食管癌相关的表观遗传学的改变,医学遗传学论文

食管癌相关的表观遗传学的改变,医学遗传学论文食管癌是消化系统常见的恶性肿瘤之一，恶性程度高，5年生存率不到30%。食管癌的发病有着明显的地域性。中国是世界上食管癌的高发国家，同时也是食管癌高死亡率的国家之一。食管癌按病理可分为食管鳞癌和食管腺癌。我们国家以食管鳞癌为主，食管鳞癌约占95%。早中期的食管癌有治愈的可能，晚期食管癌治愈难度很大。由于食管癌早期异常感觉和状态不明显，中晚期食管癌约占该病的70%-80%，为该病的治疗增加了难度。Knudson最早在1971年提出经典的肿瘤发生的二次打击理论，以为肿瘤的发生是两次基因突变的结果。肿瘤的高发人群从出生时就遗传了双亲的一个突变的致癌基因，在后天的多种因素的影响下发生另一个等位基因的突变，经过这样二次打击之后能够引起肿瘤。大量分子生物学研究已证实了这种由统计学分析提出的二次打击学讲。当代肿瘤理论以为，肿瘤的构成在基因层次可分为遗传学机制与表观遗传学机制。遗传学机制指的是肿瘤的构成与DNA序列的改变有关;表观遗传学机制指的是肿瘤的构成不发生DNA序列的改变，而是通过本身的化学修饰影响DNA的表示出。DNA甲基化是一种重要的表观遗传学的改变。DNA甲基化可以为是对肿瘤构成中的二次打击。DNA的甲基化对食管癌的早期预防与诊断有着重要的意义，同时对食管癌的基因治疗研究也有着很大的作用。1DNA甲基化的研究DNA甲基化是指DNA在DNA甲基转移酶(DNAmethyltrantransferase,DNMT)介导下，以S-腺昔甲硫氨酸(SAM)为甲基供体，将胞嚓陡核昔酸的嚓陡环第5位碳原子甲基化，并与其3端的鸟漂吟构成甲基化的CpG(mCpG)。人体发生DNA甲基化的靶点是CpG岛的二核昔酸，分布于整个染色体组，且分布频率较预期低。健康人基因中，CpG岛中的CpG位点通常处于非甲基化状态，而在CpG岛外的CpG位点则通常甲基化，这种甲基化的形式在细胞分裂的经过中能够稳定保存。DNA甲基化在体内有着重要作用，其主要的作用是转录抑制0。肿瘤的构成与原癌基因的激活和抑制基因的失活直接相关的，华而不实抑癌基因的失活能够通太多种途径，研究发现基因异常甲基化改变、基因缺失与基因突变是导致抑癌基因失活的三大途径。凋亡相关基因、细胞周期调控基因、转移相关基因、有丝分裂检测点基因、错配修复基因等多种抑癌基因在肿瘤的构成中发生甲基化而失活。DNA的甲基化是重要的表观遗传学改变，同时也被以为是肿瘤构成的二次打击，引起甲基化对肿瘤的预防与治疗有着重要的意义，因而成为了近年来研究的热门。1.1抑癌基因甲基化与肿瘤的关系当肿瘤构成时，抑癌基因CpG岛以外的CpG位点由甲基化状态变为非甲基化，而CpG岛中的CpG位点则呈高度甲基化，进而导致抑癌基因的低表示出或者失表示出。很多研究报道表示清楚，抑癌基因启动子区域CpG岛的异常甲基化可使抑癌基因失去功能表现，是肿瘤发病中的一个重要因素。肿瘤抑癌基因启动子区CpG岛的异常甲基化并不会导致基因序列发生改变，却能够调控基因的表示出，导致转录失活，使该基因表示出沉默。DNA异常甲基化影响基因表示出的主要机制:①直接作用:特异性转录因子与各启动子的辨别位点结合，直接抑制基因表示出。基因甲基化使基因构型发生了改变，进而影响DNA启动子的特异顺序与转录因子的结合，导致基因不能转录;②间接作用:甲基化后的5}端调控序列与核内甲基化CG序列结合蛋自结合，阻止了转录因子与基因的结合，致使转录复合物不能构成;③DNA甲基化还能够影响染色体构造的方式来抑制转录。1.2食管癌抑癌基因的甲基化研究当前，抑癌基因启动子区域CpG岛异常甲基化与食管癌构成的关系成为近年来研究的热门。通过研究表示清楚，食管癌可出现多种基因甲基化，如周期依靠性激酶蛋自(p16INK4a)、死亡相关蛋自激酶基因(DAPK)、细胞茹附相关基因(CDH1,CDH13)、金属蛋自酶组织抑制因子(TIMP-3)、肿瘤性息肉瘤(APC)等。1.2.1细胞周期调控基因p16基因是迄今发现的第一个作用于细胞周期的抑癌基因，其直接介入细胞周期调控，定位于9p21染色体，在细胞周期G1/S限制点起关键负调控作用，调节细胞的增殖。p16基因编码的蛋自为细胞周期蛋自激酶抑制剂，通过结合并抑制细胞周期依靠的蛋自激酶CDK4和CDK6，使Rh磷酸化程度降低来调控细胞通过G1期，进而抑制细胞的增殖。研究表示清楚，p16基因的缺失或者突变比拟少见，而其CpG岛甲基化使该基因低表示出或者失表示出是其常见的基因改变。而研究良性病和正常组织发现，CpG岛未发生甲基化。国内研究食管轻度典型增生的p16基因甲基化频率为22.73%，中重度典型增生的p16基因甲基化频率为59.09%,鳞状细胞原位癌的p16基因甲基化频率为78.57%,浸润癌组织中p16基因甲基化频率为64.86%Ahhaszadegan等!7]研究一组散发食管癌患者p16基因的甲基化率为73.3%，食管癌高风险家系中甲基化率为64.3%，以为p16基因的甲基化是食管癌高风险家系中有重要意义的早期肿瘤诊断标志。1.2.2转移相关基因cDHI基因编码的r皮钙茹附蛋自(E-Cad-herin)是一种介导细胞间同质茹附的钙依靠跨膜糖蛋自，起着维持组织构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细胞肿瘤的侵袭与转移。CDH1基因在肿瘤发生点突变，等位缺失等基因突变特别少见，但基因启动子区CpG岛甲基化导致的基因失活在肿瘤中比拟常见，是肿瘤组织中E-Cadherin缺失的一个重要机制!R]。章金强等在50例食管鳞癌标本中发现E-eadherin基因启动子甲基化的阳性率为58%a(29/50)，并且E-eadherin的减少不仅与其基因启动子甲基化有相关性，还与肿瘤的分期及有无淋逢迎转移组间有联络!9。由此可见，CDH1在食管癌中异常甲基化是E-eadherin失活的主要机制，E-Cadherin蛋自的减少能够导致细胞间的茹附降低，进而促进肿瘤细胞的侵袭，进而产生肿瘤的转移。2DNA去甲基化的研究DNA甲基化是一种能够被逆转的基因修饰经过，因而肿瘤或癌前病变中通过对基因的去甲基化处理则能够恢复基因表示出，进而到达预防与治疗肿瘤的目的。DNA的甲基化与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，而去甲基化又能够使基因的表示出增加。当前研究表示清楚，DNA去甲基化主要分为两种方式:一种是在原生殖细胞中可发生的主动DNA去甲基化，这一经过与DNA的复制无关，受酶的催化，使5一甲基胞嚓陡转化为非甲基化的胞嚓陡ft}l.另一种是通过与复制有关的被动DNA去甲基化，在DNA复制时，DNA的甲基化的维持遭到干扰，复制完成的DNA没有保存原有的甲基化状态，在不断复制的经过中，甲基化的CpG岛不断的被稀释，导致被动去甲基化!，。2.1DNA的主动去甲基化DNA主动去甲基化需要C-C键的断裂。很多研究表示清楚在自血病细胞的去甲基化经过中，5一甲基胞嚓陡被经过标记的胞嚓陡代替，发现整个核昔仅为碱基被替换，其机制可能是通过5一甲基胞嚓陡DNA糖基化酶作用，将DNA中的甲基化胞嚓陡去除，留下完好的脱氧核昔。DNA去甲基化酶的特异性的作用底物是CpG岛甲基化的胞嚓陡，被称为5一甲基胞嚓陡糖昔酶，其作用依靠于RNA，局部DNA去甲基化机制是将嚓陡以核昔的形式加至原处。尽管对DNA主动去甲基化的研究有很多，但是关于主动去甲基化的潜在机制仍有一些争论。当前研究发现DNA主动去甲基化牵涉的通路有6个，即5mC脱氨基化与BER偶联通路、碱基切除修复(baseexcisionrepair,BER)通路、5mC甲基团脱氢通路、核昔切除修复(nucleosideresectionrepair,NER)通路、水解反响直接去除甲基团、5mC氧化去甲基化ft?l。与这些通路相关的酶和因子有:胞嚓陡脱氨酶:AID,APO-BECITET蛋自:TETI,TET2等!伙延伸复合物蛋自:ELP1,ELP2等!4，碱基切除修复蛋自:RNF4,TDG等!.核昔酸切除酶:GADD45a,GADD45b;DNA甲基转移酶:DNMT3a,DNMT3b;DNA糖基化酶:EME，DML2等!2.2DNA的被动去甲基化DNA的被动去甲基化与DNA半保存复制有关。在DNA复制时，DNA的甲基化的维持遭到干扰，复制完成的DNA没有保存原有的甲基化状态，就处于半甲基化状态。半甲基化DNA再经过半保存复制，而DNA甲基化活性仍受抑制，那就有50%的DNA发生去甲基化，而另外50%的DNA处于半甲基化状态，随着细胞分裂不断的进行，DNA的甲基化程度不断的减低。最终完成复制相关的被动去甲基化。2.3DNA去甲基化在肿瘤治疗中的研究DNA的异常甲基化经常可在早期的恶性肿瘤中发现，且DNA的甲基化是一个可逆的事件，因而去甲基化成为肿瘤治疗的一个新的研究热门。当前研究的去甲基化技术主要有RNA干扰、基因敲除、核酸类似物掺人等，研发的相关去甲基化药物主要包括甲基化转移酶抑制剂、天然植物生物碱、组蛋自HDAC抑制剂和一些化学合成药物等。由于DNA甲基化水平是由甲基化转移酶活性决定的，怎样抑制甲基化转移酶的活性使DNA去甲基化、恢复相关抑癌基因功能是去甲基化治疗的关键，所以如今研究的方向主要集中在抑制甲基化转移酶活性上。对于DNA去甲基化药物的研究已经有很长时间，抑制DNA甲基转移酶(DNMT)的药物研发获得了很大进展。由于DNA甲基化是依靠DNMT的作用来实现的，DNMT是DNA去甲基化的靶点，当前DNMT抑制剂是研究最多的去甲基化药物!andDNMT抑制剂去甲基化的作用机制主要是通过抑制DNMT的活性使复制后的DNA不再甲基化，恢复抑癌基因的表示出，到达其抑制肿瘤生长，治疗肿瘤的目的。DNMT抑制剂治疗肿瘤的作用机制如下。正常组织在转化为恶性肿瘤时，抑癌基因从正常表示出到基因沉默，启动子从未甲基化到高甲基化，DN-MT在这种转变中有两种作用:一是激活启动子区使其从未甲基化状态到高甲基化状态，二是使其在每一次DNA复制以后仍保持原有的高甲基化状态。去甲基化药物通过抑制DNMT的活性使复制后的DNA不在保持高甲基化，这就实现了所有等位基因的去甲基化，进而恢复抑癌基因的表示出，抑制肿瘤的生长。DNMT抑制剂能够分为三大类，包括核昔类DNMT抑制剂，非核昔累DNMT抑制以及自行设计的抑制剂。5一氮一2一脱氧胞昔是5一氮胞昔的脱氧核糖类似物，属于DNMT抑制剂，是第一个被美国FDA批准上市用于治疗恶性肿瘤的去甲基化药物!1l。5一氮一2一脱氧胞昔的机理是抑制了DNMT而防止甲基化，低甲基化后的基因再次被活化}zz-zap。在对41例自血病用5一氮一2一脱氧胞昔进行治疗后发现其对基因组的去甲基化效果非常明显，超过一半的患者临床异常感觉和状态减轻l25]。但是以5一氮一2一脱氧胞昔为代表的核昔类抑制剂有一定的局限性。DNMT可分为3种，在肿瘤细胞中DNMT1的活性最高，3种DNMT可通过其活性的高低来独认调控相应蛋自的表示出。研究发现抑制华而不实一种DNMT并不能到达去甲基化并抑制肿瘤细胞的目的，几种不同的DNMT之间有协同作用，必须抑制几种DNMT才能到达治疗肿瘤的最佳疗效!m.。当前研究的核昔类抑制剂并不能同时抑制3种DNMT的活性。因而去甲基化药物还有很多问题需要解决，但是去甲基化药物必将在肿瘤的治疗中占有重要的位置。3总结随着研究的深人，人们认识到基因的甲基化作用与基因突变一样，不仅介入了肿瘤的发展，而且与肿瘤的发生也密不可分。近年来再食管癌相关的抑癌基因甲基化研究上获得了相当的成就。可见由于抑癌基因启动子的甲基化造成的低表示出或者表示出沉默已成为肿瘤的常见特征，并且这种异常甲基化也成为抑癌基因功能丧失的一种重要机制!。研究发现，异常的CpG岛甲基化大多发生在肿瘤发展的早期阶段!。因而基因的异常甲基化为寻找新的早期诊断方式方法提供了一条思路。同时，随着对DNA去甲基化的研究的深人，发现DNA甲基化是一种能够被逆转的基因修饰经过，因而肿瘤或癌前病变中通过对基因的甲基化处理则能够恢复基因表示出，进而到达预防与治