DNA甲基化（DNA methylation）是一种表观遗传学机制，通过DNA甲基转移酶在二核苷酸的胞嘧啶C-5位添加一个甲基基团，引起不同基因的转录激活或抑制，并调节各种细胞功能。DNA甲基化可以在不改变DNA序列的情况下，对个体的生长、发育、基因表达模式以及基因组的稳定性起到重要的调控作用，并且这种修饰在发育和细胞增殖的过程中是可以稳定传递的。
DNA甲基化和去甲基化动态过程
1925年DNA甲基化首次在细菌中被发现，随后在哺乳动物中发现了5mC的非随机分布，表明其可能具有生物学功能。在20世纪80年代早期，发现5′启动子区域内的DNA甲基化抑制了相关基因的转录。在整个20世纪90年代和21世纪，通过DNA甲基化的基因调控机制被阐明，其与组蛋白修饰的关系以及对3D基因组组织的影响被揭示。
基因组序列中大约70%的胞嘧啶-磷酸-鸟嘌呤(CpG)位点是甲基化的,其余未甲基化的CpG通常聚集出现,这部分长度至少为200个碱基且CG含量至少为50%的碱基序列被称为CpG岛。CpG岛的甲基化改变会影响DNA的三维结构,抑制DNA与转录因子的相互作用,从而沉默基因表达,抑制抑癌基因表达,进而促进肿瘤的发生发展。用通俗的话讲，DNA甲基化是生理活动一套精细的“控制开关系统”，可以把甲基化比作一个电灯开关，高甲基化关灯即关闭基因表达，低甲基化开灯，即启动或增加基因表达水平，但如果这个开关的方向弄错了，本来应该正常表达的基因发生高甲基化，或者本来不应该表达的基因发生了低甲基化，就会导致不正常的生理现象，甚至会导致癌症的发生。
癌症的发生是一个多因素、多步骤的复杂过程，其中DNA甲基化的异常扮演着关键角色。一方面，肿瘤抑制基因的启动子区域常常发生过度甲基化。这些本应发挥抑制肿瘤生长作用的基因，由于甲基化的“封锁”而无法正常表达，使得细胞失去了对增殖的有效控制。例如，p16基因在多种癌症中常因过度甲基化而失活，导致细胞周期调控失常，促进癌细胞的无限增殖。
另一方面，一些原癌基因可能出现低甲基化，使其过度表达，赋予癌细胞更强的生存和增殖能力。此外，全基因组的甲基化水平也可能发生整体降低，导致基因组的稳定性下降，增加基因突变和染色体异常的风险。
DNA甲基化作为癌症筛查标志物的优势1.早期诊断的潜力
癌症的早期发现是提高治愈率和生存率的关键。DNA甲基化的改变往往发生在癌症发生的早期阶段，甚至先于细胞形态和组织结构的变化。这意味着通过检测特定基因的甲基化状态，我们有可能在癌症还处于萌芽状态时就捕捉到其蛛丝马迹，为早期干预和治疗赢得宝贵的时间。
2.高特异性和敏感性
与传统的肿瘤标志物如蛋白质标志物相比，DNA甲基化标志物具有更高的特异性和敏感性。这是因为DNA甲基化的改变是直接发生在基因层面，与癌症的发生机制更为紧密相关。而且，单一基因的甲基化变化可能不明显，但多个相关基因的甲基化组合模式能够提供更准确的诊断信息，大大降低了误诊和漏诊的概率。
3.多癌种通用性
一些DNA甲基化标志物在多种不同类型的癌症中表现出相似的异常模式，这为开发通用的癌症筛查方法提供了可能。例如，某些与细胞周期调控、DNA修复等关键通路相关的基因甲基化改变，在肺癌、胃癌、结肠癌等多种常见癌症中都有出现。通过检测这些通用的甲基化标志物，有望实现一次检测对多种癌症的初步筛查。DNA甲基化具有组织的特异性，这是异常甲基化基因检测能助力肿瘤诊断的基础，也是精准诊断的需要。通过特定癌种开发的cfDNA/ctDNA的异常甲基化检测有望在肿瘤的精准诊断和个体化治疗中发挥越来越重要的作用。
4.非侵入性检测的可行性
传统的癌症诊断方法如组织活检往往具有侵入性，给患者带来痛苦和风险。而DNA甲基化可以在血液、尿液、唾液等体液中检测到，这些非侵入性的样本获取方式不仅方便快捷，而且更容易被患者接受，有利于大规模的筛查应用。
目前主流检测技术随着技术的进步，多种检测DNA甲基化的方法应运而生，为癌症筛查提供了有力的工具。
1.亚硫酸氢盐测序法
这是目前检测DNA甲基化的金标准方法。亚硫酸氢盐能够将未甲基化的胞嘧啶转化为尿嘧啶，而甲基化的胞嘧啶则保持不变。通过对处理后的DNA进行测序，可以准确地确定每个CpG位点的甲基化状态。然而，这种方法操作复杂、成本较高，限制了其在大规模筛查中的应用。
2.甲基化特异性PCR（MSP）
MSP是一种基于PCR的快速检测方法，也是目前临床临床最常用的DNA甲基化检测技术。根据亚硫酸氢盐处理后的DNA序列设计针对甲基化和非甲基化状态的特异性引物，通过PCR扩增来判断基因的甲基化情况。MSP具有操作简便、灵敏度高的优点，但只能定性检测，无法提供甲基化水平的定量信息。
3.焦磷酸测序
焦磷酸测序结合了亚硫酸氢盐处理和实时定量检测的优势，能够对特定区域的DNA甲基化水平进行定量分析。虽然仪器设备相对昂贵，但在需要精确测量甲基化程度的研究和临床应用中具有重要价值。
4.甲基化芯片技术
如甲基化DNA免疫共沉淀芯片（MeDIP-chip）和甲基化CpG岛扩增芯片（MCA），可以同时检测大量基因的甲基化状态，实现高通量筛选。然而，芯片技术的分辨率相对较低，对于单个CpG位点的检测精度有限。
5．核酸质谱
基于基质辅助激光解吸电离飞行时间（MALDI⁃TOF）技术，可同时检测数个至数十个DNA甲基化标志物，可实现中通量级别的稳定检测，可以获得最大500 bp范围之内全部连续的CpG位点的甲基化定量水平。然而，样本的质量和纯度会显著影响检测结果的准确性，仪器昂贵，操作技术要求高。
6.液体活检中的DNA甲基化检测
液体活检是近年来兴起的非侵入性检测技术，通过检测血液中的循环肿瘤DNA（ctDNA）的甲基化状态来反映肿瘤的存在和特征。这种方法能够实时监测肿瘤的动态变化，对于癌症的早期筛查、治疗监测和复发预测具有重要意义。
总结DNA甲基化检测具有出色的特异性和敏感性。相比于传统的筛查方法，它能更准确地识别癌症的存在，减少误判的可能性。
不仅如此，这种检测方式还具有广泛的适用性。无论是肺癌、胃癌、乳腺癌还是其他常见癌症，都可能存在与之相关的独特DNA甲基化特征。这意味着我们有望通过一次检测，对多种癌症进行筛查，为患者提供更全面的保护。
但是，我们不可否认，DNA甲基化检测在癌症筛查中的应用仍处于不断发展和完善的阶段。但毫无疑问，它为我们带来了新的希望和机遇。相信在不久的将来，随着技术的进步和研究的深入，DNA甲基化将成为癌症筛查的常规手段，帮助更多的人远离癌症的威胁。
参考文献
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