DNA甲基化与结直肠癌发生发展的关系

DNA 甲基化与结直肠癌发生发展的关系吴志信△（综述），朱耀明※（审校）（三峡大学第一临床医学院，宜昌市中心人民医院普外科，湖北宜昌443002）中图分类号：R735．35文献标识码：A文章编号：1006-2084（2012）14-2189-03基金项目：三峡大学研究生科研创新基金资助（2011CX063）摘要：表观遗传调控在肿瘤的形成、发展、转移中起着重要作用，为研究肿瘤的发生机制及预防、诊断和治疗提供了重要线索。

DNA 甲基化是表观遗传学中研究比较成熟的一种修饰形式，是肿瘤发生、发展的分子机制之一。

在此详细论述了DNA 甲基化在结直肠癌与肿瘤基因/抑癌基因间的关系，目的为治疗结直肠癌提供新的思路。

关键词：DNA 甲基化；结直肠癌；抑制癌基因p16；脾酪氨酸激酶Correlation between DNA Methylation and Genesis and Development of Colorectal Cancers WU Zhi-xin ，ZHU Yao-ming．（Department of General Surgery ，the First Clinical Medical College ，China Three Gorges University ，Yichang Central People's Hospital ，Yichang 443002，China ）Abstract ：The epigenetic events play a significant role in the formation ，development and metastasis oftumors ，which provides significance clues to mechanism of neoplasms and how to prevent ，diagnose and treat the human tumors in the scientific research．DNA methylation is an important epigenetic modification ，one ofthe molecular mechanisms of tumorigenesis and development．Here is to discuss DNA methylation in colorec-tal cancer and tumor gene /tumor suppressor gene ，to provide new ideas to treat colorectal cancer．Key words ：DNA methylation ；Colorectal cancer ；Tumor gene suppressor p16；Spleen tyrosine kinase结直肠癌是最常见的消化道恶性肿瘤之一。

据统计，结直肠癌在全球每年新发病例约100万例，中国每年新发病例已超过15万，是中国发病率排第三位的恶性肿瘤性疾病。

结直肠癌的发生、发展通过表观遗传修饰形式改变而出现的病例越来越多，基因组启动子及肿瘤转移抑制基因甲基化与肿瘤的发生、发展密切相关，如p16［1］、Maspin ［2］、RAssF1A ［3］、MGMT ［4］等基因普遍存在于恶性肿瘤的分子改变中，特别是DNA 高甲基化作用引起的基因表达沉默，导致结直肠肿瘤的形成、免疫潜逃与转移。

1DNA 甲基化与基因转录的相关研究DNA 甲基化是表观遗传学中最重要的一种遗传修饰形式，表观遗传是指DNA 序列不发生变化但基因表达却发生了可遗传的改变［5］。

即基因型未发生变化而表型却发生了改变，且这种改变在后代发育和细胞增殖过程中能稳定传递。

它具有三个特性：①遗传性，表观修饰可在后代细胞中稳定遗传；②可控性，表观修饰对基因表达的影响可消除或控制；③DNA 碱基序列不改变，基因型不发生改变，通过序列的修饰而使基因表达不同即表型不同。

DNA 甲基化是在CpG 岛区胞嘧啶的第5位碳原子上加一个共价的甲基，在胚胎干细胞功能方面有重要的作用，甲基化是调节基因组功能的重要机制，与人类胚胎的发育分化密切相关。

在基因表达中，甲基化导致的遗传改变对恶性肿瘤的预防、早期诊断和治疗各个阶段的临床策略有很密切的相关性和指导性。

在基因转录中有大量甲基化存在，这种表观遗传形式参与了转录基因沉默，防御病毒序列插入正常DNA序列［6］。

DNA 甲基化有两种甲基转移酶参与，一种是重新甲基化酶，对于哺乳动物是Dnmt3a 和Dnmt3b ［7］，使原来没有甲基化的DNA 双链上进行甲基化；另一种是维持甲基化酶，对于哺乳动物即Dnmt1，其主要作用是催化复制后的半甲基化，也就是在Dnmt1的作用下根据亲链上的甲基化位点进行相应的甲基化修饰的过程，使DNA 分子未甲基化的那一条子链甲基化，从而保持子链与亲链有完全相同的甲基化形式，重新甲基化完成后由维持甲基化来维持其稳定的甲基化状态。

国内外研究证明甲基化和失甲基化的激活或抑制的转录状态，可以在细胞培养的长期过程中固定地增殖及表达。

甲基化是维持动物和植物不同器官正常发育的一种必需的表观遗传修饰形式，例如，破坏小鼠的（Dnmt1、Dnmt3a 和Dnmt3b ）三种的任何一种甲基化转移酶，在胚胎期或是胚胎后期的致死率与去甲基化呈正相关［8］。

在人类癌细胞中破坏Dnmt1，细胞出现异常有丝分裂或是死亡［9］。

更重要的是Dnmt3a 和Dnmt3b 是正常细胞转化为瘤细胞和癌细胞发育所必需的［10］。

甲基化被广泛认为是基因表达的调节剂，在基因转录中基因沉默、基因印记和X 染色体的失活都和甲基化相关。

大量证据证明，在多种恶性肿瘤中抑癌基因沉默和非编码区的CpG 岛高甲基化相关。

一个显著的特点就是富含CG 的区域发生甲基化，而在启动子区存在未甲基化链。

有些观点认为甲基化是基因沉默的次要因素，而甲基转移酶是导致基因沉默的关键因素。

重要的是一些人类疾病和恶性肿瘤由异常甲基化引起［11］。

尽管原因有主次之分，这些结论仍说明DNA 甲基化导致抑癌基因表达缺失或癌基因激活表达，进而发生恶性肿瘤一种可能机制。

2抑癌基因DNA甲基化与结直肠癌的相关研究2．1多种肿瘤抑制基因p16是目前公认的肿瘤抑制基因，作为CKIS基因家族的重要成员，能有效阻止肿瘤细胞从G1期进入S期，从而发挥抑制肿瘤细胞生长的作用。

Trzeciak等［12］通过甲基化特异聚合酶链反应检测了55例结直肠癌患者中有29例发生了p16高甲基化，导致p16蛋白表达缺失，结果表明p16抑癌基因表达沉默是结直肠癌发生的一种机制。

2．2脾酪氨酸激酶日本学者曾从猪脾cDNA克隆出来脾酪氨酸激酶，相对分子质量为72ˑ103，由629个氨基酸组成。

脾酪氨酸激酶基因位于染色体9q22上，脾酪氨酸激酶基因有两种表达形式，即脾酪氨酸激酶（L）和脾酪氨酸激酶（S），乳腺癌细胞重新表达脾酪氨酸激酶（L），可抑制细胞的侵袭性，而脾酪氨酸激酶（S）对其无抑制作用［13］。

脾酪氨酸激酶基因的失表达是大肠癌形成、发展、浸润及转移的一种机制，其失表达的主要原因是脾酪氨酸激酶基因启动子发生了高甲基化。

2．3结肠癌缺陷基因结肠癌缺陷基因（deleted in colorectal cancer，DCC）位于q21．3染色体上，是目前发现的最大的抑癌基因，在正常组织中都有微量表达，脑组织较高，在结直肠癌中无表达。

DCC蛋白是1990年由Fearon和Vogelstein共同发现膜蛋白，结构上与神经细胞黏附分子及其相关细胞表面糖蛋白的氨基酸序列相似，该蛋白控制细胞分裂、胚胎发育和细胞分化［14］。

DCC可能通过细胞间的信息转导影响肿瘤的生长、分化、浸润及转移等。

有实验证明在体外培养的结肠癌细胞株中DCC具有抑制细胞生长速度、集落形成的作用。

国内学者曾多次报道大肠癌及其相应癌旁组织中DCC蛋白的表达与DCC 基因启动子甲基化的关系，证实DCC基因启动子甲基化是DCC蛋白缺失的重要机制。

最近在胃癌、食管鳞状上皮细胞癌等恶性中也检测到了DCC基因启动子存在高甲基化。

2．4多发性腺瘤样息肉病蛋白此蛋白基因位于5q21染色体上，表达产物为2843个氨基酸，其mRNA 为8．9kb，由15个外显子组成。

它直接参与Wnt的信号转导途径，正常的多发性腺瘤样息肉病蛋白（adenomatous polyposis coli，APC）与Axin、Gsk23β形成复合物保证Wnt信号途径对细胞特化、增殖、极性以及迁移的正常调节［15］。

APC基因突变或是沉默表达的异常APC不能发挥正常功能，导致细胞黏附、分化、凋亡等改变，使细胞发生癌变［16］。

APC基因具有抑制肿瘤细胞生长及集落形成的作用。

Sakamoto 等［17］研究表明，APC基因CpG岛甲基化导致APC基因表达缺失，从而促进结肠癌的发生。

APC基因沉默可以减弱结直肠癌细胞的黏附作用，进而导致癌细胞的转移与扩散。

2．5MCC基因是一种肿瘤抑制基因，定位于5q21染色体上。

MCC基因（mutated in colorectal cancer gene）的缺失或突变可能是结直肠癌发生的始动因素，因此备受关注。

MCC基因可抑制细胞的直接转移不依赖于Rac1、Cdc42和蛋白激酶的活性。

MCC 基因甲基化是预测结直肠癌恶化的一种表型，并且该基因表达缺失的重要机制之一是启动子区发生高甲基化，进而抑制MCC基因的转录及表达［18］。

3展望结直肠癌的发生、发展与抑癌基因的表观遗传学的改变有密切关系，特别应关注的是DNA高甲基化使各个抑癌基因不同程度的缺失或突变，是结直肠癌发病的一种重要机制之一，为结直肠癌的预防、治疗、判断预后等提示了重要信息。

近年来，国内外也开展了寻找抑制基因甲基化的一些药物，以DNA 甲基甲基转移酶（DNMT）为重要作用靶点的药物成为研究热点，并且逐步应用于临床。

最近用于抑制DNMT的药物主要有两类：一类是核苷类似物如5-氮杂胞苷（5-aza-C）、5-氮脱氧杂胞苷、地西他滨、阿扎胞苷等，此类药物对实体瘤的作用效果不理想。

另一类是非核苷类似物，如三氧化二砷、氨基苯甲酸类［19］等，此类药物不含胞嘧啶核苷结构，是其与核苷类似物相比的优势所在，具有对全身系统细胞抑制作用弱和不良反应小的特点，不会像传统化疗药物产生强烈的全身化疗效应，如全骨髓抑制、免疫功能丧失等。

新近出现的盐酸普鲁卡因（PCA）［20］可抑制脾酪氨酸激酶基因CpG岛高甲基化，上调肝癌HepG2、结肠癌HT-29细胞脾酪氨酸激酶基因的表达水平，使脾酪氨酸激酶蛋白正常表达而发挥抑癌作用，为临床治疗肝癌及结直肠癌等恶性肿瘤提供了新思路。