2019 DNA甲基化研究及臨床應用新動態

乾貨 | 靠譜 | 實用

文章導讀

表觀遺傳學（Epigenetics）是研究基因的核苷酸序列不發生改變的情況下，基因表達的可遺傳變化的一門學科。由於技術及生物體本身特點等原因, 目前研究較多的表觀遺傳機制主要集中在DNA甲基化和組蛋白修飾。本文主要涉及近期DNA甲基化的研究及臨床應用。

DNA甲基化測序新技術

哺乳動物基因組中發現的兩種最常見的表觀遺傳標記是5-甲基胞嘧啶(5mC)和5-羥甲基胞嘧啶(5hmC)。細胞通過雙加氧酶家族TET (ten-eleven translocation)蛋白將5mC氧化為5hmC，隨後進一步將5hmC氧化成5-甲醯基胞嘧啶(5fC)和5-羧基胞嘧啶( 5caC)。DNA中胞嘧啶修飾從基因調控到生長發育過程都起著至關重要的作用，異常的DNA甲基化和羥甲基化與各種疾病有關，因此確定5mC和5hmC的基因組分布對於臨床應用意義重大。

目前，DNA甲基化和羥甲基化分析測序行業的黃金標準是亞硫酸氫鹽測序及其衍生方法：TET輔助亞硫酸氫鹽測序和氧化亞硫酸氫鹽測序等。近日牛津大學宋春曉課題組等開發了一種無需亞硫酸氫鹽的測序方法：TET輔助吡啶硼烷測序(TET-assisted pyridine borane sequencing, TAPS)。利用TET將5mC和5hmC氧化為5caC，隨後吡啶硼烷將5caC還原為二氫尿嘧啶(DHU)，而後的PCR再將DHU轉化為胸腺嘧啶。

實例應用結果表明，TAPS和相關方法原則上可以對所有表觀遺傳修飾的胞嘧啶進行測序。與亞硫酸氫鹽測序相比，TAPS可以實現更高的繪圖速率，更均勻的覆蓋率和更低的測序成本，從而實現更高的質量，更全面和更便宜的甲基化組分析。另外，TAPS與各種下游分析方法兼容(如：焦磷酸測序、限制性消化、MALDI質譜、微陣列和全基因組測序等)，並能保留長鏈DNA，因此與SMRT測序和納米孔測序等長鏈測序技術結合，可用於研究某些難以測序的區域，提高其應用價值。

這一新技術的開發，為5mC的檢測提供了重要工具。該技術將5-甲基胞嘧啶的氧化與5-醛基胞嘧啶的特異性標記結合，極具創新性。因此，這項技術有望替代亞硫酸氫鹽測序成為DNA甲基化檢測新的「金標準。」

甲基化相關研究的臨床應用

甲基化預測三陰性乳腺癌患者化療療效

三陰性乳腺癌（TNBC）占所有乳腺癌的10%~30%，化療是主要治療方式之一。TNBC患者的化療後複發率較高，新輔助化療的病理完全緩解率（pCR）大約為30%~40%，目前缺少療效預測方法。為了更好地預測新輔助化療的療效（pCR可能性），來自西班牙的Pineda B教授及其研究團隊在TNBC患者中評估甲基化的療效預測作用。

研究團隊招募54例TNBC患者，分為實驗組（n = 24）和驗證組（n = 30），根據殘留腫瘤負荷（RCB）將招募患者分為應答患者（RCB=0，即pCR）或不應答患者（RCB＞0，即非pCR），並對招募患者新輔助化療前的組織樣本進行甲基化測序。通過三個階段（基因篩選、模型建立、性能評估）研究，建立一個可用於三陰性乳腺癌新輔助化療療效預測的甲基化模型（FERD3L和TRIP10雙基因甲基化模型）。應用該模型，能在治療前預測新輔助化療後pCR的可能性，可能有助於臨床醫生選擇適當的治療方案。

去甲基化葯維達莎在AML中的應用

急性髓系白血病（AML）多發於老年人群，隨年齡增長發病率逐漸上升。全基因組分析顯示在AML疾病病程中，DNA過度甲基化非常普遍，甲基化影響患者生存期，甲基化程度越高，患者生存期越短。自1969年至今，常用的AML治療藥物僅四種：化療藥物阿糖胞苷，去甲基化藥物地西他濱和阿扎胞苷，CD33單克隆抗體吉妥珠單抗（GO）等。

注射用阿扎胞苷（維達莎）是國內唯一獲批治療AML的去甲基化藥物，用於骨髓原始細胞20%-30%，多系增生異常的AML患者。在去甲基化藥物誘導治療臨床試驗中的一些研究表明，阿扎胞苷可單藥用於接受高強度化療的老年患者誘導治療，也可與其他藥物聯合使用以進行無法接受高強度化療的患者誘導治療。對於可接受高強度化療的老年患者，阿扎胞苷單葯使用與傳統治療相比延長患者OS，顯著改善輸血依賴；對於無法接受高強度化療的患者，阿扎胞苷聯合給葯有良好OS以及ORR獲益，不良反應發生率低。

尿液DNA甲基化的無創膀胱癌診斷

膀胱癌（Bladder Cancer）是泌尿系統最常見的惡性腫瘤之一，尿脫落細胞學病理和FISH等常規診斷方法的靈敏度一直困擾臨床判斷，而作為「金標準」的膀胱鏡檢查因有創和不適會給受檢者造成心理負擔。DNA甲基化是腫瘤診斷的理想標誌物。

近期在第114屆美國泌尿外科年會上，中山大學研究團隊聯合基準醫療研發團隊，公布其共同完成的尿液DNA甲基化無創診斷膀胱癌的初步研究結果，標誌著DNA甲基化的膀胱癌無創診斷方法將開啟DNA甲基化在泌尿腫瘤應用篇章。該團隊對TCGA資料庫和本院中膀胱癌數據進行深度挖掘，結合臨床樣本測序數據篩選出40個膀胱癌特異性甲基化區域。從數百例受檢者樣本中鑒別出5個特異性的DNA甲基化位點，建立膀胱癌診斷分類器，靈敏度和特異性分別為90.2%和83.6%，證明DNA甲基化具有無創診斷膀胱癌的應用潛能。

基準醫療優化質譜平台TOF-MS應用於DNA甲基化檢測，數據經過生物信息學分析，建立出膀胱癌甲基化診斷分類器，結果準確性高。診斷分類器對於非肌層浸潤性膀胱癌診斷的靈敏度為87.72%，高於尿脫落細胞檢測(45.95%)和FISH(68.42%)，對於低級別膀胱癌分類器診斷靈敏度也達83.33%，遠高於尿脫落細胞檢測(14.29%)和FISH(28.57%)。該平台可在兩天內完成上百例臨床樣本檢測，靈敏且快速，是一種優質的快速檢測方法。後續該研究團隊將繼續深入研究，轉化研究成果，真正實現膀胱癌的無創、無痛、準確診斷，解決臨床痛點。

參考資料：

2.Pineda B, Diaz-Lagares A, Pérez-Fidalgo J A, et al. A two-gene epigenetic signature for the prediction of response to neoadjuvant chemotherapy in triple-negative breast cancer patients[J]. Clinical epigenetics, 2019, 11(1): 33.

第三屆現代臨床分子診斷研討會

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！