张 雯，陈香宇，郭明洲，段芳龄

1.中国人民解放军总医院消化科，北京100853;2.郑州大学第一附属医院消化科;3.郑州大学第二附属医院

胃癌在全球肿瘤致死原因中排名第二位，其5年生存率为10%左右，其发生率虽然在西方国家呈下降趋势，但在亚洲仍居第二位［1-2］。表观遗传学是一门研究基因表达的学科，它是指基因表达的变化依赖于DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑，而不是基因序列的改变。表观遗传学在胃癌中的变化可能成为胃癌早期诊断和预后的标志物及治疗的靶标。

1 表观遗传学的概念

表观遗传学是沃丁顿(waddingtong)于1939年第一次提出，他在研究生物体的基因型与表型之间的关系时指出，基因型的遗传是遗传学研究主旨，而基因型产生表型的过程则属于表观遗传学研究范畴。受精卵在产生各种类型的细胞时，细胞内的整套基因始终是保持恒定的，即基因表达同分化发育之间的关系是通过表观遗传来调控的［3］，这也解释了为何同卵双生的双胞胎虽然具有相同的DNA序列，却存在表型的差异和疾病易感性的差异。Holliday进一步指出，基因表达活性的变化不仅发生在发育过程中，而且也发生在生物体已分化细胞中，并且这种变化可通过有丝分裂的细胞遗传下去。这是一种“不以DNA序列的差别为基础的细胞核遗传”［4］。表观遗传学对基因的表达调控可分为:(1)基因选择性表达的调控，包括DNA的甲基化和组蛋白的乙酰化和甲基化。(2)基因转录后的调控，包括小干扰RNA(small interfering RNA，SiRNA)和微小RNA(micro RNA);染色质重塑、基因印记亦属于表观遗传学范畴。本文主要介绍DNA甲基化、组蛋白修饰在胃癌中的作用。

2 胃癌与DNA甲基化

DNA甲基化(DNA methylation)是最早发现的表观遗传改变现象之一，也是研究最多的内容之一。其在维持染色质结构、X染色体失活、基因印记、胚胎发育、细胞分化及肿瘤的发生等方面均具有重要作用［5］。DNA 甲基化主要发生于胞嘧啶［6］，DNA 在DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase，DNMT)的作用下，由S-腺苷甲硫氨酸作为甲基供体，将CpG二核苷酸中5'端的胞嘧啶转变为5'甲基胞嘧啶。研究表明，DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变［7-9］，阻止转录因子与启动子区结合，基因转录被抑制从而影响基因表达。基因启动子区CpG岛的异常甲基化在人类肿瘤中广泛存在，这种改变可使抑癌基因失活并继而影响肿瘤细胞的增殖和分化。

2.1 E-cadherin/CHD1 Lauren将胃癌分为两大类，弥散型和肠型，这两种肿瘤类型的发生是由不同遗传途径引起的［10］，遗传和表观遗传事件，包括1q杂合子缺失(LOH)、微卫星不稳定性和甲基化已在肠型胃癌及癌前病变中大量报道，而17P LOH和E-cadherin的表达缺失与弥散型胃癌的发展密切相关。E-cadherin是钙依赖性的跨膜附着糖蛋白超家族中的一员，不仅能作为细胞黏附分子发挥作用，在发育、组织完整性、稳定细胞形态和极化等过程中有着重要的作用。Becker等［11］报道，大约25% ～40%的具有遗传倾向的弥慢性胃癌E-cadherin发生种系突变或甲基化而使其表达缺失。E-cadherin的表达减少与胃癌的转移与浸润有关，表达E-cadherin的患者其生存期较缺失表达患者可延长3～5年［12］。Erike等检测到63.3%胃炎患者E-cadherin发生甲基化，并且其中95%的患者幽门螺杆菌感染阳性，提示E-cadherin甲基化与幽门螺杆菌感染相关。

2.2 PRDM PRDM(PRDI-BFI and RIZ domain containing)蛋白属于锌指蛋白家族，有一个进化保守的N-端PR结构域，其后跟随16个重复锌指结构［13］，这个PR结构域是一个典型的C2-H2锌指模型，与SET(surar3-9、enhancer of zeste、trithorax)在结构域上有高度同源性，因此参与染色质介导的转录调控［14］。到目前为止，17种人类PRDM成员已被确认在肿瘤细胞中有抑制生长功能。PRDM5是新近被鉴定的成员，是一些肿瘤的候选抑癌基因。Shu等［15］发现PRDM5启动子区在原发性胃癌及胃癌细胞株中高度甲基化，用5-aza-2-deoxycytidine处理胃癌细胞株导致PRDM5启动子去甲基化而恢复表达，提示CpG岛甲基化在PRDM5的表达调控中起重要作用。进一步的研究发现PRDM5是一个应激反应基因，但是它的应激反应在启动子区甲基化后遭到破坏。

2.3 hMLH1 微卫星为遍布于人类基因组中的简单重复序列，在人群中，它们呈现高度多态性，并且稳定遗传，微卫星的高度多态性是微卫星不稳定性的表现，它与错配修复基因的缺陷有关。错配修复基因超家族属于管家基因(Housekeeping genes)，它们可发现并纠正DNA复制及DNA损伤过程中出现的未配或错配的碱基，维持基因组稳定性。该基因家族的突变将导致突变表型，表现为微卫星不稳定性增加以及活性基因的高突变。以往报道尽管在胃癌中发现高频率的微卫星不稳定性，DNA错配修复基因hMSH2、hMLH1的突变很罕见，然而 Fleisher等［16］报道大多数胃癌患者hMLH1启动子区CpG岛甲基化，使得hMLH1表达缺失，呈现出微卫星不稳定性。

2.4 MAGE 黑色素瘤抗原编码基因(melanoma antigen-encoding genes，MAGE)，通过启动子区CpG岛的去甲基化作用，在多种肿瘤中表达，除了睾丸与胎盘组织，它在所有正常组织中沉默。MAGE肽的肿瘤特异性表达，在免疫疗法中有明确的重大意义。MAGE A1和A3启动子区的去甲基化在胃癌患者中常常发生，患者表现出较高的淋巴结转移率。此外，MAGE A1和A3启动子区的去甲基化发生在胃癌的进展阶段，是预后不良倾向的标志，因此，可以作为胃癌患者预后的评价指标［17］。

2.5 SFRP2 Wnt信号通路的异常活化和上调是许多癌症的主要特点，APC、Axin、Axin-2和β-TrCP基因的失活突变或β-catenin基因的激活已经在70%以上的良性和恶性肿瘤中确认，Wnt信号通路抑制因子在肿瘤形成中的作用现已明确［18］。Wnt信号抑制因子-1(WIF-1)通过与Wnt蛋白结合，导致β-catenin累积进入胞核，与T-cell factor组成转录复合体，参与下游基因表达的调节。sFRP属于分泌型糖蛋白家族，该家族有5个成员，被认为是Wnt信号通路的负性调节因子［19］。Cheng等［20］在原发性胃癌中筛选 sFRP 成员(sFRP1，2，4，5)的表达及甲基化状态时发现只有sFRP2与邻近非癌组织相比表达是下调的。甲基化率在胃癌中占73.3%，肠上皮化生中占37.5%，邻近非癌组织中占20%。因此，sFRP2甲基化在胃癌的发生过程中起重要作用。

3 组蛋白修饰

组蛋白(histones)是真核生物染色体的基本结构蛋白，大多数是由一球状区和突出于核小体外的组蛋白尾组成的碱性氨基酸组成，有5种类型:H1、H2A、H2B、H3和H4。除H1的N端富含疏水氨基酸、C端富含碱性氨基酸之外，其余4种都是N端富含碱性氨基酸(如精氨酸、赖氨酸)，C端富含疏水氨基酸(如缬氨酸、异亮氨酸)。在组蛋白中带有折叠基序(motif)的C端结构域与组蛋白分子间发生相互作用，并与DNA的缠绕有关，而N端可同其他调节蛋白和DNA作用，且富含赖氨酸，具有高度精细的可变区，组蛋白N端尾部的15～38个氨基酸残基是翻译后修饰的主要位点，调节DNA的生物学功能。2001年，Jenuwein等［21］提出“组蛋白密码(histone code)”学说后，关于组蛋白修饰的研究受到更广泛的重视。

组蛋白翻译后修饰包括乙酰化与去乙酰化、磷酸化与去磷酸化、甲基化与去甲基化、泛素化与去泛素化等，单一组蛋白的修饰往往不能独立地发挥作用，一个或多个组蛋白尾部的不同共价修饰依次发挥作用或组合在一起，形成一个修饰的级联，它们通过协同或拮抗来共同发挥作用，这些多样性的修饰以及它们时间和空间上的组合与生物学功能的关系可作为一种重要的表观遗传学标志或语言，也被称为“组蛋白密码”。其中以乙酰化的研究最多，越来越多的实验证明，组蛋白乙酰化与抑癌基因沉默或抑制有关。Kim等［22］研究发现，在含有非甲基化等位基因的SNU-5和SNU-668的胃癌细胞系中加入去乙酰化抑制剂trichostatin A(TSA)可使与DLC-1启动子相关的乙酰化组蛋白H3和H4积聚，并可诱导DLC-1 mRNA的表达。并通过实验进一步阐明其分子机制，TSA是通过Sp1(specificity protein 1)定位于转录起始区的-219和-174位来激活DLC-1基因启动子活性［23］。进一步研究组蛋白修饰与基因调控的分子机制，有利于开发新的抗肿瘤药物。

表观遗传学生物标志物的研究对于胃癌早期诊断、监测胃癌的复发、转移及预后评估具潜在的应用价值。表观遗传治疗将成为未来的研究热点。

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