第四节
表观数据的临床应用

表观遗传变异和表观基因组的分析可以为医师的临床应用策略提供指导 。为了理解这些策略，在这里，我们总结了几乎所有的临床应用，包括：①表观遗传疗法和②肿瘤预测、预后和预防。

一、表观遗传学疗法

表观遗传异常被发现后，药物的选择取决于它们在药物库中记载的和从患者身上发现的表观遗传学异常之间的联系。

1．基于甲基化分析的表观学疗法

在控制细胞生长的肿瘤抑制基因沉默时，DNA甲基化增加。如果发现表观遗传异常，异常DNA会将正常细胞转化为恶性肿瘤细胞。这种进展可以用诸如5-氮杂胞苷（AZA）和地西他滨（DEC）等药物通过DNMT1抑制作用来消除 。由于DNMT1抑制剂对肿瘤细胞的毒性较低，目前有三种策略可用于增加DNMT1的抑制作用：

（1）低剂量AZA或DEC治疗可长效减少由肿瘤起始细胞（tumor-initiating cell）引起的肿瘤发生，而在细胞周期中无细胞毒性。这种对脱甲基剂的缓慢起效的治疗应答已被报道在急性髓细胞性白血病和骨髓增生异常的治疗中获得了成功，并在治疗后持续存在应答 。

（2）脱甲基剂（AZA和DEC）可以激活编码MHCⅠ类蛋白和肿瘤抗原的基因。例如，据报道，干扰素通路基因通过施用AZA而被上调，因此，AZA与内源性抗原呈递的表达与干扰素应答的增加相关。此外，一些医师提供的证据表明，抑制DNA甲基化可以使黑色素瘤对抗CTLA4免疫检查点疗法和免疫抑制剂PDL1敏感。最近，在体外研究中发现AZA可以促进髓系恶性肿瘤患者免疫抑制性T调节（Treg）细胞的发展 。

（3）AZA与组蛋白脱乙酰基酶抑制剂的组合可以促进肿瘤抑制因子的再激活 。所有结果表明，通过抗DNMT进行表观遗传学治疗将是治疗不同肿瘤的有效模型，如表3-4-1所示。

2．基于PTM组蛋白检测的表观遗传学疗法

组蛋白在HAT的帮助下控制DNA的螺旋和解螺旋，而HDAC的作用则从赖氨酸残基上除去乙酰基，从而形成浓缩的、转录沉默的染色质 。核心组蛋白末端尾部的可逆修饰为控制基因表达的主要表观基因组的机制编程。HDAC抑制剂（HDI）会阻止此作用，并可能导致组蛋白过度乙酰化，因此HDI是抑制肿瘤细胞增殖的新型药物。HDI通过诱导肿瘤抑制因子（如P53蛋白）产生抗肿瘤作用。近年来，人们一直在努力开发HDI作为肿瘤治疗的新选择。HDI还可以通过诱导p21表达对p53的活性进行调节。另外，HDAC参与视网膜母细胞瘤蛋白（pBb）通路，通过该通路，pRb抑制肿瘤增殖。雌激素也已被证实是肿瘤发生中的因素之一。通过与雌激素受体α（Erα）结合而导致的乳腺癌进展的数据表明，DNA甲基化是人类乳腺癌细胞中ERα沉默的关键因素。由于HDI抑制HDAC对肿瘤细胞具有非常有效的毒性，因此，有多种HDI类药物被应用于治疗血液系统恶性肿瘤、乳腺和肺癌，如表3-4-1所示 。

二、用于肿瘤预测、预防和预后的表观遗传异常

1．表观遗传学异常的预测

为了预测癌前细胞向癌细胞的发展，我们已经做了大量的工作来研究临床模型，包括从骨髓增生异常综合征（MDS）到急性髓系白血病（AML）的恶性血液病以及从异常隐窝灶（ACF）到结肠癌的实体瘤（图3-4-1和表3-4-2）。在临床模型中，Preisler等科学家们将128例MDS和44例AML与12例正常骨髓进行了比较，首次将p15甲基化定义为癌前期血液系统恶性肿瘤的生物标志物 。

现在，p15高甲基化已常规地用于筛选和预测血液恶性肿瘤的进展。经过二十多年的发展，科学家们发现了更多的癌前病变，例如胃上皮增生／上皮内瘤变、肠上皮化生、巴雷特食管、乳腺钙化、意义不明的单发性乳腺增生症（MGUS）、外阴上皮内瘤变（VIN）、阴道上皮内瘤变（VAIN）、外阴地衣硬化和扁平苔藓、宫颈上皮内瘤变（CIN）和鲍文氏病 。尽管在散发性或家族性癌症中清楚地显示了表观遗传变异hMLH1和H19/Igf2，但大多数癌前病变都会消退，因此极少的癌前细胞会发展为恶性肿瘤。因此，应仔细评估这些基因针对表观遗传异常的甲基化测试的结果。如表3-4-3所示，在许多癌前病变中检测到p16甲基化，HPP1和RUNX3的甲基化与巴雷特食管的进展有关。在许多MDS疾病中检测到p15甲基化，并且p14甲基化与溃疡性结肠炎患者的大肠不典型增生病变有关。

继甲基化变化的新检测技术被运用之后，在各种癌前组织中发现了越来越多的甲基化基因。例如，在NSCLC组织中发现了胰岛素样生长因子结合蛋白3（IGFBP-3） 。在出现基因组学之前，我们已经作出了巨大的努力来发现整个基因组DNA水平上的一些新甲基化， Pretlow 和我们在基因组水平上使用了随机限制酶消化和指纹技术，从ACF组织中发现了一些新的甲基化，如图3-4-1（A和B）所示 。现在我们进入了基因组时代，我们可以使用基因组技术来发现位于肿瘤抑制基因上的新甲基化位点，如图3-4-2所示。

2．表观遗传学异常的预后标志物

由于存在化疗／放疗的耐药性、复发和肿瘤远处转移（resistance of chemotherapy/radiotherapy，recurrence，remote metastasis of tumors，3R）等问题，晚期癌症是导致人类死亡的主要原因之一。鉴定可靠的预后因素，包括肿瘤耐药性、复发和远处转移（3R），对于临床癌症患者可能具有重大的前景意义。例如，对化学疗法／放射疗法有耐受高风险的患者需要调整新策略，而没有3R的低风险患者应使用常规治疗。如表3-4-4所示，预后的生物标志物主要包括组织学现象、细胞增殖、激素表达以及包括表观遗传和遗传异常在内的分子生物标志物。为了清楚地了解生物标志物，我们研究了25例预后不良AML的骨髓细胞，以表征和评估与治疗相关的生物标志物。生物标志物组合检测包括高水平的端粒酶活性、低水平的IL-6表达、p53突变和p15高甲基化。经过药物筛选后，对预后不良的高风险患者进行综合治疗，最终的结果表明降低端粒酶活性、升高IL-6表达水平和降低p15甲基化使难治性AML产生了良好的应答并提高了患者的生存率 。现在，几乎可以测定每种类型的肿瘤的CpG岛异常DNA甲基化。这些预后标志物大多已被分组，如死亡相关蛋白激酶基因（DAPK）、LINE-1、p16和APC 。例如，NSCLC的表观遗传学变化与复发和TP16、CDH13、RASSFIA和APC的甲基化有关。一些医师根据H ₃ K ₄ Me ₂ 、H ₂ AK ₅ Ac和H ₃ K ₉ Ac的组织学、分期和全局表达水平将138例肺癌患者分为7组 。对这些组的研究显示，与瘤内H ₃ K ₉ Ac高水平的患者相比，瘤内H ₃ K ₄ Me ₂ 高水平与总体存活率显著提高有关。

另一方面，第二种预后生物标志物是对治疗应答的评估 。例如，甲基化MGMT基因是神经胶质瘤中对烷基化剂的化学敏感度的预测指标。MGMT位于染色体10q26区域，在生理条件下MGMT低表达，但是在暴露于烷基化剂或辐射后上调。MGMT过表达保护正常组织免受烷基化致癌物（包括化学治疗剂）的毒性作用。由于MGMT的功能是DNA修复，因此，如果我们发现MGMT高甲基化，表明着恶性神经胶质瘤和胶质母细胞瘤对卡莫司汀（BCNU）化疗和辐射放疗具有敏感度。

此外，已有报道证明甲基化可用于预测化疗应答，卵巢癌中的顺铂与基因hMLH1甲基化，乳腺癌中的他莫昔芬与BRCA1甲基化，伊立替康与WRN甲基化。这里简要总结了与化学敏感度有关的一些基因甲基化生物标志物，如表3-4-5所示。

3．针对表观遗传学异常的早期标志物的预防疗法

目前大多数肿瘤的预防措施涉及运动的类型、营养或饮食的种类和对体重的控制。这些措施必须经过长时间的坚持才能出现可见的效果，但是不能保证以某种方式进食或行为将绝对确保免受癌症的侵害。在这里，我们通过早期肿瘤筛查来进行肿瘤的预防，即通过非侵入性的手段建立有效的异常表观遗传学分子检测方法，从而将非侵入性方法的肿瘤甲基化DNA标志物检测与肿瘤的发生发展联系起来 。例如，血液循环中的Septin9、波形蛋白、TMEFF2、NFGR的甲基化可能成为筛选早期原发性结直肠癌（CRC）的生物标志物。如表3-4-6所示，一些潜在的甲基化候选标志物（如前列腺癌的GSTP1和膀胱癌的ALX4）正在研究中，可用于早期阶段的癌症检测。随着表观基因组学筛选技术的兴起，更多的与肿瘤相关的高甲基化基因将在早期癌症检测中被发现。