一直以来，恶性肿瘤严重威胁着全球人民的生命健康。我国是癌症大国，据国家癌症中心2022年全国癌症统计数据，我国恶性肿瘤发病人数为482万，因恶性肿瘤而死亡的人数为320万[1]。近年来，我国恶性肿瘤的发病人数和死亡人数逐年上升，给我国的医疗卫生体系带来了巨大的负担。另外，我国恶性肿瘤患者的生存率与发达国家存在较大的差距，而出现这种差距的主要原因是筛查率低、早期诊断率低和临床诊疗手段不规范。因此，十分有必要在我国推行无创、快速、经济的癌症筛查和诊断模式，提高居民的早筛早诊参与率，以降低恶性肿瘤的发病率和死亡率。
DNA甲基化是近年来新兴的一种癌症筛查和诊断方法，因其优异的诊断性能，在短短数年间，少数基于DNA甲基化的分子诊断试剂已被国家药品监督管理局批准应用于临床，如粪便DNA甲基化检测已被写入中国早期结直肠癌筛查流程专家共识意见[2]。那么为什么DNA甲基化检测可用于癌症的筛查和诊断呢？今天小艾会为大家解开谜底。
DNA的甲基化是最常见的一种表观遗传修饰方式，其在胚胎发育、基因表达和基因组的稳定性中发挥关键作用。如下图所示，DNA甲基化是指在甲基转移酶（DNMT）的作用下，从甲基供体S-腺苷甲硫氨酸上转移一个甲基基团到胞嘧啶的第5位碳原子上，从而生成5-甲基-胞嘧啶的过程。
图1. DNA甲基化的过程[3]
在哺乳动物中，DNA甲基化几乎只发生在CpG二核苷酸中，基因组中几乎70%-80%的CpG二核苷酸是甲基化的，其余未发生甲基化的CpG位点多出现在基因的启动子附近，形成密集的集群即CpG岛[4]。
1、DNA甲基化的改变通常发生在癌变的早期；
2、与正常的细胞相比，肿瘤细胞基因组DNA的整体甲基化水平降低，但是CpG岛的甲基化水平却显著增加。因此，肿瘤细胞基因组具有与正常细胞不同的DNA甲基化图谱（如图2所示）；
图2. 正常细胞和肿瘤细胞的表观遗传图谱[5]
3、相较于基因点突变和拷贝数变异，DNA甲基化在大量的基因组区域中具有较好的一致性，可以通过检测多个CpG二核苷酸位点来评估待测样本的甲基化水平；
4、DNA的甲基化模式可能是组织或者癌症类型特异性的，可用来揭示未知原发部位的肿瘤组织起源。
鉴于以上原因，通过检测肿瘤细胞DNA甲基化模式的改变可以从生物样本中对癌症进行筛查和诊断。
除了组织和细胞样本以外，体液样本中特异性甲基化标志物的分析可以实现癌症的无创诊断，成为恶性肿瘤诊断和监测的新方式。与传统的组织活检相比，液体活检技术是非侵入性的，可以减轻患者的痛苦，还可以提供肿瘤原发部位的分子全景图，避免了肿瘤内异质性和取样偏差对活检结果的干扰。肿瘤细胞通过凋亡、坏死或主动分泌释放到体液中的游离DNA（cell free DNA, cfDNA）携带了与肿瘤细胞基因组相同的甲基化图谱。与正常人相比，癌症患者体液中的循环核酸的浓度较高，另外，体液中细胞来源的DNA甲基化信息有助于确定肿瘤的原发部位，因而可以通过检测血液、尿液、唾液、脑脊液及粪便样本中游离DNA甲基化水平的改变来实现癌症的无创诊断，图3展示的为胰腺癌血液样本的液体活检策略。
图3. 胰腺癌的液体活检[6]
综上所述，基于体液样本的DNA甲基化检测为实现无创、便捷的癌症筛查和早期诊断提供了可能，具有很高的临床应用前景和价值。更重要的是，目前除结直肠癌、肺癌、乳腺癌和宫颈癌以外，其它多种癌症（如肝癌、食管癌、胃癌等）尚没有明确的筛查方式，而cfDNA的甲基化检测则极有可能填补这些空白，为癌症高危风险人群来带福音。
参考文献：
1.Cancer statistics in China and United States, 2022: profiles, trends, and determinants. Chinese Medical Journal 2022;135(5).
2.国家消化系统疾病临床医学研究中心（上海）等. 中国结直肠癌筛查流程专家共识意见（2019，上海）[J]. 中国医学杂志, 2019, 99(38):2961-2970.
3.DNA methylation and its basic function. Neuropsychopharmacology.2013;38(1):23-38.
4.Intragenic CpG Islands and Their Impact on Gene Regulation. Front Cell Dev Biol. 2022;10:832348.
5.Epigenetic Determinants of Cancer. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2016;8(9):a019505.
6.Liquid biopsies in pancreatic cancer. Expert Rev Anticancer Ther. 2019;19(10):869-878.