圖1 DNA甲基化與去甲基化示意圖（圖片來源biorender）

真核生物中的DNA甲基化是一種重要的表觀遺傳修飾，可調節(jié)基因表達，在胚胎發(fā)育中至關重要。它涉及到遺傳物質穩(wěn)定、基因表達調控、X染色體失活、轉座子沉默、組蛋白修飾等多個方面。發(fā)生DNA甲基化后，若在細胞分裂過程中不被糾正，就會誘發(fā)遺傳病或癌癥，且生物體甲基化的方式是穩(wěn)定的，可遺傳的。因此，DNA甲基化失調與人類疾病密切相關，例如自身免疫性疾病、代謝紊亂、神經(jīng)系統(tǒng)疾病和癌癥等^[2]。

DNA的甲基化改變包括高甲基化和低甲基化兩種狀態(tài)，其中DNA高甲基化是腫瘤早期診斷與預后判定的潛在生物學標志。當其發(fā)生高甲基化時，常導致細胞周期調控紊亂，DNA修復基因等轉錄沉默，從而導致許多細胞通路失活，影響正常細胞的生長調控分化，進而導致腫瘤的發(fā)生。例如，p16^INK4a基因啟動子高甲基化存在于多種實體腫瘤中，如肝癌、肺癌、胰腺癌、乳腺癌、宮頸癌或膀胱癌，以及黑色素瘤和膠質瘤。p16^INK4a的過表達參與了細胞衰老、衰老和細胞周期進程。該蛋白通過抑制周期蛋白依賴性激酶4和6來阻斷細胞周期進程，而周期蛋白依賴性激酶4和6介導視網(wǎng)膜母細胞瘤蛋白(pRB)在G1期的磷酸化，從而阻斷細胞周期進程。DNA高甲基化導致p16^INK4沉默增加，導致pRB磷酸化水平增加，從而導致無限細胞增殖^[3]。而低甲基化效應則會導致DNA損傷增加、染色質解凝和染色體不穩(wěn)定。此外，DNA低甲基化可以激活被高甲基化啟動子沉默的基因。例如，來自 MAGEA 基因僅在精原細胞中表達，而不在其他體細胞組織中表達。然而，當它們的啟動子發(fā)生去甲基化時，它們可在各種癌癥中表達。通常MAGEA基因的異常表達與乳腺、肺和結直腸腫瘤的侵襲性和惡性增加有關^[4]。

DNA甲基化水平變化可推動腫瘤的發(fā)生發(fā)展，因此DNA去甲基化也成為了腫瘤治療的重要方向。目前最常用的治療策略就是開發(fā)小分子藥物去調控DNA甲基化關鍵酶DNMT的活性。即針對DNMT的底物胞嘧啶設計胞嘧啶類似物，這些胞嘧啶類似物可以與DNMT發(fā)生共價結合，使DNMT無法從染色質上脫離，從而抑制其活性。目前胞嘧啶類似物已經(jīng)有兩種藥物上市，分別是阿扎胞苷和地西他濱。阿扎胞苷是胞苷的嘧啶核苷類似物，在細胞攝取和酶促生物轉化為三磷酸核苷酸后，將阿扎胞苷摻入DNA和RNA中，可通過抑制DNA/RNA甲基轉移酶，抑制DNA合成和細胞增殖，減緩疾病進程。阿扎胞苷主要用作抗腫瘤藥，臨床上用于治療乳腺癌、腸癌、黑色素瘤等。適用于在強化誘導化療后首次完全緩解（CR）或首次完全緩解但血液計數(shù)未完全恢復（CRi），并且無法繼續(xù)完成強化治療的成人急性髓細胞性白血病患者。地西他濱是一種天然2′-脫氧胞苷酸的腺苷類似物，通過抑制DNA甲基轉移酶，減少DNA的甲基化，從而抑制腫瘤細胞增殖以及防止耐藥的發(fā)生。地西他濱是目前已知最強的DNA甲基化特異性抑制劑，屬于S期細胞周期特異性藥物本品。適用于 IPSS 評分系統(tǒng)為中危-1、中危-2 和高危的初治、復治骨髓增生異常綜合征（MDS）患者，包括原發(fā)性和繼發(fā)性的 MDS，按照 FAB 分型所有的亞型：難治性貧血，難治性貧血伴環(huán)形鐵粒幼細胞增多，難治性貧血伴原始細胞增多，難治性貧血伴原始細胞增多-轉化型，慢性粒-單核細胞白血病。

圖2 阿扎胞苷和地西他濱結構式

CAR-T療法是針對癌癥的免疫療法中最重要的新進展之一，并在血液腫瘤中取得了許多突破，但CAR-T療法通常會受到T細胞耗竭的限制。臨床上，對治療中或復發(fā)后的活檢樣本進行分析將有助于確定CAR-T細胞衰竭導致患者疾病控制喪失的程度。有學者向B-ALL病人體內(nèi)輸注CD19靶向、基于4-1BB的CAR-T細胞，在4周后獲取到了衰竭相關的DNA甲基化特征。另一項研究表明，CAR-T輸注后幾個月，慢性淋巴細胞白血病患者的血液中持續(xù)存在TIM3⁺PD-1⁺ CAR-T細胞，這些細胞在臨床結果較差的患者中富集^[5]。如果CAR-T細胞確實因衰竭而受損，那么中斷這種功能低下的細胞狀態(tài)就會提高疾病的治療效果。美國約翰霍普金斯大學西德尼基梅爾綜合癌癥中心Christopher J. Gamper 和 Kenneth R. Cooke團隊研究發(fā)現(xiàn)DNA甲基轉移酶3a（DNMT3a）是穩(wěn)定活性T細胞反應的表觀遺傳機制重要組成部分^[6]。研究發(fā)現(xiàn)敲除CAR-T細胞的DNMT3a基因，能夠防止T細胞衰竭，并增強抗腫瘤活性^[7]。同時地西他濱處理的CAR-T細胞，在體外和體內(nèi)研究中的抗腫瘤活性、細胞因子產(chǎn)生和增殖均得到增強。此外，經(jīng)過處理后CAR-T細胞可以在低劑量下清除體積龐大的腫瘤，并在腫瘤再攻擊時建立有效的記憶反應^[8]。這些結果表明，DNMT3a可作為提高CAR-T療法效果的通用靶標，與其聯(lián)用為開發(fā)更有效的CAR-T細胞療法提供了新的思路。

 

參考文獻：

[1]Schübeler Dirk. ESCI award lecture: regulation, function and biomarker potential of DNA methylation. European journal of clinical investigation. 2015 Mar;45(3):288-93.

[2]Martisova Andrea, et al. DNA Methylation in Solid Tumors: Functions and Methods of Detection. International journal of molecular sciences. 2021 Apr 19;22(8):4247.

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[7]Prinzing Brooke, et al. “Deleting DNMT3A in CAR T cells prevents exhaustion and enhances antitumor activity. Sci Transl Med. 2021 Nov 17;13(620):eabh0272.

[8]Wang Yao, et al. Low-dose decitabine priming endows CAR T cells with

enhanced and persistent antitumour potential via epigenetic reprogramming. Nat Commun. 2021 Jan 18;12(1):409.
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