陈建群团队在DNA甲基化作为肿瘤预后标志物研究取得突破
癌症是世界性的威胁人类健康和安全的头号杀手，2018年全球新增癌症病例达1810万人，死亡病例达960万人。恶性黑色素瘤是由皮肤和其他器官黑素细胞产生的侵袭性恶性肿瘤，在全球各地的发病率呈逐年递增趋势，是最为致命的一种皮肤肿瘤。黑色素瘤通常预后效果很差，晚期患者致死率仅次于各大癌症中的白血病。而且，黑色素瘤异质性较大，进展迅速，经常扩散到淋巴结和其它远处的器官，缺乏准确有效的预后预测手段一直是黑色素瘤治疗中的薄弱环节。可靠的预后标志物可以帮助医生采取更有效的治疗方法，但预后标志物的鉴定需要对患者进行长期随访观察，耗费大量的人力和财力，且不同临床特征的患者具有较大异质性，因此，目前仍然缺乏高效的具有普适性的黑色素瘤预后标志物。
DNA甲基化是基因表达的表观遗传调节因子，能够影响基因调控，与许多疾病的发生发展过程密切相关。对于特定类型的癌症，甲基化比体细胞突变具有更高的特异性和灵敏度，且只需要少量的组织获得足够的DNA就可以完成检测，探索DNA甲基化在癌症预后中的应用具有重要意义。2019年6月6日，eLife在线发表了陈建群团队关于皮肤黑色素瘤甲基化预后标志物的研究，题为“A four-DNA methylation biomarkeris a superior predictor of survival of patients with cutaneous melanoma”。
本研究通过利用生物信息学分析结合数学建模的方法对461个黑色素瘤组织的高通量表观遗传数据（485,577 个DNA甲基化位点）进行分析，构建了一组可以预测黑色素瘤患者预后生存风险的表观遗传标志物，并利用独立验证集验证了标志物的预测性能。该标志物不仅是目前已知的对不同临床特征的患者都适用的最好的黑色素瘤预后标志物，可以准确区分不同患者的预后生存风险，为癌症临床治疗方案的选择提供依据，而且为黑色素瘤发生发展的研究提供了新的方法和理解。模型中的甲基化位点分别定位于4个不同的功能基因，这4个基因分别与黑色素瘤的治疗及发生发展的不同阶段相关。
其中，GBP5 受 IFN-γ 诱导，与免疫治疗相关基因如 PD-1、PD-L1、CTLA-4等显著相关，在免疫治疗中起重要作用，可能是潜在的免疫治疗靶点；OCA2与黑色素产生和色素沉着相关，同时对眼睛的颜色起着重要作用，其突变 (rs4778138) 与黑色素瘤患者的生存风险相关，是深受研究者关注的基因之一；RAB37 是肿瘤抑制基因，可促进 M1 型巨噬细胞浸润，抑制肿瘤生长；KLHL21 影响细胞迁移和侵袭，在肿瘤发生发展过程中起重要作用。本研究表明这四个基因不仅与黑色素瘤的产生有关，还很有可能对治疗方案的选择有重要的指导意义，并且可能成为潜在的抗癌药物靶点。
图1. 训练集 (A) 和检验集 (B) 中高低风险黑色素瘤患者组之间的Kaplan-Meier生存差异分析结果图；(C) 检验集中甲基化预后标志物预测生存时间的ROC曲线分析图；(D) 相关性分析图
本研究通过对500多例原发性黑色素瘤及转移到淋巴结和其它器官的黑色素瘤组织进行统计分析，鉴定了一个新的在不同临床特征患者中均适用的可以预测患者预后风险的甲基化标志物，证明了甲基化生物标志物在癌症预后方面的应用，发现了潜在的药物靶点，对黑色素瘤的预后治疗具有深远意义。同时，本研究还通过综合运用高通量测序、生物信息学分析以及数学建模等多学科的方法，深入挖掘癌症表观遗传学数据，对进一步研究DNA甲基化在个性化癌症治疗中的临床应用潜力具有启发和指导意义。
南京大学郭文娜博士、上海大学副教授朱柳村为共同第一作者，南京大学陈建群教授和王强副教授为共同通讯作者。
陈建群团队关于黑色素瘤预后标志物的研究受到了其他研究者的广泛关注，供职于波士顿麻省总医院分析与转化遗传学部门和美国剑桥大学的肿瘤遗传学家Mykyta Artomov在论文发表的同期eLIFE上发表了专题评论文章（题为“Biomarkers: Improvingsurvival prediction for melanoma”），指出皮肤黑色素瘤进展迅速，经常扩散到淋巴结和其它远处的器官，是预后预测最具挑战性的癌症之一，预测患者预后具有重要意义；陈建群团队的研究成果揭示了预测黑色素瘤患者预后生存的不同方法，发现的黑色素瘤预后标志物的预测准确性（高达75.4%）显著 (P = 0.002, Z-test) 高于已知所有标志物（如MITF表达的预测准确性为53.8%），有可能为全球寻找治疗黑色素瘤的方法做出贡献。
图2. 预测黑色素瘤患者预后生存的不同方法
利用DNA甲基化作为癌症预后标志物是一个开创性的研究，之前陈建群团队在卵巢癌中也进行了尝试，并于2018 年11月16日在Clinical Epigenetics杂志发表了题为“A five-DNAmethylation signature act as a novel prognostic biomarker in patients withovarian serous cystadenocarcinoma”的研究论文，为浆液性卵巢癌开发一种新的甲基化预后标志物。该标志物是目前已知的最好的卵巢癌预后标志物，提供了潜在的药物靶向位点，如：标志物中的PREX2 参与G蛋白偶联受体信号通路（目前约40%的药物都以G蛋白偶联受体作为靶点）。
卵巢癌是妇科常见恶性肿瘤，病死率位居妇科恶性肿瘤之首，是妇产科临床面临的最大挑战。浆液性卵巢癌是卵巢癌患者死亡的主要原因，所占比例较大，且死亡率居高不下。浆液性卵巢癌预后很差，长期存活率低于20％。目前临床实践中，临床病理分期是最重要、最可靠的预后指标，但是仍然需要更精确的标志物进一步将术后病人划分为高风险和低风险，进而采取更有效的治疗方法。预后标志物能为卵巢癌的预后判断提供更有价值的指导。一些证据表明甲基化在卵巢癌的生物学过程中起着至关重要的作用。然而此前有关卵巢癌甲基化相关的研究还不充分。
陈建群团队通过生物信息学分析结合数学建模方法，对癌症组织的高通量甲基化数据进行分析，首次鉴定了卵巢癌预后标志物，不仅为卵巢癌临床治疗提供了指导，而且为癌症预后标志物的研究提供了新的思路。然而，由于技术及数据条件的限制，该研究分析的是利用首款DNA甲基化芯片（Human Methylation27 BeadChip）得到的表观遗传数据，仅可检测人类基因组的2.7万个甲基化位点，而此次发表在eLIFE上的文章利用的是Illumina 450K DNA甲基化芯片获得的数据，包含了485,577 个甲基化位点，能够更精确的确定标志物的位置，为更精确地鉴定靶向治疗位点提供了可能。同时，由于截止2018年6月公共数据库中并没有可以利用其它独立的卵巢癌甲基化数据库，该研究只验证了标志物在TCGA验证集中的预测性能，无法利用独立验证集进行验证，而eLIFE文章利用GEO数据库中的独立验证集进行了验证，进一步证实了黑色素瘤预后标志物的预测性能和潜在的临床应用价值。
南京大学陈建群课题组近十几年来一直致力于从演化生物学的视角，结合计算生物学及一系列原创性的分子生物学研究工具和方法，在动、植物和微生物中探索遗传突变产生及扩散的分子机制、各种表观修饰的发生、调控及意义，以及动、植物和微生物间相互作用的分子演化机制，取得了一系列原创性的研究成果，在 Nature、PNAS、Molecular Biology and Evolution、Plant Physiology、Trends in Plant Science、eLIFE、ClinicalEpigenetics等期刊发表了研究论文50余篇。
原文链接：
https://elifesciences.org/articles/44310
https://elifesciences.org/articles/48145
https://clinicalepigeneticsjournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13148-018-0574-0
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