中国当代儿科杂志  2014, Vol. 16 Issue (1): 619-623   PDF    
儿童非霍奇金淋巴瘤ZO-1基因甲基化状态分析及临床意义
刁玉巧, 曲凡, 杨明娟, 孟建辉, 朱秀丽, 陈健    
河北医科大学第四医院儿科, 河北 石家庄 050011
摘要目的 探讨紧密连接蛋白(ZO-1)基因启动子区甲基化状态在儿童非霍奇金淋巴瘤(NHL)Ⅳ期检测中的临床意义,以进一步寻找病因及早期诊断方法。方法 将55 例确诊为NHL Ⅳ期(T 细胞型40 例,B 细胞型15 例)患儿的骨髓标本作为病例组,20 例非血液肿瘤患儿骨髓标本作为对照组。采用甲基化特异性PCR 法(MS-PCR)检测病例组与对照组骨髓中ZO-1 基因启动子区甲基化状态,并检测光密度积分值(IOD)。逆转录PCR 法(RT-PCR)检测病例组与对照组ZO-1 基因mRNA 的表达情况。结果 MS-PCR 检测结果显示病例组治疗前39 例出现ZO-1 基因甲基化条带,阳性率为70.9%(39/55),对照组20 例均呈非甲基化状态;治疗过程中,行动态观察NHL 患儿47 例,其中T 细胞型32 例,B 细胞型15 例,治疗前ZO-1 基因甲基化阳性率分别为72% 和67%,两者差异无统计学意义(P>0.05)。T 细胞型与B 细胞型NHL 患儿治疗前与化疗早期、中期比较差异均无统计学意义(P>0.05),而与化疗后期比较差异均有统计学意义(P<0.05)。RT-PCR 检测结果显示病例组中ZO-1 甲基化阳性病例均无mRNA 表达,对照组患儿均表达ZO-1 mRNA。外周血白细胞总数与ZO-1 基因IOD 值无直线相关关系(r=0.093,P=0.575);骨髓中恶性肿瘤细胞数与ZO-1 基因IOD 值呈正相关关系(r=0.669,P<0.001)。结论 ZO-1 基因在儿童NHL 中呈特异性高甲基化状态,其程度与骨髓中恶性肿瘤细胞数呈正相关。ZO-1 基因可能成为新的分子标志,为临床早期诊断、疗效判断、预后评价、微小残留检测提供新的指标。
关键词ZO-1 基因     甲基化     非霍奇金淋巴瘤     儿童    
ZO-1 gene methylation status and its clinical significance in children with non- Hodgkin lymphoma
DIAO Yu-Qiao, QU Fan, YANG Ming-Juan, MENG Jian-Hui, ZHU Xiu-Li, CHEN Jian    
Department of Pediatrics, Fourth Hospital of Hebei Medical University, Shijiazhuang 050011, China
Abstract: Objective To investigate the methylation status of zonula occludens-1 (ZO-1) gene promoter and its clinical significance in children with stage IV non-Hodgkin lymphoma (NHL) and to provide a basis for further etiological study and early diagnosis of this disease. Methods Fifty-five children with a confirmed diagnosis of stage IV NHL (40 cases of T-NHL and 15 cases of B-NHL) were selected as the case group, and 20 children with diseases other than hematologic malignancies were selected as the control group. Bone marrow samples were collected from these subjects. Methylation-specific PCR (MS-PCR) was applied to evaluate the methylation status of ZO-1 gene promoter, and the integrated optical density (IOD) was determined. RT-PCR was used to measure the mRNA expression of ZO-1. Results MS-PCR showed that the methylated bands of ZO-1 gene promoter were found in 39 (70.9%) of 55 patients in the case group before treatment, while no ZO-1 gene promoter methylation was detected in the control group. With close tracking of 47 cases in the study group, consisting of 32 cases of T-NHL and 15 cases of B-NHL, the rates of ZO-1 gene promoter methylation prior to treatment were 72% and 67%, respectively, (P>0.572). The cases of T-NHL and B-NHL showed no significant changes in methylation rate in the early and middle phases of chemotherapy (P>0.05), but they showed significant changes in methylation rate in the late phase of chemotherapy (P<0.05). RT-PCR showed that the NHL cases carrying methylated ZO-1 gene had no mRNA expression of ZO-1, while all children in the control group had mRNA expression of ZO-1. There was no linear relationship between the total number of peripheral blood leukocytes and ZO-1 gene IOD (r=0.093, P=0.575); a positive correlation was found between the number of malignant cells in bone marrow and ZO-1 gene IOD (r=0.669, P<0.001). Conclusions ZO-1 gene shows a hypermethylation status in children with NHL, and the methylation level is positively correlated with the number of malignant cells in bone marrow. ZO-1 may be used as a novel molecular marker in early diagnosis, outcome assessment, prognostic evaluation, and detection of minimal residual disease.
Key words: ZO-1 gene     Methylation     Non-Hodgkin Lymphoma     Child    

非霍奇金淋巴瘤(non-Hodgkin's lymphoma, NHL)是一组高度异质性的淋巴组织恶性增殖性肿 瘤,在小儿多为弥漫性、高度恶性病变,确切病 因不明。紧密连接蛋白(zonula occludens,ZO-1) 属于膜结合鸟苷酸激酶家族成员,是一个血液肿 瘤相关抑癌基因,表达于多种细胞表面,参与细 胞增殖、分化、免疫调节,与肿瘤转移、进展密 切相关[1, 2]。目前有关NHL ZO-1 基因启动子区甲 基化状态的研究罕见报道。因此为了探索NHL 的 病因及早期诊断的标记物,本研究对NHL 患儿进 行了ZO-1 基因甲基化的检测。 1 资料与方法 1.1 研究对象

选取2006 年1 月至2012 年9 月于我院儿科 确诊为NHL(Ⅳ期)骨髓转移患儿55 例为研究对象。 所有患儿根据组织病理学、免疫表型、细胞遗传 学和分子病因学的检测确诊;根据影像学检查及 脑脊液、骨髓等检查按St.Jude 分期系统确定分期。 另选取我院同期非血液肿瘤患儿20 例为对照。55 例NHL 患儿中,男30 例,女25 例,年龄1~14 岁。 T 细胞型40 例,B 细胞型15 例。具体诊断、治疗 方案参照文献[3],整个化疗过程分为治疗前、化疗 早、中、后期、临床完全缓解及复发不同阶段进 行动态观察。化疗早期定为诱导期结束(化疗诱 导治疗后期,约为治疗第6~8 周);化疗中期为 巩固治疗后期;化疗后期为疗程基本结束或维持 治疗前;临床完全缓解即骨髓中恶性肿瘤细胞数 小于5%,脑脊液无异常,外周血缓解,原有肿瘤 负荷消失,持续1 个月以上;复发:初治化疗6~8 周后缓解,在后续治疗及停药观察过程中,出现 原发部位或其他部位结内结外新发肿块,再次病 理证实和/ 或骨髓中淋巴瘤细胞≥ 5%。在化疗过 程中,5 例放弃治疗,3 例死亡,最终有47 例进 行连续动态观察,其中临床完全缓解29 例,复发 2 例,长期无病生存16 例。对照组20 例患儿中, 男11 例,女9 例,年龄1~14 岁。其中自身免疫 性溶血性贫血2 例,坏死性淋巴结炎2 例,特发 性血小板减少性紫癜5 例,再生障碍性贫血4 例, 传染性单核细胞增多综合征6 例,斑疹伤寒1 例。 1.2 骨髓标本的获取

留取所有患儿骨髓标本1~2 mL,涂片后送至 本院骨髓室检测骨髓中恶性肿瘤细胞百分数;剩 余放入密封枸橼酸钠抗凝管中,提取mRNA 后, -20℃冰箱保存。 1.3 MS-PCR 法检测骨髓细胞中ZO-1 基因甲基化程度 1.3.1 基因组DNA 提取

用Wizara DNA Clean- Up System( 美国Pormega 公司) 提取骨髓细胞 DNA,分光光度计鉴定DNA 提取质量,A260/ A280 为1.8~1.9,根据所测浓度计算DNA 的量。 1.3.2 DNA 碱基修饰

取DNA 标本4 μg,注 射器抽吸剪切,取1 μg 剪切后的DNA 加ddH2O 至 终体积50 μL;加入5 μL 新配制的3 mol/L NaOH, 37 ℃ 孵育25 min; 取新鲜配置的10 mol/L 氢醌 30 μL、3 mol/L 亚硫酸氢钠520 μL 及10 mol/L NaOH 220 μL 迅速加入DNA 中,50~55 ℃ 孵育 16 h。 1.3.3 DNA 纯化

用V-Gene DNA 纯化试剂盒 纯化DNA,加入50 μL 的DNA 洗脱溶液(Eluent) 洗脱DNA;加入3 mol/L 的NaOH 5 μL,室温孵育 20 min;加入3 倍体积的无水乙醇,12 000 g 离心 10 min;室温干燥后的DNA 溶解于30 μL 水中, -20℃保存。 1.3.4 引物设计

由上海捷瑞生物技术有限公 司设计并合成。甲基化引物上游为ZO-1-MSF: 5'-AAAATAAATAGGAAGATTCGTACGG-3',下游 为ZO-1-MSR:5'-GAAACTAAACGAAACGAAACGAA- 3',扩增片段171 bp;非甲基化引物上游为 ZO-1-UMF:5'-GGATAAAAATAAATAGGAAGATTTGTATG- 3',下游为ZO-1-UMR:5'-AACAAAACTAAACAAAACAAAACAA- 3',扩增片段为179 bp。 1.3.5 MS-PCR

以硫化修饰、纯化后的基因组 DNA 为模板,分别用ZO-1 基因的甲基化及非甲基 化引物对进行扩增,PCR 产物应用2% 琼脂糖凝胶 电泳及紫外透射分析仪观察结果。每次实验均以 去离子水作为阴性对照。 1.3.6 PCR 产物鉴定

只有171 bp 甲基化特异 性扩增产物条带的标本,定为ZO-1 基因呈完全甲 基化状态;只有179 bp 非甲基化特异性扩增产物 条带的标本,定为ZO-1 基因呈完全非甲基化状态; 171 bp 甲基化特异性扩增产物条带和179 bp 非甲 基化特异性扩增产物条带都有的标本,定为ZO-1 基因呈部分甲基化状态。由于正常细胞为完全非 甲基化,故ZO-1 基因部分甲基化的可视为甲基化。 同时用凝胶成像系统半定量分析甲基化DNA 光密 度积分值(IOD 值)。 1.4 RT-PCR 法检测骨髓细胞中ZO-1 基因表达情况

采用MMLV RT-PCR Kit 试剂盒(美国Pormega 公司) 提取骨髓RNA,置于-80 ℃ 冻存或直 接用于反转录。引物由上海捷瑞生物技术有 限公司设计并合成。ZO-1 基因上游引物P1: 5'-GCGCTGGAGAGAGACAAGAT-3',下游引物 P2:5'-ATTGACGTTCCCCACTCTG-3',扩增片段 长度为179 bp。内参照引物β-actin 上游引物: 5'-GCCCTGGCGTCGTGATTAGT-3',下游引物: 5'-TGTAATCCAGCAGGTCAGCAAAG-3',扩增片 段长度为231 bp。反应条件:94℃预变性2 min; 94 ℃ 变性1 min,60 ℃ 退火1 min,72 ℃ 延伸 2 min,共25 个循环。最后72℃再延伸5 min。将 扩增产物进行2% 琼脂糖凝胶电泳,紫外灯下摄片, 以目的基因/ 内参基因(OD 值)表示ZO-1 mRNA 水平。 1.5 统计学分析

采用SPSS 13.0 统计软件对数据进行统计学分 析。计数资料用百分率表示,组间比较采用卡方 检验或Fisher 确切概率法(当n<40 或理论频数<1 时)。两因素之间的相关性采用直线相关分析。 P<0.05 为差异有统计学意义。 2 结果 2.1 MS-PCR 检测结果

55 例NHL 患儿治疗前39 例出现ZO-1 基因完 全性和部分甲基化条带,甲基化阳性率为71%; 对照组均呈非甲基化状态(图 1)。两组间甲 基化阳性率比较差异有统计学意义(χ2=29.55, P<0.001)。

图 1 两组ZO-1 基因甲基化状态 M:Marker (600 bp); 1~2:病例组;3~4 对照组。病例组部分患儿治疗前ZO-1 基因呈 甲基化状态,对照组呈非甲基化状态。

进行连续动态观察的47 例患儿中,T 细胞 型32 例,治疗前ZO-1 基因甲基化阳性率为72% (23/32),化疗早期为66%(21/32),化疗中期 为56%(18/32),化疗后期为41%(13/32);临 床完全缓解14 例(44%),仍有2 例可检出ZO-1 基因甲基化阳性;复发2 例(6%),甲基化状 态由部分甲基化条带转变为完全甲基化条带(图 2)。治疗前与化疗早期、中期ZO-1 基因甲基化 阳性率比较差异均无统计学意义(均P>0.05), 与化疗后期比较差异有统计学意义(χ2=6.349, P=0.012)。B 细胞型15 例,治疗前ZO-1 基因甲 基化阳性率为67%(10/15),化疗早期为60% (9/15),化疗中期为53%(8/15),化疗后期为 27%(4/15);临床完全缓解15 例(100%),均 未检出ZO-1 基因甲基化阳性。治疗前与化疗早期、 中期ZO-1 基因甲基化阳性率比较差异均无统计学 意义(均P>0.05),与化疗后期比较差异有统计 学意义(χ2 =7.98,P=0.03)。T 细胞型(72%)与 B 细胞型(67%)治疗前ZO-1 基因甲基化阳性率 比较差异无统计学意义(χ2= 0.771,P=0.572)。

图 2 1 例复发患儿甲基化状态变化 M:Marker (600 bp);1~2:复发前部分甲基化;3~4:复发后完全甲基化。 ZO-1 基因甲基化存在该患儿治疗前后。
2.2 RT-PCR 检测结果

病例组ZO-1 基因甲基化阳性者均无ZO-1 基 因mRNA 表达,对照组均有ZO-1 基因mRNA 表达。 表明ZO-1 基因甲基化阳性NHL 病例治疗前ZO-1 基因表达沉默。随着化疗进行,NHL 患儿ZO-1 基 因甲基化程度减弱,ZO-1 基因重新表达。见图 3

图 3 动态观察NHL 患儿化疗过程中ZO-1 mRNA 表 达变化 M:Marker(600 bp);1:治疗前;2:化疗早期; 3:化疗中期;4:化疗后期;5:对照组。随着化疗的进行,ZO-1 基因甲基化程度减弱,ZO-1 基因表达增多。
2.3 外周血白细胞、骨髓淋巴瘤细胞与ZO-1 基因甲基化程度相关分析

外周血白细胞总数与ZO-1 基因IOD 值无直线 相关性(r=0.093,P=0.575);骨髓中恶性肿瘤细 胞数与ZO-1 基因IOD 值呈正相关关系(r=0.669, P<0.001)。提示ZO-1 基因甲基化程度与外周血白 细胞总数无相关,而与恶性肿瘤细胞数密切相关。 3 讨论

近年研究发现,肿瘤发生、发展的分子生物学 本质是细胞内遗传调控和表观遗传调控的紊乱[4]。 表观遗传因素对抑癌基因表达调控的影响越来越 引起人们的重视,其中DNA 甲基化是导致抑癌基 因沉默的一种表观遗传修饰方式[5]。DNA 甲基化 是指在DNA 甲基化转移酶的作用下,以S- 腺苷甲 硫氨酸作为供体将一活化的甲基基团引入DNA 链, 在基因组CpG 二核苷酸的胞嘧啶5' 碳位共价结合 一甲基基团,形成5- 甲基胞嘧啶[6, 7]。其生物学功 能主要表现为基因组整体甲基化水平降低,局部 基因启动子区(CpG 岛)甲基化程度异常增高, 后者可导致抑癌基因表达沉默进而导致肿瘤发生。 目前的研究表明,抑癌基因启动子区域异常甲基 化可能成为肿瘤早期诊断、预后判断和干预治疗 的新靶点[5, 8]

ZO-1 是1986 年Stevenson 等人应用特异性单 克隆抗体从小鼠肝细胞紧密连接结构中鉴定出来 的,它的表达产物是第一个被发现的紧密连接蛋 白,并被认为是一种重要的紧密连接骨架结构[9, 10]。 ZO-1 基因位于人15 号染色体长臂1 区3 带,大小 为122 kb 左右。其编码蛋白位于细胞浆膜表面, 在维持细胞结构完整及细胞极性上起重要作用; 由于其含有SH3(Srchomology3)结构域,这种结 构在许多骨架蛋白和信号传递蛋白质中均存在, 因此预示ZO-1 参与细胞间通过紧密连接进行的信 号转导;ZO-1 基因在正常组织与癌症组织中的表 达水平有显著差异,正常组织的上皮紧密连接处 该基因高密度表达,在肿瘤组织中下降 69%,且 分化越差的肿瘤组织中,该基因表达水平越低, 表明ZO-1 的表达状况与肿瘤分化与癌演进密切相 关[10]

恶性淋巴瘤是起源于淋巴造血组织的实体瘤, 近年来发病率呈逐年上升趋势,分为霍奇金淋巴 瘤和NHL[11]。NHL 是儿童时期常见的恶性肿瘤之 一,其发病率仅次于白血病和脑瘤,目前认为它 是一种全身性的疾病。因儿童NHL 分化程度低、 恶性程度高,常常在起病时即可呈广泛性、多灶 性分布,可累及中枢神经系统或骨髓[12]。儿童 NHL 临床表现差异很大,呈现高度侵袭性过程, 几乎可以累及全身所有器官,多数患儿初诊时已 为Ⅲ期和Ⅳ期,因此早期诊断尤为重要。已有研 究表明ZO-1 基因与白血病、乳腺癌、胃肠癌、胰 腺癌等多种肿瘤发生发展密切相关[13],ZO-1 基因 启动子区在各种类型急性白血病中呈特异性高甲 基化状态,对ZO-1 进行检测可作为AL 早期诊断、 复发预测和指导个体化治疗的有效手段[14]。杜瑜 等[1] 研究证实ZO-1 基因启动子区甲基化与成人 NHL 分期及缓解明显相关,可以作为判断NHL 进 展和评价预后的辅助指标,并以此指导临床治疗。 本研究显示,NHL 患儿骨髓中ZO-1 基因呈高甲基 化状态,甲基化阳性率为71%,基因表达沉默, 提示儿童NHL ZO-1 基因启动子区域呈高甲基化且 ZO-1 基因失表达,甲基化对ZO-1 基因表达的抑制 作用可能是一个独立因素,ZO-1 基因高甲基化状 态在NHL 中具有较高的特异性,与NHL 发生发展 密切相关,可作为一种新的NHL 分子标志物。T 细胞型与B 细胞型比较,ZO-1 基因甲基化阳性率 无显著性差别,提示该检测可适用于NHL 不同类 型,涵盖率较高。达到临床完全缓解的患儿仍有 部分可检出ZO-1 基因甲基化状态,提示预后不良 或有可能复发,说明ZO-1 基因可能作为微小残留 病的监测指标。

进一步动态观察发现,实验组患儿随着化疗 的进行,ZO-1 基因高甲基化状态逐渐减少,基因 表达逐渐增多,临床缓解时甲基化状态消失,其 基因重新表达,而复发病例又重新出现ZO-1 基因 高甲基化状态,提示ZO-1 基因可动态评价临床疗 效,也进一步说明ZO-1 基因的表达受其启动子区 甲基化状态调控,且甲基化对基因表达的抑制作 用是一个可逆的过程。在后基因组学的表观遗传 学时代,从表观遗传学角度防治疾病是当前的主 要方向。经去甲基化药物处理后被高甲基化抑制 的基因可以重新得到表达,因而去甲基化治疗成 为血液肿瘤治疗关注的热点。目前已有DNA 甲基 转移酶抑制剂用于治疗MDS、慢性粒细胞白血病、 难治性皮肤恶性T 细胞淋巴瘤等血液肿瘤疾病, 并取得一定疗效[15, 16]。ZO-1 基因甲基化能否成为 儿童NHL 治疗的靶点值得进一步研究。

综上所述,ZO-1 基因可能作为儿童NHL 早 期发现、疗效判断、微小残留检测、预告化疗缓 解后肿瘤复发的有效指标,并以此指导临床治疗。 有望成为NHL 去甲基化治疗的靶点,对提高儿童 NHL 生存率、改善预后有着重要意义。本研究仅 作了ZO-1 基因甲基化状态与儿童NHL 关系的初 步研究,尚有待于扩大样本量进一步研究。

参考文献
[1] 杜瑜, 王畅, 康慧媛, 等. ZO-1 基因甲基化状态在非霍奇金 淋巴瘤骨髓检测中的临床意义[J].山东医药, 2010, 50(8): 26- 28.
[2] 王畅, 于力, 谭亚辉, 等. 慢性粒细胞白血病ZO-1 基因启动 子区甲基化状态分析及临床意义探讨[J].山东医药, 2011, 51(32): 33-35.
[3] 陈树宝. 小儿内科疾病临床治疗与合理用药[M]. 北京: 科学 技术文献出版社, 2007: 402-406.
[4] Baylin SB, Herman JG. DNA hypermethylation in tumorigenesis: epigenetics joins genetics[J].Trends Genet, 2000, 16(4): 168-174.
[5] 王丽, 汪竹, 袁昕, 等. 结直肠癌中CDH13 基因甲基化及其 临床意义[J].江苏医药, 2012, 38(2): 199-201.
[6] Jeltsch A. Beyond Watson and Crick: DNA methylation and molecular enzymology of DNA methyltransferases[J].Chembiochem, 2002, 3(5): 274-293.
[7] Cheng X, Roberts RJ. AdoMet-dependent methylation, DNA methylt-ransferases and base flipping[J].Nucleic Acids Res, 2001, 29(18): 3784-3795.
[8] 董丽钧, 顾晓怡, 姜藻. 结直肠癌患者血清SFRP1 基因甲基 化的检测及临床意义[J].江苏医药, 2010, 36(18): 2153-2155.
[9] Costello JF, Plass C. Methylation matters[J].J Med Genet, 2001, 38(5): 285-303.
[10] Fanning AS, Ma TY, Anderson JM. Isolation and functional characterization of the actin binding region in the tight junction protein ZO-1[J].FASEB J, 2002, 16(13): 1835.
[11] 刘毅. 46 例恶性淋巴瘤临床病理特征和预后分析[J].中国医 学创新, 2013, 10(9): 104-106.
[12] 潘慈, 汤静燕, 薛惠良, 等. 儿童非霍奇金淋巴瘤肾脏浸润 的临床观察[J].中国当代儿科杂志, 2003, 5(4): 345-347.
[13] 康慧媛, 于力, 王莉莉. 闭锁小带蛋白1 研究进展[J].生物技 术通讯, 2009, 20(4): 576-578.
[14] 王畅, 王冠军, 谭业辉, 等. 急性白血病ZO-1 基因启动子区 甲基化状态分析及临床意义[J].中华内科杂志, 2008, 47(2): 111-113.
[15] 张玲, 盛树力, 秦川. 表观遗传学药物的研究进展[J].中国药 理学通报, 2013, 29(3): 297-300.
[16] Bradner JE, West N, Grachan ML, et al. Chemical phylogenetics of histone deacetylases[J].Nature Chen Biol, 2010, 6(3): 238.