口腔

口腔鳞状细胞癌的表观遗传学研究现状和进展

作者:张斌 来源:口腔颌面外科杂志 日期:2017-05-31
导读

         口腔癌是指发生于口腔黏膜上皮的恶性肿瘤,好发于中老年人群,其中90%为鳞状细胞癌。口腔鳞状细胞癌(oral squamous cell carcinoma,OSCC)是世界第六大的常见恶性肿瘤。

  目前研究证实,口腔癌的发生涉及众多基因表达的改变,导致细胞内分子代谢紊乱、信号通路传导异常、细胞结构或生理功能改变等问题。最终导致细胞异常增殖并形成恶性肿瘤。其中易感基因的遗传背景与环境因素的相互作用可共同导致OSCC的发病,其遗传因素主要包括基因变异及表观遗传修饰异常等,基因遗传变异主要包括DNA序列发生不可逆的缺失、扩增、突变等改变,进而导致癌基因的激活及抑癌基因的失活。表观遗传修饰异常主要为基因表达过程出现改变,导致基因的活化或沉默。

  1.口腔癌的表观遗传学修饰

  表观遗传修饰指在DNA序列不发生改变的情况下,基因的表达与功能发生改变,并产生可遗传的表型。其对基因的表达、调控、遗传有重要作用,且在肿瘤发生进程中起到重要作用。表观遗传学修饰的调节机制主要有:DNA的甲基化,组蛋白的甲基化及乙酰化修饰,以及非编码RNA调控。表观遗传修饰可导致基因的沉默或活化,若体细胞内发生表观遗传修饰异常而导致某些基因表达异常,如癌基因激活、抑癌基因失活等,则可出现体细胞异常增殖导致肿瘤发生。近年来的研究也表明,许多恶性肿瘤的发生都与细胞基因组表观遗传紊乱紧密相关。这也在表观遗传学水平上为恶性肿瘤的分子标记物和治疗靶点的研究提供了新的思路。

  1.1口腔癌与DNA甲基化异常

  DNA甲基化是表观遗传学现象中最为常见且重要的机制之一。DNA甲基化是S-腺苷甲硫氨酸(SAM)上的甲基,在DNA甲基转移酶的催化作用下转移至DNA分子的胞嘧啶或腺嘌呤上。DNA甲基化主要发生于CpG二核苷酸中的胞嘧啶,人类基因组中CpG二核苷酸位于基因组启动子区域的密度较高,通常处于非甲基化状态,该GC含量丰富的区域称为CpG岛,对转录调控有重要作用。启动子区域CpG岛发生异常高甲基化可导致稳定的基因沉默,若甲基化发生于抑癌基因或DNA修复基因上并使之发生沉默或下调,则可导致组织细胞的增殖和分化异常。因此甲基化在调控组织细胞的增殖分化和肿瘤的发生发展中起着重要作用。除此之外全基因组的低甲基化可引起某些原癌基因的活化、基因组不稳定等问题,也可促进肿瘤的发生。

  另外DNA甲基化异常还可使某些抑制细胞转移的基因表达受抑制,如钙黏附蛋白基因、蛋白酶类组织抑制剂、轴突生长导向分子、血小板反应蛋白和层黏连蛋白等基因,该机制与肿瘤的转移密切相关。因此,甲基化修饰目前被认为是导致原癌基因激活及抑癌基因失活的重要机制之一。目前研究已证实与OSCC发生有关的因高甲基化而失活的抑癌基因约有40个,并与多种细胞生物学活动相关。其中与转录调节相关的基因有CRABP2、DKK3、LHX6、RARB2、RUNX3、SFRP1、SFRP1-2-4-5、WIF1;与细胞周期调控相关的基因有CDKN2A、p15、p16;与细胞凋亡相关的基因有DAPK、p14、p73、RASSF-1;与DNA修复相关的有MGMT、Hmlh1;与细胞Wnt信号通路相关的基因有APC、WIF1、RUNX3;与其他信号通路相关的基因有E-cadherin、EDNRB、σ-14-3-3;与细胞间相互作用或胞间黏附相关基因有TCF21、THBS1、TIMP3;与肿瘤抑制相关的基因有ATM、C/EBPα、DCC、HIN1、miR137、miR193a、p53、PTEN、Rb;其他相关基因还有ABO、GSTP1、H3K4、MINTfamily、MX1。以下主要介绍几个与OSCC发生发展相关的,发生DNA甲基化的肿瘤相关基因最新报道。

  1.1.1BRD7

  BRD7为肿瘤抑制基因,BRD7启动子甲基化导致的表达沉默已在乳腺癌、鼻咽癌中得到证实。最近研究发现BRD7的甲基化也与OSCC相关,该研究中所调查的OSCC样本中有近2/3(74%)出现BRD7启动子高甲基化,该研究认为BRD7与众所周知的肿瘤抑制蛋白p53基因共同作用并参与细胞周期阻滞作用,表达沉默后可促进肿瘤细胞的增殖。

  1.1.2LATS1

  LATS1为肿瘤抑制基因,通过与细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin-dependentkinase,CDK)形成复合物调控细胞周期。LATS1启动子高甲基化已被证实与其他几种癌症相关,最近研究发现OSCC样本中有54%出现LATS1启动子高甲基化,其中包括上皮不典型增生、早期浸润及中度分化的样本。研究认为LATS1甲基化与OSCC相关且为肿瘤早期发生改变的基因之一。

  1.1.3FHIT

  FHIT基因与肿瘤抑制相关,增强细胞凋亡并抑制肿瘤细胞增殖,其甲基化在OSCC及其他多种肿瘤的研究中均有报道。甲基化后该基因表达下调可增加基因组的不稳定性,减少细胞凋亡,促进肿瘤进展。最近有报道认为FHIT甲基化水平与OSCC对放疗的敏感度相关,FHIT基因高甲基化后表达沉默,致使OSCC细胞对放疗不敏感,及放疗对OSCC动物模型的肿瘤局部控制差。

  1.1.4MGMT与DAPK1

  MGMT与DAPK1基因甲基化与OSCC相关的研究已经有多篇文献报道。最近研究发现,其甲基化水平与OSCC及口咽部肿瘤的淋巴结转移相关。MGMT甲基化与淋巴结转移pN0状态及机体免疫低水平相关;DAPK1甲基化与淋巴结转移pN+状态有关,但不涉及蛋白质的表达。MGMT与DAPK1基因的甲基化水平在临床上对OSCC及口咽部肿瘤的淋巴结转移有预测意义。

  1.2口腔癌与组蛋白修饰

  组蛋白是染色体的结构蛋白,与DNA结合成核小体,分为H1、H2A、H2B、H3、H4共5种,其暴露在核小体表面的N端尾区可发生多种共价修饰如甲基化、乙酰化、泛素化和小类泛素化(smallubiquitin-relatedmodifier,SUMO)、磷酸化、ADP-核糖基化等,可对染色体结构改变及基因转录起调控作用。

  1.2.1组蛋白的乙酰化

  研究认为乙酰化修饰对恶性肿瘤的发生发展最为重要,组蛋白的高乙酰化与染色质的松散、基因转录的激活相关;低乙酰化与基因转录的抑制与沉默相关。组蛋白乙酰基转移酶(histoneacetyltransferase,HAT)与组蛋白去乙酰基酶(histonedeacetylase,HDAC)对组蛋白乙酰化修饰最为重要,可维持体内组蛋白乙酰化和去乙酰化的平衡关系,二者共同作用以维持正常体内组蛋白乙酰化水平,正常情况下组蛋白乙酰化发生频率很低。

  研究发现,在多种头颈部恶性肿瘤细胞系中HDAC1和HDAC2-p63水平高于正常组织,且二者形成复合物可结合转录启动子PUMA,抑制凋亡基因bcl-2的转录,促进鳞癌细胞增殖。体内实验也证明HDAC2可调控并稳定HIF-1a信号通路以促进OSCC的侵袭和转移。另据报道称HDAC6表达上调与OSCC的发生发展关系密切,HDAC6在OSCC组织内表达水平高于正常组织,且OSCC晚期(III、IV期)患者体内表达水平高于早期(I、II期)患者。鉴于过往研究发现OSCC组织内HDAC表达明显高于正常组织,研究者尝试使用组蛋白去乙酰基酶抑制剂(histonedeacetylaseinhibitors,HDACis)对OSCC进行治疗。

  最近一些研究报道了HDACis对OSCC细胞系增殖的抑制作用及对OSCC的治疗作用。HDACis抑制肿瘤相关蛋白表达,从而引起细胞周期阻滞并诱导细胞凋亡,以抑制肿瘤细胞增殖。HDACis可抑制P27、Sp1、cyclinD1等基因的表达,其具体机制尚待研究。目前以制滴菌素A(TSA)、羟肟爱希(SAHA)为代表的多种HDACis已作为抗肿瘤药物应用于临床,虽然其对于OSCC的疗效仍需进一步证实,但体外实验已证实部分HDACis(如TSA、罗米地新、丁酸衍生物、(S)-HDAC42等),对多种OSCC细胞系的增殖有抑制作用,并且建议应用于OSCC的治疗。

  1.2.2组蛋白的甲基化

  另有研究认为组蛋白甲基化与肿瘤的发生相关,组蛋白尾端特定赖氨酸位点的甲基化与基因转录活化、抑制密切相关。甲基化可发生于组蛋白H3尾端的K4、K9、K27、K36和K79位点与组蛋白H4尾端的K20位点,以上这6个位点。其中H3K9、H3K27和/或H4K20位点的甲基化与相关基因的转录沉默相关;H3K4、H3K36和H3K79位点的甲基化与相关基因的活化相关。另有研究表明组蛋白甲基化可引起DNA不稳定、细胞周期控制紊乱及DNA修复能力下降而加速OSCC的发生。

  1.3口腔癌与miRNA调控

  研究表明,口腔癌的发生发展过程中可出现明显的miRNA表达异常,且认为其与口腔癌的发生、转移、预后相关。口腔癌组织中miR-21、miR-24、miR-31、miR-184、miR-196、miR-211等表达上调,促进癌基因激活及癌细胞的增殖、迁移及侵袭,与口腔癌的发展密切相关。miR-21在口腔癌组织中表达上调,通过TPM1和PTEN的沉默,抑制细胞凋亡及促进细胞增殖;miR-24在口腔癌组织中表达上调后,通过下调RNA结合蛋白-终端蛋白1(DND1),抑制其下游周期依赖酶抑制因子1B(CDKN1B)基因的表达,促进癌细胞增殖、抑制凋亡。口腔癌组织中表达下调的miRNA有let-7d、miR-15a、miR-125a、miR-133a、miR-133b、miR-136、miR-137、miR-138、miR-193a、miR-222、miR-205和miR-503等。以上miRNA在正常体细胞中可抑制癌基因激活,并抑制癌细胞增殖、迁移及侵袭。表达下调后可促进肿瘤的发生发展。

  近期有研究报道体外实验中let-7d在口腔癌细胞系的表达下调,EMT相关标志物Twist、Snail的表达上调,侵袭能力提高;敲除该细胞系let-7d后,可增加其侵袭性并增加其对化疗药物如5-氟尿嘧啶(5-FU)和顺铂等的耐药性;在正常体细胞中miR-126对血管内皮生长因子(VEGF)-A表达呈负性调节,另有研究发现miR-126在口腔癌中的表达下调,因而可促进肿瘤血管及淋巴管的形成,促进口腔癌的侵袭与转移。

  2.面临的挑战和问题

  既往口腔癌的诊断主要依据临床表现、影像学、肿瘤标记物水平或活检,在诊断时肿瘤已经形成。而在形成肿瘤前正常细胞已经出现恶变征象,若对组织进行表观遗传学检测,可在早期甚至癌前进行预测或诊断,提早进行预防或治疗,便可以提升患者生存率及改善预后。有报道称通过检测唾液中相关基因如ECAD、TMEFF2及MGMT甲基化水平可对口腔癌患者或可疑患者进行诊断,且其敏感度可高达97%、特异性可高达92%。另有报道,取口腔冲洗样本用染色质免疫沉淀法检测DNA甲基化水平、组蛋白修饰及相关基因表达,结果显示组蛋白修饰模式可对OSCC诊断提供依据。

  表观遗传学修饰为OSCC的诊断提供了新的思路,但研究尚处于初期阶段,需对检测方法及临床效果进行进一步验证以增加其临床可行性。表观遗传学研究也为治疗OSCC靶向药物的研发提供了新思路。目前已有多种HDACis投入临床使用,其靶向作用特点及较轻的副作用使其备受青睐。但由于上市时间较短,其临床效果仍需进一步验证。表观遗传学研究在发病机制方面对OSCC的发生发展进行了新的阐述,其将成为肿瘤临床诊断治疗新策略的理论基础。但是表观遗传修饰与肿瘤的关系仍需更加深入的研究,使其有望为肿瘤的生物治疗提供新的突破口,并成为今后肿瘤治疗的又一新靶点。

  来源:口腔颌面外科杂志2016年4月第26卷第2期

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