【昊阅读】甲基化检测技术应用于人类医学研究----11-12月研究进展速览

发稿时间：2018-12-20来源：天昊生物

1 快速且廉价的通用型癌症早筛试剂问世—基于癌组织甲基化DNA分子独有的金纳米粒子亲和性

背景：癌症基因组中的表观遗传重编程产生了癌组织独特的甲基化状态，包括由基因间大块低甲基化区域分隔的调控区域的甲基化聚集。由于大多数癌症类型都会表现出这种甲基化模式（Methylscape），因此可以作为通用的癌症生物标志物。迄今为止，大多数研究都集中在DNA甲基化改变的生物学后果上，而其对DNA物理化学特性的影响仍未得到探索。

方法：我们探究了甲基胞嘧啶水平和其基因组分布对DNA的物理化学性质的影响，以检测以甲基化模式为基础的Methylscape生物标志物。

结果：研究发现，DNA聚合行为受到甲基胞嘧啶修饰模式的强烈影响，导致癌症和正常基因组之间DNA溶剂化和DNA-金亲和力的根本差异。我们利用癌症DNA与金纳米粒子的连接尤为紧密这一特性开发了简单，高灵敏度和选择性的电化学或比色一步法检测癌症。这种测定的分析时间少于10分钟，并且DNA用量极少。除此以外，检测结果仅靠肉眼就能辨别。

讨论：目前此方法还是有很大的局限性，即只能检测是否有癌细胞存在，还无法识别其类型或疾病进展。后期需要大样本的研究，以提升产品的适用性。

2 肾素 - 血管紧张素系统在黑素瘤中具有致癌和抑癌的双重功能，可能是一个新的治疗靶点

背景: 尽管已经有了新的全身治疗方法，转移性黑色素瘤仍然是一种具有挑战性且高度致命的皮肤癌类型。肾素 - 血管紧张素系统（RAS）是控制盐水平衡，血管内容量和血压的主要生理调节途径。 RAS的生物学效应由血管活性激素血管紧张素II（AngII）通过两种受体亚型AT1R（由AGTR1编码）和AT2R（由AGTR2编码）介导。

方法：在原发性和转移性黑色素瘤组织与患者血清中检测两种受体亚型编码基因的表达和甲基化水平

结果：相比于原发性黑色素瘤，转移性黑色素瘤中AGTR1的表达降低，CpG岛甲基化增加；此外，我们在转移性黑色素瘤患者血清中检测到了AGTR1 CpG岛的甲基化，这些结果提示AGTR1在黑色素瘤中的行使肿瘤抑制功能。与该假设一致，在表达AGTR1的黑素瘤细胞系中使用氯沙坦对AT1R进行拮抗或shRNA介导敲低其表达，都可导致细胞系获得在无血清条件下增殖的能力。相反，在缺乏内源性表达的细胞系中，AGTR1的异位表达抑制其增殖，且增值效应不取决于AngII是否存在，意味着AT1R的配体非依赖性抑制功能。用AngII或AT2R选择性激动剂Y6AII处理表达内源性AT2R的黑素瘤细胞系可在无血清条件下诱导增殖，而AT2R特异性拮抗剂PD123319和EMA401在BRAF细胞中可抑制黑素瘤生长和血管生成并增强BRAF V600突变细胞中BRAF和MEK抑制剂的表达。

结论：我们的结果表明RAS在黑素瘤中具有致癌和抑癌的双重功能。 AT2R的药理学抑制可以在表达该受体的黑素瘤中提供治疗机会，并且血清中的AGTR1 CpG岛甲基化可以作为转移性黑素瘤的新型生物标志物。

3 基于尿液的DNA甲基化测定体系ProCUrE，用于鉴定临床上显著的前列腺癌

背景：

预防不必要的活组织检查和过度治疗惰性疾病仍然是前列腺癌管理中的挑战。临床需要能够识别临床显著疾病（中度风险和高风险）的新型非侵入性测试，以改善前列腺癌患者的风险分层和监测。

方法：

我们探究了一个DNA甲基化生物标志物体系是否可用于临床前列腺癌诊断，以指导临床活检和为早期发现侵袭性前列腺癌提供指导决策。DNA来源于接受前列腺活检患者数字直肠检查后收集的尿液样本。

结果：

我们从三个国际队列中招募了408名不同风险类别的患者，包括良性，低风险，中风险和高风险的前列腺癌。患者分为2/3训练队列和1/3验证队列。通过定量MethyLight测定法在数字直肠检查后尿沉渣DNA中分析甲基化生物标志物，并研究它们与任何或侵袭性前列腺癌的关联。

结果：基于训练样本中的甲基化检测值，我们开发了一种基于最佳双基因（HOXD3和GSTP1）LASSO模型的前列腺癌尿液表观遗传学检测体系（ProCUrE），并在训练和验证体系中评估了ProCUrE对前列腺癌的诊断和预后评估能力。在训练和验证队列中，ProCUrE对临床显著型前列腺癌诊断效果优势明显。使用三种不同的风险分层标准（Gleason评分，D'Amico标准和CAPRA评分），我们发现对于所有风险类型，ProCUrE的阳性预测值比前列腺特异性抗原（PSA）高（59.4-78％）VS（38.2-72.1％）。对于GS≥7PCa型，ProCUrE与PSA联用，结果优于单独PSA结果（DeLong's test，p = 0.039）； 对于任何类型PCa和GS≥7PCa型，ProCUrE与PCPR风险计算法联用，结果优于单独PCPR结果（DeLong's test，p = 0.011，0.022）。

结论：

ProCUrE是用于前列腺癌早期检测和预后，一种有前景的非侵入性尿甲基化检测方法。 ProCUrE有可能补充PSA检测，以确定临床上显著的前列腺癌患者。

4 基于5个DNA甲基化位点的体系可作为卵巢浆液性囊腺癌患者的新型预后生物标志物

背景：

卵巢癌是女性生殖系统中最致命的肿瘤，也是美国女性癌症死亡的第五大原因。由于缺乏用于治疗选择的生物标志物，预后很差。

方法：

本研究评估了癌症基因组图谱（TCGA）数据库中551例卵巢浆液性囊腺癌（OSC）患者的甲基化阵列数据，以探索与预后相关的甲基化生物标志物并改善患者的预后。这些患者被分为训练数据集（前三分之二）和验证数据集（剩余三分之一）。

结果：在训练数据集中使用Cox回归分析，发现一组包含5个DNA甲基化位点的生物标记物与OSC患者的总体存活显著相关。 Kaplan-Meier分析显示，5位点-DNA甲基化标记可以显著区分训练组和验证组中的高风险和低风险患者。ROC分析进一步证实，5位点-DNA甲基化标记显示出对患者预后存活预测的高灵敏度和高特异性。此外，5位点-DNA甲基化标记不仅适用于手术后不同年龄，阶段，组织学分级和残留肿瘤大小的患者，而且与已知的生物标志物相比可更准确地预测OSC预后。

结论：

这种五位点-DNA甲基化标记被证明具有作为新的独立预后指标的潜力，并且可以作为指导OSC的临床治疗以改善患者结果预测和管理的重要工具。因此，本研究的结果可能具有潜在的临床意义。

5 外周血DNA甲基化作为石棉暴露受试者恶性胸膜间皮瘤的潜在生物标志物

背景： 恶性胸膜间皮瘤（MPM）是一种与石棉暴露密切相关的侵袭性肿瘤。当前患者被诊断时，现有的治疗疗法都已经作用不大，因此急需一种非侵入性早期诊断测试以监测接触石棉的人。

方法： 我们使用全基因组甲基化阵列技术在石棉暴露受试者血液中鉴定MPM DNA甲基化标记物（163例MPM患者，137例对照）。训练集样本82/68，检测集样本81/69。

结果： 研究发现MPM病例和对照之间差异甲基化的证据（> 800 CpG位点，Pfdr <0.05），且主要集中在免疫系统相关基因中。我们重点关注了甲基化差异最大的一些位点，其中7个CpG位点和5个基因组区域在检测集中表现相似的甲基化差异效应大小（pfdr <0.05）。差异最大的一个低甲基化CpG位点位于FOXK1（Forkhead-box K1）基因（病例与对照相比 effect size<-0.15，pfdr <0.05，在训练组和测试组同时满足），该基因与BAP1的相互作用，且MPM组织中存在BAP1突变，家族性MPM中也存在BAP1的种系突变。在测试集中，两个模型（包括/不包括甲基化）的ROC曲线和曲线下面积（AUC）比较显示，当考虑DNA甲基化和石棉暴露时，病例/对照区分能力显著增加（ AUC = 0.81对AUC = 0.89，DeLong检验p = 0.0013）。

结论： 我们在石棉暴露的MPM病例和对照之间鉴定了来自全血的DNA差异甲基化特征。我们的研究结果为前瞻性研究中进一步研究血液DNA甲基化谱用于鉴定与MPM致癌过程相关的早期变化提供了参考。