癌癥和老化相關的DNA甲基化標記的穩(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修飾機制與癌癥的發(fā)生發(fā)展有著密切的關系。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記。但是，這些標記普遍存在可重復性低的問題。然而已有研究表明基于基因表達水平的相對大小秩次關系的腫瘤標記物具有較高的穩(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系來尋找癌癥診斷標記的可行性。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系，利用投票規(guī)則對測試集和驗證集中的樣本進行預測。結(jié)果顯示這些標記對癌癥和正常樣本的預測準確率均達到90％以上且具有很好的跨數(shù)據(jù)集預測能力，提示基于DNA甲基化水平秩次關系的癌癥診斷標記同樣具有較高的穩(wěn)健性且這類標志可以自然地應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)的分子標記更便于臨床應用。但是，目前在外周全

3、血、血清中識別的癌癥相關的DNA甲基化標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胞和淋巴性細胞間顯著差異，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

4、胞相對淋巴細胞的高、低甲基化改變方向一致。類似的結(jié)果也在風濕性關節(jié)炎外周全血和結(jié)腸炎外周白細胞的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)下外周血中髓性細胞比例增加、淋巴細胞比例減少的構(gòu)成變化所決定，主要反映髓性細胞和淋巴性細胞間的差異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。
　　老化相關的分子改變是癌癥發(fā)生發(fā)展的重要風險因子，但是目前在外周全血中發(fā)現(xiàn)的與老化相關的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的DNA甲基化信號進行了分析。結(jié)果顯示在不同外周全血數(shù)據(jù)中可穩(wěn)定識別與老化相關的DNA甲基化位點（記為arCpGs）；外周全血中髓性和淋巴性細胞的比例隨年齡程度較低（Spearman秩相關系數(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主要反映外周白細胞內(nèi)部與年齡相關的的變化。進一步對正常外周CD4+T細胞和CD14+單核細胞的DNA甲基化譜數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)CD4+T和CD14+單核細胞中的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功能上都存在不同；CD4+T細胞和外周全血中的arCpG顯

7、著交疊且交疊位點的甲基化水平與年齡正、負相關性顯著一致（P<2.2×10-16）。而 CD14+單核細胞中識別的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+單核細胞、外周全血以及CD4+T細胞中的DNA甲基化水平與年齡的正、負相關性一致，提示它們可能主要反映細胞間共同的改變。因此，在外周全血中識別的arCpGs主要反映某些白細胞共同或特異的DNA甲基化改變。<