表观遗传学与结直肠癌的发生、发展及治疗策略选择
结直肠癌(colorectal cancer，CRC)是常见的恶性肿瘤之一，其发病率和病死率在各种恶性肿瘤中分别居第3和第2位，仅2018年新发病人数达到近200万，而致死人数将近90万人，严重威胁着人类健康。虽然目前的针对晚期肠癌的治疗取得了很大的进展，但患者5年生存率仍很低，不足15%。因此，研究CRC的发生发展机制，寻找新治疗靶点，对CRC的诊治具有十分重要的意义。
结直肠的发生发展是一个多因素、多阶段的复杂过程，涉及一系列遗传学和表观遗传学累积改变的结果。经过二十几年的研究表明，表观遗传学的改变在结直肠癌的发生发展中具有重大的作用，也有一些药物试用于临床。所谓表观遗传学，是指研究基因表达或蛋白表达的改变不涉及DNA序列变化，但又可以通过细胞分裂和增殖而稳定遗传现象的遗传学分支领域。目前认识到的表观遗传修饰主要包括DNA甲基化，组蛋白修饰和染色质重塑等。近年来，随着人们对表观遗传学认识的深入，尤其是DNA甲基转移酶抑制物，组蛋白乙酰化抑制剂等在治疗肿瘤患者的成功临床应用，表观遗传学逐渐成为肿瘤研究的热点。
接下来我们来聊一聊结直肠癌与表观遗传学改变存在哪些关系？
DNA甲基化
DNA甲基化（DNA methylation）为DNA化学修饰的一种形式，能够在不改变DNA序列的前提下，改变遗传表现。所谓DNA甲基化是指在DNA甲基化转移酶的作用下，在基因组CpG二核苷酸的胞嘧啶5号碳位共价键结合一个甲基基团。在CRC发生初期，DNA甲基化状态就开始发生异常变化，主要通过部分CpG岛的高甲基化导致基因表达下调和全基因组散布CpG的低甲基化引起基因组不稳定性参与肿瘤发生发展。
研究表明，肿瘤细胞中DNA甲基化水平仅为相应正常细胞的1/3-1/4，从而导致基因组的高度不稳定 。低甲基化可导致癌基因如ras，c-myc的活化，参与肿瘤的发生。除了整体基因组低甲基化外，基因CpG岛区域的异常甲基化同样也在CRC发展过程中起重要作用。目前，已经发现多个基因在CRC中存在CIMP 甲基化表型（CpG island methylator phenotype，CIMP）状态。CDKN2A/p16和MGMT启动子高甲基化在CRC中表现出独特的临床病理特征，在男性患者和低分化肿瘤中甲基化程度更高。MLH1基因是错配修复系统重要的基因之一，该基因启动子高甲基化常出现于散发性CRC及部分遗传性非息肉病性CRC中，且与微卫星不稳定性密切相关。
组蛋白修饰
真核生物DNA被组蛋白组成的核小体紧密包绕，组蛋白上的许多位点都可以被修饰，尤其是赖氨酸。组蛋白修饰可影响组蛋白与DNA双链的亲和性，从而改变染色质的疏松和凝集状态，进而影响转录因子等调节蛋白与染色质的结合，影响基因表达。
在组蛋白修饰研究中，甲基化和乙酰化研究得最为广泛。常见的组蛋白甲基化修饰有组蛋白H3第4位赖氨酸的二甲基化或三甲基化(H3K4me2和H3K4me3)，H3第9和第27位赖氨酸的三甲基化(H3K9me3，H3K27me3)。组蛋白甲基化和DNA甲基化可联合作用共同参与抑癌基因沉默而诱发肿瘤。p53基因是最早发现的抑癌基因之一，参与细胞周期的调节、DNA修复、控制细胞增殖和凋亡。常见的甲基化位点为p53K372，p53K370和p53K382。常见的组蛋白乙酰化修饰主要包括组蛋白H3和H4的乙酰化。组蛋白乙酰化修饰是由组蛋白乙酰转移酶（HAT)或组蛋白去乙酰化酶（HADC)共同倡导的一个可逆的动态平衡。组蛋白乙酰化和去乙酰化的动态失衡将会影响基因转录水平，从而影响细胞的分裂、分化与凋亡，在恶性肿瘤的发生发展过程中可能起着重要的作用。
基因组印迹
基因组印迹（Genomic imprinting）是指一种在DNA水平对双亲等位基因特异性的修饰作用。该修饰作用是在胚胎发育早期完成形成的，它具有不包括DNA序列变化，但影响基因调控以及引起二个等位基因不同表达的特性。葡萄胎和畸胎瘤就是遗传印记丢失引起的肿瘤。在对基因组印迹的研究发现胰岛素样生长因子II(IGF2)基因印迹丢失在结直肠癌中有着重要的意义 。
染色质重塑
指染色质位置、结构的变化，包括紧缩的染色质丝在与核小体连接处发生松动，造成染色质的解压缩，从而暴露基因转录子区中的顺式作用元件，为反式作用因子 与之结合提供可能 。染色质重塑复合体SWI/SNF亚基基因在肿瘤中突变率高达20％,突变造成编码蛋白失活及整个复合体功能异常,导致肿瘤发生.目前SWI/SNF抑制肿瘤的已知机制主要包括其与Polycomb复合体间的表观拮抗及与c-Myc及PIK3CA等原癌基因信号通路协同作用等。ARID1A是 SWI/SNF染色质重塑复合物的一个组成部分，是 SWI/SNF的核心亚基，其在癌细胞中具有较高的突变率，是一种肿瘤抑制因子，ARID1A缺失与晚期TNM分期、远处转移、不良病理分级有关。ARID1A突变可导致PI3K/Akt通路的激活，常合并编码PI3K的催化亚基P110α的PI3KCA的突变。因此，ARID1A的生物学作用可能依赖于它与PI3K/Akt通路的相互作用。
非编码RNA调控
长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)的结构类似于mRNA，长度大于200个核苷酸，广泛存在于真核细胞的细胞核和细胞质中，但却几乎不能编码蛋白质。随着全基因组和转录组测序技术的发展，长链非编码RNA(long noncoding RNA，lncRNA)受到越来越多的关注，大量研究结果表明lncRNA与癌症发展的连续步骤相关。已经证明结直肠癌相关的lncRNA可以通过多种机制来调节基因，包括表观遗传修饰，lncRNA-miRNA和lncRNA-蛋白质相互作用，以及作为miRNA前体等。原癌基因转录因子c-Myc直接激活CRC中的LncRNA H19，说明LncRNA H19直接参与了c-Myc下游基因表达的激活。
染色体不稳定性(chromosomal instability, CIN)是另一种表观遗传修饰模式，可能是长链非编码RNA结肠癌相关转录物2促进CRC生长和转移的潜在机制。研究表明，LncRNA CCAT2具有支持CIN的能力，表现为大量或全部染色体的丢失或获得，最终导致非整倍体，是MSS CRCs的一个特征。LncRNA可能是表观遗传机制的调节因子，同时也积极参与基因调控。
表观遗传修饰对治疗选择的影响
目前对表观遗传学治疗集中在两大类药：组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制剂和DNA甲基化抑制剂（DNMTi）。具体可参见另一篇文章 ：
2018年的一项非随机性研究表明替莫唑胺治疗携带MGMT甲基化的转移性化疗难治性结直肠癌患者缓解率可达到24%，PFS 4.4个月，OS13.8个月。可以说，这是一个惊人的疗效，表明去甲基化治疗可以逆转化疗耐药。研究发现，极光激酶A（aurora kinase A，AURKA）可选择性地抑制ARID1A缺陷的结肠直肠癌（CRC）细胞的生长。一项帕唑帕尼联合组蛋白脱乙酰酶抑制剂伏立诺他（Vorinostat）用于TP53热点突变（R175H，H179R，H193R，V216M，G245S、R273C）肠癌研究，PFS中位数为3.5个月，中位数为OS为12.7个月。