陳建群團隊在DNA甲基化作為腫瘤預后標志物研究取得突破

　　癌癥是世界性的威脅人類健康和安全的頭號殺手，2018年全球新增癌癥病例達1810萬人，死亡病例達960萬人。惡性黑色素瘤是由皮膚和其他器官黑素細胞產生的侵襲性惡性腫瘤，在全球各地的發病率呈逐年遞增趨勢，是最為致命的一種皮膚腫瘤。黑色素瘤通常預后效果很差，晚期患者致死率僅次于各大癌癥中的白血病。而且，黑色素瘤異質性較大，進展迅速，經常擴散到淋巴結和其它遠處的器官，缺乏準確有效的預后預測手段一直是黑色素瘤治療中的薄弱環節。可靠的預后標志物可以幫助醫生采取更有效的治療方法，但預后標志物的鑒定需要對患者進行長期隨訪觀察，耗費大量的人力和財力，且不同臨床特征的患者具有較大異質性，因此，目前仍然缺乏高效的具有普適性的黑色素瘤預后標志物。

　　DNA甲基化是基因表達的表觀遺傳調節因子，能夠影響基因調控，與許多疾病的發生發展過程密切相關。對于特定類型的癌癥，甲基化比體細胞突變具有更高的特異性和靈敏度，且只需要少量的組織獲得足夠的DNA就可以完成檢測，探索DNA甲基化在癌癥預后中的應用具有重要意義。2019年6月6日，eLife在線發表了陳建群團隊關于皮膚黑色素瘤甲基化預后標志物的研究，題為“A four-DNA methylation biomarkeris a superior predictor of survival of patients with cutaneous melanoma”。

　　本研究通過利用生物信息學分析結合數學建模的方法對461個黑色素瘤組織的高通量表觀遺傳數據（485,577 個DNA甲基化位點）進行分析，構建了一組可以預測黑色素瘤患者預后生存風險的表觀遺傳標志物，并利用獨立驗證集驗證了標志物的預測性能。該標志物不僅是目前已知的對不同臨床特征的患者都適用的最好的黑色素瘤預后標志物，可以準確區分不同患者的預后生存風險，為癌癥臨床治療方案的選擇提供依據，而且為黑色素瘤發生發展的研究提供了新的方法和理解。模型中的甲基化位點分別定位于4個不同的功能基因，這4個基因分別與黑色素瘤的治療及發生發展的不同階段相關。

　　其中，GBP5 受 IFN-γ 誘導，與免疫治療相關基因如 PD-1、PD-L1、CTLA-4等顯著相關，在免疫治療中起重要作用，可能是潛在的免疫治療靶點；OCA2與黑色素產生和色素沉著相關，同時對眼睛的顏色起著重要作用，其突變 (rs4778138) 與黑色素瘤患者的生存風險相關，是深受研究者關注的基因之一；RAB37 是腫瘤抑制基因，可促進 M1 型巨噬細胞浸潤，抑制腫瘤生長；KLHL21 影響細胞遷移和侵襲，在腫瘤發生發展過程中起重要作用。本研究表明這四個基因不僅與黑色素瘤的產生有關，還很有可能對治療方案的選擇有重要的指導意義，并且可能成為潛在的抗癌藥物靶點。

圖1. 訓練集 (A) 和檢驗集 (B) 中高低風險黑色素瘤患者組之間的Kaplan-Meier生存差異分析結果圖；(C) 檢驗集中甲基化預后標志物預測生存時間的ROC曲線分析圖；(D) 相關性分析圖

　　本研究通過對500多例原發性黑色素瘤及轉移到淋巴結和其它器官的黑色素瘤組織進行統計分析，鑒定了一個新的在不同臨床特征患者中均適用的可以預測患者預后風險的甲基化標志物，證明了甲基化生物標志物在癌癥預后方面的應用，發現了潛在的藥物靶點，對黑色素瘤的預后治療具有深遠意義。同時，本研究還通過綜合運用高通量測序、生物信息學分析以及數學建模等多學科的方法，深入挖掘癌癥表觀遺傳學數據，對進一步研究DNA甲基化在個性化癌癥治療中的臨床應用潛力具有啟發和指導意義。

　　南京大學郭文娜博士、上海大學副教授朱柳村為共同第一作者，南京大學陳建群教授和王強副教授為共同通訊作者。

　　 陳建群團隊關于黑色素瘤預后標志物的研究受到了其他研究者的廣泛關注，供職于波士頓麻省總醫院分析與轉化遺傳學部門和美國劍橋大學的腫瘤遺傳學家Mykyta Artomov在論文發表的同期eLIFE上發表了專題評論文章（題為“Biomarkers: Improvingsurvival prediction for melanoma”），指出皮膚黑色素瘤進展迅速，經常擴散到淋巴結和其它遠處的器官，是預后預測最具挑戰性的癌癥之一，預測患者預后具有重要意義；陳建群團隊的研究成果揭示了預測黑色素瘤患者預后生存的不同方法，發現的黑色素瘤預后標志物的預測準確性（高達75.4%）顯著 (P = 0.002, Z-test) 高于已知所有標志物（如MITF表達的預測準確性為53.8%），有可能為全球尋找治療黑色素瘤的方法做出貢獻。

圖2. 預測黑色素瘤患者預后生存的不同方法

　　利用DNA甲基化作為癌癥預后標志物是一個開創性的研究，之前陳建群團隊在卵巢癌中也進行了嘗試，并于2018 年11月16日在Clinical Epigenetics雜志發表了題為“A five-DNAmethylation signature act as a novel prognostic biomarker in patients withovarian serous cystadenocarcinoma”的研究論文，為漿液性卵巢癌開發一種新的甲基化預后標志物。該標志物是目前已知的最好的卵巢癌預后標志物，提供了潛在的藥物靶向位點，如：標志物中的PREX2 參與G蛋白偶聯受體信號通路（目前約40%的藥物都以G蛋白偶聯受體作為靶點）。

　　卵巢癌是婦科常見惡性腫瘤，病死率位居婦科惡性腫瘤之首，是婦產科臨床面臨的最大挑戰。漿液性卵巢癌是卵巢癌患者死亡的主要原因，所占比例較大，且死亡率居高不下。漿液性卵巢癌預后很差，長期存活率低于20％。目前臨床實踐中，臨床病理分期是最重要、最可靠的預后指標，但是仍然需要更精確的標志物進一步將術后病人劃分為高風險和低風險，進而采取更有效的治療方法。預后標志物能為卵巢癌的預后判斷提供更有價值的指導。一些證據表明甲基化在卵巢癌的生物學過程中起著至關重要的作用。然而此前有關卵巢癌甲基化相關的研究還不充分。

　　陳建群團隊通過生物信息學分析結合數學建模方法，對癌癥組織的高通量甲基化數據進行分析，首次鑒定了卵巢癌預后標志物，不僅為卵巢癌臨床治療提供了指導，而且為癌癥預后標志物的研究提供了新的思路。然而，由于技術及數據條件的限制，該研究分析的是利用首款DNA甲基化芯片（Human Methylation27 BeadChip）得到的表觀遺傳數據，僅可檢測人類基因組的2.7萬個甲基化位點，而此次發表在eLIFE上的文章利用的是Illumina 450K DNA甲基化芯片獲得的數據，包含了485,577 個甲基化位點，能夠更精確的確定標志物的位置，為更精確地鑒定靶向治療位點提供了可能。同時，由于截止2018年6月公共數據庫中并沒有可以利用其它獨立的卵巢癌甲基化數據庫，該研究只驗證了標志物在TCGA驗證集中的預測性能，無法利用獨立驗證集進行驗證，而eLIFE文章利用GEO數據庫中的獨立驗證集進行了驗證，進一步證實了黑色素瘤預后標志物的預測性能和潛在的臨床應用價值。

　　南京大學陳建群課題組近十幾年來一直致力于從演化生物學的視角，結合計算生物學及一系列原創性的分子生物學研究工具和方法，在動、植物和微生物中探索遺傳突變產生及擴散的分子機制、各種表觀修飾的發生、調控及意義，以及動、植物和微生物間相互作用的分子演化機制，取得了一系列原創性的研究成果，在 Nature、PNAS、Molecular Biology and Evolution、Plant Physiology、Trends in Plant Science、eLIFE、ClinicalEpigenetics等期刊發表了研究論文50余篇。

　　原文鏈接：

　　https://elifesciences.org/articles/44310

　　https://elifesciences.org/articles/48145

　　https://clinicalepigeneticsjournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13148-018-0574-0