酒精是世界卫生组织国际癌症研究机构（IARC）定义的1类致癌物。迄今为止，世卫组织，美国、澳大利亚、英国等国家的肿瘤相关学会，每年都在反复强调酒精对癌症高发的影响。

酒精与头颈部鳞状癌、食管鳞状癌、肝细胞癌、乳腺癌和结直肠癌的发生发展均有研究数据证实。

DNA甲基化改变是各种恶性肿瘤中最常见的事件之一，并在癌症初始、进展和复发中发挥重要作用。越来越多的证据表明，饮酒可能会导致表观遗传变化，特别是异常的DNA甲基化，这可能是酒精诱导致癌的重要因素。但是目前很少有研究分析依赖于酒精诱导的甲基组变化的常见模式。

近日，一篇研究探索了酒精相关癌症中常见的DNA甲基化模式，发现一个高甲基化的CpG岛chr19：58220189–58220517可以调节下游基因的转录活性，并且是一个潜在的治疗生物标志物。文章标题为：Integrated analysis reveals common DNA methylation patterns of alcohol-associated cancers: A pan-cancer analysis。

研究者从TCGA 数据下载了有明确饮酒史的129名食管癌（ESCA）、352名头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）、118名肝细胞癌（LIHC）和102名胰腺腺癌（PAAD）患者的临床和转录组数据。甲基化数据和临床数据从基因表达综合（GEO）数据库下载。在排除无甲基化数据或基因表达数据的样本后，最终102例ESCA、328例HNSCC、117例LIHC和101例PAAD患者进行进一步分析。

酒精相关DNA甲基化模式的特征

研究者在四种癌症中鉴定了一组DMPs, ESCA中有6436个，HNSCC中有10891个，LIHC中有31620个，PAAD患者中有3592个(图1A)，并测量了每个正常染色体上高甲基化或低甲基化DMPs在该区域所有探针上的分布比例(图1B)。

考虑到每种癌症中DMPs的数量，饮酒可能会轻微影响胰腺癌的DNA甲基化改变，而肝癌则受影响更大。ESCA和PAAD的染色体甲基化状态分别为较高的高甲基化和较低甲基化，HNSCC和LIHC处于中间状态(图2A)。大多数DMPs倾向于位于非启动子区域，在CpG岛屿和公海区域的比例大致相同。

图2：在四种酒精相关癌症中研究的DMPs

同时，研究者计算了所有四种癌症中具有相同甲基化状态的DMPs，并获得了172个高甲基化和21个低甲基化PDMPs。在19号染色体上发现高甲基化PDMPs的比例最高，在8号染色体上发现的低甲基化PDMPs的比例最高（图3）。有趣的是，在9号、21号和22号染色体中没有PDMP。

综上所述，与酒精相关的异常泛癌甲基化变化更有可能在促进因子和CGI区域发挥生物效应。研究者通过调查年轻组（<65岁）和老年组（≥65岁）之间的DMPs,发现衰老对上述的发现有非常轻微的影响。

图3：高甲基化(A)和低甲基化(B) PDMPs在染色体中的比例

PDMPs调节注释基因的表达

为了更好地了解这些PDMPs的潜在生物学效应，研究者使用PCCs来评估PDMPs与其注释的下游基因之间的相关性。193个PDMPs由于不同相对位置的探针可能对表达有不同的调控作用分为4组：HeP=启动子区高甲基化探针，HeB=体区高甲基化探针，HoP=启动子区低甲基化探针，HoB=体区低甲基化探针。至少在三种癌症类型中发现了37对PDMP-基因对，在所有癌症中发现了9对PDMP-基因对(图4A)。这37个PDMP注释的基因富集了几种癌症特征，其中癌症中的转录失调是最显著的一种(图4B)。令人惊讶的是，上述9个PDMPs中有4个与同一基因ZNF154相关，并与chr19：58220189-58220517相关。

CpG岛的chr19：58220189-58220517高甲基化状态可能介导ZNF1、ZIK418、ZNF5这三个基因的转录活性。且这三个基因都与DNA结合活性有关，这表明DNA识别障碍可能与酒精相关的肿瘤行为有关。

图4：PDMP注释基因的探索

不同的通路与PDMP区域的TF基序相关

基于PDMPs生成的500 bp序列，扫描、富集可能的tf结合基序，并将其分为高甲基化组和低甲基化组。分别鉴定出33个和7个位于高甲基化和低甲基化区域的基序，然后用STAMP将这些基序分组为5个簇。(图6)。所有7个低甲基化基序都具有密切的亲缘关系，并聚为一组，这表明它们之间存在类似的调节机制。簇I在细胞周期中显著富集，簇IV与调节干细胞多能性的信号通路相关。簇IV与IL-17信号通路和TNF信号通路有关，可能参与了免疫应答的调节。根据trust数据库，研究者进一步探索了与上述TF基序相关的靶基因，构建了一个转录调控网络，该网络被识别为六个不同的模块(图7)。

图6：TF基序富集

图7：TF:基因联合调控网络的构建

PDMPs的预后潜力

为了评估特定PDMPs的预后价值，演技者分别对每种癌症进行单变量Cox回归分析(图8A)。从中筛选了11个至少三种癌症的预后相关高甲基化的PDMPs(图8B)。11个PDMPs中有7个(63.6%)出现在启动子区域，而11个PDMPs中有10个(90.1%)出现在CGI区域，这证实了酒精相关PDMPs更容易对这些区域产生生物学效应。根据MPIs将每种癌症的患者分为低MPI组和高MPI组。Kaplan-Meier生存分析显示，高MPI组比低MPI组预后更差(图8C)。获得ROC曲线，分别计算3年OS(0.705 ~ 0.859)和5年OS(0.621 ~ 0.881)的AUC，揭示MPIs的可靠性(图8D)。

图8：PDMPs的生存分析

该研究利用TCGA数据库探索了ESCA，HNSCC，LIHC和PAAD患者的DNA甲基化改变。共鉴定出193个PDMPs，酒精相关DNA甲基化变化的偏好模式位于启动子和CGI区域。PDMPs注释的基因在多种途径中富集，特别是癌症中的转录错误调节，这表明酒精可能通过诱导转录调节因子的甲基化状态来促进转录障碍，从而导致肿瘤发展。还鉴定出高甲基化的CpG岛chr19：58220189–58220517，它可以调节下游基因的转录活性，作为潜在的治疗生物标志物。

参考文献：

DOI:10.3389/fgene.2023.1032683

来源 | 健康界

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