甲基化检测技术应用于人类医学研究----4月研究进展速览

发稿时间：2018-05-02来源：天昊生物

摘要：甲基化检测技术近期研究进展速览

（一）血检获得循环DNA的甲基化水平数据，或能帮助实现非侵入性人心肌细胞死亡相关疾病检测

背景：心肌细胞死亡的检测对心脏疾病的诊断和治疗至关重要。血液中的肌钙蛋白水平是目前临床检测心脏组织损伤的黄金标准。一般健康个体的血浆内基本上不含心肌细胞cfDNA，而急性ST段抬高心肌梗死患者表现出强有力的心脏cfDNA信号，与肌钙蛋白和肌酸磷酸激酶（CPK）的水平正相关。脓毒症患者的心脏cfDNA浓度也非常高，显著预测死亡率，表明心肌细胞死亡在脓毒症死亡率中起主要作用。

方法：研究者使用比较甲基化组分析方法，鉴定了在心肌细胞中特异性未甲基化的基因座（FAM101A等），并将这些基因座开发为生物标志物以定量来自死亡细胞的循环无细胞DNA（cfDNA）中的心肌细胞DNA占比。

结论：未甲基化基因座具有高灵敏度和高特异性，可以诊断患有心脏病的患者，效果类似于检测血液中的肌钙蛋白水平。并且与肌钙蛋白相比，这种新的生物标记，更能指示因败血症引起的短期死亡率。研究提示，用于心肌细胞死亡检测的cfDNA生物标志物可用于诊断和监测心脏病理学以及助力人类心脏生理学和发育的研究。

（二）重度抑郁症患者的表观遗传学“早衰”现象

背景：严重抑郁症患者的死亡率及罹患老化相关疾病的风险显著升高。本研究中，研究者试图通过分析血液样本中DNA甲基化（DNAm）模式，探讨抑郁症患者相比于一般人群是否存在表观遗传学的衰老，患者的某些临床特征是否与这一现象有关，并试图在脑组织中复制上述发现。

研究方法：研究者纳入了来自荷兰抑郁焦虑研究计划中（NESDA）的811名抑郁症患者，以及319名未罹患精神障碍、抑郁程度低的对照样本，基于其血液标本甲基化数据，对真实年龄进行回归分析后取残差指示表观遗传学衰老程度。研究者同时收集了74名抑郁患者及64名对照死后的脑组织，以验证第一阶段发现的结果。

结果：分析显示，相比于对照组，抑郁患者存在显著的表观遗传学衰老（Cohen's d=0.18），且在总体样本中与症状严重程度呈剂量效应关系。且在抑郁组中，表观遗传学衰老与童年期创伤评分呈显著正相关。上述结果在脑组织样本中得到了验证。

结论：与对照组相比，抑郁症患者在血液和脑组织中表现出更明显的表观遗传老化，表明它们在生物学上比其相应的真实年龄要大。在儿童创伤的情况下，这种影响更为深远。

（三）持久稳定的表观标志物定义肿瘤微环境

背景：实体瘤的生长和疾病进展涉及癌症上皮细胞与周围微环境之间的动态交叉对话。迄今为止，分子图谱分析主要局限于肿瘤的上皮组分;而肿瘤生存发展的支持者---肿瘤微环境的持续性表型特征尚没有深入的研究。

方法：17例患者来源的癌症相关成纤维细胞（CAF）和非恶性前列腺成纤维细胞（NPFS），使用全基因组亚硫酸氢盐测序技术

结果：研究者首次发现，与非恶性前列腺成纤维细胞相比（NPFS），来自局部前列腺癌的癌症相关成纤维细胞（CAF）在DNA甲基化方面显示出显著不同且持久的DNA甲基化改变，其主要集中于启动子和增强子。且这些差异甲基化区域可以改变肿瘤相关基因的表达，并可以准确区分CAF和NPF。值得注意的是，CAF一部分甲基化变化与前列腺癌上皮细胞共享，揭示肿瘤及其微环境中肿瘤特异性表观基因组修饰的新概念。

结论：CAF独特的甲基化组数据提供了癌症微环境的新型表观遗传标志，也为改善样本的诊断提供了新的生物标志物。

（四）肿瘤cfDNA的目的区域甲基化检测体系---用于早期肿瘤检测和分类

背景： cfDNA的靶向甲基化测序有可能将液体活检应用面扩大到尚无可被检测致癌性改变的肿瘤患者，从而实现癌症的早期诊断。

方法： 基于TCGA数据库，研究者开发了一项针对9,322个CpG位点的综合性甲基化测序体系，这些位点持续表现高甲基化。接下来，对78例晚期结直肠癌，非小细胞肺癌（NSCLC），乳腺癌或黑色素瘤患者的血浆cfDNA样本进行了临床验证，并将结果与患者实际临床结果进行比较。

结果： 治疗患者血浆cfDNA样品中甲基化评分低于脱离治疗的患者（4.74 vs. 85.29; p = 0.001）。对于不接受治疗患者的68个血浆样品，甲基化评分检测到59个癌症存在（86.8％），并且基于甲基化数据准确地将其中45例进行了癌症类型分类（76.3％）。甲基化评分在结直肠癌的早期检测获得的准确率最高（96.3％），其次是乳腺癌（91.7％），黑色素瘤（81.8％）和NSCLC（61.1％）。对于癌症亚型分类，甲基化评分在结直肠癌中获得的准确率最高（88.5％），其次是非小细胞肺癌（81.8％），乳腺癌（72.7％）和黑色素瘤（55.6％）。较低的甲基化评分与较高的存活率（10.4 vs. 4.4个月，p <0.001）和更长的治疗失败时间（2.8 vs. 1.6个月，p = 0.016）相关。

结论： 常见晚期癌症患者血浆cfDNA中的9,322个CpG位点的靶向甲基化测序数据，可以高精确度的检测癌症和实现潜在癌症类型的分型。且血浆cfDNA甲基化评分与治疗结果紧密相关。

（五）甲基化的昼夜节律----小鼠脑皮层存在Snord116依赖的甲基化昼夜节律

背景：Prader-Willi综合征是一种与基因组印迹相关的遗传性疾病，表现出严重的睡眠障碍，其发病与15号染色体异常相关。遗传学的研究以及最新的证据证实了Snord116是导致PWS的最关键的基因。生理过程的节奏振荡取决于生物钟和昼夜环境的相互作用。由于脑中CpG表现出昼夜节律性的甲基化水平变化，因此DNA甲基化表现出每日节律。

方法：野生型小鼠，Snord116敲除小鼠（PWS小鼠）脑皮层的甲基化水平检测。

结果：在野生型小鼠皮层中发现了23,000多种昼夜节律性CpGs，几乎全部在PWS中丢失或相移。观察到引起Temple / Kagami-Ogata综合征的第二个印迹Snord簇基因组区域存在甲基化，转录和染色质水平上的昼夜节律失调，提示2个疾病发病机制的交互作用。通过PWS小鼠脑皮层昼夜表观遗传变化鉴定的基因，与人脑中的节律性和PWS特异性基因重叠，并在PWS相关的表型和通路中富集。

结论：这些结果提示了印记与睡眠之间的进化关系，并提示基于甲基化的PWS和相关疾病治疗中可能的时间疗法。