《Briefings in Bioinformatics》揭示肝癌甲基化标志物及驱动基因

　　

      DNA甲基化是一种重要的表观修饰，在肿瘤的起始及进展过程中具有重要的作用。普遍存在的DNA甲基化修饰，为肿瘤的检测及预后判断提供了大量可供选择的分子标记。在全世界范围内，肝癌的发生非常普遍。但在肝癌中，表观遗传的分子标记研究非常稀少。在本研究中，科学家收集了646例肝癌患者以及134例正常组织450K数据。通过整体分析启动子区甲基化以及基因表达，筛选得到222个表观驱动基因的462个启动子位点的甲基化与表达负相关。其中SFN，SPP1和TK1的甲基化与肝癌病人的存活高度相关。该研究中Illumina Infinium HumanMethylation 450k芯片服务由伯豪生物提供。

研究思路

研究结果

1. 全局分析肝癌DNA甲基化修饰的改变

      实体瘤中，GDH和CIMP是两种典型的表观遗传性改变。本文中提出了Z-score 的概念来衡量肝癌肿瘤及癌旁组织中GDH和CIMP的改变。1. 癌旁组织中所有探针的中位值作为低甲基化的参数。2. 癌旁组织中CpG探针的三分位点甲基化水平作为计算CIMP的参数。结果显示，90.1%的肝癌病人组织中具有GDH或CIMP中的一种。32.4%同时具有GDH和CIMP。只有2.2%癌旁组织不具有典型的癌旁特征。9.1%的肝癌组织的表观改变类似癌旁组织。同时用GDH和CIMP作为区分癌和癌旁的参数，具有较好的效果。

2. 鉴定肝癌DNA甲基化的分子标记

      CpG高甲基化与启动子有选择的高甲基化是实体瘤的另外一重要特点。启动子区高甲基化的甲基化位点，是肝癌潜在的检测分子标记。在三个数据集中分别鉴定出267，228和197个高甲基化的位点。CDKL2, DUOXA1, NKX6-2, FSCN1, TBX15, ASCL2, ZSCAN1, DNM3 和 TMEM240 至少含有三个以上高甲基化的位点。

      为了评价选出的高甲基化位点区分肝癌的能力，选取数据DS1 (GSE54503)作为训练组。Top10和ENet两个分级模型应用在另外两组数据中，都得到了比较理想的效果。Top10组的敏感性达到了86%和91.1%,特应性几乎100%。ENet组的敏感性为89.3% 和 78.4%，特异性也将近100%。在一组10例肝癌病人组织中，进一步验证了Top10和ENet分级模型，得到了相似的结果。而且选出用来预测的位点，在癌旁中低甲基化，肝癌组织中高甲基化。以上结果说明，这些高甲基化的位点可以作为检测肝癌的分子标记。

3. 综合分析高甲基化位点鉴别出肝癌表观驱动基因

      启动子区高甲基化可以负调节基因的转录。在DS2和DS3数据集中，基因启动子区的甲基化与基因的表达总体上是负相关的，并选定222个表观驱动基因。这些基因主要富集在炎症应答通路和几种代谢过程。

      通过分析肝癌与癌旁中甲基化和表达谱的数据，发现SFN, SPP1, ACSL4, ALDH3A1, CLDN15, CYP7A1,TKT 和GLUL在肿瘤中低甲基化且高表达。高表达SFN, SPP1 和 TKT肝癌患者的较短的生存期有关。SLC25A47, APOA5, ENDOD1, EXOCL3L4, EZR 和 PHYHD1在肝癌中高甲基化且低表达。综上结果，综合分析启动子区的甲基化与基因表达有助于寻找肝癌表观驱动的基因。

小结

      本研究证实了肝癌中甲基化的改变为生物标志物的寻找提供了诸多研究的对象，这些甲基化位点调控的基因有可能驱动肿瘤的发生。

原文出处：
Zheng Y, Huang Q, Ding Z, Liu T, Xue C, Sang X, Gu J. Genome-wide DNA methylation analysis identifies candidate epigenetic markers and drivers of hepatocellular carcinoma. Brief Bioinform.2016.