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摘要：消化道肿瘤是引起高发病率和死亡率的恶性肿瘤之一，是由癌基因和肿瘤抑制基因经过复杂过程而异常累积所形成的。越来越多的证据表明，DNA 甲基化是不引起 DNA 序列改变中能够引发肿瘤的关键步骤，而催化调控该过程的甲基转移酶却是开启关键的钥匙。其中 DNA 甲基转移酶 3 是消化道肿瘤发生、发展过程中的危险因素之一，尤其在消化道肿瘤的遗传易感性、淋巴结转移及预后中起重要作用。
关键词：消化道肿瘤；DNA 甲基化；DNA 甲基转移酶 3
本文引用格式：张梅 , 王学红 .DNA 甲基转移酶 3 在常见消化道肿瘤中的表达研究 [J]. 世界最新医学信息文摘,2018,18(76):69-71.
0引言
研究指出，胃肠道肿瘤的发病率较高，占全身肿瘤的30%-35%，构成了我国排名前五的恶性肿瘤的大部分 [1,2]，由于发病隐匿、临床表现不典型、缺乏特异性诊断方法，治疗效果及预后仍不能令人满意。报道指出，在消化道肿瘤的发病早期常可观察到 CpG 结构区（CpG Island）DNA 异常甲基化和 DNA 整体的低甲基化。DNA 甲基转移酶表达异常升高主要介导肿瘤沉默基因表达沉默，这是肿瘤抑癌基因在肿瘤细胞中的主要过程 [3,4]，靶向基因 CpG 结构域异常 DNA 甲基化是肿瘤发生过程中最明显的表观遗传学特征 [5,6]。大量研究证实，DNA 甲基转移酶 3 直接控制靶基因 CpG 结构域的甲基化，从而引起转录基因的沉默。另一方面，通过添加其特定结构域及相关因子的结合，最终实现特异性甲基化模式， 引起 DNA 启动子及邻近区域 CpG 岛胞嘧啶甲基化。这在消化道癌相关基因的表观遗传调控上扮演着重要角色。
1DNA 甲基化的概念及意义
DNA 甲 基 化（DNA methylation）[7] 是不改变 DNA 序列中最常见的复制后修饰现象。该过程通过关键酶的调控进行，并且由 S- 腺苷甲硫氨酸分解的甲基选择性的转移至DNA 两个胞嘧啶的 5 号碳原子上，形成甲基化 DNA。哺乳动物甲基化修饰方式多种多样，例如腺嘌呤 N26、胞嘧啶 N24 等位点进行甲基化修饰，但以 5 号碳原子进行甲基化修饰最常见。基因的某些区域常常发生 DNA 甲基化现象，如靶基因启动子区、CpG 结构域等 [8-10]，它能够改变基因的结构和稳定性。DNA 分子中存在一些长度约 1-2Kb 的富含 CpG 的区域，称为 CpG 结构域。在恶性肿瘤的组织细胞 [11-12] 中， DNA 作为一个整体的甲基化受限和某些部位的超甲基化可以重新表达沉默的原癌基因。最后抑癌基因的表达受到抑制来改变肿瘤组织的甲基化谱。DNA 甲基化在细胞增殖分化、疾病进展、适应环境等方面不可或缺 [13]。CpG 结构域 DNA 超甲基化是胃肠道癌变过程的分子开关，与其分期、治疗和预后密切相关 [14]。
2DNA 甲基转移酶
DNA 甲基转移酶是催化甲基化过程的关键，可能参与DNA 突变和破坏修复，基遗传信息表达调控等 [15]。已知的真核生物 DNA 甲基转移酶（DNA methyltransferase, DNMT） 有三大亚型：DNMT1、DNMT2、DNMT3[16-17]。DNMT1 是目前发现的维持型 DNMT 之一，它只能使一个甲基化 DNA 双链发生完全甲基化；在 DNA 复制和自我修复中发挥作用，并将遗传物质从父母传递给后代。国外有学者发现 DNMT1 具有催化甲基反应的羧基端和改变 DNA 结构的氨基端，其中氨基端能够影响羧基端的催化活性，在氨基端 2/3 处有一个半胱氨酸富集区。DNMT1 广泛表达于人体组织中，尤以心和脑组织最多见，其荧光原位杂交显示在19p13.2-p13.3 之间。DNMT2 的甲基转移酶活性可在沉默反转录转座子中发挥作用，又可介导 tRNA 甲基化导致细胞应激耐受 [18]。
有研究报道，DNMT3 通过直接催化启动子区甲基化介导转录基因沉默，再加上特定的结构域及有关因子的共同作用，最终实现特异性甲基化模式。DNM3 家族可分为三种亚型，即 DNMT3A、DNMT3B 和 DNMT3L。Okano 等发现人类的 DNMT3A 的 cDNA 长 4192bp，编码 908 个氨基酸的蛋白质，未分化的胚胎干细胞中 DNMT3 呈现出高表达状态，但在分化成熟的组织中几乎不表达。DNMT3 的 N 端具有 PWWP 和 ADD 两个最重要的结构域。PWWP结构域负责 DNMT3A 在染色体上定位，ADD 负责 DNMT3A 与其他蛋白相互作用， 如组蛋白、转录因子、染色质重塑因子等，通过与这些蛋白因子的相互作用，调控癌基因与抑癌基因的表达和相关信号通路，从而构成复杂的表观遗传调控网络。Xie 等用 FISH 方法，定位 DNMT3A 基因位于 2 号染色体 p23，并于 1999 年绘制出人类的DNMT3B 基因图，位于 20 号染色体 q11.2。DNMT3L 与 DNMT3A、3B 有形似的结构，具有丰富的半胱氨酸结构区域，但缺乏 PWWP 及 ATRX 结构域，因其不具备甲基酶活性，故推测其可能是一个调节因子。
3DNA 甲基转移酶 3 与常见消化道肿瘤
3.1DNMT3 在胃癌中的表达
作为最常见的恶性肿瘤之一的胃癌 [19-21]，不同肿瘤抑制基因中的 CpG 岛发生异常甲基化是最常见的表观遗传学改变，而 DNMT3 家族通过多种途径发生过表达进而导致胃癌的发生。研究表明，DNMT3A 抑制了依赖甲基的转录过程 [22-23]，并且这种抑制部分依赖于组蛋白的清除酶活性。杨 [24] 等人对 54 例胃癌患者 DNMT1、DNMT3A 和 DNMT3B 的表达进行了研究，他们发现 DNMT3 在发生淋巴结转移的胃癌患者中表现出显著的高表达。2008 年，丁 [25] 等人对38 例胃癌患者进行了调查，他们认为 DNMT3A 和 DNMT3B 的免疫活性与胃癌组织的临床参数之间相关。Cao[26] 等人发现了 DNMT3A 的表达与淋巴血管的侵袭有明显的联系， 深入研究发现 DNMT3A 是胃癌的独立的预后标记。据报道，许多基因多态性，包括表观遗传标记基因，与肿瘤易感性显著相关。 DNMT3B 被报道与肿瘤的易感性有关，包括胃癌[27-28]。据报道，胃肠道肿瘤的遗传易感性可能与 DNMT3 启动子区域的基因多态性相关 [29-30]。近期研究发现了一种新型的 DNMT3A 基因多态性形式，其 结构为 -448a>g（rs 1550117），并 证 明 DNMT3A 启 动 子 基 因 甲 基 化 增加了转录活性，并通过增强基因发现其启动子区甲基化转录活性而在中国人中导致了胃癌的遗传易感性 [31-32]。Su [33] 等研究表明，DNMT3B 的过度表达与胃癌的临床病理学相关，而 Hp 感染可能导致 DNMT3B 的高表达 [34]。殷科等的实验结果显示 DNMT3b 的表达与癌变组织的病灶大小显著相关。因此，DNMT3 在胃癌的致癌及发展过程中起着重要作用。
3.2DNMT3 与肝癌
肝癌发生的核心环节和常发事件是 DNA 甲基化，但肝癌具体是如何发生并进展的目前尚无明确定论。然而，随着对表观遗传学的深入研究，越来越多的证据表明原癌基因的低甲基化及启动子区异常甲基化导致抑癌基因沉默，这是肝癌发生的重要机制之一。有学者对肝癌进展过程中抑癌基因的甲基化程度进行研究发现，抑癌基因甲基化程度随着正常肝脏、肝炎、肝硬化及肝癌的发展，也表现出明显的增高趋势 [35]。Oh[36] 和其他学者的研究发现抑癌基因甲基化及DNMT3 在肝癌中的表达显著上调。其表达显著高于肝硬化及肝炎，DNMT3A 和 DNMT3B 也是肝癌预后欠佳的预测指标。林万松等对 21 例手术切除肝癌组织标本进行体外转染实验发现，乙肝病毒 X 蛋白（HBX）过度表达能够抑制肝癌细胞 RUNX3 mRNA 表达，由此发生靶基因 CpG 岛的超甲基化；林洁等更进一步研究发现，通过影响肝癌中 DNMTA 的表达能够引起 RUNX3 表达增强，从而介导了 HBX 对 RUNX3 的抑制作用。Zheng 等报道 HBX 直接与 DNMT3A 作用，抑制 DNMT3A 结合到某些促癌基因启动子区，从而导致肝癌的发生。更多报道发现 DNMT3 的表达水平与肝癌分期密切相关。种种迹象表明，DNMT3 在肝癌进展、易感性及侵袭等方面发挥着重要作用。
3.3DNMT3 与结直肠癌
结直肠癌是中国第 3 大高发病率及死亡率的恶性消化道肿瘤。DNA 甲基化是结直肠癌起病初期 DNA 复制后的异常表观遗传修饰，并且结直肠恶性肿瘤的异常甲基化谱是DNMT 催化的初期分子事件 [37]。有研究发现，良性结肠息肉患者肠粘膜中 DNMT 水平较正常结肠粘膜增高 15 倍，结肠癌患者肠粘膜中 DNMT 水平增高 200 倍，由此可见，DNMT 的表达从正常结肠粘膜、息肉、肿瘤等进展过程中呈现出明显的增高趋势。王正尧监测 DNMT3B 分子在结直肠恶性肿瘤及癌旁组织中的表达，发现 DNMT3B 在癌灶组织及其周围组织中的阳性表达率阳性率分别为55.56% 和 23.33%，即 DNMT3B 在癌组织中呈现明显的高表达 [38]。NOSHO 采用免疫组化方法对 76 例结肠癌患者组织中 DNMT3B 进行检测， 发现其中有 15% 的结肠癌粘膜表现为 DNMT3B 的高表达。Wu[39] 等发现DNMT3A 基因中 R822H 基因 G 突变后，阻断DNMT3A 与 ATP 的结合，导致酶活性下降，引起结肠癌的发生。鲍倩 [40] 等明确了结直肠癌发生的保护因子，即 DNMT3B 基因启动子区 rs1569686 位点 G 等位基因。有学者指出，结直肠癌患者外周血液中的甲基化 SEPT19 基因及粪便中的甲基化波形蛋白是结直肠癌的早期筛检指标，其灵敏度及特异度达 80% 以上，由此可见，检测外周血及粪便中 DNMT 的表达情况有望成为结直肠癌的临床诊断的可行性指标。
3.4DNMT3 与胰腺癌
胰腺癌的发生和发展与肿瘤抑制基因的高甲基化有关 [41]，例如，APC、WWOX、CDH13 等抑癌基因在胰腺癌中表现为过度甲基化并失活，发现有些肿瘤抑制基因于胰腺癌的侵袭转移、放化疗敏感性等均有明显关系，如抑癌基因SPARC。He、Zhang [42] 等研究表明，在胰腺癌的发生发展过程中，DNMT3A 和 DNMT3B 基因异常高表达；得出同样结论的王丽华等进一步研究发现，DNMT3B 的异常高表达与肿瘤的部位、淋巴结转移有关。目前为止，胰腺癌的早期诊断及治疗效果仍不能令人满意，那么早期的敏感及特异性诊断指标显得尤为重要，Park 等人发现胰腺恶性肿瘤患者血清NPTX2 基因 CpG 结构域的甲基化程度在整个疾病过程中异常增加，有学者提出检测血清中 DNA 启动子区甲基化水平有望成为胰腺癌的肿瘤标志性检测指标。
4 小结与展望
多年来已经提出 DNA 的甲基化异常和消化道癌变的发生发展有着密切关系。大量研究表明，DNMT 在肿瘤细胞中的活性是异常的，尤其以 DNMT3 的活性增加最明显。DNMT3 直接控制靶基因 CpG 结构域的甲基化，从而引起转录基因的沉默。另一方面，通过添加其特定结构域及相关因子的结合，最终实现特异性甲基化模式，引起 DNA 启动子及邻近区域 CpG 岛胞嘧啶甲基化。这在消化道癌相关基因的表观遗传调控上扮演着重要角色。因 DNA 甲基化通常发生在癌变初期，有研究发现在血液、体液等中可检测到异常的DNA 甲基化，这将为消化道肿瘤的早期筛查提供新的方向。另外，目前已研制出去甲基化药物用于治疗肿瘤，但仍需大量临床数据来进一步探讨发生机制、早期检查及治疗效果评估等。总之，对 DNMT3 在消化道肿瘤中作用机制的深入研究有望为早期诊断、治疗提供新的切入点。
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