CPG島甲基化表型結(jié)直腸癌治療進(jìn)展

張曉飛 于 劍 曹秋婷 姜 媛 鄒 玲綜述 韓競(jìng)春審校

結(jié)直腸癌(colorectal cancer，CRC)是最常見(jiàn)的嚴(yán)重危害人類健康的惡性消化道腫瘤之一，在世界范圍內(nèi)有很高的發(fā)病率和死亡率，而我國(guó)的發(fā)病率也呈逐年上升趨勢(shì)[1]。表觀遺傳改變是指基因表達(dá)的遺傳性狀改變而同時(shí)不伴有DNA序列的變化，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄基因沉默或者DNA修復(fù)基因和腫瘤抑制基因失活對(duì)結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展起著重要的作用[2]。近30年來(lái)，國(guó)際上越來(lái)越多的報(bào)道指出表觀遺傳改變包括DNA甲基化，組蛋白修飾，核小體定位,染色質(zhì)環(huán)，小非編碼RNA等在癌癥的發(fā)生發(fā)展中扮演了重要的角色[3]。

1 CPG島甲基化表型(CPG island methylatorphenotype,CIMP)

近年來(lái)，表觀遺傳改變中的DNA甲基化修飾即CIMP被廣泛的研究，CIMP是DNA啟動(dòng)子區(qū)存在富含CPG位點(diǎn)的CPG島并表現(xiàn)出1種高度甲基化的形式，通過(guò)DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNA meth-yltransferase,DNMT)從s-腺苷甲硫氨酸(SAM)轉(zhuǎn)移催化導(dǎo)致某些區(qū)域DNA構(gòu)象變化，從而影響了蛋白質(zhì)與DNA的相互作用[4]。當(dāng)甲基化達(dá)到一定程度時(shí)會(huì)發(fā)生區(qū)域DNA結(jié)構(gòu)收縮，螺旋加深，使許多蛋白質(zhì)因子賴以結(jié)合的原件縮入大溝而不利于轉(zhuǎn)錄的起始，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄基因沉默或者DNA修復(fù)基因和腫瘤抑制基因失活，從而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生4。CIMP已經(jīng)被認(rèn)為是結(jié)直腸癌研究的重要方向[4]。

2 CIMP與結(jié)直腸癌

2006年美國(guó)的Weisenberger 研究小組推薦用1種新型的、簡(jiǎn)便的、敏感的、準(zhǔn)確的CIMP標(biāo)記基因(CACNA1G,IGF2,NEUROG,RUNX3,SOCS1)去區(qū)分CIMP陽(yáng)性的結(jié)直腸腫瘤以來(lái)，國(guó)外的科學(xué)家們已經(jīng)證實(shí)了CIMP在結(jié)直腸癌中和某些特定的臨床病理學(xué)表型相關(guān)，比如女性性別，高齡，家族遺傳史，右半結(jié)腸癌發(fā)病，黏液性細(xì)胞分化，特殊的前驅(qū)病變，吸煙，并且CIMP和許多分子表型緊密聯(lián)系，如高度微衛(wèi)星不穩(wěn)定(MSI-high)，Tp53野生型，KRAS野生型，BRAF變異，PIK3CA變異以及 MLH1甲基化[5-7]。并且有最新的研究證據(jù)表明CIMP和高度的腫瘤浸潤(rùn)性淋巴細(xì)胞等免疫激活反應(yīng)有關(guān)9。越來(lái)越多的研究也暗示CIMP作為1種潛在的表觀遺傳學(xué)預(yù)測(cè)標(biāo)記物或預(yù)后生物標(biāo)記物可能有助于結(jié)直腸癌患者的個(gè)體化精準(zhǔn)治[8]。

3 CIMP與結(jié)直腸癌治療

3.1 CIMP與單藥化療治療

5-氟尿嘧啶(5-Fu)作為治療結(jié)直腸癌最廣泛應(yīng)用的化療藥物通過(guò)抑制胸苷酸合成酶從而影響DNA的合成，在2011年西班牙和韓國(guó)兩個(gè)獨(dú)立的針對(duì)Ⅱ～Ⅲ期的結(jié)直腸癌患者的臨床試驗(yàn)中，對(duì)CIMP陽(yáng)性患者的治療療效得出了相反的結(jié)論[9]。西班牙研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)302例Ⅱ～Ⅲ期結(jié)直腸癌患者的研究發(fā)現(xiàn)接受5-Fu為基礎(chǔ)單藥化療的CIMP陽(yáng)性患者無(wú)病生存期(disease-free survival，DFS)劣于未給與化療的患者(log-rank=0.02)，對(duì)于所有CIMP陽(yáng)性患者不能從術(shù)后給與5-Fu為基礎(chǔ)的單藥化療中受益(hazard rate，HR=0.8；95% confidence interval，Cl=0.3～2.0)[13]。而來(lái)自于韓國(guó)的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)245例Ⅱ～Ⅲ期結(jié)直腸癌患者的研究認(rèn)為接受5-Fu為基礎(chǔ)術(shù)后單藥化療的CIMP陽(yáng)性的患者(n=17;3年recurrence-free survival，RFS:100%)無(wú)復(fù)發(fā)生存期(RFS)顯著優(yōu)于僅僅手術(shù)治療的CIMP陽(yáng)性的患者(n=7;3年RFS:71.4%)(P=0.022)，該研究表明CIMP陽(yáng)性結(jié)直腸癌患者可以從術(shù)后給與5-Fu為基礎(chǔ)的單藥化療中受益[14]。另有研究將Ⅱ～Ⅲ期的CIMP結(jié)直腸癌患者根據(jù)微衛(wèi)星不穩(wěn)定、BRAF及KRAS分子表型的不同進(jìn)行更細(xì)致的分組發(fā)現(xiàn)微衛(wèi)星穩(wěn)定(microsatellite stable，MSS)、KRAS野生型、BRAF變異及CIMP陽(yáng)性這組患者具有最差的預(yù)后(log rankP<0.0001)，并且僅僅MSS、KRAS野生型、BRAF野生型及CIMP陰性這組患者可以從術(shù)后給與5-Fu為基礎(chǔ)的化療中顯著受益(HR=2.06,95%CI=1.24～3.44,P=0.005)[10]。5-Fu作為結(jié)直腸癌化療的基石單獨(dú)作用于CIMP結(jié)直腸癌患者療效并不確切，在國(guó)內(nèi)外臨床結(jié)直腸腫瘤治療仍然有爭(zhēng)議。

3.2 CIMP與聯(lián)合化療治療

新型細(xì)胞毒化學(xué)藥物奧沙利鉑與伊立替康的發(fā)現(xiàn)及聯(lián)合5-Fu化療的應(yīng)用使結(jié)直腸癌患者的生存期提高了近一倍。FOLFIRI (5-Fu+亞葉酸鈣+伊立替康)和FOLFOX (5-Fu+亞葉酸鈣+奧沙利鉑)是兩種重要的細(xì)胞毒性化學(xué)劑在臨床中聯(lián)合應(yīng)用的化療方案。美國(guó)的科學(xué)家已經(jīng)證實(shí)對(duì)于轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌患者，一線治療給予FOLFIRI化療方案二線給予FOLFOX化療方案與反向順序給藥的臨床療效相同[11]。日本學(xué)者通過(guò)對(duì)125例轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌患者使用化療藥物的預(yù)后評(píng)價(jià)研究發(fā)現(xiàn)一線給予含有伊立替康(CpT-11)的化療方案二線給予FOLFOX化療方案比反向順序給藥的化療方案可以顯著的使CIMP陽(yáng)性的轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌患者受益，中位無(wú)進(jìn)展生存期延長(zhǎng)了8.6個(gè)月(mPFS=15.2月vs 6.6月,P=0.043)。在總生存期(OS)方面，前者也優(yōu)于后者(mOS=20.8月vs 12.8月)，中位總生存期延長(zhǎng)了8個(gè)月，同時(shí)客觀反應(yīng)率(ORR)及疾病控制率(DCR)也有相似的結(jié)果[12]。以上的臨床試驗(yàn)研究表明CIMP陽(yáng)性的結(jié)直腸癌患者相比CIMP陰性結(jié)直腸癌患者更能夠從細(xì)胞毒性化療藥物CpT-11受益。

美國(guó)的Grady WM教授腫瘤研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)615例Ⅲ期的結(jié)直腸腺癌術(shù)后使用包含伊立替康(CpT-11)方案化療的患者的療效研究顯示給與含有CpT-11方案化療時(shí)，CIMP陽(yáng)性患者有增加OS的趨勢(shì)(HR=0.62；95%Cl：0.37～1.05；P=0.07)，而CIMP陰性患者并沒(méi)有該趨勢(shì)(HR=1.38；95%Cl：1.00～1.89；P=0.049)，尤其對(duì)于CIMP陽(yáng)性并且錯(cuò)配修復(fù)基因完整(MMR-intact)的患者更能夠顯著的使其受益(P=0.01)[13]。

美國(guó)的Grady WM教授腫瘤研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)293例Ⅱ～Ⅲ期的結(jié)直腸腺癌術(shù)后使用mFOLFOX6(5-Fu+亞葉酸鈣+奧沙利鉑)或XELOX(卡培他濱+奧沙利鉑)方案化療的患者的療效評(píng)估發(fā)現(xiàn)CIMP陽(yáng)性和CIMP陰性患者的總生存期(OS)沒(méi)有顯著差異(P=0.55)，這項(xiàng)研究表明含有奧沙利鉑的化療方案不能使CIMP陽(yáng)性或陰性的結(jié)直腸癌患者受益[14]。

法國(guó)的腫瘤學(xué)專家調(diào)查了1867例大樣本Ⅲ期結(jié)直腸癌術(shù)后應(yīng)用FOLFOX4±cetuximab方案化療患者的CIMP情況發(fā)現(xiàn)CIMP陽(yáng)性的患者的總生存期(OS，HR=1.46;95%CI：1.02～1.94;P=0.04)和復(fù)發(fā)后生存期(survival after recurrence，SAR；HR=1.76;95%CI：1.20～2.56;P<0.0004)顯著縮短，而無(wú)病生存期(disease-free survival，DFS；HR=1.15;95%CI：0.86～1.54;P=0.34)未見(jiàn)顯著改變，而對(duì)于CIMP陽(yáng)性患者中應(yīng)用cetuximab這部分患者并未顯著地對(duì)OS、SAR及DFS的統(tǒng)計(jì)產(chǎn)生不利影響[15]。這項(xiàng)研究表明CIMP陽(yáng)性的患者術(shù)后應(yīng)用FOLFOX方案化療OS和SAR有顯著劣勢(shì)。

3.3 CIMP與靶向藥物治療

表皮生長(zhǎng)因子受體(epidermal growth factor receptor ，EGFR)抑制劑西妥昔單抗(cetuximab)是特異性針對(duì)EGFR過(guò)度表達(dá)的IgG1單克隆抗體在轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌中有廣泛的應(yīng)用。日本的臨床腫瘤專家通過(guò)對(duì)125例轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌患者使用cetuximab藥物的分析研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于給與cetuximab抗EGFR單抗藥物的KRAS基因野生型CIMP陽(yáng)性患者相較于CIMP陰性患者的無(wú)進(jìn)展生存期(progression-free survival，PFS)有縮短的趨勢(shì)(mPFS,2.1月vs.5.1月,P=0.11)并且藥物反應(yīng)率(response rate，RR)也有降低的趨勢(shì)(20.0 vs.24.4%,P=0.90)[12]。盡管該項(xiàng)研究并未展現(xiàn)出統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但似乎提示CIMP表型可能是預(yù)測(cè)抗EGFR單抗藥物療效的生物學(xué)標(biāo)記物。

同樣來(lái)自日本科學(xué)家的研究使用更先進(jìn)的Infinium HumanMethylation450 BeadChIP全基因組DNA甲基化分析技術(shù)區(qū)分了兩組共計(jì)97例使用EGFR抑制劑的KRAS基因野生型轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌患者的DNA甲基化情況，分為高度甲基化組(HMCC)和低度甲基化組(LMCC)，該研究分析認(rèn)為無(wú)論是PFS(HR=0.22;95%CI,0.13～0.37;P<0.001)還是OS(HR=0.24;95%CI,0.11～0.53;P<0.001)HMCC患者顯著劣于LMCC[16]。這項(xiàng)研究表明對(duì)于使用EGFR抑制劑的KRAS基因野生型轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌患者CIMP陽(yáng)性表型是療效的負(fù)性指標(biāo)。

3.4 CIMP與DNA甲基化抑制劑

兩種最廣泛被研究的DNA甲基化抑制劑地西他濱(Decitabin)和阿扎胞苷(Azacitidine)通過(guò)在DNA復(fù)制過(guò)程中取代甲基化的胞嘧啶靶點(diǎn)與DNA胞嘧啶甲基化轉(zhuǎn)移酶(DNMTs)形成不可逆的復(fù)合物，在細(xì)胞分裂過(guò)程中導(dǎo)致該酶的耗盡及胞嘧啶甲基化被動(dòng)缺失，從而導(dǎo)致DNA低甲基化和抑癌基因沉默再表達(dá)，恢復(fù)增殖控制和凋亡敏感性，使癌變過(guò)程失活[17]。

波蘭的科學(xué)家通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了DNA甲基化抑制劑通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)地增加結(jié)直腸癌細(xì)胞HCT116和DLD-1對(duì)拓?fù)洚悩?gòu)酶抑制劑敏感性，減少腫瘤細(xì)胞的活力及集落形成，并增加程序化細(xì)胞死亡，而并不增加明顯的毒性[18]。

美國(guó)的腫瘤學(xué)家通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)應(yīng)用DNA甲基化抑制劑Azacitidine表觀遺傳治療可以在體外細(xì)胞(in-vitro)水平增加結(jié)直腸癌細(xì)胞對(duì)化療藥物CpT-11的敏感性，同時(shí)在體內(nèi)細(xì)胞(in-vivo)水平聯(lián)合使用CpT-11對(duì)于異體移植于免疫缺陷的小鼠的結(jié)直腸腫瘤具有協(xié)同增效的效果[19]。

美國(guó)的臨床腫瘤學(xué)家通過(guò)20例小樣本的KRAS基因野生型轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌患者接受序貫decitabin和帕尼單抗(panitumumab)的Ⅰ/Ⅱ期臨床試驗(yàn)證實(shí)患者對(duì)DNA甲基化抑制劑與抗EGFR單抗聯(lián)合應(yīng)用具有很好的耐受性，其中有2例先前使用過(guò)西妥昔單抗的患者出現(xiàn)了部分緩解(PR)，有10例患者是穩(wěn)定(SD)[20]，盡管我們看到了一些成績(jī)，但進(jìn)一步的療效需要更大樣本的評(píng)估。

美國(guó)的腫瘤內(nèi)科專家通過(guò)26例小樣本的移性結(jié)直腸癌患者接受Azacitidine和 CAPOX的Ⅰ/Ⅱ期臨床試驗(yàn)證明CIMP陽(yáng)性的患者對(duì)聯(lián)合用藥具有良好的耐受性并且高度的疾病穩(wěn)定率(SD)，然而OS和PFS方面并沒(méi)有顯著的改善[21]。

盡管在細(xì)胞水平DNA甲基化抑制劑與拓?fù)洚悩?gòu)酶以自己的聯(lián)用取得了一定進(jìn)展，并有更進(jìn)一步的研究認(rèn)為BLM蛋白的乙?；瘜?duì)DNA甲基化及DNA損傷起重要調(diào)節(jié)作用[22]，但在臨床試驗(yàn)中DNA甲基化抑制劑對(duì)于CIMP陽(yáng)性結(jié)直腸癌患者的療效并不是十分明確。

3.5 CIMP與其他腫瘤內(nèi)科治療

白蛋白結(jié)合型紫杉醇是1種新型抗微管藥物，其干擾微管再排列，導(dǎo)致有絲分裂停止，從而達(dá)到抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)的作用。有報(bào)道稱給與15例CIMP陽(yáng)性轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌患者白蛋白結(jié)合型紫杉醇的臨床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)紫衫類藥物對(duì)于CIMP陽(yáng)性結(jié)直腸癌患者并無(wú)療效[23]。

一項(xiàng)針對(duì)評(píng)估160例CIMP陽(yáng)性直腸癌患者新輔助放化療的臨床研究表明盡管CIMP表型與放療后腫瘤退縮無(wú)顯著相關(guān)(P=0.26)，但21例(13%)CIMP陽(yáng)性直腸癌壁患者相對(duì)CIMP陰性患者與壁外血管侵犯(EMVI)顯著相關(guān)(P=0.028)，而EMVI與不良生存率顯著相關(guān)(P<0.001)[24]。這種預(yù)后意義是治療前組織學(xué)檢查所不易檢測(cè)到的。

盡管CIMP的臨床檢查目前還沒(méi)有大規(guī)培展開(kāi)并且檢測(cè)手段具有不均一性[25]，但越來(lái)越受到各國(guó)腫瘤學(xué)者的重視[26]。通過(guò)本文了解了CIMP表型與結(jié)直腸癌內(nèi)科治療的最新進(jìn)展。我們發(fā)現(xiàn)CIMP陽(yáng)性表型的結(jié)直腸癌患者能夠從細(xì)胞毒性化療藥物CpT-11受益，而對(duì)于抗EGFR單抗靶向治療具有負(fù)性療效的提示，同時(shí)在DNA甲基化抑制劑及其他腫瘤內(nèi)科治療領(lǐng)域似乎也有發(fā)展的潛力。這些前沿的研究為結(jié)直腸癌精準(zhǔn)治療提供了更多的依據(jù)。