想的早期胃癌診斷、預后標志物及臨床治療的新靶點。本文對表觀遺傳學調控中研究較多的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

20世紀50年代，胚胎學家Conrad Waddington最初將表觀遺傳學描述為基因及其實現(xiàn)表型的基因產物間相互作用的生物學分支。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，即表觀遺傳學是研究在無DNA序列變化的情況下，可以經過有絲分裂和減數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)律的核內遺傳不相符［4］。表觀遺傳學在環(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、染色質結構穩(wěn)定、轉錄活性、組蛋白修飾和非編碼RNA調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修飾過程［5］。DNA甲基化并未導致遺傳信息的改變，而只是改變DNA序列中保存信息的可讀性，并通過隨后的轉錄抑制引起基因表達的失活。在人類中，已經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具有未知的生物學功能，其與DNA的強結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、轉錄、X染色體失活和基因印記等過程中發(fā)揮關鍵作用［6］。

癌細胞中DNA甲基化狀態(tài)變化是極其復雜的，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機制而表達沉默的新生物學標志物。還發(fā)現(xiàn)幾乎一半通過突變導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測腫瘤的惡性潛能和早期診斷［9］。hMLH1是錯配修復系統(tǒng)中的主要成員之一，在DNA復制時參與錯配修復功能，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，并與大多數表現(xiàn)微衛(wèi)星不穩(wěn)定（MSI）的胃癌中低表達的hMLH1相關。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)，甲基化在淋巴結轉移的胃癌組織中明顯高于無淋巴結轉移者，且與漿膜浸潤有關；同時E-Cadherin表達下調與胃癌患者的預后不良密切相關［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)，并且與淋巴結轉移、晚期和生存不良有關［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%），與患者預后不良有關［16］。SNCG去甲基化在淋巴結轉移病例中常見［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控機制中與胃癌發(fā)生發(fā)展關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，與DNA結合的堿性蛋白質的總稱，是真核生物染色體的基本結構蛋白，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構域，介導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?；⒘姿峄?、核糖基化、磺?；Ⅳ驶吞腔?。基因表達調控中的組蛋白乙?；窃谟梢阴］o酶A為其提供乙?；糠值膩碓?，在組蛋白乙?；D移酶（HAT）發(fā)揮的催化介導作用下，將乙?；D移至其基團上，通過影響染色質的緊縮程度，從而影響轉錄因子和DNA鏈上的啟動子結合，進而影響基因轉錄。正常細胞中，核小體DNA的激活/乙?；褪Щ?非乙酰化形式之間存在著精確的平衡。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移酶（HMT）催化完成，該過程涉及廣泛的基因活性和染色質結構的調節(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，其中H3K4、H3K36和H3K79的甲基化與基因活化有關。除了其在轉錄調控中的作用外，組蛋白修飾也與DNA復制、修復和凝聚有關。

主要發(fā)生在組蛋白N-末端結構域的賴氨酸殘基上的乙?；揎椧延形墨I報道其與轉錄激活有關。組蛋白H3K9的乙?；c低分化型或彌漫型的組織學類型胃癌相關，H4賴氨酸16位點的乙?；芍甘景┌Y患者較好的預后，其可能是通過激活腫瘤抑制基因發(fā)揮作用［20］。組蛋白H4乙酰化水平在胃癌黏膜中比正常黏膜中減少，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轉移有關［21］。在胃癌細胞中，p21WAF1與廣泛的組蛋白乙?；嘘P，據報道，減少的組蛋白H3乙?；脚c腫瘤抑制基因p21WAF1/CIP1在胃癌中的表達降低有關［22］。HDAC在基因乙?；降恼{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、腫瘤復發(fā)、患者生存率有關，多因素生存分析結果顯示H3K9三甲基化可作為胃癌患者的獨立預后因素。

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表達下調相關，miR-155是一種重要的多功能miRNA，通過靶向SMAD2調控胃癌細胞的轉移。此外，miR-34c-5p的高表達通過下調微管相關蛋白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。

有證據表明lncRNA在剪接前的修飾、轉錄、轉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）和轉移相關肺腺癌轉錄因子-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和預后不良有關［30］。母系表達基因3（MEG3）參與調控胃癌細胞增殖和凋亡，同時其表達下調與胃癌患者的生存率降低相關［31］。Li等［32］從大樣本測序數據庫中確定2種lncRNA（HOTAIR和UCA1）在胃癌中的診斷和預后中的效用。

5 表觀遺傳學在胃癌中的臨床意義

深入研究表觀遺傳學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物更加頻繁，啟動子甲基化的診斷價值高于其對應遺傳產物的作用，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，表觀遺傳學研究將會更加有效和經濟［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測胃癌的腫瘤行為或預后。在癌癥發(fā)展中通過表觀遺傳機制沉默相關基因的最新研究進展與表觀遺傳藥物的設計和開發(fā)密切相關。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

胃癌的發(fā)生是一個表觀遺傳學介導的環(huán)境與基因相互作用的多階段的發(fā)展過程。目前已有較多關于表觀遺傳調控在胃癌進展中發(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，同時對于預測胃癌患者的腫瘤行為和預后、監(jiān)測患者對于治療藥物反應性，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，關于胃癌相關表觀遺傳學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。