综述精读 | CancerDiscov | 癌症的表观遗传标志

Basic Information

• 英文标题：The Epigenetic Hallmarks of Cancer
• 中文标题：癌症的表观遗传标志
• 发表日期：October 04, 2024
• 文章类型：Review
• 所属期刊：Cancer Discovery
• 文章作者：Manel Esteller | Stephen B. Baylin
• 文章链接：https://aacrjournals.org/cancerdiscovery/article-abstract/14/10/1783/748590/The-Epigenetic-Hallmarks-of-CancerEpigenetic

ABSTRACT

para

1. 癌症是一种复杂的疾病，其中多种分子和细胞通路汇聚在一起，促进肿瘤表型的形成。
2. 值得注意的是，在最新版本的癌症特征中，新增了"非突变性表观遗传重编程"。
3. 然而，表观遗传学，就像遗传学一样，是一个广泛的科学领域，由于其在中癌变起始、进展和适应性方面的多重角色，值得进一步关注。
4. 在此，我们详细探讨了人类癌症中受影响的表观遗传特征，阐明涉及的通路和基因，并剖析了定义该疾病的DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质架构的破坏景观。
5. 重要性：癌症是一种以不断进化为特征的疾病，从其最初的癌前阶段到晚期侵袭性和扩散阶段。
6. 它是一种能够适应并在恶劣的细胞微环境和医学专业人员实施的各种治疗中生存下来的病理状态。
7. 更为固定的遗传结构无法完全为转化细胞提供生存工具，但表观遗传变化的快速和可塑性特性则能够胜任这一任务。
8. 本综述总结了定义癌细胞在我们体内生态成功的表观遗传特征。

Introduction to Epigenetics

para

1. "表观遗传学"一词通常归功于英国胚胎学家康拉德·沃丁顿，他在1942年引入了这个术语，定义为"研究基因及其产物之间因果互动的生物分支，这些互动使表型得以形成"。
2. 如今这个词的工作定义是"不涉及DNA序列本身直接变化的、体细胞可遗传的基因表达变化。"
3. 在这方面，基因组的输出主要受转录因子活性和对核小体的DNA及蛋白质组分施加特定化学修饰的控制。
4. 这些修饰由酶"写入者"施加，由结合蛋白"读取者"解释，并由被称为"擦除者"的其他酶去除。
5. DNA修饰主要限于回文二核苷酸CpG中胞嘧啶的5位甲基化。
6. DNA甲基化对哺乳动物的胚胎和产后发育至关重要。
7. 曾经被认为是一种不可逆的表观遗传标记，现在认识到也存在活跃的脱甲基化酶。
8. 核小体组蛋白的翻译后修饰，尤其是组蛋白H3，在化学上比DNA调节化学修饰更为多样，涉及组蛋白蛋白中特定氨基酸的甲基化和乙酰化等。
9. 与哺乳动物中DNA甲基化是必需的表观遗传标记的情况不同，许多生物如果蝇仅通过组蛋白标记的切换来控制发育。
10. 正是核酸和蛋白质标记之间的交叉对话，负责人类和其他脊椎动物的正常发育。

para

1. 表观遗传学与癌症之间的潜在联系多年来一直为病理学家所熟知，因为他们利用光学显微镜下核密度变化，由于染色质外观的改变，来诊断和预测患者的癌症行为。
2. 此外，鉴于表观遗传学与染色质之间新兴的关系，癌症细胞的表观基因组在癌变过程中发生深刻改变或许并不令人惊讶。
3. 实际上，癌症基因组图谱和其他DNA测序项目的早期成果之一，就是发现了大量涉及染色质结构和功能的写入者、读取者和擦除者的突变。
4. 这些发现当然与基因突变在癌症发展中的重要作用一致，但与此同时，它们也指出了完整表观基因组对正常细胞行为的重要作用。
5. 由于表观遗传程序灵活且具有体细胞遗传性，即使在没有表观遗传修饰因子突变的情况下，它们也可能对癌变有所贡献。

Hallmarks of Cancer: The Time is Now to Consider How Epigenetic Hallmarks Provide Key Links

para

1. 癌症标志的提出构成了一种强大的力量，用于组织和关联所有在恶性肿瘤中常见的不同生物学和细胞特征。
2. 最初发布的这些特征包括"生长信号的自给自足"、"对抗生长信号的不敏感性"、"组织侵袭和转移"、"无限的复制潜力"、"持续的血管生成"以及"逃避凋亡"。
3. 十年后，上述六个原始标志进行了更新，增加了"重新编程能量代谢"和"逃避免疫破坏"，并将"促肿瘤炎症"和"基因组不稳定性与突变"纳入了癌症促进特征。
4. 然而，最近一次发布的癌症标志开始强调并令人兴奋的是癌症表观遗传学研究，通过增加更多新兴标志和癌症促进特征，包括"多态性微生物群"、"衰老细胞"、"非突变性表观遗传重编程"以及"解锁表型可塑性"。
5. 特别是后两个新兴标志的引入，特别认识到表观基因组及其多样层面的特定和深刻变化可以作为所有癌症标志中癌症发展的潜在驱动力量。

para

1. 考虑到上述癌症标志的演变，我们现在提出六个癌症表观遗传标志，这些标志可能是人类肿瘤动态、适应性和异质性的主要贡献者。
2. 在接下来的部分中，我们将介绍三个经典的表观遗传层（DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑）及其六个相关的癌症表观遗传标志：
3. "靶向DNA高甲基化基因调控区域"，
4. "全基因组水平的DNA低甲基化事件"，
5. "组蛋白修饰模式的转变"，
6. "获得新的3D染色质结构"，
7. "表观遗传设置的灵活性质"，
8. 以及"表观遗传学和遗传学的双向影响"（图1）。

DNA Methylation

DNA Methylation in Healthy Tissues and Early Studies in Cancer

健康组织中的DNA甲基化及癌症早期研究

para

1. 在人类中，被最深研究的表观遗传标记是DNA甲基化。
2. DNA甲基化是指在胞嘧啶核苷酸上添加一个甲基基团（CH3）作为共价修饰，几乎只发生在人类中，位于碱基鸟嘌呤之前的胞嘧啶，即CpG二核苷酸。
3. 由于其主要是稳定的特性以及与"裸露"DNA序列的接近，我们可以将DNA甲基化视为最"遗传性"的表观遗传标记。
4. DNA甲基化谱图由一组酶精确建立，这些酶在复制时复制每条链的甲基化模式，维持DNA甲基转移酶（DNMT），如DNMT1，以及从头添加甲基基团的DNMT，如DNMT3A和DNMT3B。
5. 甲基化的CpG位点像磁铁一样吸引甲基-CpG结合域（MBD）蛋白家族的成员，这些蛋白能够招募转录抑制复合物并显示位点特异性亲和力。
6. 另一方面，大多数转录因子结合位点的CpG甲基化阻止了它们的结合，从而有助于邻近基因的沉默。
7. 直到过去十年，DNA去甲基化被认为主要是由于被动机制，通过累积的细胞周期，当DNMTs不活跃时发生，但在近年来，人们已经认识到这是一系列主动去除DNA甲基化的步骤，其中第一步是通过十-十一易位（TET）蛋白TET1、TET2和TET3去除甲基基团，这是一组催化5-甲基胞嘧啶（5mC）氧化的双加氧酶。
8. 本文将不讨论基因组中其他潜在的与DNA甲基化相关的修饰作用。

para

1. CpG二核苷酸在高等哺乳动物基因组中的分布已被明确定义。
2. 总体而言，CpG位点在进化过程中已被耗尽，因为CpG二核苷酸上的主动或被动去甲基化事件可以产生转换突变，并由胸腺嘧啶替换胞嘧啶。
3. 这一过程，不论不同CpG位点的功能性如何，导致了人类DNA中CpG的不均匀分布，其中大多数区域变得CpG贫乏，而耗尽最少且密度较高的区域被称为CpG岛。
4. 基因转录起始位点周围的CpG岛的存在更可能出现在管家基因中，而S′端的CpG贫乏区域则更典型于组织特异性基因。
5. 在胚胎发育的早期阶段之后，约90%的CpG位点在启动子上保持未甲基化，无论涉及的基因是否表达。
6. 其余的一般是印记基因，其中一条等位基因上的启动子甲基化伴随着沉默，以及女性中失活的X染色体基因。
7. 对于这些后者的位点沉默，正如后面将强调的，在癌症中异常高甲基化的启动子，DNA甲基化与组蛋白修饰和染色质重塑共同作用。
8. 启动子DNA甲基化通常可以在CpG贫乏的基因启动子中找到，并调节以伴随组织特异性和生殖系限制性基因的表达。
9. 基因的其他CpG贫乏区域，如内含子、外显子和基因本体，通常被密集甲基化。

• 图1. 癌症的表观遗传标志。该图展示了影响DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑的六种人类恶性肿瘤共有的表观遗传标志。

para

1. 最早关于表观遗传学在癌症中潜在作用的研究集中在啮齿动物和人类肿瘤中整体DNA甲基化水平的变化。
2. Feinberg和Vogelstein显示，与正常组织相比，人类肿瘤中基因体的DNA甲基化水平降低。
3. 当时普遍认为这种低甲基化是癌细胞的一般特征，但Greger及其同事发现视网膜母细胞瘤肿瘤抑制基因转录起始位点CpG岛的新生甲基化，以及VHL肿瘤抑制基因的甲基化，也强烈提示启动子高甲基化在异常、可遗传的癌症相关基因沉默中的作用。
4. 如后续章节将回顾的，这些及其他研究导致了一个普遍概念，即癌细胞标志为整体基因组甲基化丢失，同时基因调控区域CpG岛局部甲基化增加。
5. Laird及其同事很好地展示了DNA甲基化在致癌作用中的重要性，他们证明在易患癌症的小鼠中，遗传或药物抑制甲基化会导致肠道息肉形成减少。
6. 改变的DNA甲基化现已在所有已研究的人类肿瘤中观察到，凸显了其在肿瘤发生中的重要作用。

Hallmark 1: Targeted DNA Hyper methyl ation of Gene Regulatory Regions

特征1：基因调控区域的靶向DNA高甲基化

Promoter CpG Island Hyper methyl ation of Classical Tumor Suppressor Genes

经典肿瘤抑制基因启动子CpG岛高甲基化

para

1. 如上所述，健康组织的DNA甲基化模式在癌症中会发生重大改变。
2. 转化细胞经历了所谓的"DNA甲基化悖论"：长段的DNA变得低甲基化，而特定序列则发生局灶性高甲基化。
3. 这些相反现象背后的原因尚未完全理解，尽管可以归因于相应序列的可访问性和染色质边界的改变，以及转录抑制因子或激活因子的异常靶向。
4. 肿瘤相关DNA去甲基化现象将是下一节讨论的表观遗传标志的重点，但在此我们将讨论肿瘤抑制基因启动子CpG岛的高甲基化及其相关的转录失活。
5. 对抗致癌基因促肿瘤活性的基因是许多与功能丧失相关的遗传缺陷的目标。
6. 在90年代中后期，首次详细描述显示，具有多种功能和完整遗传序列的肿瘤抑制基因，可以在其与转录关闭相关的S′端区域发生癌症特异性CpG甲基化增益。
7. 受影响的基因包括VHL、p16INK4a、p14ARF、CDH1、MLH1、MGMT和BRCA1。
8. 上述基因的沉默及其在所有主要细胞通路中相关基因功能丧失的影响，为表观遗传异常需要被纳入最新发布的癌症标志提供了早期线索。

• 图2. 启动子CpG岛高甲基化相关沉默靶向癌症标志物。该图例提供了不同基因经历肿瘤特异性DNA甲基化相关失活的例子，这些基因靶向先前提出的10个癌症标志物和4个新兴标志物及使其具有特性的特征。非突变性表观转录组重编程已被添加为一个新的新兴癌症标志物。

para

1. 重要的是，上述高甲基化事件可以与基因变异互补，或者是一些相同基因的交替基因高甲基化，以及受影响的信号通路。
2. 例如，为了扭曲p53/MDM2/p14ARF通路，一些肿瘤选择了p53突变，另一些选择了MDM2基因扩增，还有一些选择了p14ARF的表观遗传丢失，最终导致所有癌症病例中该网络的失衡。
3. 类似的情景也出现在RAS通路中，激活可以通过RAS基因突变（在KRAS、NRAS或HRAS中）或通过高甲基化相关沉默的RAS效应因子（如RASSF1A和NORE1A）发生。
4. 重要的是，许多基因可能仅受启动子CpG岛高甲基化的影响，而不是突变，这一点已被新的强大生物计算工具和用于分析DNA甲基化数据集的统计网络所验证。
5. 这些查询还验证了与沉默此类CpG岛高甲基化基因相关的癌症驱动特性。
6. 所有这些观察结果也表明，许多基因的启动子CpG岛高甲基化可能对多种肿瘤类型是普遍的，但像基因变异一样，也可以是癌症类型特异的。
7. 这种癌症类型特异性的例子，无论是基因突变还是高甲基化，如BRCA1高甲基化基本上只发生在乳腺癌和卵巢癌中，VHL甲基化仅发生在透明细胞肾癌中。
8. 目前用于同时评估许多CpG位点和启动子的技术已将上述观察结果扩展到其他基因，如白血病和实体瘤亚型，如脑瘤和肉瘤。
9. 这些观察结果也有助于揭示未知原发灶癌症的原始肿瘤部位，这在许多情况下超过了经典病理评估的准确性。
10. 重要的是，其中一些高甲基化基因与标记药物活性相关。
11. 一个重要的例子是，启动子高甲基化和MGMT表达降低，这些事件预测胶质母细胞瘤对烷化剂的反应，这一方法已被纳入临床常规分析中。

para

1. 关于启动子CpG岛高甲基化的另一个极其重要的观点，从所有上述原始研究中开始，是意识到涉及的肿瘤抑制基因可以通过使用DNA去甲基化剂如阿扎胞苷和地西他滨来功能性重新激活表达。
2. 例如，使用这些表观遗传药物恢复了错配修复能力，并通过分别重新激活MLH1和pI4ARF p I 4ARF诱导了MDM2癌基因的降解。
3. 上述临床前结果是在1990年代促使开创性临床试验衍生的假设之一，自此以来一直促进在患者中测试去甲基化剂的使用。
4. 迄今为止的成功几乎完全在液体肿瘤中，我们目前有两种药物（阿扎胞苷和地西他滨）获得FDA批准用于治疗骨髓增生异常综合征（MDS）和急性髓系白血病（AML）。
5. 此外，基因高甲基化是一个"阳性"信号，可以在源自无数正常细胞的肿瘤细胞中被检测到，这一事实促使其早期用于在血清中检测来自癌细胞中的DNA。
6. 这一发现正在通过越来越敏感的技术得到越来越多的验证和扩展。

DNA Methylation Gains Beyond 5′5′ -End CpG Islands and Coding Genes

5′端CpG岛及编码基因之外的DNA甲基化增加

para

1. 尽管关于特定DNA甲基化变化对癌症贡献的最有力数据来自S′ S′-端CpG岛，但其他区域和基因组背景最近也被加入到原因中。
2. 在非CpG岛启动子中，针对单个CpG位点的靶向高甲基化事件也可能与基因沉默相关，如果它阻止了强效转录激活剂的结合。
3. 更为相关的是，远端调控区域（如增强子）的DNA甲基化变化也会影响这些高级控制元件靶向的基因，导致下游基因的沉默。
4. 此外，DNA甲基化增加也会影响CCCTC结合因子（CTCF）的结合，导致三维拓扑相关结构域（TAD）的丢失和增强子劫持。
5. 在这方面，这些数据进一步支持了癌症也是一种"增强子病"的观点，这种病助长了转化细胞身份的丧失。
6. CpG岛邻近区域也可能受到高甲基化损伤的靶向，在这方面，所谓的CpG岸和架可以具有特定于个体正常细胞类型和癌症类型的特定DNA甲基化模式。
7. 此外，CpG岛并不独位于5′5′-UTR中，也可以在基因内的外显子和内含子中找到。
8. 在这种情况下，许多时候非5′.5′-端CpG岛的高甲基化与"宿主"基因的激活相关，意味着位于最小启动子之外的岛环绕非编码RNA（ncRNA）的转录起始位点，如反义RNA，调节该基因编码的典型mRNA的转录。

para

1. 反义RNA可以在癌症特异性方式中沉默的概念本身是相关的，但只是其中一个例子，用以突出尽管大多数研究集中在启动子高甲基化和经典编码基因的调控上，非蛋白质编码区域也是癌症中DNA甲基化干扰的主要目标。
2. 许多非编码RNA（ncRNA）在其转录起始位点包含典型的CpG岛，并且可以作为致癌过程中异常DNA高甲基化相关沉默的靶标。
3. 因此，肿瘤特异性启动子高甲基化影响了许多被广泛研究的微小RNA（miRNA），但也影响了许多其他类型的没有编码潜力但在细胞稳态中具有重要功能的转录本。
4. 这些通过表观遗传失活靶向的额外非编码RNA包括，但不限于，转移RNA（tRNA）、PIWI相互作用RNA（piRNA）、小核仁RNA（snoRNA）和长非编码RNA（lncRNA），包括大型基因间非编码RNA（lincRNA）、环状RNA（cRNA）和转录的超保守区域（T-UCR）。
5. 这些DNA甲基化相关非编码RNA表达丧失的后果对所有经典癌症标志物产生影响（见图2）。
6. 已充分表征的例子包括靶向转移和上皮间质转化（EMT）的miRNA，如miR-200s、miR-9和miR-124（见图2）。

New Cancer Pathways Affected by Cancer-Specific Hyper methyl ation Events

受癌症特异性高甲基化事件影响的新的癌症通路

para

1. 寻找具有癌症相关潜力的特定点突变可能相当具有挑战性，这是由于我们基因组的长度以及区分该核苷酸变化的致病性和罕见人群变异的必要性。
2. 事实上，在最知名的肿瘤抑制基因中，高甲基化事件发生在特征化的5′端CpG岛上，这使得这些事件的发现成为一个更快且更经济实惠的任务。
3. 这一快速通道的众多后果之一是，通常不与癌症相关联的通路或信号网络中的基因已被识别，这暗示了癌症的新标志。
4. 例如，我们知道DAPK、CASP8和其他基因的高甲基化相关失活会阻止细胞凋亡，但最近一种新的细胞死亡亚型——铁死亡（ferroptosis）已引起关注。
5. 白血病中表观遗传性丧失铁死亡抑制蛋白1（FSP1）的发生进一步强化了这一通路在肿瘤发生中的作用。
6. 另一个例子，同样在白血病中，DNA甲基化相关的醛脱氢酶2（ALDH2）丧失使得细胞依赖于范可尼贫血蛋白来对抗基因毒性，将两个先前不相关的通路联系起来。
7. 甚至其他表观遗传标记，如组蛋白修饰和染色质重塑，也可以通过相应酶调节序列的DNA高甲基化来靶向。
8. 例如，启动子CpG岛高甲基化相关失活的组蛋白甲基转移酶NSD1和染色质重塑因子CDH5。

para

1. 然而，有一个领域与表观遗传学直接相关，其中的基因也受到启动子高甲基化事件的影响：这就是RNA修饰领域，也被称为表观转录组学。
2. 如果DNA被5-甲基胞嘧啶和少量的5-羟甲基胞嘧啶（5-hmC）固定，那么RNA分子会被大量标记高度修饰。
3. 这些包括经典的RNA修饰，如添加S′-端帽、编辑、剪接或多聚A调控。
4. 这些信号已经在癌症中被证明因启动子高甲基化相关沉默其相应的写入、擦除和读取蛋白而变得混乱，例如RNA脱帽酶NUTD16和剪接RNA结合蛋白CELF2的情况。
5. 我们还有较小的化学修饰，不仅对mRNA有重大影响，影响其稳定性、输出或翻译，还损害了中心非编码RNA（如核糖体RNA和tRNA）的活性。
6. RNA中的主要标记是6′位置的甲基腺苷（m6A），尽管1′位点（m1A）也可以被甲基化。
7. 在调控这些标记的酶中，已有描述淋巴瘤中与高甲基化相关的m1A RNA去甲基酶ALKBH3的丢失。
8. RNA中的胞嘧啶可以在5′位置被甲基化（不需要随后跟一个G），两种主要的RNA 5′胞嘧啶甲基转移酶NSUN5和NSUN7在胶质瘤和肝肿瘤中因启动子CpG岛甲基化相关失活，分别靶向rRNA和mRNA。
9. 总体而言，文献中描述了超过100种RNA修饰，有些极为罕见，仅影响少数转录本，但这些甚至在癌症患者中也能留下痕迹。
10. 例如，与启动子高甲基化相关的tRNA-yW合成蛋白2（TYW2）的丢失阻碍了苯丙氨酸-tRNA G37位点的超修饰，导致核糖体移码和结直肠癌中肿瘤抑制RNA的无义介导衰变。
11. 所有这些数据表明，这些RNA修饰酶的不正确表观遗传控制如何影响不同类型的癌症，强烈暗示表观转录组的改变是癌症的另一个标志，在这方面，已添加到图2中。
12. 表观基因组与表观转录组之间的交叉对话超出了DNA甲基化的范畴，例如，m6A RNA标记与组蛋白修饰（如H3K36三甲基化）之间的相互作用在基础癌症研究领域正日益受到重视。

• 图3. 癌症中的CpG低甲基化事件。离散的低甲基化事件可以诱导组织特异性基因的再激活、内部异构体启动子或印记丢失（LOI），而异染色质和重复序列中的更大规模去甲基化事件可以驱动这些序列及其他序列的转录再激活，并引发基因组损伤和病毒模拟（通过使用表观遗传疗法促进）。

Hallmark 2: DNA Hypomethylation Events at the Global Genome Level

标志2：全基因组水平的DNA低甲基化事件

para

1. 如上所述，癌症DNA甲基组的特征通常是全基因组低甲基化和特定CpG富集区域（CpG岛）的局部高甲基化。
2. 由于许多CpG岛与转录起始位点相关，有时位于肿瘤抑制基因中，而新生甲基化已知能使基因沉默，因此甲基组的这一方面受到了最多的关注。
3. 与正常组织相比，肿瘤中DNA甲基化水平较低，这确实是人类癌症中最早发现的表观遗传损伤之一。
4. 在致癌过程中，整体5mC含量的减少的下游效应包括产生染色体不稳定性、转座元件（TE）的重新激活和基因组印记的丢失（图3）。
5. 这些低甲基化变化通常是相互关联的，染色体着丝粒周围区域的重复序列去甲基化可以促进有丝分裂重组，导致易位、缺失、染色体重排和非整倍体。
6. 转化细胞中的普遍DNA低甲基化可以重新激活如LINEs（长间隔核元件）和Alu序列等逆转录转座子，这些在癌细胞中是转录沉默的。
7. LINE-1元件的觉醒也发生在癌症中，高达50%的人类肿瘤经历逆转录转座激活，通常驱动结构和拷贝数变化，以及癌基因的激活。
8. 事实上，更大比例的5mC位于异染色质、TEs和基因的转录区域；这也是DNA低甲基化最频繁发生的地方。
9. 确实，大于100 kb的长范围低甲基化区域有时被称为"部分甲基化域"，并与癌症中的核纤层蛋白区域相关。

para

1. 与转录起始位点的情形不同，基因转录区域内CpG甲基化可能与转录水平呈负相关。
2. 一个很好的例子是在X染色体上，雌性哺乳动物中，管家基因的CpG岛在失活的X染色体上被甲基化，而在活跃的X染色体上则不然。
3. 在活跃的X染色体上情况则相反。
4. 有趣的是，这些甲基化模式的变化在正常细胞衰老过程中也能观察到，而衰老是癌症的高风险因素。
5. 培养中的衰老细胞显示出整体甲基化水平的逐渐降低，某些CpG岛的新生甲基化与人类结肠上皮细胞中的年龄直接相关，形成了一种倾向于致癌基因驱动的肿瘤发生的表观遗传沉默环境。
6. 有趣的是，最有可能被甲基化的基因启动子通常是那些被多梳抑制复合物沉默的基因，这意味着它们已经处于沉默状态，而DNA甲基化则增加了额外的抑制水平。
7. 研究表明，基因主体甲基化水平的降低会减慢转录速率，这可能是癌症治疗的一个靶点。
8. 基因主体甲基化的一个可能功能是抑制转座元件（TEs），这些元件在转录区域尤其是内含子中普遍存在。
9. 激活这些潜在的干扰序列可能会造成破坏，因为它们有可能在基因内部作为异位转录起始位点。
10. 例如，膀胱癌中MET癌基因体内的LINE-1启动子去甲基化，导致截短转录本的表达，这可能与致癌作用有关。
11. 有趣的是，无癌症人群中的LINE-1启动子并未低甲基化，但在膀胱癌周围组织中却去甲基化。
12. 总之，CpG岛的高甲基化可能是下游DNA（包括转座元件）低甲基化的原因之一。激活这些元件可能会导致通常被DNA甲基化抑制的异常转录本的形成。

para

1. 一个局部的DNA低甲基化事件在癌症中尤为重要。
2. 在人类中，大约有100个常染色体基因以单等位基因形式表达，来自父系或母系遗传的等位基因，这一现象被称为基因组印记。
3. 与亲本来源相关的表达与独特的等位基因标记相关，主要是CpG甲基化，先天性印记障碍通常与增加的癌症风险相关。
4. 胰岛素样生长因子II基因的印记丢失，与父系沉默等位基因的低甲基化相关，已被广泛研究。
5. IGF2的印记丢失会增加肠道肿瘤发生。
6. 该基因的印记缺陷不仅限于结直肠癌的发生，还常见于Wilms肿瘤。
7. 在机制上，与DNMT活性和α-酮戊二酸（TET相关）的产生相关的上游事件被认为会影响印记基因的DNA甲基化。

Hallmark 3: Shift of Histone Modification Patterns

标志3：组蛋白修饰模式的变化

Explanation of Nucleosome Structure and Histone Modifications

核小体结构及组蛋白修饰的解释

para

1. DNA 必须被包装以适应小核体积，同时保持其功能和调控机制。
2. 在染色质内，DNA 被包裹成称为核小体的结构单元（5–7）。
3. 核小体是染色质的基本重复单元。
4. 它是一个组蛋白八聚体，由组蛋白 H3 和 H4 的四聚体与组蛋白 H2A/H2B 的二聚体并列组成，其周围缠绕着大约 150 个碱基对的 DNA（5–7）。
5. 核小体的压缩进一步通过连接组蛋白和其他染色质结构辅助因子促进，形成更高阶的染色质结构（5–7）。
6. 对 DNA 模板的访问以实现 DNA 修复、复制和转录受到局部和全局染色质调节器的高度调控，但 DNA 和组蛋白的共价化学修饰可能是协调这一过程的最重要组成部分（5–7）。
7. 组蛋白的氨基酸序列从酵母到哺乳动物高度保守，每个核心组蛋白都有一个高度结构化的核心和大部分无结构的尾部。
8. 组成组蛋白的氨基酸易受化学修饰，这些修饰在所有四种组蛋白蛋白的 N 端尾部以及 H2A 的 C 端尤为丰富。
9. 这些组蛋白尾部从核小体核心突出，通过改变组蛋白和 DNA 之间的静电相互作用来影响染色质结构和功能。
10. 最重要的是，这些修饰提供了一个指导平台，用于招募含有进化保守蛋白结构域的染色质相关蛋白，这些蛋白特异性识别和结合组蛋白修饰以执行如转录等 DNA 模板过程（5–7）。
11. 染色质修饰高度动态；负责沉积这些修饰的酶称为表观遗传写入者，去除这些修饰的酶称为表观遗传擦除者，而进化出专门结构域以识别和结合这些修饰的蛋白称为表观遗传读取者（5–7）。
12. 尽管已描述了 >150 种组蛋白修饰，但在癌症背景下研究最深入的组蛋白修饰是赖氨酸乙酰化和赖氨酸甲基化。
13. 在癌症中最常发生突变的组蛋白乙酰化和甲基化调节器一直是表观遗传药物开发策略的主要焦点（91）。

para

1. 组蛋白的翻译后修饰，与其他表观遗传层一起，决定了染色质的可及性。
2. 在这方面，异染色质大多高度浓缩，基因贫乏，转录活性低；分为构成性（存在于靠近着丝粒和端粒的重复区域）或选择性（在基因抑制中扮演更动态和可逆的角色）；而常染色质则表现出相反的特征。
3. 这些区域由包含CTCF位点的TADs分区。
4. 有趣的是，如前文所述，CTCF与其DNA序列的结合被CpG甲基化的发生所阻止，提供了另一个例子，说明所有表观遗传标记如何共同作用以提供细胞身份和活性。

Histone Acetylation and Deacetylation

组蛋白乙酰化和去乙酰化

para

1. 组蛋白化学修饰研究的最多影响之一是对转录活性的影响。超过40个不同的赖氨酸残基在四种典型组蛋白上已知可以被乙酰化。这种翻译后修饰中和了赖氨酸的正电荷，并松弛了DNA-组蛋白和组蛋白-组蛋白的相互作用，以促进对DNA模板的访问。
2. 组蛋白赖氨酸乙酰化（以及最近发现的大部分较长的链酰化）与转录活性相关，特别是对活跃启动子和增强子中的组蛋白H3和H4尤为重要。
3. 作为这种标记的"写入者"的修饰酶被称为组蛋白乙酰转移酶（HAT）。通用供体是乙酰辅酶A，HATs被细分为五个不同的家族：P300/CBP、GNAT1、MYST、TAFII250和核受体共激活因子。
4. 可能所有组蛋白的翻译后修饰都是可逆的，在这种情况下，乙酰化的"擦除者"是组蛋白去乙酰化酶（HDAC）。已提出四类HDACs，其成员如下：HDAC1-3和8（I类）、HDAC4-7、9和10（II类）、HDAC11（IV类）和sirtuins 1至7（III类），这是一种特别独特的HDACs类型，需要NAD+NAD+辅因子，并与卡路里限制和衰老等过程相关。
5. 重要的是，在转化细胞中广泛改变的最常见的组蛋白修饰模式之一针对特定的组蛋白乙酰化：乙酰化H4K16的全局减少，这与分化和细胞死亡相关，发生在大多数人类肿瘤类型中。
6. 值得注意的是，在临床环境中，通过免疫组织化学确定的某些组蛋白修饰水平的改变，如H3 K9Ac和H3 K18Ac，可能赋予预后癌症分层。
7. 此外，具有溴结构域、Yeats结构域和串联植物同源结构域的染色质相关蛋白特异性识别并结合所有四种核心组蛋白上的乙酰化赖氨酸，并用于招募DNA模板过程所需的 machinery。

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1. 正如染色质修饰蛋白通常的情况一样，组蛋白乙酰化的编写者、读取者和清除者主要作为大型多亚基蛋白复合物的一部分共存。
2. 此外，每个组蛋白乙酰化的调节因子可能存在于不同的亚化学计量复合物中，这些复合物中的共享和独特亚基用于改变被作用的精确氨基酸。
3. 例如，当MYST乙酰转移酶HBO1（KAT7）与BRPF蛋白复合时，它优先乙酰化H3K14，而当它与JADE蛋白家族复合时，则优先乙酰化H4K12。
4. 组蛋白乙酰化与活跃的转录密切相关，全基因组分析显示，特定的赖氨酸残基在活跃转录基因的增强子、启动子和编码区域被乙酰化。
5. 重要的是，癌症基因组的全面注释揭示了在多种癌症中许多编写者、读取者和清除者受到干扰，为开发针对这些蛋白的药物提供了分子依据。

Histone Methylation and Demethylation

组蛋白甲基化和去甲基化

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1. 如果组蛋白乙酰化在转录激活中的效应大多较为直接，那么另一主要标记——组蛋白甲基化对基因调控的影响则要复杂得多。
2. 组蛋白主要在赖氨酸和精氨酸残基上发生甲基化，与乙酰化不同，甲基化不会改变这些氨基酸的电荷。
3. 此外，与通常与常染色质相关的组蛋白乙酰化不同，不同的组蛋白氨基酸在常染色质和异染色质中都会被甲基化。
4. 而且，赖氨酸残基可以被单甲基化、双甲基化或三甲基化（分别表示为me1、me2或me3），而精氨酸残基可以被单甲基化或对称性或非对称性双甲基化（分别表示为me1、me2s或me2as）。
5. 这些不同的甲基化标记通过增强或抑制组蛋白结合蛋白的招募来发挥作用。
6. 例如，H3K4me3存在于所有活跃转录基因的启动子上，双重功能是招募共激活因子如TAF335，同时抑制转录抑制因子如核小体重塑和去乙酰化酶复合物的结合。
7. 相比之下，H3K27me3由甲基转移酶EZH2和EZH1作为PRC2复合物的一部分沉积，是 facultative 异染色质的标志，而端粒和着丝粒处的 constitutive 异染色质则富含H3K9me2和H3K9me3，这些被异染色质蛋白1（HP1）家族的染色质结构域结合，进而对异染色质高级结构的形成起到关键作用。

para

1. 与开放染色质相关的其他组蛋白甲基化标记包括在准备状态的增强子上H3K4me1和在RNA转录延伸过程中涉及的H3K36me3。
2. 最后一个标记还作为共转录N6-甲基腺嘌呤甲基化mRNA的指导，这是表观遗传学和表观转录组学领域之间交叉对话的一个例子。
3. 在染色质结构方面，H3K9me3是构成性异染色质最明确的标记，而H3K27me3（与HP1蛋白结合）是典型的 facultative heterochromatin 标记。
4. 与异染色质相关的其他组蛋白甲基化标记包括尾部H4K20me3和核心组蛋白修饰H3K56me3和H3K64me3。
5. H4K20me3在癌细胞中丢失，并且可能与基因组损伤相关。
6. 另一个表观遗传层之间交叉通信的典型案例涉及组蛋白甲基化，其中同时具有H3K4me3（活性）和H3K27me（抑制性）的启动子，称为二价域，更容易在癌细胞中发生CpG高甲基化。
7. 这些组蛋白位点的甲基化由组蛋白甲基转移酶（HMTs）介导，这些酶使用S-腺苷甲硫氨酸作为甲基供体。
8. HMT超家族中最突出的成员之一是增强子zeste同源物2（EZH2），它产生H3K27me3，并与zeste 12（SUZ12）和胚胎外胚层发育（EED）蛋白一起构成多梳抑制复合物2（PRC2）。
9. 许多机制将PRC2导向其DNA位点，例如，长非编码RNA可以引导EZH2到目标基因组位点以供其他表观遗传修饰因子使用，为不同细胞调控网络之间的交叉提供了另一个转折。
10. 组蛋白赖氨酸N-甲基转移酶SETD2（也称为KMT3A）是唯一已识别的H3K36me3酶，而H3K36me2可以由许多HMTs生成，其中包括NSD1、NSD2、NSD3和ASH1L。
11. 组蛋白H3和H4中的精氨酸甲基化与转录激活相关，已描述了七种不同类型的组蛋白精氨酸甲基转移酶（PRMT）。
12. 与组蛋白乙酰化一样，甲基化状态的存在可以通过酶类擦除器——组蛋白去甲基化酶（HDM）逆转。
13. HDMs使用氧化机制来实现这一目标，已描述了两类HDMs：赖氨酸特异性去甲基化酶LSD1（KDM1A）家族和含有Jumonji结构域（JmjC结构域）的组蛋白去甲基化酶（如JMJD3/UTX和JMJD2）。
14. 每种酶表现出其自身的特异性，但鉴于它们在癌症中的影响，值得提及的是KDM6A和KDM6B，它们是组蛋白H3K27去甲基化酶，从而抵消HMT EZH2的效果，因此具有潜在的药物作用性。

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1. 重要的是，在一般尺度上对癌细胞而言，与观察到H4K16ac整体减少类似（96），组蛋白甲基化模式也整体受阻。
2. 人类肿瘤总体上表现出活性H3K4me3标记的减少（104）和抑制性H4K20me3修饰的减少（96），以及抑制性H3K9me（105）和H3K27me3标记的增强（106）。
3. 重要的是，通过免疫组织化学评估H3K4二甲基水平显示出癌症预后价值（98）；这些结果可以通过如空间转录组学等破坏性技术对组蛋白标记进行重新审视（107）。
4. 组蛋白甲基化相关蛋白不仅在癌症中常见改变（106），而且它们的组蛋白修饰残基，如H3K27突变，这一观察结果导致了癌组蛋白概念的产生（108, 109）。
5. 这些缺陷将在第6个标志性特征中更详细地探讨。

para

1. 与其他组蛋白修饰相关，已描述的超过25种，其中许多意义尚不明确。", "Sentence_02": "最著名的有组蛋白磷酸化（如H3Y41ph和H3T118ph，与靶基因的转录和DNA-组蛋白亲和力降低相关）和泛素化（如H2Aub，与兼性异染色质相关），但还存在许多其他类型，包括不同类型的酰化（即丁酰化或乳酰化）和其他较少研究的氨基酸的化学修饰（即血清素化和多巴胺化）。

Hallmark 4: Acquisition of a New 3D Chromatin Architecture

标志4：获得新的三维染色质结构

Chromatin Accessibility and 3D Structure in Normal Development and Healthy Tissues

染色质可及性与正常发育及健康组织中的三维结构

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1. 启动子在CpG位点的超甲基化，以及相应基因的沉默，不仅与在闭合染色质构型中观察到的组蛋白修饰（如组蛋白H3赖氨酸9和27的甲基化，组蛋白H3K4的去甲基化，以及组蛋白H3和H4的去乙酰化）相关，还与核小体定位相关。
2. 转录起始位点周围序列被核小体占据与基因失活相关，主要通过阻止转录激活因子进入这些位点。
3. 在这方面，DNA甲基化和核小体存在之间存在双向关系：后者有助于确定DNA甲基化谱，但超甲基化的CpG位点也吸引核小体到特定的基因组序列。
4. 类似的情景也可以在组蛋白修饰和核小体模式之间描绘。

para

1. 开关/蔗糖非发酵（SWI/SNF）染色质重塑因子与多梳（PcG）介导的抑制之间的平衡，已成为染色质包装和可及性的关键控制器。
2. PcG蛋白形成组蛋白修饰复合物，抑制hSWI/SNF复合物的重塑活性，作用于trxG家族的四个成员，该家族还包括SWI/SNF、CHD、ISWI和INO80。
3. 不同的PcG复合物、成员和功能已在上述组蛋白修饰部分中描述，在这方面，H3K27me3覆盖的大染色质域的存在似乎对PcG压缩介导的沉默至关重要，此外还直接调节核小体对特定基因组位点的可及性。
4. 对抗染色质重塑复合物利用ATP水解的能量来滑动核小体，弹出组蛋白八聚体，以及移除/替换H2A-H2B二聚体。
5. 如前所述，根据其催化亚基，已报道有四个家族：SWI/SNF、ISWI（模仿SWI）、Mi-2/NuRD（核小体重塑去乙酰化酶）和INO80/SWR1（肌醇/胆碱响应元件依赖性基因激活突变体80）。
6. SWI/SNF复合物，在哺乳动物细胞中称为哺乳动物SWI/SNF或Brg/Brahma相关因子（BAF）复合物，目前在人类细胞和组织的背景下是最具特征的，由两种替代的ATP酶之一驱动，BRM（SMARCA2）和BRG1（SMARCA4），高度同源的旁系同源亚基；它们被认为具有肿瘤抑制活性。
7. 总的来说，共有29个基因编码mSWI/SNF亚基，这些亚基组装成三种不同的11至15亚基mSWI/SNF复合物，称为经典BAF（cBAF）、多溴相关BAF（PBAF）或非经典BAF（ncBAF），每个复合物包含共享亚基和复合物特异性亚基。
8. SWI/SNF复合物在启动子、增强子和CTCF结合位点富集。除了转录外，这些复合物还被认为是通过招募到DNA损伤位点，对DNA损伤修复（DDR）做出贡献。

Disrupted Setting of Chromatin Accessibility and 3D Structure in Cancer Cells

癌细胞中染色质可及性与3D结构的紊乱设置

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1. 由PcG和trxG家族的染色质重塑复合物以及其他多方面因素（118）决定的生理3D结构在癌细胞中经历了重大变化。
2. 通过高通量染色体构象捕获（Hi-C）技术确定的肿瘤中基因组位点的3D结构视图揭示了，在肿瘤发生过程中，顺式调控元件（如增强子）与启动子之间的离散局部环和大TADs都广泛扭曲（127–129）。
3. 导致癌细胞中染色质可及性和3D结构全局扰动的罪魁祸首是多方面的。
4. 增强子（46–48）和染色质结构蛋白CTCF结合位点（49, 50）的异常DNA甲基化状态，作为TADs之间的绝缘子，是这些异常3D构象的常见原因，显示了癌症中不同表观遗传层之间致癌合作的另一个例子。
5. 同样，SWI/SNF复合物组分（如SMARCA4突变）或PeGPeG家族成员（如EZH2突变）中的遗传缺陷，也可能导致这种染色质空间组织的破坏。
6. 另一个表观遗传转录抑制交叉通信的典型例子是，组蛋白修饰H3K27me3可以导致TAD内多个基因的转录沉默（130）。
7. 在结直肠癌中，CpG岛和组蛋白H3 Lys9在大染色体区域内的协调异常高甲基化代表了不同表观遗传带之间"团队合作"以实现大规模转录沉默的另一个说明性案例（131）。

Hallmark 5: Flexible Nature of the Epigenetic Setting

标志5：表观遗传设置的灵活性

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1. 癌症，像大多数人类疾病一样，不是一种静态的疾病。
2. 它由多个进化的微观世界构成，以适应基因组环境中涉及细胞信号系统的变化，从而在肿瘤进展过程中产生快速和长期的变化。
3. 大规模的染色体断裂和小的基因组变化，如基因扩增、缺失或点突变，代表了受限的机制，为转化细胞生存提供了障碍。
4. 与之形成鲜明对比的是，表观遗传设置的塑性和动态变化可以促进对抗癌药物的快速或进化反应，从而在患者中产生治疗耐药性。

• 图4. 癌症中表观遗传设置的灵活性。表观遗传标记对人类肿瘤周围变化环境的快速响应和适应（包括致癌物的存在、药物或辐射治疗、物理力、缺氧以及其他代谢损伤）为癌前病变的进展和最终转移细胞的出现提供了生态位。一个可塑性的情景通过丰富的表观遗传瘤内异质性得到增强，这种异质性存在于不同区域、细胞类型和亚克隆之间，也允许细胞转换（如上皮间质转化和微环境细胞谱系转换；箭头所示）。

para

1. 在这方面，DNA甲基化的随机或熵变化进一步使转化细胞适应（133）。
2. 上述变化产生替代分子回路，以克服缺氧或免疫敌对的微环境，这些环境促进肿瘤进展并形成局部和远处转移（134）。
3. 在接下来的段落中，我们将简要介绍一些例子，说明灵活的表观遗传全景是如何成为人类恶性肿瘤最重要的特征之一，如图4所示。

Early Carcinogenic Epigenetic Changes Mediated by Environment and Habits

由环境和习惯介导的早期致癌表观遗传变化

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1. 只有在相对少数的情况下，癌症才是一种与强烈遗传基因倾向相关的疾病。
2. 由此产生的家族性癌症占所有人类肿瘤的约10%，并且这些癌症具有特定特征，如早期发生和两种或更多种癌症类型的发作，如林奇综合征（结直肠癌、胃癌和子宫内膜癌）和携带生殖系BRCA1/BRCA2突变的病人（乳腺癌和卵巢癌）。
3. 在其余大多数人类癌症中，暴露于环境或行为模式对致癌作用的贡献起着主要作用。
4. 这些后者的动态变化中最好的一个例子是肺癌与其直接吸烟的相关性。
5. 许多与癌症风险相关的物质是致突变的，但通常需要高剂量的致病化合物才能产生持续并随时间积累的效果。
6. 重要的是，许多这些促肿瘤化合物可能首先创造一个混乱的表观遗传景观，随后才出现遗传破坏。
7. 在研究得最好的人类肿瘤之一，结直肠癌中，最初的"Vogelgram"已经表明，DNA低甲基化变化先于突变破坏，包括结直肠癌看门基因APC的突变。
8. 这些假设在2000年代初得到了验证，发现启动子高甲基化相关的肿瘤抑制基因沉默也可以发生在癌前病变中，如MLH1和p16INK4d。
9. 对这些动态变化的理解通过使用强大的表观基因组技术进一步扩展，这些技术表明表观遗传变化为肿瘤发生中遗传缺陷的进一步发展提供了有利环境，正如烟草如何使支气管上皮细胞发生表观遗传、癌前变化，从而促进KRAS致癌转化的一个步骤所示。
10. 另一个最近的例子是由常用的甲醛提供的，甲醛是一种已知的高剂量突变介导的致癌物，已被证明可以改变DNA甲基化。
11. 为了给这个最后的试剂增加一个转折，它还影响RNA甲基化谱，是表观遗传产生的转录异常在癌症中的许多交叉对话的另一个例子。

Epigenetic Heterogeneity of Primary Tumors

原发肿瘤的表观遗传异质性

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1. 肿瘤团块中的所有细胞并不都是相同的。
2. 除了大量的非恶性细胞类型外，在单个患者的肿瘤内还存在广泛的异质分子和细胞状态。
3. 肿瘤进化的最经典观点认为，大多数人类恶性肿瘤是通过分支进化和克隆清除发展并进展的，起源于依次获得有利表型特性（尽管较少选择的改变也会发生）。
4. 因此，肿瘤进展研究领域的学者们继续提出新的假设，包括明确肿瘤"克隆"在驱动癌症和通过克隆扩张方面的定义。
5. 直到最近，定义肿瘤内异质性主要依赖于描绘显然发生的遗传多样性。
6. 然而，自然界提供的强大机制以维持我们的DNA序列和基因组结构，可能阻止了肿瘤生存、扩张和转移所需的快速和丰富的异质性。
7. 相反，表观遗传变化由于固有的可逆能力，提供了癌症异质性的理想来源，允许对新生物内的化学和生化环境迅速反应。
8. 一旦确立，表观遗传的 essential "记忆"能力允许选择性优势得以维持。
9. 因此，肿瘤内表观遗传异质性可能甚至比遗传改变要大得多，这一点正变得显而易见。
10. 支持这一假设的证据来自于全基因组测序与匹配的转录组学和染色质在整体和单细胞水平上的联合分析，包括来自同一患者的多个样本。
11. 这些研究表明，癌细胞中大多数基因表达模式可能不是在克隆间遗传的，而是通过其他非遗传机制尤其是表观遗传变化而变化的。
12. 当然，重要的是，表观遗传和遗传变异是相互交织的。
13. 例如，错配修复基因MLH1的CpG岛高甲基化可以在不同的癌前区域引起微卫星不稳定性。
14. KRAS突变肿瘤内区域的过度生长可以通过逃避药物介导的EGFR阻断而进化，并源于RAS信号通路下游表观遗传变异的产生。
15. 同样，一组体细胞突变可以与急性髓系白血病中的可逆表观遗传异质性相关联。

para

1. 首个样本内表观遗传变异的例子在血液系统恶性肿瘤中展示，例如慢性淋巴细胞白血病。
2. 这些发现已经通过使用最新的单细胞技术来确定表观遗传标记，对这些疾病进行了验证和扩展。
3. 对于实体瘤，早期研究表明结直肠癌中存在肿瘤内DNA甲基化异质性，这一发现现在通过同一癌症类型的最新综合数据得到了加强，揭示了源自ATAC测序的染色质可及性模式的多样性及其与潜在遗传变化的复杂联系。
4. 对其他肿瘤类型的研究，如乳腺癌、肺癌和胶质瘤，进一步证明了类似的表观遗传变异情况。
5. 与遗传多样性相比，肿瘤内表观遗传异质性在患者预后或治疗反应方面的定量和定性影响尚未得到充分探索，但已成为转化癌症研究的主要关注点。

Epigenetic Adaptation of the Cancer Micro environment

癌症微环境的表观遗传适应

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1. 肿瘤细胞嵌入在由许多其他"种类"细胞组成的生态系统中。
2. 正如癌症标志（9-11）中所认识到的，社区中广泛接受的观点是，转化细胞的起源和进展需要周围细胞的共同进化（155）。
3. 因此，癌细胞与基质细胞之间的交叉通信是必要的，以创造适当的局部微环境，在这方面，表观遗传学提供了完美的工具来提供这种细胞间语言。
4. 肿瘤微环境（TME）包括许多不同的细胞类型，但我们可以将其总结为内皮癌细胞、癌症相关成纤维细胞（CAF）和免疫细胞。
5. 对于血管，我们刚刚开始了解癌细胞是如何与它们"交流"的。
6. 然而，已经知道肿瘤中存在启动子高甲基化相关的抗血管生成基因沉默，如血栓粘合素-1（THBS1）和Wnt抑制因子1（WIF-1），这些基因促进新生血管的生成以"滋养"肿瘤组织。
7. 另一方面，成纤维细胞可能是TME中最丰富的细胞类型，CAF发挥的促肿瘤效应在健康组织的成纤维细胞中是缺失的（156）。
8. 早期数据显示，在乳腺癌中，上皮细胞、肌上皮细胞和基质成纤维细胞之间存在DNA甲基化差异（157），这一观察结果已经通过最近的表观基因组技术得到扩展和进一步表征。
9. 其中一个表征最好的例子与TGFβ通路相关。
10. 在肺癌中，CAF中SMAD的DNA甲基化相关沉默与对外源性TGFβ1的高反应性相关，影响收缩性和细胞外基质沉积（158），并损害对抗纤维化药物的反应（159）。
11. 肿瘤中TME各部分之间的平衡也受到影响。
12. 一致地，使用DNA甲基化来解析大量表观基因组数据中成纤维细胞的存在，显示高含量的CAF与肺癌对anti-PD-1治疗的低反应相关（160）。
13. 总体而言，预测肺癌和黑色素瘤对免疫检查点抑制剂反应的DNA甲基化特征反映了对肿瘤耐药的患者在肿瘤相关巨噬细胞、中性粒细胞、CAF和衰老内皮细胞中富集（160）。
14. 在此，TGFβ通路的表观遗传调控也发挥作用，赖氨酸去甲基化酶3A（KDM3A）通过SMAD家族成员SMAD4来调节免疫TME（161）。
15. TME的表观遗传免疫重塑在肿瘤进展和逃避治疗中发挥主要作用，通过不同谱系之间的转换（162）。
16. 如果癌细胞经历细胞转分化以避免药物靶向（162），这一过程在白血病中涉及重编程DNA甲基组（163），同样，KRAS驱动的胰腺肿瘤中的中性粒细胞到巨噬细胞的转换也与HDAC5的活性相关（164）。
17. 另一方面，组蛋白伴侣ASF1的丢失诱导TME中免疫原性巨噬细胞的分化，并使肿瘤对anti-PD-1治疗敏感（165）。
18. 关于表观遗传设置如何通过影响非肿瘤细胞来控制肿瘤免疫反应的最后一个转折是，发现特别是在为B细胞白血病和淋巴瘤患者开发的嵌合抗原受体（CAR）T细胞中的DNA甲基化谱调节这些细胞的适应性，并最终影响过继细胞治疗的疗效（166）。
19. 这些发现为在临床环境中结合表观遗传药物和免疫相关治疗方法的提议提供了额外的支持（42）。

Epigenetic Reconfiguration in the Metastatic Process

转移过程中的表观遗传重配置

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1. 癌症转移是一个多步骤的生物学过程，在肿瘤的某个阶段，可以共存不同克隆和具有不同转移潜能的细胞。
2. 这一观察结果可能是导致与转移存在相关的高死亡率的原因，因为这些实体可能具有比原发灶更具可塑性的特性，以便在不友好的细胞环境中生存。
3. 细胞转换现象的存在，如EMT（上皮-间质转化）和休眠状态在转移微环境中，进一步增加了系统的功能性复杂性；这一复杂性还受到癌细胞与肿瘤微环境（TME）之间复杂交互的进一步推动。
4. 在这方面，基因组设置的更固定构成可能不太适合生成涉及转移起源和进展的多样化细胞网络，事实上，很少有突变（如果有的话）是转移细胞的特有突变。
5. 通过表观遗传机制对基因表达的精细和快速调控可能更好地促进肿瘤扩散，尽管大多数转移保留了原发灶的全局DNA甲基化特征。
6. 当癌细胞经历EMT时，DNA甲基组会发生重大变化。
7. 这一过程中的关键元素是E-钙粘蛋白基因和miR-200家族（靶向E-钙粘蛋白的抑制因子ZEB1和ZEB2），它们在乳腺癌和结直肠癌中分别经历启动子CpG岛高甲基化，以诱导EMT表型。
8. 这一过程自然可以通过表观遗传逆转，生成间质到上皮的转化（MET）。
9. 组蛋白修饰模式的变化也积极参与EMT，在这方面，HMTs EZH2和DOT1L调控E-钙粘蛋白、ZEB1、ZEB2和SNAIL的表达，以及其他涉及间质特征出现的基因。
10. 从整体上看转移，许多基因经历了大规模的DNA甲基化和组蛋白修饰变化以促进这一过程。
11. 与DNA甲基化相关的编码基因（如CDH11）或非编码转录物（如miR-148a、miR-34b/c、miR-9或miR-126）的失调是一些最典型的靶标。
12. 重要的是，异常的DNA甲基化改变不仅发生在S′ S′-端调控区域，基因内部区域的CpG低甲基化事件在控制异构体表达方面似乎也对转移形成至关重要，如Rab GTP酶激活蛋白TBC1D16和核受体NR2F2所示。
13. 有趣的是，该家族的另一成员（NR2F1）作为主调节因子诱导染色质抑制状态。
14. 转移中的化学变化谱也广泛地被组蛋白修饰剂的不当作用所重塑；增加了SUZ12促进的化学趋化细胞侵袭、SETDB1介导的细胞运动性或PCAF控制的扩散。
15. 用于在单细胞分辨率下测试表观基因组的新方法学方法（149）将为我们提供对与EMT和转移相关的演变表观遗传变化的更细致视图。
16. 这些技术也可能对回答癌症扩散领域长期存在的问题至关重要，例如转移在肿瘤发生中的潜在早期出现。

Reversibility upon the Use of Epigenetic Drugs

使用表观遗传药物的可逆性

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1. 上述表观遗传设置的灵活性质，生成了肿瘤发生的种子，创造了异质性，与微环境进行交叉对话，并促进转移，为干预提供了机会；这些比通过使用药物化合物将遗传缺陷逆转到稳态要困难得多。
2. 因此，表观遗传标记的动态性质使它们成为针对关键酶的药物的理想候选者，可能恢复更正常的表观基因组。
3. 鉴于表观遗传异常在癌症中的普遍性以及酶在建立和维护表观基因组正常功能中的作用，投入大量精力发现和完善这些酶的抑制剂，恢复其中许多酶的更分化表型，初始未分化或转化细胞，并不令人惊讶。
4. 最初开发的两种药物类别都是偶然发现的，由于它们对分化的深远影响。
5. 将永生化的小鼠胚胎细胞短暂暴露于5-氮杂胞苷或5-氮杂-2'-脱氧胞苷，意外地导致了肌肉、脂肪或软骨细胞的形成。
6. 这与它们能够整合到DNA中，作为基于机制的DNMTs抑制剂有关。
7. 这两种核苷酸现已被FDA批准用于治疗骨髓增生异常综合征，最近的一项首次纵向单细胞多组学研究为解释治疗的成功提供了线索。
8. 对于HDAC抑制剂（HDACi），伏立诺他是最早被FDA批准用于治疗皮肤T细胞淋巴瘤的药物，目前还有三种药物可用于癌症治疗。
9. 第三类药物，即组蛋白甲基转移酶EZH2的抑制剂（他泽司他），最近也被批准用于治疗上皮样肉瘤和滤泡性淋巴瘤。
10. 许多化合物现在以特定方式靶向DNA甲基化和组蛋白修饰 machinery 中蛋白质的突变（将在最后一个癌症表观遗传标志中描述），以逆转下游表观基因组的混乱。
11. 表观遗传治疗领域现在正迅速发展，许多小型和大型制药公司参与其中。
12. 更多的关注被放在口服生物利用度药物以及包括免疫检查点阻断（ICB）在内的药物组合上。

para

1. 患者对治疗反应的机制尚未完全理解，且可能是多因素的。
2. 在应对如DNA和RNA病毒等感染性微生物时，宿主会启动防御机制，试图杀死病原体。
3. 识别病毒核酸、双链RNA（dsRNA）和双链DNA是引发I型干扰素（IFN）介导的抗病毒免疫反应的主要触发因素。
4. 基于抑制DNA甲基化、HDACs和其他表观遗传药物靶点的表观遗传疗法通过一种称为病毒模拟的机制诱导癌细胞中的炎症小体信号。
5. 低剂量的DNMT抑制剂（DNMTi）5-氮杂胞苷和地西他滨促进转座元件（TEs）的去甲基化，如真核基因组中编码的内源性逆转录病毒（ERV）元件，导致细胞质双链RNA转录本的积累，上调I型IFN信号和病毒模拟。
6. 对重复元件的转录效应在细胞质双链RNA和IFN信号传导中的研究进一步扩展，显示位于‘孤立’CpG岛下游的反向重复Alu可以通过ADAR1限制，ADAR1靶向并去稳定反向重复Alu双链RNA，导致抑制对表观遗传疗法的病毒模拟反应。
7. 在患者来源的癌细胞中耗尽ADAR1被显示能增强表观遗传疗法的效果，导致癌细胞生长减少。
8. 尽管最初对病毒模拟的研究集中在双链RNA感应上，但近期研究也表明双链DNA感应的作用。
9. 细胞质双链DNA被环状GMP-AMP合成酶（cGAS）-干扰素基因刺激因子（STING）途径识别，该途径激活I型IFN信号传导，导致TBK1和IRF3/7的激活。
10. 双链DNA可以由DNA损伤剂诱导，包括辐射、化疗和DNA修复抑制剂，如聚（ADP-核糖）聚合酶抑制剂（PARPi）。
11. 触发STING激活的其他DNA来源包括泄漏的线粒体DNA（mtDNA）和由DNA损伤、基因组不稳定性（包括有丝分裂期间的错分离事件）引起的微核。
12. 当DNMTi与PARPi联合使用时，观察到这种效应的增强，这也被认为是通过DNA损伤、细胞质中的双链DNA和STING依赖的细胞质双链DNA传感器激活来诱导I型IFN。
13. 值得注意的是，通过表观遗传疗法诱导干扰素信号与肿瘤免疫环境的调节相关，特征为免疫耗竭表型的逆转，可能为肿瘤进行ICB（免疫检查点阻断）预处理。
14. 近期研究还涉及非DNMT1药物靶点在病毒模拟反应中的作用，包括组蛋白尾修饰写入者如EZH2。
15. 先前发现也表明，肿瘤细胞外源性反应在病毒模拟中起着重要作用。
16. 在这方面，它涉及肿瘤微环境（TME），并在不同形式的治疗中显示出潜在用途，如增强ICB、克服化疗耐药肿瘤，以及与放射治疗的相关性。
17. 病毒模拟在癌症治疗中的影响与在肿瘤发生中阐明逆转录转座子沉默网络的时机相似，强调了在治疗耐药癌症中重新编程病毒模拟反应以实现免疫逃逸的途径。
18. 在最近的一项研究中，通常会导致ERV低甲基化和三阴性乳腺癌（TNBC）细胞中双链RNA积累的紫杉醇治疗，会导致治疗耐药细胞，这些细胞可以通过转录抑制这些低甲基化元件来逃避病毒模拟反应，通过对它们的LTR区域施加H3K27me3修饰。
19. 重要的是，用两种EZH2抑制剂（UNC1999和GSK343）治疗这些紫杉醇耐药的TNBC模型，导致了双链RNA的积累、一部分ERV的表达以及与IFN反应相关基因表达的增加。
20. 这些数据表明，病毒模拟反应的逃逸也可能通过表观遗传药物潜在地逆转。

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1. 表观遗传药物也可以重塑肿瘤微环境（TME），特别是对免疫细胞（192）。
2. 幼稚CD8 T细胞杀伤抗原呈递细胞的能力依赖于其克隆扩张，但持续的刺激会导致其活动受损，称为T细胞"耗竭"（193）。
3. 这种T细胞的缺陷与效应细胞因子表达的减少和表面抑制性受体（IR）持续高表达有关，例如程序性细胞死亡1（PD-1；参考文献193）。
4. IRs修饰T细胞效应活性，促进了针对这些免疫检查点在不同肿瘤类型中的疗法（193）。
5. 重要的是，与效应CD8 T细胞对慢性病毒感染或肿瘤刺激的反应相关的新生DNA甲基化的获得是生成耗竭T细胞的关键机制（194）。
6. 总体而言，新生DNA甲基化活性的参与推动耗竭T细胞向终末分化，并维持PD-1阻断治疗后的表观遗传景观。
7. 相反，避免这种DNA甲基化重编程可以增强ICB后CD8 T细胞的扩张能力。
8. 在上述情况下，DNMT3A相关的新生DNA甲基化在降低ICB治疗效率中发挥了关键作用。
9. 值得注意的是，DNA去甲基化剂可以逆转这种耗竭表型，与T细胞和细胞因子的上调及向TME的浸润相关（190, 194）。
10. 重要的是，TET2（195, 196）和DNMT3A（197）的缺失增强了CAR T细胞的疗效，突显了表观遗传设置如何增加T细胞免疫。
11. 需要注意的是，TET2的缺失可能导致克隆扩张增强和不良的系统浸润，因为TET2防止BATF3/MYC依赖的增殖和基因组不稳定性（196）。

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1. 与肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）相关，越来越多的数据涉及如何修饰这些细胞及其信号通路以促进抗肿瘤免疫。
2. 对于卵巢癌和其他肿瘤类型，TIL的表观遗传靶向是一个激动人心的研究领域，因为它可能对肿瘤预后有明确影响。
3. 此外，使用DNA去甲基化剂5-氮杂胞苷可以诱导肿瘤中免疫调节通路的增强（抗原处理和呈递、细胞因子/趋化因子表达以及干扰素信号的增加），进一步支持这一观点。
4. 阻断其他染色质抑制状态，如抑制关键蛋白LSD1，也能达到类似效果。
5. 关于抗原呈递，肿瘤细胞表面HLA的沉默可以防止与微环境中的免疫细胞进行交叉对话，这是癌症中常见的表观遗传异常，也是阻碍癌症免疫疗法的一个常被忽视的方面。
6. 虽然偶尔这是由于HLA的突变，但更多是与异常DNA甲基化和整个HLA组装系统的抑制有关。
7. 阻断异常DNA甲基化可以协同激活整个HLA组装通路。
8. 与上述效果一致，将DNA甲基化和HDAC抑制剂单独使用或与IO联合使用，在非小细胞肺癌（NSCLC）患者中可以诱导微环境中T细胞数量的增加及其向肿瘤细胞床的迁移。
9. 在另一项研究中，使用DNA去甲基化剂5-氮杂胞苷激活了I型干扰素信号，这对于正确刺激CD8+细胞毒性T细胞、CD45+免疫细胞和自然杀伤细胞至关重要。
10. 该表观遗传药物还降低了髓系衍生抑制细胞的活性，并促进了巨噬细胞从与肿瘤发生相关的谱系向相反细胞命运的转变。
11. 所有上述效应都与肿瘤生长抑制和生存期延长相关。
12. DNMT抑制剂还增加了上皮性卵巢癌细胞中I类主要组织相容性复合体（MHC）编码分子和癌-睾丸抗原的表达。
13. 与上述所有一致，DNMT抑制剂单独和/或联合使用，激活干扰素信号和TIL浸润；通过上调与ERV基因低甲基化事件相关的病毒防御通路，部分抑制肿瘤生长和/或转移，促进免疫反应。
14. 最后，使用这些表观遗传剂可以通过诱导巨噬细胞从促肿瘤的M2向拮抗肿瘤的M1分化转变，减少MDSC细胞，并削弱转移微环境支持肿瘤生长的能力，从而阻断NSCLC、乳腺癌和结肠癌细胞的转移行为。

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1. 除了上述回顾的细胞类型外，其他关键细胞类型也构成了肿瘤微环境（TME），并可能受到表观遗传控制的调节。
2. 其中特别重要的是癌相关成纤维细胞（CAFs）。
3. 多项证据表明，CAFs通过癌症诱导的DNA甲基化改变而被重新编程，如上节所述。
4. 值得注意的是，癌细胞分泌促炎细胞因子白血病诱导因子（LIF），该因子重塑成纤维细胞，使其表现出转化特征。
5. 在这方面，LIF可以诱导蛋白磷酸酶调节因子SHP1的甲基化相关缺失，激活Janus激酶1/信号转导子和转录激活子3（JAK1/STAT3）信号通路，这与促侵袭性CAFs相关。
6. 用DNA去甲基化剂5-氮杂-2′-脱氧胞苷处理CAFs，可以恢复SHP1的表达并阻断JAK1/STAT3信号通路，从而减少CAFs的促肿瘤活性。
7. 另一项研究表明，CAFs经历组蛋白去乙酰化酶6（HDAC6）的上调，通过激活STAT3对前列腺素E2/环氧化酶-2（COX2）的调节，促进免疫抑制性TME的形成。

para

1. 总之，癌症相关表观遗传异常与免疫系统之间的相互作用表明，通过使用表观遗传药物进行治疗，可以将在多种癌症类型中将免疫抑制环境转变为免疫激活环境，从而重新编程肿瘤细胞和肿瘤微环境（TME）的治疗范式是如何发挥作用的。

Hallmark 6: Bidirectional Impact of Epigenetics and Genetics

标志6：表观遗传学和遗传学的双向影响

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1. 在癌症中发现的控制DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑机制的基因突变，确立了表观遗传变化在人类癌症起源和进展中的关键作用。
2. 在此，我们将解释这些酶的遗传破坏在癌症中的意义（总结于图5A），以及它们如何作为许多肿瘤中的"阿喀琉斯之踵"，用于特定药物（如图5B所示）。
3. 然而，我们将从故事的另一面开始：异常的表观遗传底物如何产生突变和基因组不稳定性，从而推动癌变。
4. 因此，这是一个典型的"阴阳"模型（204），在这两个过程中，它们相互依赖，共同促进肿瘤发生（图6A）。

Epigenome-Induced Cancer Mutations

表观基因组诱导的癌症突变

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1. 多种途径展示了表观基因组的变化如何引发基因变异。
2. 例如，肿瘤特异性启动子高甲基化相关的DNA修复基因如hMLH1、BRCA1和MGMT的沉默，分别导致了特定的下游突变特征：错配修复缺陷、双链断裂（DSB）和G到A的转换突变。
3. 表观遗传标记5 mC5mC也强烈促进了致癌突变的发生。
4. 这主要是因为5 mC5 mC在双链DNA中容易发生水解脱氨，形成胸腺嘧啶（T）而非尿嘧啶，尿嘧啶是未甲基化碱基的脱氨产物。
5. 细胞识别DNA中的胸腺嘧啶比尿嘧啶残基更困难，而且几乎所有的5 mC5mC都位于CpG位点。
6. 这是一个内源性过程，不需要致癌物质的参与。

para

1. 哺乳动物祖先中的DNA甲基化大约发生在转座因子入侵基因组的同时。
2. 这可能导致基因组扩张，同时也最终导致现代哺乳动物中约80%的CpG二核苷酸耗尽。
3. 许多这些甲基化的CpGs位于转座因子和异染色质中，然而它们也存在于蛋白质编码基因的外显子中。
4. 在这里，它们促成生殖系中的C−T转换突变，并负责生成约30%的单核苷酸多态性和相当一部分致病性家族突变。
5. 这一过程在体细胞中的重要性早已被认识到，观察到四个突变热点，占结直肠癌中约50%的TP53突变，都是甲基化CpG位点的C–T转换。
6. 基因组与表观基因组之间的联系也通过一个热点C–T转换在CpG位点（R882H）的DNMT3A外显子中得到例证。
7. 这在相当数量的伴有克隆性造血的老年人中发生，展示了一个显著的反馈循环，其中一种酶在其自身基因上放置标记，从而增加了其自身突变的可能性。

• 图5. 癌症标志物和表观遗传药物中表观遗传基因的遗传破坏。A，除了表观遗传基因的双重沉默之外，编码修饰和读取DNA甲基化和组蛋白修饰标记的蛋白质序列的遗传缺陷，改变其代谢（如IDH酶），改变染色质重塑，或改变底物（如致癌组蛋白）在人类癌症中非常常见。
• B，抗癌武器库中的表观遗传药物。通过直接作用于DNMTs或靶向IDHs（蓝色框）的具有DNA低甲基化活性的化合物，加上HDAC、甲基转移酶、去甲基化酶或溴结构域抑制，目前在肿瘤学中使用。
• 重要的是，人们越来越有兴趣将这些表观遗传药物与其他药物治疗方法相结合，如经典化疗、靶向抑制致癌突变和免疫疗法。
• 联合策略背后的概念是创造协同效应，避免初始耐药性，或使获得性化疗耐药的恶性肿瘤重新敏感化。

para

1. 亚历山德罗夫及其同事的里程碑论文（209）报道了超过7000种癌症中的突变过程，同时也发现这些特征性突变在大多数人类肿瘤中具有高发生率。
2. DNA中的5mC5mC存在也可以改变由紫外线诱导或香烟致癌物与DNA结合所引起的突变频率和类型（210）。
3. 因此，DNA甲基化对癌变和突变的整体影响很可能比通常认识到的要大得多。

• 图6. 表观遗传学和遗传学之间的双向影响及未来展望。A, 在传统的"阴阳"模型中，DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑的缺陷会导致下游基因组损伤和许多关键癌症基因的突变，其中包括编码表观遗传蛋白的基因。反之亦然，表观遗传机制中不同因素的遗传缺陷会影响其底物在DNA和组蛋白上的模式。这两个网络紧密交织在一起。
• B, 癌症表观遗传标志的未来维度。尽管转化细胞表观遗传设置的缺陷在几十年前就已经被描述，但我们可以认为这一学科在肿瘤生物学研究中仍然年轻。
• 直到90年代中期，才出现了更友好的技术来表征表观遗传标记，而全面癌症表观基因组图谱的交付仅在过去十五年中才完成。
• 因此，我们确信，本文所述的癌症表观遗传标志将在不久的将来被重新审视，以纳入不同未被充分探索的暴露组元素（如微生物组或肿瘤生物力学力的影响）和衰老过程的影响，借助能够在单细胞水平上时空表征癌症表观基因组的颠覆性技术。
• 这些发现无疑将通过应用人工智能（AI）工具推动知识水平迈上新的台阶，这些工具将彻底改变这一领域。

Impact of Epigenetics in DNA Damage/Repair/Genome instability in Cancer

表观遗传学在癌症中的DNA损伤/修复/基因组不稳定性影响

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1. 哺乳动物细胞已经进化出多种重叠的机制来修复DNA损伤，如果修复不当，可能导致易出错的DNA修复，进而引发基因组不稳定和癌症。
2. 下面，我们将回顾这些动态过程是如何与癌症中关键表观遗传异常的启动和维持密切相关的。

para

1. DNA损伤中最致命的一种形式是DNA双链断裂（DSBs），这可以在DNA复制过程中或暴露于能形成DNA链间交联的DNA损伤剂、放射性治疗相关的氧化应激以及慢性炎症时产生。
2. 同源重组（HR）通过使用姐妹染色单体作为修复模板高效地修复DSBs，其中BRCA1和BRCA2分别在DNA损伤反应（DDR）和同源定向的DSB修复中发挥关键作用。
3. 尽管BRCA1和BRCA2在遗传性乳腺癌和卵巢癌中频繁突变，导致HR缺陷、复制叉停滞时的错误倾向性DNA修复增加以及基因组不稳定性。
4. 值得注意的是，通过启动子高甲基化导致的BRCA1表观遗传失活在这些散发性癌症的肿瘤发生中起着重要作用。
5. 重要的是，DNA损伤本身在招募包括DNMTs在内的抑制性染色质蛋白复合物中起着重要作用，导致在这些DNA损伤位点的新发DNA甲基化，特别是在肿瘤抑制基因上。
6. 在这些动态变化中的一个关键蛋白，NURD抑制复合物成员CHD4，在招募涉及的染色质抑制复合物中起着核心作用。
7. 在招募CHD4到基因启动子CpG岛的最上游事件是切除修复蛋白OGG1与其修复的氧化损伤诱导的碱基8-羟基脱氧鸟苷（8-OHdG）的相互作用。
8. 此外，锌指蛋白ZMYND8将CHD4招募到上述CpG岛中的DSBs。
9. 因此，所有上述蛋白在生成异常DNA甲基化和沉默TSGs中的启动子CpG岛中起着关键作用，有助于介导结直肠癌、细胞增殖增加、侵袭和转移。
10. 最近的一项研究还表明，由组织损伤和胰腺上皮中KRAS突变诱导的特征性染色质景观，与正常再生中观察到的情况不同，被选择用于进一步的恶性演变。
11. 这种与肿瘤相关的表观遗传特征在胰腺损伤早期就开始出现，其特征是由于"腺泡到肿瘤"染色质转换导致的关键胰腺癌基因失衡。
12. 可能有几种因素与表观遗传转换的出现相关，但一个可能的候选因素是警报素细胞因子白细胞介素33，它与突变型KRAS结合，诱导胰腺损伤。

para

1. 其他表观遗传调节因子也可以直接控制DNA修复蛋白的表达水平和活性，以及染色质对招募的DDR复合物的可及性，而这些蛋白在癌细胞中经常发生改变。
2. 虽然几种ATP依赖的染色质重塑复合物如SWI/SNF和NURD被招募到DSB以促进DNA修复，但这些复合物的突变改变可以驱动基因组不稳定性。
3. 近期研究表明，植物同源结构域手指蛋白6（PHF6），在T细胞急性淋巴细胞性白血病（T-ALL）中失活，是DNA修复的主要表观遗传调节因子，不仅与与浓缩染色质相关联的NuRD复合物的组分相互作用，还与结合开放染色质的SWI/SNF染色质重塑因子相互作用，这表明PHF6在染色质重塑中具有广泛作用。
4. PHF6还与受损DNA位点的HR修复因子相互作用。
5. 这些动态过程涉及促进HR蛋白BRCA1的核保留。
6. PHF6能够定位到与异染色质相关的常见脆性位点（CFS），这些位点是染色体断裂和重排的热点。
7. 因此，PHF6与CFSs的共定位强调了其在预防基因组不稳定性中的基本作用，其中它同步复制动态与DNA修复。
8. 因此，PHF6的缺失导致T-ALL中基因组不稳定性，并可能影响其他血液恶性肿瘤。

para

1. 组蛋白自身也在DDR中发挥作用。
2. 变异组蛋白H2AX的磷酸化是DNA修复蛋白在含有受损染色质的位点组装所必需的。
3. 研究表明，一种组蛋白剪接变异体，macroH2A1.2，促进了HR修复，形成了跨越X染色体脆弱位点的保护性染色质域。
4. 在小鼠中删除macroH2A1.2会导致X染色体不稳定性，这种不稳定性是由另一种剪接变异体macroH2A1.1介导的。
5. 比较蛋白质组学确定macroH2A1.1在一种高度易错形式的NHEJ，即替代NHEJ（alt-NHEJ）中发挥作用。
6. 通过同时耗尽macroH2A1.1或alt-NHEJ因子，可以挽救基因组不稳定性。
7. 值得注意的是，macroH2A1剪接变异体失衡也会影响肿瘤细胞中的alt-NHEJ能力。
8. 综上所述，这些发现都表明DNA损伤在招募抑制性染色质到TSG、染色质重塑调节的改变以及易错修复的增加，预示着基因组不稳定性和癌症。

Genetic Defects in the DNA Methylation Machinery

DNA甲基化机制中的遗传缺陷

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1. 所有癌症中DNA甲基化重编程的关键酶是上述描述的DNMTs。
2. 总体而言，DNMTs被认为在人类肿瘤中过度表达，这一观察结果与局部CpG岛高甲基化事件相符，但与整体报道的DNA低甲基化事件不符。
3. 因此，DNMTs错误地靶向不适当的基因组位点（由多种因素介导）似乎是肿瘤DNA甲基组表型的更合理事件。
4. 然而，DNMTs也是恶性细胞转化中遗传缺陷的靶点。
5. 这主要是针对新DNA甲基转移酶DNMT3A的情况。
6. DNMT3A的体细胞突变最初在急性髓系白血病（AML）中报道，现在也在其他血液恶性肿瘤中发现，如骨髓增生异常综合征（MDS）、骨髓增殖性肿瘤（MPN）、T细胞急性淋巴细胞白血病（T-ALL）和血管免疫母细胞性T细胞淋巴瘤。
7. 大多数DNMT3A突变是错义突变，许多影响特定氨基酸（R822）并保留一个野生型等位基因。
8. 这一发现提示了单倍体不足的角色和/或突变的显性负效应，这仍在研究中。
9. 值得注意的是，DNMT3A突变后的下游低甲基化事件涉及MEIS1的再激活，MEIS1是一个在造血细胞命运中经历表观遗传调控的关键基因。
10. 有趣的是，直到最近意义尚不明确的DNMT3A变异也可能导致酶蛋白的不稳定性，从而对DNA甲基化景观产生额外变化。

para

1. DNA甲基化硬币的对立功能由上述的TET家族酶建立。
2. TET1、TET2和TET3是依赖于Fe(II)和α-酮戊二酸的酶蛋白，它们催化从经典甲基化标记5mC形成5hmC，从而参与异常甲基化事件和这种表观遗传标记的可逆性。
3. 关于TET3在肿瘤发生中的作用知之甚少；而TET1是组蛋白甲基转移酶MLL（另一种表观遗传扭曲）的融合伴侣，在急性髓系白血病（AML）中具有推测的肿瘤抑制因子作用。
4. 然而，TET家族在转化细胞中最常见的遗传改变是TET2的突变，这也被提议在正常情况下具有肿瘤抑制因子作用。
5. 类似于DNMT3A的体细胞突变和缺失，TET2的突变和缺失发生在不同类型的血液恶性肿瘤中，如AML、MDS或MPN。
6. 甚至有提议其在B细胞淋巴瘤发生中也发挥作用。
7. 与DNMT3A相似，大多数TET2突变是杂合的，因此可以引发单倍体不足或显性等位基因事件。

para

1. 存在间接的突变途径可以改变DNA甲基化模式，而这些途径不需要DNMT或TET酶的遗传异常，例如代谢酶的突变会产生致癌代谢物，这些代谢物会毒害调节DNA去甲基化的铁依赖性双加氧酶。
2. 在这方面，最典型的致癌代谢物是D-2-羟基戊二酸（D2HG），这是一种抑制TET蛋白家族催化活性的致癌代谢物，而这些蛋白是铁依赖性双加氧酶（233-235）。
3. 在这方面，编码异柠檬酸脱氢酶1（IDH1）和IDH2的基因突变会阻断异柠檬酸转化为

para

1. α-α-酮戊二酸及其还原为D2HG的刺激作用在多种恶性肿瘤中有所描述，包括白血病、胶质瘤和胆管癌。
2. IDH1/IDH2突变介导的TET活性丧失与异常的DNA胞嘧啶甲基化（包括5mC和5hmC）和CpG高甲基化谱相关。
3. 有趣的是，支持它们在致癌过程中相似作用的证据是，IDH1/IDH2和TET突变在癌症中通常是互斥的。
4. 这一点得到了TET2突变型AML与IDH1突变型和IDH2突变型癌症的DNA甲基化谱重叠的支持。
5. IDH突变不仅影响DNA甲基化，还影响组蛋白甲基化，因为D2HG也抑制组蛋白去甲基化酶的JmjC结构域家族。
6. 在这方面，胶质瘤中的IDH1突变与下游组蛋白甲基化变化相关。

para

1. 在已知的恶性肿瘤之外，DNA（及组蛋白）机制的酶突变发生在一种与高龄相关的疾病中，这种疾病称为克隆性造血不确定潜能（CHIP），也称为年龄相关克隆性造血（ARCH）。
2. CHIP可能是骨髓增生异常综合征（MDS）和急性髓系白血病（AML）等血液系统恶性肿瘤的前驱状态，此外还会增加心血管死亡的风险。
3. 重要的是，TET2和DNMT3A，以及多梳家族成员ASXL1，是CHIP中最常发生突变的基因。
4. 这些观察结果与小鼠数据一致，在小鼠中，这些基因在造血组织中的条件性缺失会导致自我更新能力的增加和克隆扩张。
5. 最终结果可以通过暴露组的许多因素和衰老本身来介导，其中TNFα信号通路的诱导可以调节DNMT3A相关CHIP中的干细胞适应性和谱系。

para

1. 对所有涉及建立或维持DNA甲基化修饰的基因（DNMTs、TETs和IDHs）中的所有遗传事件的一个基本观点是，这些基因的活动网络并不是孤立的。它们以综合的方式发挥作用，以实现健康细胞中DNA甲基化的稳态谱，而在癌细胞中的功能失调也是协同进行的。
2. 在这方面，它们的体细胞突变共同导致癌症DNA甲基组的失衡，但具有可塑性和异质性的状态。
3. 例如，DNMTs和TETs的同时破坏会促进基因组的不稳定性。
4. 这对于成功的表观遗传或非表观遗传疗法可能非常重要，因为以协同方式靶向这些功能失调的多种酶可能会提供最大的治疗效果。

Genetic Defects in Writers, Readers, and Erasers of Histone Modifications

组蛋白修饰的编写者、阅读者和擦除者中的遗传缺陷

para

1. 编码组蛋白修饰酶和阅读器的基因中的分子损伤在人类肿瘤中很常见，其中影响组蛋白乙酰化和甲基化的损伤研究最为深入。
2. 在各种组蛋白乙酰化调节因子中，致癌突变和易位已在广泛类型的癌症中被描述。
3. 其中最显著的是HATs CBP和EP300的突变，这些突变频繁发生，并显示出预后意义，特别是在急性淋巴细胞白血病（ALL）中，以及在高达40%的滤泡性淋巴瘤（FL）或弥漫性大B细胞淋巴瘤（DLBCL）患者中。
4. KAT6B组蛋白H3赖氨酸23乙酰转移酶也经常在小细胞肺癌（SCLC）中发生纯合性缺失。
5. 有趣的是，HDACs的遗传缺陷很少观察到，当这些缺陷发生时，例如在HDAC3依赖性淋巴瘤中，这些缺陷与HAT缺陷协同作用。
6. 同样，涉及乙酰赖氨酸阅读器的致癌易位，如BET溴结构域蛋白BRD4，是侵袭性且通常致命的NUT中线癌的病理特征。
7. 尽管HDACs抑制剂是获得FDA批准用于治疗T细胞淋巴瘤和骨髓瘤的最成熟的表观遗传疗法之一，但药物化学的最新进展已经看到了一系列选择性抑制剂，这些抑制剂抑制CBP/P300和MYST家族乙酰转移酶的催化活性。
8. 正在进行的一些针对这些新兴靶点的临床试验备受期待，以了解这些药物如何最好地融入临床实践。

para

1. 靶向癌症中的表观遗传阅读器的范式最初是通过开发BET溴结构域抑制剂而确立的。
2. 这些药物在临床前的潜力促使在多种恶性肿瘤中启动了一系列临床试验，但尽管这些药物被证明是安全且可耐受的，但作为单一药物，它们的临床活性非常有限。
3. 这些令人失望的结果为开发针对这些关键转录调节因子的替代方法提供了动力，包括能够导致BET蛋白快速降解的异双功能化合物和提供更选择性靶向这一家族的域选择性抑制剂。
4. 除了BET抑制剂外，针对CBP/P300溴结构域的小分子抑制剂在临床前和临床中显示出令人鼓舞的潜力，针对YEATS结构域的抑制剂也作为一种新的临床机会出现，用于靶向组蛋白乙酰化的阅读器。

para

1. 对于组蛋白甲基化，这种表观遗传标记的主要调节因子经常发生突变，并广泛参与多种癌症的致癌易位。
2. EZH2的过度激活，作为PRC2的催化亚单位，提供H3K27的三甲基化，似乎是许多类型癌症的共同特征，包括去势抵抗性前列腺癌和小细胞肺癌。
3. 这些突变通常与获得干细胞样转录程序相关。
4. 尽管EZH2的基因扩增并不常见，但该基因在两种最常见的淋巴瘤类型，滤泡性淋巴瘤和生发中心弥漫性大B细胞淋巴瘤中的突变率为20%至30%。
5. 这些候选驱动致癌突变产生了增强水平的H3K27me3。
6. 重要的是，EZH2的失活突变也在其他恶性肿瘤中被报道，如骨髓增生异常综合征、慢性髓系增殖性肿瘤、T细胞急性淋巴细胞白血病和恶性周围神经鞘瘤。
7. 因此，这些功能丧失事件表明EZH2在这些细胞环境中的肿瘤抑制角色，并强调了在评估EZH2作用时考虑肿瘤类型的必要性。
8. 与EZH2类似，其他组蛋白赖氨酸甲基转移酶在癌症中也报道了遗传缺陷。
9. 例如，结直肠癌、子宫内膜癌和肺癌呈现KMT2A（MLL1）、KMT2D（MLL2）、KMT2C（MLL3）、KMT2B（也称为MLL4）和KMT2G（SETD1B）的突变，而SETD2缺陷增强了B细胞淋巴瘤的发生。
10. 与基因扩增相关的SETDB1过表达也在肺癌中被观察到。
11. 这些标记的擦除器在人类肿瘤中也经常发生突变，例如组蛋白H3K27去甲基化酶KDM6A（UTX）的突变。

para

1. 除了体细胞突变之外，现在越来越多地认识到致癌过程可以招募组蛋白甲基化的调节因子，以增强维持恶性状态的基因表达，正如MLL融合致癌蛋白招募DOT1L的情况那样。
2. 相反，在其他癌症中，抑制性染色质复合物如PRC2和CtBP可以被利用来通过增加MHC-I启动子上的H3K27me3水平和MHC-II上的H3K9me2水平来沉默抗原呈递。
3. 除了在催化或去除组蛋白甲基化的蛋白质中的致癌突变外，这些染色质甲基化的全局变化也由上述代谢酶如IDH1和IDH2的突变产生。

para

1. 关于上述组蛋白编写者、擦除者和阅读者的突变，靶向组蛋白甲基化调节剂一直是表观遗传疗法的主要焦点，其中几种EZH2、DOT1L、PRMT1、PRMT5和LSD1的抑制剂已经进入临床试验。
2. 值得注意的是，EZH2抑制剂tazemetostat已被FDA批准用于治疗滤泡性淋巴瘤和上皮样肉瘤。
3. 此外，正在进行的临床试验旨在探索联合疗法策略，以扩大这些药物以及处于早期开发阶段的药物的适用范围。

Genetic Defects in Histones

组蛋白中的遗传缺陷

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1. 组蛋白甲基化在癌症中的核心作用进一步体现在核心组蛋白基因的体细胞突变导致组蛋白修饰的全面丧失。
2. 除了上述针对H3K27me3水平的EZH2突变外，这种特定的赖氨酸在癌症中也可能因突变的存在而受影响，这些突变被称为致癌组蛋白（oncohistones），也可能在其他位点发生遗传变化。
3. 接近30%的儿童胶质母细胞瘤含有组蛋白的致癌突变，包括H3K27M、H3K27I、H3G34V和H3G34R。
4. 最常发生突变的肿瘤类型是弥漫性内生性脑桥胶质瘤（DIPG），其中90%的病例在经典组蛋白H3.1（HIST1H3B）或变异组蛋白H3.3（H3F3A）中携带K27M突变。
5. 肿瘤在大脑中的位置也与突变类型相关。例如，H3.3G34突变见于大脑半球，H3.1K27突变见于脑干桥区，H3.3K27M突变见于中线。
6. 总体而言，H3K27位点的致癌突变导致H3K27me3的丧失，H3K27乙酰化的增加，驱动基因重新激活和延伸标记H3K36me3的重塑。
7. H3-K27M胶质瘤还经历了除组蛋白H3外的其他组蛋白修饰的 shift，如H4K16ac的显著增加。
8. 有趣的是，致癌组蛋白还促进了这些肿瘤中的全局DNA低甲基化事件，显示了不同表观遗传改变之间的另一层共性。
9. 重要的是，尽管上述突变显然导致了H3K27甲基化水平的广泛丧失，但组蛋白甲基化丧失在介导转化中的确切作用仍是一个研究热点。
10. 总体而言，所有这些观察结果都支持了针对这些突变病例中不平衡组蛋白标记的疗法研究，以期为预后极差的肿瘤（如DIPG）提供临床益处。
11. 最后，值得一提的是，组蛋白H3并非孤立案例，连接组蛋白H1在淋巴瘤中也发生突变，影响3D染色质结构。

Genetic Defects in the Chromatin Remodeling Machinery

染色质重塑机制中的遗传缺陷

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1. 编码mSWI/SNF染色质重塑复合物成员的基因在超过20%的人类恶性肿瘤中发生突变，使其成为仅次于TP53的最常被破坏的细胞实体。
2. 在常见肿瘤中最常突变的mSWI/SNF基因中，我们可以特别提到肺癌中的BRG1（SMARCA4）和卵巢透明细胞及子宫内膜样肿瘤中的ARID1A（在约8%的所有人类癌症中发生突变）。
3. 其他基因则以更特定于癌症类型的方式发生遗传破坏，例如SMARCB1，在约100%的恶性横纹肌样肿瘤（MRT）和异位性/RTs（AT/RT）以及约90%的上皮样肉瘤中双等位基因缺失；PBRM1几乎仅在透明细胞肾细胞癌中发生突变；SS18基因与SSX基因发生易位，产生SS18-SSX融合致癌蛋白，见于滑膜肉瘤。
4. SMARCA4/SMARCA2 ATP酶是结构和功能上最被充分表征的mSWI/SNF组分，其结构域结构已通过早期的晶体学研究和最近通过冷冻电镜在单独状态及与其核小体底物结合状态下成功确定。
5. 除了在非小细胞肺癌（NSCLC）中高发，影响约11%的病例外，SMARCA4也在卵巢小细胞癌、高钙血症型（SCCOHT）中发生突变，并伴有SMARCA2的共沉默，定义了一组现在被称为SMARCA4缺陷性胸壁肉瘤的胸部癌症。
6. 其他重塑因子，如BAP1，也通过进一步改变关键癌症基因的表观遗传状态，促进细胞转化。
7. 重要的是，在mSWI/SNF复合物内，两个最常突变的旁系同源亚基，SMARCA4和ARID1A，与其旁系同源基因SMARCA2（BRM）和ARID1B表现出合成致死关系，使这些成为顶级肿瘤药物靶点。
8. 有趣的是，SMARCA4缺陷型肿瘤对组蛋白去甲基化酶抑制剂也可能更为敏感。

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1. 迄今为止，mSWI/SNF基因的遗传中断表明存在功能丧失的影响，并且这些蛋白质的肿瘤抑制角色性质通常由动物模型中的遗传耗竭结果所支持。
2. 例如，携带肺中Smarca4失活突变的小鼠在接触致癌物后也会发展出肿瘤，而BRG1的缺失导致MYC/MAX网络失衡，这对肺癌的发展至关重要。
3. 在SMARCB1和SMARCA4与核小体（酸性斑片区）接口区域的癌症和神经发育障碍相关突变，会诱导染色质可及性的全局减少以及跨细胞类型的细胞功能缺陷。
4. 通过CDK9抑制对SMARCA4的去磷酸化，特别会导致表观遗传沉默基因的重新激活。

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1. 最终，最近的研究结果开始揭示这样一个事实：通过突变导致的SWI/SNF失调，以及最近通过临床级小分子抑制剂对mSWI/SNF ATPase组分的抑制，可以逆转或减轻EGFR突变型肺癌对酪氨酸激酶抑制剂的耐药性，但在套细胞淋巴瘤中，则可能导致对venetoclax的耐药性。
2. 这些研究，再加上最近启动的针对mSWI/SNF ATPase抑制剂和亚基降解剂的I期临床试验，表明了在人类癌症类型中潜在的联合治疗方案。

Final Thoughts

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1. 将肿瘤的生物特征细分为"标志"组，简化了人类恶性肿瘤特征的一系列非常复杂的事件和通路。
2. 这不仅适用于整体的癌症标志，也适用于那些与衰老和其他人类病理学重叠的部分，以及显然适用于表观遗传学。
3. 例如，一个DNA高甲基化事件沉默了组蛋白甲基转移酶，可能导致全局DNA低甲基化事件和3D染色质结构的全局变化。
4. 值得注意的是，对于所有上述"肿瘤内在"效应，与"肿瘤外在"的TME（肿瘤微环境）的相互作用，无论是免疫响应还是逃逸，都可能对整体的表观遗传肿瘤表型有所贡献。
5. 同样，暴露于致癌物或癌症治疗的影响也可能影响不同的表观遗传标志。
6. 然而，为了理解这种疾病，基于生物标志物设计更好的诊断方法，以及以更合理、基于证据的方式治疗人类肿瘤，理解关键的通路和靶点是必要的。
7. 本综述所描述的整体情景肯定会随着时间的推移而演变。
8. 一些新的方向将与生物学相关，而另一些则与科技相关。
9. 对于前者，更全面地理解我们物种的整个暴露组，包括微生物组（在致癌病毒中已描述了DNA甲基化变化）和生物力学微环境，在日益表观遗传老化的种群背景下，将提供更完整的癌症表观遗传标志图景。
10. 与方法学方法相关，未来广泛使用单细胞实验工具，不仅同时确定许多化学标记，而且在空间和最终在体内的时间背景下，借助人工智能的帮助，将彻底改变这一领域。
11. 与此同时，本文提出的癌症表观遗传标志可能构成不同肿瘤生物学领域的共同基础，以促进该领域的研究，改善诊断和治疗，最终目标是延长生存期和实现根治。