食管癌相關的表觀遺傳學的改變,醫(yī)學遺傳學論文

食管癌相關的表觀遺傳學的改變,醫(yī)學遺傳學論文食管癌是消化系統(tǒng)常見的惡性腫瘤之一，惡性程度高，5年生存率不到30%。食管癌的發(fā)病有著明顯的地域性。中國是世界上食管癌的高發(fā)國家，同時也是食管癌高死亡率的國家之一。食管癌按病理可分為食管鱗癌和食管腺癌。我們國家以食管鱗癌為主，食管鱗癌約占95%。早中期的食管癌有治愈的可能，晚期食管癌治愈難度很大。由于食管癌早期異常感覺和狀態(tài)不明顯，中晚期食管癌約占該病的70%-80%，為該病的治療增加了難度。Knudson最早在1971年提出經典的腫瘤發(fā)生的二次打擊理論，以為腫瘤的發(fā)生是兩次基因突變的結果。腫瘤的高發(fā)人群從出生時就遺傳了雙親的一個突變的致癌基因，在后天的多種因素的影響下發(fā)生另一個等位基因的突變，經過這樣二次打擊之后能夠引起腫瘤。大量分子生物學研究已證實了這種由統(tǒng)計學分析提出的二次打擊學講。當代腫瘤理論以為，腫瘤的構成在基因層次可分為遺傳學機制與表觀遺傳學機制。遺傳學機制指的是腫瘤的構成與DNA序列的改變有關;表觀遺傳學機制指的是腫瘤的構成不發(fā)生DNA序列的改變，而是通過本身的化學修飾影響DNA的表示出。DNA甲基化是一種重要的表觀遺傳學的改變。DNA甲基化可以為是對腫瘤構成中的二次打擊。DNA的甲基化對食管癌的早期預防與診斷有著重要的意義，同時對食管癌的基因治療研究也有著很大的作用。1DNA甲基化的研究DNA甲基化是指DNA在DNA甲基轉移酶(DNAmethyltrantransferase,DNMT)介導下，以S-腺昔甲硫氨酸(SAM)為甲基供體，將胞嚓陡核昔酸的嚓陡環(huán)第5位碳原子甲基化，并與其3端的鳥漂吟構成甲基化的CpG(mCpG)。人體發(fā)生DNA甲基化的靶點是CpG島的二核昔酸，分布于整個染色體組，且分布頻率較預期低。健康人基因中，CpG島中的CpG位點通常處于非甲基化狀態(tài)，而在CpG島外的CpG位點則通常甲基化，這種甲基化的形式在細胞分裂的經過中能夠穩(wěn)定保存。DNA甲基化在體內有著重要作用，其主要的作用是轉錄抑制0。腫瘤的構成與原癌基因的激活和抑制基因的失活直接相關的，華而不實抑癌基因的失活能夠通太多種途徑，研究發(fā)現(xiàn)基因異常甲基化改變、基因缺失與基因突變是導致抑癌基因失活的三大途徑。凋亡相關基因、細胞周期調控基因、轉移相關基因、有絲分裂檢測點基因、錯配修復基因等多種抑癌基因在腫瘤的構成中發(fā)生甲基化而失活。DNA的甲基化是重要的表觀遺傳學改變，同時也被以為是腫瘤構成的二次打擊，引起甲基化對腫瘤的預防與治療有著重要的意義，因而成為了近年來研究的熱門。1.1抑癌基因甲基化與腫瘤的關系當腫瘤構成時，抑癌基因CpG島以外的CpG位點由甲基化狀態(tài)變?yōu)榉羌谆?，而CpG島中的CpG位點則呈高度甲基化，進而導致抑癌基因的低表示出或者失表示出。很多研究報道表示清楚，抑癌基因啟動子區(qū)域CpG島的異常甲基化可使抑癌基因失去功能表現(xiàn)，是腫瘤發(fā)病中的一個重要因素。腫瘤抑癌基因啟動子區(qū)CpG島的異常甲基化并不會導致基因序列發(fā)生改變，卻能夠調控基因的表示出，導致轉錄失活，使該基因表示出沉默。DNA異常甲基化影響基因表示出的主要機制:①直接作用:特異性轉錄因子與各啟動子的辨別位點結合，直接抑制基因表示出?；蚣谆够驑嬓桶l(fā)生了改變，進而影響DNA啟動子的特異順序與轉錄因子的結合，導致基因不能轉錄;②間接作用:甲基化后的5}端調控序列與核內甲基化CG序列結合蛋自結合，阻止了轉錄因子與基因的結合，致使轉錄復合物不能構成;③DNA甲基化還能夠影響染色體構造的方式來抑制轉錄。1.2食管癌抑癌基因的甲基化研究當前，抑癌基因啟動子區(qū)域CpG島異常甲基化與食管癌構成的關系成為近年來研究的熱門。通過研究表示清楚，食管癌可出現(xiàn)多種基因甲基化，如周期依靠性激酶蛋自(p16INK4a)、死亡相關蛋自激酶基因(DAPK)、細胞茹附相關基因(CDH1,CDH13)、金屬蛋自酶組織抑制因子(TIMP-3)、腫瘤性息肉瘤(APC)等。1.2.1細胞周期調控基因p16基因是迄今發(fā)現(xiàn)的第一個作用于細胞周期的抑癌基因，其直接介入細胞周期調控，定位于9p21染色體，在細胞周期G1/S限制點起關鍵負調控作用，調節(jié)細胞的增殖。p16基因編碼的蛋自為細胞周期蛋自激酶抑制劑，通過結合并抑制細胞周期依靠的蛋自激酶CDK4和CDK6，使Rh磷酸化程度降低來調控細胞通過G1期，進而抑制細胞的增殖。研究表示清楚，p16基因的缺失或者突變比擬少見，而其CpG島甲基化使該基因低表示出或者失表示出是其常見的基因改變。而研究良性病和正常組織發(fā)現(xiàn)，CpG島未發(fā)生甲基化。國內研究食管輕度典型增生的p16基因甲基化頻率為22.73%，中重度典型增生的p16基因甲基化頻率為59.09%,鱗狀細胞原位癌的p16基因甲基化頻率為78.57%,浸潤癌組織中p16基因甲基化頻率為64.86%Ahhaszadegan等!7]研究一組散發(fā)食管癌患者p16基因的甲基化率為73.3%，食管癌高風險家系中甲基化率為64.3%，以為p16基因的甲基化是食管癌高風險家系中有重要意義的早期腫瘤診斷標志。1.2.2轉移相關基因cDHI基因編碼的r皮鈣茹附蛋自(E-Cad-herin)是一種介導細胞間同質茹附的鈣依靠跨膜糖蛋自，起著維持組織構造的完好性的重要作用。研究表示清楚，其表示出的降低有利于上皮細胞腫瘤的侵襲與轉移。CDH1基因在腫瘤發(fā)生點突變，等位缺失等基因突變特別少見，但基因啟動子區(qū)CpG島甲基化導致的基因失活在腫瘤中比擬常見，是腫瘤組織中E-Cadherin缺失的一個重要機制!R]。章金強等在50例食管鱗癌標本中發(fā)現(xiàn)E-eadherin基因啟動子甲基化的陽性率為58%a(29/50)，并且E-eadherin的減少不僅與其基因啟動子甲基化有相關性，還與腫瘤的分期及有無淋逢迎轉移組間有聯(lián)絡!9。由此可見，CDH1在食管癌中異常甲基化是E-eadherin失活的主要機制，E-Cadherin蛋自的減少能夠導致細胞間的茹附降低，進而促進腫瘤細胞的侵襲，進而產生腫瘤的轉移。2DNA去甲基化的研究DNA甲基化是一種能夠被逆轉的基因修飾經過，因而腫瘤或癌前病變中通過對基因的去甲基化處理則能夠恢復基因表示出，進而到達預防與治療腫瘤的目的。DNA的甲基化與基因的表示出成反比，DNA的甲基化程度越高，基因的表示出程度越低，而去甲基化又能夠使基因的表示出增加。當前研究表示清楚，DNA去甲基化主要分為兩種方式:一種是在原生殖細胞中可發(fā)生的主動DNA去甲基化，這一經過與DNA的復制無關，受酶的催化，使5一甲基胞嚓陡轉化為非甲基化的胞嚓陡ft}l.另一種是通過與復制有關的被動DNA去甲基化，在DNA復制時，DNA的甲基化的維持遭到干擾，復制完成的DNA沒有保存原有的甲基化狀態(tài)，在不斷復制的經過中，甲基化的CpG島不斷的被稀釋，導致被動去甲基化!，。2.1DNA的主動去甲基化DNA主動去甲基化需要C-C鍵的斷裂。很多研究表示清楚在自血病細胞的去甲基化經過中，5一甲基胞嚓陡被經過標記的胞嚓陡代替，發(fā)現(xiàn)整個核昔僅為堿基被替換，其機制可能是通過5一甲基胞嚓陡DNA糖基化酶作用，將DNA中的甲基化胞嚓陡去除，留下完好的脫氧核昔。DNA去甲基化酶的特異性的作用底物是CpG島甲基化的胞嚓陡，被稱為5一甲基胞嚓陡糖昔酶，其作用依靠于RNA，局部DNA去甲基化機制是將嚓陡以核昔的形式加至原處。盡管對DNA主動去甲基化的研究有很多，但是關于主動去甲基化的潛在機制仍有一些爭論。當前研究發(fā)現(xiàn)DNA主動去甲基化牽涉的通路有6個，即5mC脫氨基化與BER偶聯(lián)通路、堿基切除修復(baseexcisionrepair,BER)通路、5mC甲基團脫氫通路、核昔切除修復(nucleosideresectionrepair,NER)通路、水解反響直接去除甲基團、5mC氧化去甲基化ft?l。與這些通路相關的酶和因子有:胞嚓陡脫氨酶:AID,APO-BECITET蛋自:TETI,TET2等!伙延伸復合物蛋自:ELP1,ELP2等!4，堿基切除修復蛋自:RNF4,TDG等!.核昔酸切除酶:GADD45a,GADD45b;DNA甲基轉移酶:DNMT3a,DNMT3b;DNA糖基化酶:EME，DML2等!2.2DNA的被動去甲基化DNA的被動去甲基化與DNA半保存復制有關。在DNA復制時，DNA的甲基化的維持遭到干擾，復制完成的DNA沒有保存原有的甲基化狀態(tài)，就處于半甲基化狀態(tài)。半甲基化DNA再經過半保存復制，而DNA甲基化活性仍受抑制，那就有50%的DNA發(fā)生去甲基化，而另外50%的DNA處于半甲基化狀態(tài)，隨著細胞分裂不斷的進行，DNA的甲基化程度不斷的減低。最終完成復制相關的被動去甲基化。2.3DNA去甲基化在腫瘤治療中的研究DNA的異常甲基化經?？稍谠缙诘膼盒阅[瘤中發(fā)現(xiàn)，且DNA的甲基化是一個可逆的事件，因而去甲基化成為腫瘤治療的一個新的研究熱門。當前研究的去甲基化技術主要有RNA干擾、基因敲除、核酸類似物摻人等，研發(fā)的相關去甲基化藥物主要包括甲基化轉移酶抑制劑、天然植物生物堿、組蛋自HDAC抑制劑和一些化學合成藥物等。由于DNA甲基化水平是由甲基化轉移酶活性決定的，怎樣抑制甲基化轉移酶的活性使DNA去甲基化、恢復相關抑癌基因功能是去甲基化治療的關鍵，所以如今研究的方向主要集中在抑制甲基化轉移酶活性上。對于DNA去甲基化藥物的研究已經有很長時間，抑制DNA甲基轉移酶(DNMT)的藥物研發(fā)獲得了很大進展。由于DNA甲基化是依靠DNMT的作用來實現(xiàn)的，DNMT是DNA去甲基化的靶點，當前DNMT抑制劑是研究最多的去甲基化藥物!andDNMT抑制劑去甲基化的作用機制主要是通過抑制DNMT的活性使復制后的DNA不再甲基化，恢復抑癌基因的表示出，到達其抑制腫瘤生長，治療腫瘤的目的。DNMT抑制劑治療腫瘤的作用機制如下。正常組織在轉化為惡性腫瘤時，抑癌基因從正常表示出到基因沉默，啟動子從未甲基化到高甲基化，DN-MT在這種轉變中有兩種作用:一是激活啟動子區(qū)使其從未甲基化狀態(tài)到高甲基化狀態(tài)，二是使其在每一次DNA復制以后仍保持原有的高甲基化狀態(tài)。去甲基化藥物通過抑制DNMT的活性使復制后的DNA不在保持高甲基化，這就實現(xiàn)了所有等位基因的去甲基化，進而恢復抑癌基因的表示出，抑制腫瘤的生長。DNMT抑制劑能夠分為三大類，包括核昔類DNMT抑制劑，非核昔累DNMT抑制以及自行設計的抑制劑。5一氮一2一脫氧胞昔是5一氮胞昔的脫氧核糖類似物，屬于DNMT抑制劑，是第一個被美國FDA批準上市用于治療惡性腫瘤的去甲基化藥物!1l。5一氮一2一脫氧胞昔的機理是抑制了DNMT而防止甲基化，低甲基化后的基因再次被活化}zz-zap。在對41例自血病用5一氮一2一脫氧胞昔進行治療后發(fā)現(xiàn)其對基因組的去甲基化效果非常明顯，超過一半的患者臨床異常感覺和狀態(tài)減輕l25]。但是以5一氮一2一脫氧胞昔為代表的核昔類抑制劑有一定的局限性。DNMT可分為3種，在腫瘤細胞中DNMT1的活性最高，3種DNMT可通過其活性的高低來獨認調控相應蛋自的表示出。研究發(fā)現(xiàn)抑制華而不實一種DNMT并不能到達去甲基化并抑制腫瘤細胞的目的，幾種不同的DNMT之間有協(xié)同作用，必須抑制幾種DNMT才能到達治療腫瘤的最佳療效!m.。當前研究的核昔類抑制劑并不能同時抑制3種DNMT的活性。因而去甲基化藥物還有很多問題需要解決，但是去甲基化藥物必將在腫瘤的治療中占有重要的位置。3總結隨著研究的深人，人們認識到基因的甲基化作用與基因突變一樣，不僅介入了腫瘤的發(fā)展，而且與腫瘤的發(fā)生也密不可分。近年來再食管癌相關的抑癌基因甲基化研究上獲得了相當?shù)某删??？梢娪捎谝职┗騿幼拥募谆斐傻牡捅硎境龌蛘弑硎境龀聊殉蔀槟[瘤的常見特征，并且這種異常甲基化也成為抑癌基因功能喪失的一種重要機制!。研究發(fā)現(xiàn)，異常的CpG島甲基化大多發(fā)生在腫瘤發(fā)展的早期階段!。因而基因的異常甲基化為尋找新的早期診斷方式方法提供了一條思路。同時，隨著對DNA去甲基化的研究的深人，發(fā)現(xiàn)DNA甲基化是一種能夠被逆轉的基因修飾經過，因而腫瘤或癌前病變中通過對基因的甲基化處理則能夠恢復基因表示出，進而到達預防與治