癌癥和老化相關(guān)的DNA甲基化標(biāo)記的穩(wěn)健性及來源解析.pdf

1、DNA甲基化作為一種重要的表觀遺傳學(xué)修飾機制與癌癥的發(fā)生發(fā)展有著密切的關(guān)系。近年來，人們已在癌組織樣本中發(fā)現(xiàn)了大量的基于DNA甲基化水平絕對量的癌癥甲基化診斷標(biāo)記。但是，這些標(biāo)記普遍存在可重復(fù)性低的問題。然而已有研究表明基于基因表達(dá)水平的相對大小秩次關(guān)系的腫瘤標(biāo)記物具有較高的穩(wěn)健性。因此，本文首先評估了基于DNA甲基化水平相對大小的秩次關(guān)系來尋找癌癥診斷標(biāo)記的可行性。本文第一部分分別從五種不同癌組織的甲基化譜數(shù)據(jù)中選出了DNA甲基化水平

2、的相對大小秩次關(guān)系在癌癥和正常樣本間發(fā)生顯著逆轉(zhuǎn)的CpG位點對，并根據(jù)這些逆轉(zhuǎn)對的DNA甲基化水平的秩次關(guān)系，利用投票規(guī)則對測試集和驗證集中的樣本進(jìn)行預(yù)測。結(jié)果顯示這些標(biāo)記對癌癥和正常樣本的預(yù)測準(zhǔn)確率均達(dá)到90％以上且具有很好的跨數(shù)據(jù)集預(yù)測能力，提示基于DNA甲基化水平秩次關(guān)系的癌癥診斷標(biāo)記同樣具有較高的穩(wěn)健性且這類標(biāo)志可以自然地應(yīng)用于個體的鑒別診斷。
　　相比于組織樣本，在外周血中發(fā)現(xiàn)的分子標(biāo)記更便于臨床應(yīng)用。但是，目前在外周全

3、血、血清中識別的癌癥相關(guān)的DNA甲基化標(biāo)記的來源和特異性尚不清楚。因此，在本文的第二部分中我們分別在全基因組水平上對頭頸癌、卵巢癌外周全血和頭頸癌血清DNA甲基化譜數(shù)據(jù)中識別的異常DNA甲基化信號的來源進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示，在這些數(shù)據(jù)中識別的差異DNA甲基化位點中至少有94.7%以上的位點的DNA甲基化水平同時也在髓性細(xì)胞和淋巴性細(xì)胞間顯著差異，并且它們在癌癥樣本中的DNA甲基化水平相對正常對照樣本的高、低甲基化改變方向完全與其在髓性細(xì)

4、胞相對淋巴細(xì)胞的高、低甲基化改變方向一致。類似的結(jié)果也在風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎外周全血和結(jié)腸炎外周白細(xì)胞的DNA甲基化譜數(shù)據(jù)中被觀察到。這些結(jié)果提示在癌癥和炎癥外周全血、血清中觀察到的異常DNA甲基化信號是由癌癥和炎癥狀態(tài)下外周血中髓性細(xì)胞比例增加、淋巴細(xì)胞比例減少的構(gòu)成變化所決定，主要反映髓性細(xì)胞和淋巴性細(xì)胞間的差異DNA甲基化信號。因此，相對于正常對照樣本來說在癌癥病人外周血或血清中識別的DNA甲基化標(biāo)記可能缺乏癌特異性，難以區(qū)分癌癥和炎癥病

5、人。
　　老化相關(guān)的分子改變是癌癥發(fā)生發(fā)展的重要風(fēng)險因子，但是目前在外周全血中發(fā)現(xiàn)的與老化相關(guān)的DNA甲基化改變的來源亦不清楚。因此，在本文第三部分中我們基于多套正常人群外周全血DNA甲基化譜數(shù)據(jù)集對外周全血中與老化相關(guān)的DNA甲基化信號進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示在不同外周全血數(shù)據(jù)中可穩(wěn)定識別與老化相關(guān)的DNA甲基化位點（記為arCpGs）；外周全血中髓性和淋巴性細(xì)胞的比例隨年齡程度較低（Spearman秩相關(guān)系數(shù)僅為0.15~0.22

6、），只有部分DNA甲基化水平在這兩種細(xì)胞間差異程度較大的位點容易受其影響而在外周全血中被識別為arCpGs，提示在外周全血中識別的arCpGs主要反映外周白細(xì)胞內(nèi)部與年齡相關(guān)的的變化。進(jìn)一步對正常外周CD4+T細(xì)胞和CD14+單核細(xì)胞的DNA甲基化譜數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)CD4+T和CD14+單核細(xì)胞中的arCpGs隨機交疊（P=0.794）并且它們在CpG島內(nèi)外的分布以及涉及到的生物學(xué)功能上都存在不同；CD4+T細(xì)胞和外周全血中的arCpG顯

7、著交疊且交疊位點的甲基化水平與年齡正、負(fù)相關(guān)性顯著一致（P<2.2×10-16）。而 CD14+單核細(xì)胞中識別的arCpGs與在外周全血中識別的arCpGs并不顯著交疊，但是在交疊的51個arCpGs中，有90.1%的位點在CD14+單核細(xì)胞、外周全血以及CD4+T細(xì)胞中的DNA甲基化水平與年齡的正、負(fù)相關(guān)性一致，提示它們可能主要反映細(xì)胞間共同的改變。因此，在外周全血中識別的arCpGs主要反映某些白細(xì)胞共同或特異的DNA甲基化改變。<