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      癌癥早篩早診熱點(diǎn)技術(shù)——DNA甲基化

      新聞來(lái)源: 發(fā)布時(shí)間:[2024-09-09]

      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(guò)DNA甲基轉(zhuǎn)移酶在二核苷酸的胞嘧啶C-5位添加一個(gè)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(duì)個(gè)體的生長(zhǎng)、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(guò)程中是可以穩(wěn)定傳遞的。


       

      DNA甲基化和去甲基化動(dòng)態(tài)過(guò)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(dòng)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(dòng)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(gè)20世紀(jì)90年代和21世紀(jì),通過(guò)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(duì)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(niǎo)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(zhǎng)度至少為200個(gè)堿基且CG含量至少為50%的堿基序列被稱(chēng)為CpG島。CpG島的甲基化改變會(huì)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(dòng)一套精細(xì)的“控制開(kāi)關(guān)系統(tǒng)”,可以把甲基化比作一個(gè)電燈開(kāi)關(guān),高甲基化關(guān)燈即關(guān)閉基因表達(dá),低甲基化開(kāi)燈,即啟動(dòng)或增加基因表達(dá)水平,但如果這個(gè)開(kāi)關(guān)的方向弄錯(cuò)了,本來(lái)應(yīng)該正常表達(dá)的基因發(fā)生高甲基化,或者本來(lái)不應(yīng)該表達(dá)的基因發(fā)生了低甲基化,就會(huì)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(gè)多因素、多步驟的復(fù)雜過(guò)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(dòng)子區(qū)域常常發(fā)生過(guò)度甲基化。這些本應(yīng)發(fā)揮抑制腫瘤生長(zhǎng)作用的基因,由于甲基化的“封鎖”而無(wú)法正常表達(dá),使得細(xì)胞失去了對(duì)增殖的有效控制。例如,p16基因在多種癌癥中常因過(guò)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(wú)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(guò)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(xiǎn)。


      DNA甲基化作為癌癥篩查標(biāo)志物的優(yōu)勢(shì)


      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(guò)檢測(cè)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(shí)就捕捉到其蛛絲馬跡,為早期干預(yù)和治療贏得寶貴的時(shí)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)用妫c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(gè)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(lèi)型的癌癥中表現(xiàn)出相似的異常模式,這為開(kāi)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(jiàn)癌癥中都有出現(xiàn)。通過(guò)檢測(cè)這些通用的甲基化標(biāo)志物,有望實(shí)現(xiàn)一次檢測(cè)對(duì)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(cè)能助力腫瘤診斷的基礎(chǔ),也是精準(zhǔn)診斷的需要。通過(guò)特定癌種開(kāi)發(fā)的cfDNA/ctDNA的異常甲基化檢測(cè)有望在腫瘤的精準(zhǔn)診斷和個(gè)體化治療中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。


      4.非侵入性檢測(cè)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(lái)痛苦和風(fēng)險(xiǎn)。而DNA甲基化可以在血液、尿液、唾液等體液中檢測(cè)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(cè)技術(shù)


      隨著技術(shù)的進(jìn)步,多種檢測(cè)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(cè)序法

      這是目前檢測(cè)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(guò)對(duì)處理后的DNA進(jìn)行測(cè)序,可以準(zhǔn)確地確定每個(gè)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(cè)方法,也是目前臨床臨床最常用的DNA甲基化檢測(cè)技術(shù)。根據(jù)亞硫酸氫鹽處理后的DNA序列設(shè)計(jì)針對(duì)甲基化和非甲基化狀態(tài)的特異性引物,通過(guò)PCR擴(kuò)增來(lái)判斷基因的甲基化情況。MSP具有操作簡(jiǎn)便、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn),但只能定性檢測(cè),無(wú)法提供甲基化水平的定量信息。


      3.焦磷酸測(cè)序

      焦磷酸測(cè)序結(jié)合了亞硫酸氫鹽處理和實(shí)時(shí)定量檢測(cè)的優(yōu)勢(shì),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(duì)昂貴,但在需要精確測(cè)量甲基化程度的研究和臨床應(yīng)用中具有重要價(jià)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(shí)檢測(cè)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(duì)較低,對(duì)于單個(gè)CpG位點(diǎn)的檢測(cè)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(shí)間(MALDI?TOF)技術(shù),可同時(shí)檢測(cè)數(shù)個(gè)至數(shù)十個(gè)DNA甲基化標(biāo)志物,可實(shí)現(xiàn)中通量級(jí)別的穩(wěn)定檢測(cè),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(huì)顯著影響檢測(cè)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(cè)

      液體活檢是近年來(lái)興起的非侵入性檢測(cè)技術(shù),通過(guò)檢測(cè)血液中的循環(huán)腫瘤DNA(ctDNA)的甲基化狀態(tài)來(lái)反映腫瘤的存在和特征。這種方法能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)腫瘤的動(dòng)態(tài)變化,對(duì)于癌癥的早期篩查、治療監(jiān)測(cè)和復(fù)發(fā)預(yù)測(cè)具有重要意義。


      總結(jié)


      DNA甲基化檢測(cè)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(shí)別癌癥的存在,減少誤判的可能性。

      不僅如此,這種檢測(cè)方式還具有廣泛的適用性。無(wú)論是肺癌、胃癌、乳腺癌還是其他常見(jiàn)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(guò)一次檢測(cè),對(duì)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(cè)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(wú)疑問(wèn),它為我們帶來(lái)了新的希望和機(jī)遇。相信在不久的將來(lái),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。


      參考文獻(xiàn)

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