脑胶质瘤分子诊断系列（二）：MGMT甲基化

很多恶性脑胶质瘤患者对烷基化化疗药物没有治疗效果。在脑胶质瘤中肿瘤细胞抵抗烷基化药物的主要机理是由O6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶（MGMT）所介导的DNA修复过程。MGMT是定位在10q26染色体，其启动子包括富含97个CG二核酸（CpG位点）的CpG岛。在正常组织中，CpG位点一般都处在非甲基化状态。CpG位点甲基化会导致染色体结构改变，从而抑制启动子与转录因子的结合、导致基因沉默。

MGMT在细胞的DNA错配修复过程中起着重要的作用，MGMT主要分布于细胞质中,当DNA损伤后其会转移到细胞核中介导DNA的错配修复过程。在细胞核中MGMT可以使烷化剂作用下形成的O6-位甲基化鸟嘌呤去甲基化，有效地修复DNA损伤。有趣的是当MGMT修复完DNA中的烷基加合物后，MGMT自身也不可逆的同烷基加合物被泛素化途径被降解。因此MGMT也被称为“自杀”蛋白。

图1为MGMT介导的DNA修复过程。烷基化药物替莫唑胺（TMZ）能使DNA中的鸟嘌呤形成O6-位甲基化鸟嘌呤，而MGMT通过共价转移从O6-meG中螯合出甲基，从而将鸟嘌呤恢复到正常状态。错配的O6-meG-胸腺嘧啶碱基对被错配修复途径（其包括MLH1，MSH2，MSH6和PMS2蛋白）识别，同时进入无效的修复循环并导致细胞死亡。

由于MGMT在TMZ引起的DNA中错配修复过程中起着重要的作用，检测MGMT的表达情况能能够很好的预测肿瘤患者是否对烷基化疗药物TMZ具有耐药性。因此研究MGMT的基因表达机理能为肿瘤的临床化疗提供基本的理论依据。目前研究得比较透彻的MGMT表达机理主要有以下几种：第一种调控方式是MGMT启动子CpG岛区的甲基化修饰调控；MGMT启动子区具有98个CpG岛区，研究标明在很多原发性的肿瘤细胞中，MGMT启动子的CpG岛区被甲基化而引起MGMT基因沉默。MGMT蛋白的表达也可以通过组蛋白修饰和转录激活因子或抑制因子的异常表达或功能障碍来调节；研究表明组蛋白H3K9的甲基化增加和MeCP2与MGMT启动子区域的结合均显示与启动子甲基化和转录下调相关。第三种调控方式是通过各种转录因子增强MGMT启动子的活性；包括Sp1,NF-κB，CBP-p300转录共激活因子复合物和AP-1,而细胞肿瘤抗原p53则被认为是MGMT转录的阻遏物。最后一种调控机制是通过小RNA介导的MGMT基因调控；特异性microRNA（miRNA）直接结合MGMT转录本的3'非翻译区，导致mRNA稳定性降低和/或蛋白质翻译减少。

      图2为MGMT基因表达调控方式。

MGMT启动子区域的甲基化调控在脑胶质瘤中发生概率很大，是脑胶质瘤分子检测标志物。MGMT启动子区域在各种脑胶质瘤亚型中的发生比率如下表所示：

MGMT启动子甲基化在脑胶质瘤中的临床意义有以下几点：

1.    MGMT启动子甲基化能预测胶质母细胞瘤对烷化剂化疗药的敏感性，而对于没有IDH突变的患者，MGMT甲基化情况并不能起到分子标志物的作用。

2.    老年胶质母细胞瘤患者的治疗决策应考虑MGMT启动子甲基化状态。

3.    对于MGMT启动子有甲基化的胶质母细胞瘤患者对替莫唑胺敏感，可进行TMZ的化疗。

4.    MGMT介导的对烷化化疗的耐药性不能通过改变药物的剂量来克服，需要换过化疗药物。

5.    MGMT的表观失活可能有助于在肿瘤发生和肿瘤进展过程中诱导TP53和其他癌基因的点突变。

小结

 检测 MGMT 基因启动子甲基化水平可以预测肿瘤对烷化剂是否耐药，对 MGMT 表达水平不同的患者应该采用个体化的治疗方案，以期获得最佳的化疗效果。因此，每个脑胶质瘤患者都应该检测MGMT基因甲基化水平，可以通过专门的分子诊断panel来实现。