甲基化檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于人類醫(yī)學(xué)研究----4月研究進(jìn)展速覽

發(fā)稿時(shí)間：2018-05-02來源：天昊生物

摘要：甲基化檢測(cè)技術(shù)近期研究進(jìn)展速覽

（一）血檢獲得循環(huán)DNA的甲基化水平數(shù)據(jù)，或能幫助實(shí)現(xiàn)非侵入性人心肌細(xì)胞死亡相關(guān)疾病檢測(cè)

背景：心肌細(xì)胞死亡的檢測(cè)對(duì)心臟疾病的診斷和治療至關(guān)重要。血液中的肌鈣蛋白水平是目前臨床檢測(cè)心臟組織損傷的黃金標(biāo)準(zhǔn)。一般健康個(gè)體的血漿內(nèi)基本上不含心肌細(xì)胞cfDNA，而急性ST段抬高心肌梗死患者表現(xiàn)出強(qiáng)有力的心臟cfDNA信號(hào)，與肌鈣蛋白和肌酸磷酸激酶（CPK）的水平正相關(guān)。膿毒癥患者的心臟cfDNA濃度也非常高，顯著預(yù)測(cè)死亡率，表明心肌細(xì)胞死亡在膿毒癥死亡率中起主要作用。

方法：研究者使用比較甲基化組分析方法，鑒定了在心肌細(xì)胞中特異性未甲基化的基因座（FAM101A等），并將這些基因座開發(fā)為生物標(biāo)志物以定量來自死亡細(xì)胞的循環(huán)無細(xì)胞DNA（cfDNA）中的心肌細(xì)胞DNA占比。

結(jié)論：未甲基化基因座具有高靈敏度和高特異性，可以診斷患有心臟病的患者，效果類似于檢測(cè)血液中的肌鈣蛋白水平。并且與肌鈣蛋白相比，這種新的生物標(biāo)記，更能指示因敗血癥引起的短期死亡率。研究提示，用于心肌細(xì)胞死亡檢測(cè)的cfDNA生物標(biāo)志物可用于診斷和監(jiān)測(cè)心臟病理學(xué)以及助力人類心臟生理學(xué)和發(fā)育的研究。

（二）重度抑郁癥患者的表觀遺傳學(xué)“早衰”現(xiàn)象

背景：嚴(yán)重抑郁癥患者的死亡率及罹患老化相關(guān)疾病的風(fēng)險(xiǎn)顯著升高。本研究中，研究者試圖通過分析血液樣本中DNA甲基化（DNAm）模式，探討抑郁癥患者相比于一般人群是否存在表觀遺傳學(xué)的衰老，患者的某些臨床特征是否與這一現(xiàn)象有關(guān)，并試圖在腦組織中復(fù)制上述發(fā)現(xiàn)。

研究方法：研究者納入了來自荷蘭抑郁焦慮研究計(jì)劃中（NESDA）的811名抑郁癥患者，以及319名未罹患精神障礙、抑郁程度低的對(duì)照樣本，基于其血液標(biāo)本甲基化數(shù)據(jù)，對(duì)真實(shí)年齡進(jìn)行回歸分析后取殘差指示表觀遺傳學(xué)衰老程度。研究者同時(shí)收集了74名抑郁患者及64名對(duì)照死后的腦組織，以驗(yàn)證第一階段發(fā)現(xiàn)的結(jié)果。

結(jié)果：分析顯示，相比于對(duì)照組，抑郁患者存在顯著的表觀遺傳學(xué)衰老（Cohen's d=0.18），且在總體樣本中與癥狀嚴(yán)重程度呈劑量效應(yīng)關(guān)系。且在抑郁組中，表觀遺傳學(xué)衰老與童年期創(chuàng)傷評(píng)分呈顯著正相關(guān)。上述結(jié)果在腦組織樣本中得到了驗(yàn)證。

結(jié)論：與對(duì)照組相比，抑郁癥患者在血液和腦組織中表現(xiàn)出更明顯的表觀遺傳老化，表明它們?cè)谏飳W(xué)上比其相應(yīng)的真實(shí)年齡要大。在兒童創(chuàng)傷的情況下，這種影響更為深遠(yuǎn)。

（三）持久穩(wěn)定的表觀標(biāo)志物定義腫瘤微環(huán)境

背景：實(shí)體瘤的生長(zhǎng)和疾病進(jìn)展涉及癌癥上皮細(xì)胞與周圍微環(huán)境之間的動(dòng)態(tài)交叉對(duì)話。迄今為止，分子圖譜分析主要局限于腫瘤的上皮組分;而腫瘤生存發(fā)展的支持者---腫瘤微環(huán)境的持續(xù)性表型特征尚沒有深入的研究。

方法：17例患者來源的癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞（CAF）和非惡性前列腺成纖維細(xì)胞（NPFS），使用全基因組亞硫酸氫鹽測(cè)序技術(shù)

結(jié)果：研究者首次發(fā)現(xiàn)，與非惡性前列腺成纖維細(xì)胞相比（NPFS），來自局部前列腺癌的癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞（CAF）在DNA甲基化方面顯示出顯著不同且持久的DNA甲基化改變，其主要集中于啟動(dòng)子和增強(qiáng)子。且這些差異甲基化區(qū)域可以改變腫瘤相關(guān)基因的表達(dá)，并可以準(zhǔn)確區(qū)分CAF和NPF。值得注意的是，CAF一部分甲基化變化與前列腺癌上皮細(xì)胞共享，揭示腫瘤及其微環(huán)境中腫瘤特異性表觀基因組修飾的新概念。

結(jié)論：CAF獨(dú)特的甲基化組數(shù)據(jù)提供了癌癥微環(huán)境的新型表觀遺傳標(biāo)志，也為改善樣本的診斷提供了新的生物標(biāo)志物。

（四）腫瘤cfDNA的目的區(qū)域甲基化檢測(cè)體系---用于早期腫瘤檢測(cè)和分類

背景： cfDNA的靶向甲基化測(cè)序有可能將液體活檢應(yīng)用面擴(kuò)大到尚無可被檢測(cè)致癌性改變的腫瘤患者，從而實(shí)現(xiàn)癌癥的早期診斷。

方法： 基于TCGA數(shù)據(jù)庫，研究者開發(fā)了一項(xiàng)針對(duì)9,322個(gè)CpG位點(diǎn)的綜合性甲基化測(cè)序體系，這些位點(diǎn)持續(xù)表現(xiàn)高甲基化。接下來，對(duì)78例晚期結(jié)直腸癌，非小細(xì)胞肺癌（NSCLC），乳腺癌或黑色素瘤患者的血漿cfDNA樣本進(jìn)行了臨床驗(yàn)證，并將結(jié)果與患者實(shí)際臨床結(jié)果進(jìn)行比較。

結(jié)果： 治療患者血漿cfDNA樣品中甲基化評(píng)分低于脫離治療的患者（4.74 vs. 85.29; p = 0.001）。對(duì)于不接受治療患者的68個(gè)血漿樣品，甲基化評(píng)分檢測(cè)到59個(gè)癌癥存在（86.8％），并且基于甲基化數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地將其中45例進(jìn)行了癌癥類型分類（76.3％）。甲基化評(píng)分在結(jié)直腸癌的早期檢測(cè)獲得的準(zhǔn)確率最高（96.3％），其次是乳腺癌（91.7％），黑色素瘤（81.8％）和NSCLC（61.1％）。對(duì)于癌癥亞型分類，甲基化評(píng)分在結(jié)直腸癌中獲得的準(zhǔn)確率最高（88.5％），其次是非小細(xì)胞肺癌（81.8％），乳腺癌（72.7％）和黑色素瘤（55.6％）。較低的甲基化評(píng)分與較高的存活率（10.4 vs. 4.4個(gè)月，p <0.001）和更長(zhǎng)的治療失敗時(shí)間（2.8 vs. 1.6個(gè)月，p = 0.016）相關(guān)。

結(jié)論： 常見晚期癌癥患者血漿cfDNA中的9,322個(gè)CpG位點(diǎn)的靶向甲基化測(cè)序數(shù)據(jù)，可以高精確度的檢測(cè)癌癥和實(shí)現(xiàn)潛在癌癥類型的分型。且血漿cfDNA甲基化評(píng)分與治療結(jié)果緊密相關(guān)。

（五）甲基化的晝夜節(jié)律----小鼠腦皮層存在Snord116依賴的甲基化晝夜節(jié)律

背景：Prader-Willi綜合征是一種與基因組印跡相關(guān)的遺傳性疾病，表現(xiàn)出嚴(yán)重的睡眠障礙，其發(fā)病與15號(hào)染色體異常相關(guān)。遺傳學(xué)的研究以及最新的證據(jù)證實(shí)了Snord116是導(dǎo)致PWS的最關(guān)鍵的基因。生理過程的節(jié)奏振蕩取決于生物鐘和晝夜環(huán)境的相互作用。由于腦中CpG表現(xiàn)出晝夜節(jié)律性的甲基化水平變化，因此DNA甲基化表現(xiàn)出每日節(jié)律。

方法：野生型小鼠，Snord116敲除小鼠（PWS小鼠）腦皮層的甲基化水平檢測(cè)。

結(jié)果：在野生型小鼠皮層中發(fā)現(xiàn)了23,000多種晝夜節(jié)律性CpGs，幾乎全部在PWS中丟失或相移。觀察到引起Temple / Kagami-Ogata綜合征的第二個(gè)印跡Snord簇基因組區(qū)域存在甲基化，轉(zhuǎn)錄和染色質(zhì)水平上的晝夜節(jié)律失調(diào)，提示2個(gè)疾病發(fā)病機(jī)制的交互作用。通過PWS小鼠腦皮層晝夜表觀遺傳變化鑒定的基因，與人腦中的節(jié)律性和PWS特異性基因重疊，并在PWS相關(guān)的表型和通路中富集。

結(jié)論：這些結(jié)果提示了印記與睡眠之間的進(jìn)化關(guān)系，并提示基于甲基化的PWS和相關(guān)疾病治療中可能的時(shí)間療法。