表观遗传学在胃癌前病变中的研究进展.pdf

doi:10.3969/j.issn.1006-5709.2023.11.018基金项目:国家自然科学基金(82205014);镇江市中医脾胃病临床医学研究中心开放课题(SSPW2022-KF07);江苏省卫生健康发展研究中心开放课题(JSHD2021025)第一作者简介:陈婉珍,博士,住院医师,研究方向:消化系统疾病的诊治。E-mail:496412475 通讯作者:王震凯,博士,主任医师,硕士生导师,研究方向:消化系统疾病的诊治。E-mail:1334269725 表观遗传学在胃癌前病变中的研究进展陈婉珍1,2,王震凯11.南京中医药大学附属南京中医院内镜中心,江苏 南京 210000;2.南京中医药大学镇江附属医院镇江市中医脾胃病临床医学研究中心【摘要】表观遗传学修饰主要通过 DNA 甲基化、组蛋白修饰、非编码 RNA 调控和染色质结构重构等方式对基因功能和表达水平进行调控,从而影响肿瘤等疾病的进展。本文就表观遗传学在胃癌前病变的发病机制等方面的研究进展进行综述。【关键词】表观遗传学;胃癌前病变;DNA 甲基化;组蛋白修饰;非编码 RNA 调控中图分类号:R735.2文献标识码:A文章编号:1006-5709(2023)11-1291-03收稿日期:2022-11-01Research progress of epigenetics in precancerous lesions of gastric cancerCHEN Wanzhen1,2,WANG Zhenkai11.Endoscopy Center,Nanjing Hospital of Chinese Medicine Affiliated to Nanjing University of Chinese Medicine,Nan-jing 210000;2.Zhenjiang Hospital Affiliated to Nanjing University of Chinese Medicine,Zhenjiang Traditional Chinese Medicine Spleen and Stomach Disease Clinical Mesicine Research Center,China【Abstract】Epigenetic modification mainly regulates gene function and expression level through DNA methylation,histone modification,non-coding RNA regulation and chromatin structure reconstruction,thus affecting the progress of tumor and other diseases.This article reviewed the research progress of epigenetics in the pathogenesis of the precancer-ous lesions of gastric cancer.【Key words】Epigenetics;Precancerous lesions of gastric cancer;DNA methylation;Histone modification;Non-coding RNA regulation根据最新全球癌症统计数据显示1,胃癌在全球癌症死亡率及中国癌症发病率中均高居第三位。胃癌前病变(precancerous lesions of gastric cancer,PLGC)是与胃癌发生密切相关的胃黏膜的病理性改变,主要包括肠化生(intestinal metaplasia,IM)和上皮内瘤变(in-traepithelial neoplasia,IN)等,临床上其常伴有慢性萎缩性胃炎(chronic atrophic gastritis,CAG),是临床上常见的消化系统慢性疾病,因此其在早期胃癌的筛查及防治中具有重要意义。表观遗传学是在 DNA 序列不改变的情况下,基因功能发生稳定、可遗传的改变2,主要包括 DNA 甲基化、组 蛋 白 修 饰、非 编 码 RNA(non-coding RNA,ncRNA)调控、染色质重塑 4 个方面3-6。本文就近年来表观遗传学在 PLGC 诊断及治疗方面的研究进展作一综述。1PLGC 与 DNA 甲基化 DNA 甲基化是在 DNA 甲基转移酶(DNA methyl-transferase,DNMTs)的 作 用 下,以 S-腺 苷 甲 硫 氨 酸(S-adenosylmethionine,SAM)为甲基供体,将甲基基团与 胞 嘧 啶 碱 基 的 C5 位 结 合 形 成 5-甲 基 胞 嘧 啶(5-methylcytosine,5-mC)的化学修饰过程,该过程可导致某些区域 DNA 构象改变,从而抑制基因转录等过程,发生“基因沉默”的行为7。DNA 甲基化过程主要发生在 DNA 启动子区 CpG 岛部分,异常甲基化可以导致胃癌等肿瘤中基因表达活性下降,甚至功能失活,从而影响肿瘤的发生、发展8。李红霞等9通过对 209 例胃癌组织标本进行甲基化特异性 PCR(methylation-specific PCR,MSP)检测并采用 TCGA 数据库进行分析,结果显示,TMEM176A 在胃癌中基因的表达受启动子区甲基化的调控,其甲基化率可达 68.42%,且与淋巴结转移相关,其可作为潜在的胃癌诊断和预后的标志物之一。王崇宇10通过对 137 例 CAG 及 42 例胃癌患者胃组织标本进行检测,结果表明,重度 CAG 患者的 RUNX3 与 CHFR 基因甲基化阳性率与胃癌癌灶组织比较无差异,其阳性率分别为 29.63%和 37.04%,且其蛋白表达缺失,说明RUNX3 与 CHFR 基因甲基化异常升高,影响了相关蛋白的表达,可抑制抑癌基因的表达,且与胃癌病变组织的变化趋势相符,可能提示其诱发 PLGC 的癌变过程。周小潇等11通过采用 MSP 方法对 PLGC 大鼠进行E-cadherin、p16 及 c-myc 基因甲基化状态检测,结果表明,PLGC 大鼠中抑癌基因 E-cadherin 及 p16 甲基化率为 93.75%,为高甲基化状态;原癌基因 c-myc 甲基化率为 6.25%,为低甲基化表达。而益气养阴、健脾抑癌的中药复方胃宁颗粒可能通过调控 p16、c-myc 基因的甲基化表达而发挥对 PLGC 的逆转作用。一项荟萃12分析显示,p16 甲基化与肠化生、胃癌发生、组织1921胃肠病学和肝病学杂志2023 年 11 月第 32 卷第 11 期Chin J Gastroenterol Hepatol,Nov 2023,Vol.32,No.11学分化差、局部侵袭及淋巴结转移、TNM 分期更晚期等有关。此外,DNMTs 是在 DNA 甲基化过程中发挥重要调控作用 的酶,目前研 究显示,DNMT1、DNMT3a 和DNMT3b 均具有甲基转移活性13。而进一步研究14显示,在胃癌组织及 MKN-45、AGS、MKN-28、HGC-27等胃癌细胞株中,DNMT1 显示为异常高表达,且其异常表达与胃癌的浸润深度、淋巴结转移、TNM 分期及分化程度密切相关。2PLGC 与组蛋白修饰 组蛋白是在真核生物的细胞核染色体中与 DNA结合存在的碱性蛋白质的总称,分为 H1、H2A、H2B、H3、H4 等 5 种类型。其中,DNA 即缠绕在由 H2A、H2B、H3 及 H4(又称核心组蛋白)组成的核小体核心上,H1 则作为稳定剂与核小体间的 DNA 相结合。组蛋白修饰是一类调控基因表达的翻译后修饰,有甲基化、乙酰化、泛素化、磷酸化等过程15。一般而言,组蛋白乙酰化与 去乙酰化分 别由组蛋白 乙酰转移酶(histone acetyltransferases,HATs)和组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases,HDACs)调控的动态平衡的生理过程16。就目前研究而言,在 CAG 或 PLGC 中关于组蛋白修饰的研究较少,而在多种肿瘤细胞中存在异常的组蛋白乙酰化过程17-18。孟春风等19研究显示,在胃癌 MGC-803 细胞系中,沉默的错配修复基因 hMLH1 启动子区域表现为DNA 甲基化和组蛋白 H3-K9 高甲基化状态,采用甲基化抑制剂 5-Aza-dC 干预后,可使 DNA 发生去甲基化,使沉默的 hMLH1 基因重新表达,且能降低沉默位点的组蛋白 H3-K9 甲基化水平。说明在胃癌中 hMLH1 基因启动子区组蛋白 H3-K9 的甲基化与 DNA 甲基化及基因沉默相关,去甲基化制剂可调控 DNA 甲基化、基因表达和组蛋白 H3-K9 甲基化。研究20显示,生物节律及其相关钟基因 Per1 和 Per2 启动子区的甲基化可影响作为抑癌基因的表达,进而增加胃癌发生及复发的 风 险;而 组 蛋 白 去 乙 酰 化 酶 抑 制 剂(histone deacetylase inhibitors,HDACis)可 抑 制 人 胃 癌 细 胞(KATO 和 NCI-N87)Per1 及 Per2 的表达。张水莲等21通过建立 MNNG 和 MNU 暴露后胃黏膜上皮细胞 GES-1 的恶性转化模型,动态分析结果显示,FHIT基因甲基化水平增高,亚硫酸氢盐基因组测序证实FHIT 启动子区呈明显高甲基化。组蛋白修饰分析发现 FHIT 低表达细胞株组蛋白 H4 乙酰化水平降低,组蛋白去乙酰化酶 HDACs 参与调控,说明亚硝胺类致癌物诱导细胞恶性转化过程中 FHIT 基因在恶性变早期即下调,DNA 甲基化和组蛋白修饰参与其表达调控。3PLGC 与 ncRNA 调控及染色质重塑 ncRNA 是指在基因组中转录却不具备蛋白质编码能力的 RNA。目前研究发现真核生物基因组中约90%基因是转录基因,这些转录基因中仅有不足 2%编码蛋白质,而大多数转录为 ncRNA22。ncRNA 根据其功能可分为基础结构型 ncRNA 和调控型 ncRNA 两种主 要 类 型。基 础 结 构 型 ncRNA(又 称“管 家”ncRNA)包括 rRNA、tRNA、snRNA 等;调控型 ncRNA可分为 miRNA、piRNA、siRNA、lncRNA 等23-24。Chen 等25研究显示,lncRNA HCP5 在胃癌胃组织中呈过表达状态,且与淋巴结转移、TNM 分期等相关;通过 miR-27b-3p 干预可调控波形蛋白和 E-钙黏蛋白的表达(上皮-间质转化),HCP5 表达沉默,抑制胃癌细胞 的活力和转 移。H.pylori 是 公 认 的 在 CAG、PLGC 及胃癌中均较为常见的致病因素之一。Zhang等26研究显示,lncRNA H19 在 H.pylori 感染的胃癌组织和细胞中表达上调,其可能通过增强 NF-B 诱导的炎症反应促进 H.pylori 感染的胃癌细胞的增殖、迁移和侵袭。Wang 等27研究显示,miR4435-2HG 在胃癌中表达上调,且与进展期胃癌的 TNM 分期有关;miR4435-2HG 可促进胃癌细胞的生长,其抑制剂可抑制 胃 癌 细 胞 的 生 长 及 侵 袭。进 一 步 研 究 显 示,miR4435-2HG 通 过 调 控 DSP(Petersen I.Desmo-plakin)蛋白的表达参与调节 Wnt/-catenin 信号通路,从而促进胃癌肿瘤的发生及进展。此外,lncRNA 等ncRNA 可参与表观遗传学中 DNA 甲基化和组蛋白修饰生物学过程,而且表观遗传学改变与 lncRNA 等水平的改变相互影响方面的研究已经逐渐展开28,此可为深入研究提供方向。4总结与展望 近年来,在胃癌、肺癌、结直肠癌等肿瘤等发病机制方面基于表观遗传学的研究较多29-31,若在肿瘤早期或癌前疾病阶段即探究出相关证据,则具有重要意义。作为胃癌发生的早期事件,在 PLGC 阶段做出分子学诊断,分流出需要积极实施临床干预的患者群体,对胃癌的筛查和早期治疗而言具有一定的临床意义。目前,在 PLGC 发病及治疗方面的可能机制已逐渐开展,而对本病的本质探讨提供部分依据,其研究主要集中在 DNA 甲基化及 miRNA、lncRNA 等方面,但对于组蛋白修饰、染色质重塑、其他 ncRNA 等的研究均较少,且相关研究基本处于初步探索阶段。究其原因,表观遗传修饰形式较多,作用靶点多,且彼此之间可能的相互作用机制十分复杂,需要更加深入的研究才能有更明确的认识。参考文献1Bray F,Ferlay J,Soerjomataram I,et al.Global cancer statistics 2018:GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries J.CA Cancer J Clin,2018,68(6):394-424.DOI:10.3322/caac.21492.2 Li Y.Modern epigenetics methods in biological research J.Methods,2021,187:104-113.DOI:10.1016/j.ymeth.2020.06.022.3 Luo C,Hajkova P,Ecker JR.Dynamic DNA methylation:in the right place at the right time J.Science,2018,361(6409):1336-1340.DOI:10.1126/science.aat6806.2921胃肠病学和肝病学杂志2023 年 11 月第 32 卷第 11 期Chin J Gastroenterol Hepatol,Nov 2023,Vol.32,No.114 Pang B,Sui S,Wang Q,et al.Upregulation of DLEU1 expression by epigenetic modification promotes tumorigenesis in human cancer J.J Cell Physiol,2019,234(10):17420-17432.DOI:10.1002/jcp.28364.5 Recillas-Targa F.Cancer epigenetics:an overview J.Arch Med Res,2022,3(8):732-740.DOI:10.1016/j.arcmed.2022.11.003.6 Stepanov AI,Besedovskaia ZV,Moshareva MA,et al.Studying chro-matin epigenetics with fluorescence microscopy J.Int J Mol Sci,2022,23(16):8988.DOI:10.3390/ijms23168988.7 Nuez JK,Chen J,Pommier GC,et al.Genome-wide programmable transcriptional memory by CRISPR-based epigenome editing J.Cell,2021,184(9):2503-2519.e17.DOI:10.1016/j.cell.2021.03.025.8 Morgan AE,Davies TJ,Mc Auley MT.The role of DNA methylation in ageing and cancer J.Proc Nutr Soc,2018,77(4):412-422.DOI:10.1017/S0029665118000150.9 李红霞,胡利明,郭明洲.TMEM176A 基因甲基化是胃癌诊断的分子标志物J.胃肠病学和肝病学杂志,2021,30(2):126-129.DOI:10.3969/j.issn.1006-5709.2021.02.002.Li HX,Hu LM,Guo MZ.TMEM176A methylation is a potential diag-nostic marker of gastric cancer J.Chin J Gastroenterol Hepatol,2021,30(2):126-129.DOI:10.3969/j.issn.1006-5709.2021.02.002.10 王崇宇.RUNX3 与 CHFR 基因甲基化提示胃癌癌前病变的研究J.基因组学与应用生物学,2017,36(4):1301-1306.DOI:10.13417/j.gab.036.001301.Wang CY.Study on methylation of RUNX3 and CHFR gene in precancer-ous lesions of gastric cancer J.Genomics and Applied Biology,2017,36(4):1301-1306.DOI:10.13417/j.gab.036.001301.11 周小潇,邓鑫,梁健,等.胃宁颗粒对胃癌前病变基因甲基化的相关调控J.时珍国医国药,2014,25(5):1037-1040.DOI:10.3969/j.issn.1008-0805.2014.05.005.Zhou XX,Deng X,Liang J,et al.The regulation of WeiNing Gran-ules on methylation of gene E-cadherin,P16,c-myc on PLGC J.Lishizhen Medicine and Meteriamedica Research,2014,25(5):1037-1040.DOI:10.3969/j.issn.1008-0805.2014.05.005.12Spagnol LW,Polettini J,Silveira DA,et al.P16 gene promoter methylation is associated with oncogenesis and progression of gastric carcinomas:A systematic review and meta-analysis J.Crit Rev Oncol Hematol,2022,180:103843.DOI:10.1016/j.critrevonc.2022.103843.13 Hervouet E,Peixoto P,Delage-Mourroux R,et al.Specific or not specific recruitment of DNMTs for DNA methylation,an epigenetic di-lemma J.Clin Epigenetics,2018,10:17.DOI:10.1186/s13148-018-0450-y.14 王震凯,杨晓倩,叶雅沁,等.DNA 甲基转移酶在胃癌中的表达及其意义J.胃肠病学,2019,24(2):81-85.DOI:10.3969/j.issn.1008-7125.2019.02.004.Wang ZK,Yang XQ,Ye YQ,et al.Expression and significance of DNA methyltransferases in gastric cancer J.Chin J Gastroenterol,2019,24(2):81-85.DOI:10.3969/j.issn.1008-7125.2019.02.004.15Venkatesh S,Workman JL.Histone exchange,chromatin structure and the regulation of transcription J.Nat Rev Mol Cell Biol,2015,16(3):178-189.DOI:10.1038/nrm3941.16 Li Y,Seto E.HDACs and HDAC inhibitors in cancer development and therapy J.Cold Spring Harb Perspect Med,2016,6(10):a026831.DOI:10.1101/cshperspect.a026831.17 Sahafnejad Z,Ramazi S,Allahverdi A.An update of epigenetic drugs for the treatment of cancers and brain diseases:a comprehensive re-view J.Genes(Basel),2023,14(4):873.DOI:10.3390/genes14040873.18 Zaib S,Rana N,Khan I.Histone modifications and their role in epi-genetics of cancer J.Curr Med Chem,2022,29(14):2399-2411.DOI:10.2174/0929867328666211108105214.19 孟春风,朱新江,彭过,等.胃癌细胞系中组蛋白 H3-K9 甲基化与错配修复基因 hMLH1 表达及 DNA 甲基化的关系J.中华医学杂志,2008,88(35):2490-2493.DOI:10.3321/j.issn:0376-2491.2008.35.011.Meng CF,Zhu XJ,Peng G,et al.Histone H3 lysine 9 methylation is associated with the expression of hMLH1 and DNA methylation in gas-tric cancer cells J.Natl Med J China,2008,88(35):2490-2493.DOI:10.3321/j.issn:0376-2491.2008.35.011.20 Hernndez-Rosas F,Hernndez-Oliveras A,Flores-Peredo L,et al.Histone deacetylase inhibitors induce the expression of tumor suppres-sor genes Per1 and Per2 in human gastric cancer cells J.Oncol Lett,2018,16(2):1981-1990.DOI:10.3892/ol.2018.8851.21 张水莲,沈静.表观遗传修饰参与细胞恶性转化过程中 FHIT 基因的表达调控 J.中国病理生理杂志,2015,31(10):1846-1847.DOI:10.3969/j.issn.1000-4718.2015.10.187.22 陈玲玲,冯珊珊,范祖森,等.非编码 RNA 研究进展J.中国科学:生命科学,2019,49(12):1573-1605.DOI:10.1360/SSV-2019-0179.Chen LL,Feng SS,Fan ZS,et al.Progress in non-coding RNA re-search J.Scientia Sinica Vitae,2019,49(12):1573-1605.DOI:10.1360/SSV-2019-0179.23 Bridges MC,Daulagala AC,Kourtidis A.LNCcation:lncRNA locali-zation and function J.J Cell Biol,2021,220(2):e202009045.DOI:10.1083/jcb.202009045.24 Saliminejad K,Khorram Khorshid HR,Soleymani Fard S,et al.An overview of microRNAs:biology,functions,therapeutics,and analy-sis methods J.J Cell Physiol,2019,234(5):5451-5465.DOI:10.1002/jcp.27486.25 Chen S,Ren C,Zheng H,et al.The effect of long non-coding RNA(lncRNA)HCP5 on regulating epithelial-mesenchymal transition(EMT)-related markers in gastric carcinoma is partially reversed by miR-27b-3p J.Med Sci Monit,2020,26:e921383.DOI:10.12659/MSM.921383.26 Zhang Y,Yan J,Li C,et al.LncRNA H19 induced by helicobacter pylori infection promotes gastric cancer cell growth via enhancing NF-B-induced inflammation J.J Inflamm(Lond),2019,16:23.DOI:10.1186/s12950-019-0226-y.27Wang H,Wu M,Lu Y,et al.LncRNA MIR4435-2HG targets desmoplakin and promotes growth and metastasis of gastric cancer by activating Wnt/-catenin signaling J.Aging(Albany NY),2019,11(17):6657-6673.DOI:10.18632/aging.102164.28 Herman AB,Tsitsipatis D,Gorospe M.Integrated lncRNA function upon genomic and epigenomic regulation J.Mol Cell,2022,82(12):2252-2266.DOI:10.1016/j.molcel.2022.05.027.29 周迪,路明亮,蒋明茗.胃癌早期诊断的研究J.胃肠病学和肝病学杂志,2021,30(6):606-611.DOI:10.3969/j.issn.1006-5709.2021.06.002.Zhou D,Lu ML,Jiang MM.Study on early diagnosis of gastric cancer J.Chin J Gastroenterol Hepatol,2021,30(6):606-611.DOI:10.3969/j.issn.1006-5709.2021.06.002.30 Jung G,Hernndez-Illn E,Moreira L,et al.Epigenetics of colorectal cancer:biomarker and therapeutic potential J.Nat Rev Gastroenterol Hepatol,2020,17(2):111-130.DOI:10.1038/s41575-019-0230-y.31 Lau SCM,Pan Y,Velcheti V,et al.Squamous cell lung cancer:current landscape and future therapeutic options J.Cancer Cell,2022,40(11):1279-1293.DOI:10.1016/j.ccell.2022.09.018.3921胃肠病学和肝病学杂志2023 年 11 月第 32 卷第 11 期Chin J Gastroenterol Hepatol,Nov 2023,Vol.32,No.11