什么是甲基化

DNA甲基化（DNA methylation）是一種表觀遺傳學(xué)機(jī)制，通過DNA甲基轉(zhuǎn)移酶在二核苷酸的胞嘧啶C-5位添加一個甲基基團(tuán)，引起不同基因的轉(zhuǎn)錄激活或抑制，并調(diào)節(jié)各種細(xì)胞功能。DNA甲基化可以在不改變DNA序列的情況下，對個體的生長、發(fā)育、基因表達(dá)模式以及基因組的穩(wěn)定性起到重要的調(diào)控作用，并且這種修飾在發(fā)育和細(xì)胞增殖的過程中是可以穩(wěn)定傳遞的。

DNA甲基化和去甲基化動態(tài)過程

1925年DNA甲基化首次在細(xì)菌中被發(fā)現(xiàn)，隨后在哺乳動物中發(fā)現(xiàn)了5mC的非隨機(jī)分布，表明其可能具有生物學(xué)功能。在20世紀(jì)80年代早期，發(fā)現(xiàn)5′啟動子區(qū)域內(nèi)的DNA甲基化抑制了相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。在整個20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)，通過DNA甲基化的基因調(diào)控機(jī)制被闡明，其與組蛋白修飾的關(guān)系以及對3D基因組組織的影響被揭示。

基因組序列中大約70%的胞嘧啶-磷酸-鳥嘌呤(CpG)位點(diǎn)是甲基化的,其余未甲基化的CpG通常聚集出現(xiàn),這部分長度至少為200個堿基且CG含量至少為50%的堿基序列被稱為CpG島。CpG島的甲基化改變會影響DNA的三維結(jié)構(gòu),抑制DNA與轉(zhuǎn)錄因子的相互作用,從而沉默基因表達(dá),抑制抑癌基因表達(dá),進(jìn)而促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展。用通俗的話講，DNA甲基化是生理活動一套精細(xì)的“控制開關(guān)系統(tǒng)”，可以把甲基化比作一個電燈開關(guān)，高甲基化關(guān)燈即關(guān)閉基因表達(dá)，低甲基化開燈，即啟動或增加基因表達(dá)水平，但如果這個開關(guān)的方向弄錯了，本來應(yīng)該正常表達(dá)的基因發(fā)生高甲基化，或者本來不應(yīng)該表達(dá)的基因發(fā)生了低甲基化，就會導(dǎo)致不正常的生理現(xiàn)象，甚至?xí)?dǎo)致癌癥的發(fā)生。

癌癥的發(fā)生是一個多因素、多步驟的復(fù)雜過程，其中DNA甲基化的異常扮演著關(guān)鍵角色。一方面，腫瘤抑制基因的啟動子區(qū)域常常發(fā)生過度甲基化。這些本應(yīng)發(fā)揮抑制腫瘤生長作用的基因，由于甲基化的“封鎖”而無法正常表達(dá)，使得細(xì)胞失去了對增殖的有效控制。例如，p16基因在多種癌癥中常因過度甲基化而失活，導(dǎo)致細(xì)胞周期調(diào)控失常，促進(jìn)癌細(xì)胞的無限增殖。

另一方面，一些原癌基因可能出現(xiàn)低甲基化，使其過度表達(dá)，賦予癌細(xì)胞更強(qiáng)的生存和增殖能力。此外，全基因組的甲基化水平也可能發(fā)生整體降低，導(dǎo)致基因組的穩(wěn)定性下降，增加基因突變和染色體異常的風(fēng)險。

DNA甲基化作為癌癥篩查標(biāo)志物的優(yōu)勢

1.早期診斷的潛力

癌癥的早期發(fā)現(xiàn)是提高治愈率和生存率的關(guān)鍵。DNA甲基化的改變往往發(fā)生在癌癥發(fā)生的早期階段，甚至先于細(xì)胞形態(tài)和組織結(jié)構(gòu)的變化。這意味著通過檢測特定基因的甲基化狀態(tài)，我們有可能在癌癥還處于萌芽狀態(tài)時就捕捉到其蛛絲馬跡，為早期干預(yù)和治療贏得寶貴的時間。

2.高特異性和敏感性

與傳統(tǒng)的腫瘤標(biāo)志物如蛋白質(zhì)標(biāo)志物相比，DNA甲基化標(biāo)志物具有更高的特異性和敏感性。這是因?yàn)镈NA甲基化的改變是直接發(fā)生在基因?qū)用?，與癌癥的發(fā)生機(jī)制更為緊密相關(guān)。而且，單一基因的甲基化變化可能不明顯，但多個相關(guān)基因的甲基化組合模式能夠提供更準(zhǔn)確的診斷信息，大大降低了誤診和漏診的概率。

3.多癌種通用性

一些DNA甲基化標(biāo)志物在多種不同類型的癌癥中表現(xiàn)出相似的異常模式，這為開發(fā)通用的癌癥篩查方法提供了可能。例如，某些與細(xì)胞周期調(diào)控、DNA修復(fù)等關(guān)鍵通路相關(guān)的基因甲基化改變，在肺癌、胃癌、結(jié)腸癌等多種常見癌癥中都有出現(xiàn)。通過檢測這些通用的甲基化標(biāo)志物，有望實(shí)現(xiàn)一次檢測對多種癌癥的初步篩查。DNA甲基化具有組織的特異性，這是異常甲基化基因檢測能助力腫瘤診斷的基礎(chǔ)，也是精準(zhǔn)診斷的需要。通過特定癌種開發(fā)的cfDNA/ctDNA的異常甲基化檢測有望在腫瘤的精準(zhǔn)診斷和個體化治療中發(fā)揮越來越重要的作用。

4.非侵入性檢測的可行性

傳統(tǒng)的癌癥診斷方法如組織活檢往往具有侵入性，給患者帶來痛苦和風(fēng)險。而DNA甲基化可以在血液、尿液、唾液等體液中檢測到，這些非侵入性的樣本獲取方式不僅方便快捷，而且更容易被患者接受，有利于大規(guī)模的篩查應(yīng)用。

目前主流檢測技術(shù)

隨著技術(shù)的進(jìn)步，多種檢測DNA甲基化的方法應(yīng)運(yùn)而生，為癌癥篩查提供了有力的工具。

1.亞硫酸氫鹽測序法

這是目前檢測DNA甲基化的金標(biāo)準(zhǔn)方法。亞硫酸氫鹽能夠?qū)⑽醇谆陌奏まD(zhuǎn)化為尿嘧啶，而甲基化的胞嘧啶則保持不變。通過對處理后的DNA進(jìn)行測序，可以準(zhǔn)確地確定每個CpG位點(diǎn)的甲基化狀態(tài)。然而，這種方法操作復(fù)雜、成本較高，限制了其在大規(guī)模篩查中的應(yīng)用。

2.甲基化特異性PCR（MSP）

MSP是一種基于PCR的快速檢測方法，也是目前臨床臨床最常用的DNA甲基化檢測技術(shù)。根據(jù)亞硫酸氫鹽處理后的DNA序列設(shè)計(jì)針對甲基化和非甲基化狀態(tài)的特異性引物，通過PCR擴(kuò)增來判斷基因的甲基化情況。MSP具有操作簡便、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，但只能定性檢測，無法提供甲基化水平的定量信息。

3.焦磷酸測序

焦磷酸測序結(jié)合了亞硫酸氫鹽處理和實(shí)時定量檢測的優(yōu)勢，能夠?qū)μ囟▍^(qū)域的DNA甲基化水平進(jìn)行定量分析。雖然儀器設(shè)備相對昂貴，但在需要精確測量甲基化程度的研究和臨床應(yīng)用中具有重要價值。

4.甲基化芯片技術(shù)

如甲基化DNA免疫共沉淀芯片（MeDIP-chip）和甲基化CpG島擴(kuò)增芯片（MCA），可以同時檢測大量基因的甲基化狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)高通量篩選。然而，芯片技術(shù)的分辨率相對較低，對于單個CpG位點(diǎn)的檢測精度有限。

5．核酸質(zhì)譜

基于基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時間（MALDI?TOF）技術(shù)，可同時檢測數(shù)個至數(shù)十個DNA甲基化標(biāo)志物，可實(shí)現(xiàn)中通量級別的穩(wěn)定檢測，可以獲得500 bp范圍之內(nèi)全部連續(xù)的CpG位點(diǎn)的甲基化定量水平。然而，樣本的質(zhì)量和純度會顯著影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，儀器昂貴，操作技術(shù)要求高。

6.液體活檢中的DNA甲基化檢測

液體活檢是近年來興起的非侵入性檢測技術(shù)，通過檢測血液中的循環(huán)腫瘤DNA（ctDNA）的甲基化狀態(tài)來反映腫瘤的存在和特征。這種方法能夠?qū)崟r監(jiān)測腫瘤的動態(tài)變化，對于癌癥的早期篩查、治療監(jiān)測和復(fù)發(fā)預(yù)測具有重要意義。

總結(jié)

DNA甲基化檢測具有出色的特異性和敏感性。相比于傳統(tǒng)的篩查方法，它能更準(zhǔn)確地識別癌癥的存在，減少誤判的可能性。

不僅如此，這種檢測方式還具有廣泛的適用性。無論是肺癌、胃癌、乳腺癌還是其他常見癌癥，都可能存在與之相關(guān)的獨(dú)特DNA甲基化特征。這意味著我們有望通過一次檢測，對多種癌癥進(jìn)行篩查，為患者提供更全面的保護(hù)。

但是，我們不可否認(rèn)，DNA甲基化檢測在癌癥篩查中的應(yīng)用仍處于不斷發(fā)展和完善的階段。但毫無疑問，它為我們帶來了新的希望和機(jī)遇。相信在不久的將來，隨著技術(shù)的進(jìn)步和研究的深入，DNA甲基化將成為癌癥篩查的常規(guī)手段，幫助更多的人遠(yuǎn)離癌癥的威脅。

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