甲基化檢測技術應用于人類醫(yī)學研究----4月研究進展速覽

發(fā)稿時間：2018-05-02來源：天昊生物

摘要：甲基化檢測技術近期研究進展速覽

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

背景：心肌細胞死亡的檢測對心臟疾病的診斷和治療至關重要。血液中的肌鈣蛋白水平是目前臨床檢測心臟組織損傷的黃金標準。一般健康個體的血漿內基本上不含心肌細胞cfDNA，而急性ST段抬高心肌梗死患者表現(xiàn)出強有力的心臟cfDNA信號，與肌鈣蛋白和肌酸磷酸激酶（CPK）的水平正相關。膿毒癥患者的心臟cfDNA濃度也非常高，顯著預測死亡率，表明心肌細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)為生物標志物以定量來自死亡細胞的循環(huán)無細胞DNA（cfDNA）中的心肌細胞DNA占比。

結論：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，用于心肌細胞死亡檢測的cfDNA生物標志物可用于診斷和監(jiān)測心臟病理學以及助力人類心臟生理學和發(fā)育的研究。

（二）重度抑郁癥患者的表觀遺傳學“早衰”現(xiàn)象

背景：嚴重抑郁癥患者的死亡率及罹患老化相關疾病的風險顯著升高。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的衰老，患者的某些臨床特征是否與這一現(xiàn)象有關，并試圖在腦組織中復制上述發(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、抑郁程度低的對照樣本，基于其血液標本甲基化數(shù)據，對真實年齡進行回歸分析后取殘差指示表觀遺傳學衰老程度。研究者同時收集了74名抑郁患者及64名對照死后的腦組織，以驗證第一階段發(fā)現(xiàn)的結果。

結果：分析顯示，相比于對照組，抑郁患者存在顯著的表觀遺傳學衰老（Cohen's d=0.18），且在總體樣本中與癥狀嚴重程度呈劑量效應關系。且在抑郁組中，表觀遺傳學衰老與童年期創(chuàng)傷評分呈顯著正相關。上述結果在腦組織樣本中得到了驗證。

結論：與對照組相比，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，表明它們在生物學上比其相應的真實年齡要大。在兒童創(chuàng)傷的情況下，這種影響更為深遠。

（三）持久穩(wěn)定的表觀標志物定義腫瘤微環(huán)境

背景：實體瘤的生長和疾病進展涉及癌癥上皮細胞與周圍微環(huán)境之間的動態(tài)交叉對話。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成纖維細胞（CAF）和非惡性前列腺成纖維細胞（NPFS），使用全基因組亞硫酸氫鹽測序技術

結果：研究者首次發(fā)現(xiàn)，與非惡性前列腺成纖維細胞相比（NPFS），來自局部前列腺癌的癌癥相關成纖維細胞（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，其主要集中于啟動子和增強子。且這些差異甲基化區(qū)域可以改變腫瘤相關基因的表達，并可以準確區(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。

結論：CAF獨特的甲基化組數(shù)據提供了癌癥微環(huán)境的新型表觀遺傳標志，也為改善樣本的診斷提供了新的生物標志物。

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

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

方法： 基于TCGA數(shù)據庫，研究者開發(fā)了一項針對9,322個CpG位點的綜合性甲基化測序體系，這些位點持續(xù)表現(xiàn)高甲基化。接下來，對78例晚期結直腸癌，非小細胞肺癌（NSCLC），乳腺癌或黑色素瘤患者的血漿cfDNA樣本進行了臨床驗證，并將結果與患者實際臨床結果進行比較。

結果： 治療患者血漿cfDNA樣品中甲基化評分低于脫離治療的患者（4.74 vs. 85.29; p = 0.001）。對于不接受治療患者的68個血漿樣品，甲基化評分檢測到59個癌癥存在（86.8％），并且基于甲基化數(shù)據準確地將其中45例進行了癌癥類型分類（76.3％）。甲基化評分在結直腸癌的早期檢測獲得的準確率最高（96.3％），其次是乳腺癌（91.7％），黑色素瘤（81.8％）和NSCLC（61.1％）。對于癌癥亞型分類，甲基化評分在結直腸癌中獲得的準確率最高（88.5％），其次是非小細胞肺癌（81.8％），乳腺癌（72.7％）和黑色素瘤（55.6％）。較低的甲基化評分與較高的存活率（10.4 vs. 4.4個月，p <0.001）和更長的治療失敗時間（2.8 vs. 1.6個月，p = 0.016）相關。

結論： 常見晚期癌癥患者血漿cfDNA中的9,322個CpG位點的靶向甲基化測序數(shù)據，可以高精確度的檢測癌癥和實現(xiàn)潛在癌癥類型的分型。且血漿cfDNA甲基化評分與治療結果緊密相關。

（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的遺傳性疾病，表現(xiàn)出嚴重的睡眠障礙，其發(fā)病與15號染色體異常相關。遺傳學的研究以及最新的證據證實了Snord116是導致PWS的最關鍵的基因。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。

結果：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綜合征的第二個印跡Snord簇基因組區(qū)域存在甲基化，轉錄和染色質水平上的晝夜節(jié)律失調，提示2個疾病發(fā)病機制的交互作用。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相關的表型和通路中富集。

結論：這些結果提示了印記與睡眠之間的進化關系，并提示基于甲基化的PWS和相關疾病治療中可能的時間療法。