维普资讯 http://www.cqvip.com 胰腺病学2007年 旦蔓!鲞蔓 塑 』 翌 !! !』 !: ! :! !: ・讲座・ 抑癌基因的启动子区甲基化与胰腺内分泌肿瘤的发生 梅玫陈原稼 胰腺内分泌肿瘤(pancreatic endocrine tumors,PETs), 亦称为胰岛细胞瘤,是一类少见或罕见的肿瘤,美国每年新 诊断的PETs病例数大约2 000例。PETs是一类在临床、生 化、病理等方面颇有特色的肿瘤,绝大多数PETs可分泌多 种胃肠激素,但通常有一种主要激素导致特定的临床综合 征Ll- 。根据PETs的临床表现可将其分为功能性PETs和 无功能性PETs两大类,其中功能性PETs分为1O种c4]。 wH0于2000年制定内分泌肿瘤最新的组织病理分类,将位 于胃肠和胰腺的各种内分泌肿瘤分为5类:分化好的内分泌 肿瘤;分化好的内分泌癌;分化差的内分泌癌——小细胞癌; 混合的外分泌一内分泌癌和瘤样病变(tumor-like lesions)。这 一分类在考虑了临床和病理特点的同时,还考虑了肿瘤发生 的细胞类型和部位以及肿瘤的病理特征,如肿瘤细胞象 的数目(Ki-67阳性的细胞数)、肿瘤的血管浸润和转移情况。 此外,有部分PETs病例属于多发性内分泌腺瘤 (multiple endocrine neoplasm,MEN1),遗传外显率很高,其 中2 ~7 患者在不同时期可发生不同类型的内分泌肿 瘤L2]。有少数PETs与yon Hippel—Lindau(VHL)病相关。 除胰岛素瘤之外其他的PETs 50 以上为恶性,但肿瘤生长 相对缓慢,预后较好。 发病机制不明是目前PETs基础研究所面临的主要问 题之一。虽然MEN1抑癌基因失活是导致MEN1相关的 PETs发生的主要原因,但是绝大多数散发性PETs的分子 病理学和分子遗传学的发病机制尚未明确,常见的抑癌基因 及原癌基因异常在PETs中鲜有发生L3_6]。 一、表观遗传修饰与DNA甲基化 1999年,Wolffe和Matzke将表观遗传(epigenetics)定 义为没有DNA序列改变的基因表达状态的可遗传性变 化L7]。表观遗传改变(epigenetic changes),又称基因表型的 改变,是对表型有影响但不改变基因型的变化L8]。这种改变 在发育和细胞增殖过程中可以随DNA的复制而稳定遗 传Lg]。表观遗传改变通过DNA修饰(例如基因启动子DNA 的甲基化)、蛋白修饰(例如染色体组蛋白的乙酰化、甲基化 和磷酸化等)以及RNA相关的沉默3个层次来控制某些功 能基因的激活和失活,从而选择性地使特定的遗传信息表 达Ll 。其中基因启动子DNA的甲基化已被较为广泛而深 作者单位:100730北京,中国医学科学院北京协和医学院 北京协和医院消化内科 通信作者;陈原稼:E—mail:yuanjchen@yahoo.corn 入地研究。 DNA甲基化是指由DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase,Dnmt)介导,以S-腺苷甲硫氨酸(SAM) 为甲基供体,在胞嘧啶(C)的第5位碳原子上加上一个甲基 基团,使之变为5一甲基胞嘧啶(5-mC)的化学修饰过程。这 种修饰过程主要发生于CpG二核苷酸的胞嘧啶。多种基因 的启动子区和第一外显子富含CpG,而CpG相对集中的区 域称之为CpG岛(>500 bp的区域,GC含量>55 )Ll 。生 理情况下,CpG岛多为非甲基化,大部分散在的CpG二核苷 酸则为甲基化状态。甲基化改变可抑制转录因子与DNA的 结合,或者特定的转录抑制子直接与甲基化的DNA结合,从 而抑制相应的基因的转录Ll 。因此,纵使拥有完整的DNA 的编码序列,基因表达亦可消失或下降。 二、肿瘤发生时表观遗传学机制 近年来的研究发现,表观遗传学改变与肿瘤发生有着密 切的联系,表观遗传改变导致的基因失活可能涉及到细胞永 生化和恶性转化相关的分子途径的各个方面 。此外,肿 瘤的表观遗传学改变通常是肿瘤的早期事件,并且表观遗传 学改变常出现于较少发生遗传学异常改变的肿瘤中[1 33。在 肿瘤发生中,表观遗传学的主要改变是:全基因组甲基化水 平的降低和抑癌基因启动子区的高甲基化。新近发现,组蛋 白H4末端的第16位赖氨酸(H4一Lysl6)的单乙酰化缺失和 第2O位赖氨酸(H4-Lys20)三重甲基化的缺失是肿瘤发生的 早期事件,也是恶性转化的表观遗传学标志,是人类肿瘤的 共同普遍特点Ll 。这一组蛋白修饰的改变与DNA重复 序列的低甲基化有关。上述的各种表观遗传学改变中,抑癌 基因启动子区DNA高甲基化在肿瘤发生方面的研究最为广 泛Ll 。抑癌基因启动子区高甲基化导致的基因表达缺失 或下降在一些恶性肿瘤中普遍存在。如MLH1、INK4a/ p16、E-cadherin、BRCA1基因的启动子区的高甲基 化Ll“ 。高甲基化导致的基因沉默(silencing)与基因突变 和等位基因杂合缺失一样在肿瘤的进程中起重要的作用。 三、PETs中抑癌基因的甲基化及其在肿瘤发生中的作用 有关PETs的研究已发现很多抑癌基因发生启动子区 高甲基化,这些变化导致抑癌基因表达沉默并且在肿瘤发生 中可能起一定的作用。此外,一些抑癌基因的启动子区会同 时出现高甲基化的表现,称为CpG岛甲基化表型(CpG island methylator phenotype,CIMP),CIMP在PETs的肿瘤 发生中亦起一定的作用。 1.Ras—Association domain family 1,isoform A gene 维普资讯 http://www.cqvip.com 胰晾病学2007年6月第!鲞墓 塑 !!! ! !』 ! !! :!! : 197 (RASSFIA)基因:RASSFIA基因定位于3p21.3[2 ,是肿 瘤抑癌基因,与多种人类肿瘤发生有关。虽然RASSFIA基 因编码蛋白的结构与Ras家族其他成员编码的蛋白很相似, 但RASSF1A基因编码蛋白的生物学功能与它们显著不同。 研究发现,RASSFIA基因的编码蛋白能通过抑制cyclin D1 积聚从而抑制细胞周期G。/S期的进程[2 ,并细胞 后期启动复合物的稳定性[24]。此外,其编码蛋白还能够抑 制细胞生长、促进细胞凋亡和衰老[2 ,是Ras激活传导通路 中的一个非常重要的负向调节蛋白。肺癌、乳腺癌、肾癌、甲 状腺癌、前列腺癌等[2 ]肿瘤中较频繁且广泛地发生 RASSF1A基因异常甲基化,在PETs中,RASSFIA基因对 肿瘤形成的影响在不同的研究中有着不同的结论。 在63%~100%的PETs中发现RASSF1A启动子区的 甲基化[26-28],这些研究认为在散发性PETs中RASSFIA基 因是目前所知的甲基化频率最高的基因,提示RASSF1A启 动子区甲基化导致基因失活,使其编码蛋白质的功能丧失, 可能与PETs的发生有关。进一步的研究显示PETs相应癌 旁组织无RASSFIA启动子区的甲基化I2 ,相应的血标本 中未发现甲基化现象[2 。提示该基因的甲基化修饰具有肿 瘤特异性,与PETs的转移及恶性有关[3,28]。Pizzi等[。 报道 PETs的RASSFIA启动子区的甲基化可使cyclin D1蛋白 过表达。 另一方面,有些研究结果显示RASsF1A启动子区的甲 基化只是在P rs中发生的频率有所增高,正常胰腺组织亦出 现RASSF1A基因启动子区甲基化[2 ]。在慢性胰腺炎中 RASSF1A启动子区甲基化率为44%[2 ,因而推测RASSF1A 启动子区甲基化非肿瘤特异。Pizzi等c 的研究显示,虽然 RASSF1A启动子区的甲基化与3p21.3的杂合缺失(1oss of heterozygosity,LOH)在PETs的发生同起作用,但 RASSF1A启动子区的甲基化与肿瘤的良恶性无关。 2.p16/INK4A/MTS1基因:抑癌基因p16定位于9p21, 其编码的蛋白产物为细胞周期蛋白依赖性激酶4(Cyclin— dependent kinase 4,CDK4)抑制因子,抑制细胞周期于Gl/s 点lL2 。p16基因启动子区甲基化已被证实与多种肿瘤中 p16的转录抑制有密切的关系。用5-aza—dC作用甲基化的 细胞系可恢复启动子区域低或去甲基化水平从而使p16基 因重新表达并伴随G-/S细胞周期阻滞[制。 在PETs中可以观察到p16基因的纯合缺失及甲基化 的改变L3 。多项研究指出9 ~58 的PETs中p16基因存 在甲基化的改变[ ” 。一项研究显示58.3 的 PETs发生p16基因异常甲基化,其中胃泌素瘤发生异常甲 基化的频率为62.5 ,无功能PETs为5O [ ]。然而,对另 一最为常见的PETs——胰岛素瘤的研究却显示,纯合缺失 与甲基化引起的p16基因转录沉默只占胰岛素瘤的 17 L3 。上述研究显示不同亚类的PETs中p16基因甲基 化改变的比例并不一致,提示在不同亚类肿瘤的发生过程 中,p16基因甲基化起到的作用差别甚大。 Dammann等L2 对12例PETs(4例胰岛素瘤,3例胃泌 素瘤,5例无功能性PETs)及Liu等 ]对16例PETs的研究 显示,p16基因异常甲基化多见于有转移的PETs中。 House等 e 认为p16基因甲基化提示PETs患者术后的I临 床预后不良,5年无瘤生存率较低。与此相反,一项有关44 例胃泌素瘤的前瞻性研究发现,有无p16基因启动子甲基化 与胃泌素瘤的I临床特点、生物学行为和预后因素(如肿瘤部 位、肿瘤的转移及肿瘤的可治愈性等)均无关L3 。 3.TIMP一3基因:TIMP-3基因定位于22ql2.3,TIMP-3 是金属蛋白酶活性的特异性抑制剂家族的成员之一,可以 1:1的比例与MMPs形成非共价MMP-TIMP复合物,从而 阻断MMP与底物的结合,是一种转录后调节机制,调节基 质复合物、细胞生长、侵袭、转移及肿瘤进展,包括肿瘤发展 与肿瘤转移[3 。 Wild等[4o 报道,62 (13/21)的PETs发生TIMp-3基 因改变,包括启动子区高甲基化和纯合缺失导致的基因沉 默,其中甲基化占44 ,而相应的正常组织仅5.6 甲基化。 同时55 的肿瘤较正常组织TIMP-3蛋白表达明显下降,甲 基化阳性的肿瘤中有62.5 发生蛋白表达缺失。进一步的 研究发现,TIMP-3基因的高甲基化和纯合缺失更易出现在 伴有转移的标本中(79 vsl4 ,P<0.02)c35,373。wild 等[40]报道5例胰岛素瘤无1例发生TIMP-3基因启动子区 甲基化,但是在其他的PETs中有8/16(50 )发生了TIMP- 3基因的甲基化。 4.MGMT基因:MGMT基因所编码的蛋白质是甲基鸟 嘌呤一DNA甲基转移酶(methylguanine DNA methyltrans— ferase,MGMT),在烷化剂所致DNA损伤的修复中起重要 作用。它可以转移DNA加合物06一甲基鸟嘌呤中的甲基, 从而修复DNA的损伤。许多肿瘤中发现MGMT基因启动 子区的甲基化而导致MGMT基因的转录失活,在特定组织 中可能会诱发出多个的肿瘤。 MGMT基因甲基化经常见于脑部肿瘤、直结肠癌、肺 癌、头颈部肿瘤及高分化的淋巴瘤中[41]。在PETs中,有报 道13 ~4O 的MGMT基因启动子区发生甲基化[26,28],但 其是否有肿瘤特异性还有待进一步的研究。 5.RAR- ̄基因:RAR- ̄基因,位于3p,其编码蛋白是核 维甲酸受体p(nuclear retinoic acid receptor B),包括RAR— p1,2,3,4。主要起抑制细胞增生、促进细胞分化和免疫调 节、诱导细胞凋亡的作用。越来越多的证据提示RAR- ̄为 抑癌基因,肺癌和乳腺癌中可见到RAR- ̄基因启动子区频 繁发生甲基化,基因的正常表达被阻断 ]。在一项48例分 化良好的PETs的研究中,25 的RAR- ̄基因发生了甲基 化,且RAR—p基因的甲基化在有淋巴结转移的PETs中更为 常见(P=0.012)[263。 6.hMLH1基因:人类DNA错配修复系统(mismatch repair system,MMR)是由一系列特异性修复DNA碱基错 配的基因产物组成,此系统的存在保证DNA复制的高保真 度,避免遗传物质产生突变。hMLH1是错配修复基因系统 中最重要的成员之一,也是目前研究最广泛的DNA错配修 维普资讯 http://www.cqvip.com l98一 腺病学2007年6月第7卷差 塑 』 !!! !!! 』 ! ! !!:! !: 复基因之一。它的失活可导致DNA错配修复能力的降低, 表现为引起基因组微卫星不稳定性(microsatellite instability,MSI)。hMLH1的失活可使其他抑癌基因失活, 诱发细胞癌变“ 。在多种人类肿瘤中发现该基因由于发生 突变或启动子区异常的甲基化而沉默 ,从而可能导致肿 瘤的形成。在48例PETs的研究中(文献中没有明确说明 是哪几种PETs亚类),23 的肿瘤出现hMLH1高甲基化, 而相应瘤旁组织并无此改变,hMLH1高甲基化往往有着较 好的预后 263 7.其他基因:最近一项对127例胃肠胰腺神经内分泌肿 瘤的研究发现,51I 3 的肿瘤发生APC基因的甲基化;另 外,82.2 的肿瘤有HIC1基因的甲基化H 。PETs中p14 基因的甲基化可高达44 [2 。而p73基因甲基化提示 PETs患者术后5年生存率低(P一0.021)[2 。 8.CpG岛甲基化表型(CpG island methylator pheno- type,CIMP):CIMP指多个基因的CpG岛同时发生甲基化, CIMP阳性的肿瘤有相对独特的特点[483。 在47例神经内分泌肿瘤中针对RASSF1A、p16、p14、 MGMT 4个基因的甲基化情况进行的研究显示肿瘤存在2 个以上基因甲基化占53 (25/47),1个基因甲基化占3O (14/47),4个基因均无甲基化占17 (8/47) 2个以上基 因发生甲基化与肝转移相关(P=0.044)[3o]。另一项有关 PETs的研究,同时对11个基因(INK4a/pl6、APC、MGMT、 hMLHl、p73、E-Cadherin、RAR一8、GST一7r、TIMP3及 RASSF1A)的甲基化进行分析,至少有1处基因发生甲基化 占85 ,至少有2处基因发生甲基化占78 ,至少有3处基 因发生甲基化者52 ,其中最常见的高甲基化引起基因表达 沉默的抑癌基因包括:RASSF1A(75 )、pl6/INK4A (40%)、MGMT(40 )、RAR- ̄(25 )、hMLH1(23 )。2个 以上基因甲基化与PETs肝转移或淋巴结转移相关 ]。此 外,多个抑癌基因高甲基化的累积与肿瘤的早期复发及术后 5年存活率的降低有关[2 。 四、结语 在PETs中抑癌基因发生突变、缺失等遗传学的改变屡 见不鲜。随着表观遗传学研究的建立和发展,抑癌基因启动 子区甲基化可能参与PETs的发生。RAR一8、TIMP一3基因 启动子区甲基化与肿瘤的恶性转化过程有关;hMLH1基因 启动子区甲基化则提示较良好的肿瘤生长进程;虽然 RASSF1A、pl6/INK4A基因的甲基化在PETs中高频出现, 但是它们与肿瘤发生的关系尚不清楚,有待进一步大样本的 实验研究。 PETs中启动子区甲基化表型的研究刚刚开始,但是 PETs中多个抑癌基因启动子甲基化引起基因表达沉默日益 受到研究者们的重视。目前尚未发现针对PETs的特异性 基因甲基化谱,但是对PETs中多基因甲基化状态的研究是 十分有意义的,它有望揭示部分PETs的发病机制。相信随 着甲基化检测技术、设备的不断发展与改进,我们有望获得 更加灵敏、特异而高效的实验平台,并通过广泛而深入的研 究可能寻找到PETs抑癌基因甲基化谱,从而有助于我们不 断完善对该肿瘤发生的认识。此外,通过对抑癌基因甲基化 谱的研究还可能发现预测PETs预后的表观遗传学标志,而 且这些发生表观遗传学改变的基因在将来还有望成为治疗 PETs的潜在的药物靶点。 参 考 文 献 1 Phan GQ,Yeo CJ,Hruban RH,et a1.Surgical experience with pancreatic and peripancreatic neuroendocrine tumors:review of 125 patients.J Gastrointest Surg,1998,2:472—482. 2陈元方.PETs总论.∥陈元方,T.Yamada.胃肠肽类激素基 础与I临床.第1版.北京:北京医科大学中国协和医科大合 出版社,1997.665—677. 3陈原稼,梅玫.胰腺内分泌肿瘤临床、分子生物学和遗传学预后 指标,胰腺病学,2004,4:182—186. 4 J ensen RT.Pancreatic endocrine tumors:recent advances.Ann Oncol。1999,10(Suppl 4).170—176. 5 Jensen RT.Carcinoid and pancreatic endocrine tumors:recent advances in molecular pathogenesis,localization,and treatment. 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