「熟悉的陌生人」？
化疗药物中地西他滨是个非常特殊的存在，这个药物会让大多数肿瘤医师感到既熟悉又陌生。
为什么这么说呢？
因为还有一个和地西他滨名字很像的吉西他滨，很多肿瘤内科医师会把地西他滨错认为吉西他滨，当然还有相当一部分的肿瘤科医师将地西他滨和吉西他滨混为同一类药物。
地西他滨是骨髓增生异常综合征等血液疾病中的常用的药物，血液科医师对此很熟悉。地西他滨是在 2006 年上市的，笔者查阅最新版的药理学发现，地西他滨仍未被我们的最新药理学教科书所收录。
地西他滨的作用机制是相当的独特的，虽然名义上是化疗药物，但实际上其作用机制与化疗药物的作用机制并不相同，地西他滨的作用机制涉及到更多的是分子生物学知识。
笔者发现绝大多数的肿瘤和血液科医务人员实际上对地西他滨作用机制一知半解。而笔者查阅资料后也没有发现对地西他滨的机制全面介绍的文献报道。
那么本期，笔者尝试通过分子生物学知识，介绍一下地西他滨到底是怎么抗肿瘤的！
表观遗传学与 DNA 甲基化
图：地西他滨药品说明书中的药理作用
（图源：用药助手-注射用地西他滨）
我们看上图的地西他滨的药理作用，地西他滨药理作用中共 9 次提到 DNA 甲基化的问题，所以要弄清地西他滨的药理作用首先要弄清楚这个 DNA 甲基化是干什么的。而 DNA 甲基化是与表观遗传学有关，因此在这里先介绍一下：什么是表观遗传学与 DNA 甲基化。
大家是否有过这样的疑问：人体内的所有细胞都有完整一套的 DNA，但大家的表现却各不相同？在心肌中的细胞分化成心肌细胞，在骨骼肌中的细胞分化成骨骼肌细胞，在血液中的细胞分化成血细胞。为什么遗传物质完全一样的细胞最后的呈现形态和功能差异如此之大？这里面的原因有很多，其中一个就是表观遗传学调控。
小知识卡片
表观遗传学定义：表观遗传学是研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下，基因表达的可遗传的变化的一门遗传学分支学科。
表观遗传学是与遗传学相对应的概念。
遗传学是指基于基因序列改变所致基因表达水平变化，如基因突变、基因杂合丢失和微卫星不稳定等；而表观遗传学则是指基于非基因序列改变所致基因表达水平变化，表观遗传学主要从以下 4 个层面调控基因表达，其中现在研究最深入是 DNA 修饰，而 DNA 甲基化是 DNA 修饰的最为主要的手段：
DNA 甲基化：DNA 共价结合甲基基团，使相同序列等位基因处于不同修饰状态；
组蛋白修饰：通过对组蛋白修饰实现对基因表达的调控；
染色质重塑：通过改变染色质的构象实现对基因表达的调控；
非编码 RNA 的调控：RNA 可通过某些机制实现对基因转录和转录后的调控。
DNA 甲基化与 CpG 岛
DNA 甲基化（DNA methylation）为 DNA 化学修饰的一种形式，能够在不改变 DNA 序列的前提下，改变遗传表现。所谓 DNA 甲基化是指在 DNA 甲基化转移酶（DNMTs）的作用下，以 S-腺苷甲硫氨酸（SAM）作为甲基供体，大多数情况下是在胞嘧啶 5 号碳位共价键结合一个甲基基团。
图：胞嘧啶在 DNA 甲基化转移酶（DNMTs）作用下→5-甲基胞嘧啶
DNA 甲基化修饰反应通常发生在 CpG 二核苷酸的 C 位点上，这里面的 C 代表胞嘧啶，G 代表鸟嘌呤，P 代表磷酸，CpG 意思为 DNA 单链序列中 C（胞嘧啶）和 G（鸟嘌呤）相邻的现象。注意这里指的是 DNA 单链中 C（胞嘧啶）和 G（鸟嘌呤），DNA 双链的碱基配对原则中 C 是要和 G 配对的，DNA 双链中的 C 与 G 配对不是 CpG。
图：CpG 二核苷酸与 CG 碱基配对区别，图源：作者
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为什么 CpG 二核苷酸有个 P（磷酸）：
DNA 基本结构为脱氧核苷酸，其结构分为三部分：磷酸、脱氧核酸、碱基，DNA 单链两个相邻的脱氧核苷酸通过 5' 磷酸和 3' 碱基反应形成 3',5' 磷酸二酯键连接在一起，因此磷酸是维持 DNA 单链结构骨架。当我们描述 DNA 单链的结构时，一般会在碱基间加入一个 P 以表示两个碱基是相邻位置。
图：脱氧核苷酸示意图
图：DNA 结构示意图
在哺乳动物中 CpG 以两种形式存在：
CpG 零散的分布于 DNA 序列。在基因启动子以外区域往往呈现 CpG 零散分布，零散分布 CpG 的 C 位点 70%～90% 是甲基化的。
呈现高度聚集呈现，以 CpG 岛形式存在。当基因长度超过 200 个碱基对，其中 GC 含量超过 50%，这段 CpG 高度聚集基因序列称为 CpG 岛。绝大部分的 CpG 岛存在于基因启动子区域，正常情况下这些在基因启动子转录调控区域 CpG 岛中的 C 位点往往是非甲基化的。
CpG 岛如何调控基因表达的?
图：DNA 甲基化调节基因表达，图源：中国大学 MOOC
图片所示为基因启动子区域示意图，其中黄色点 CpG 岛的 C（胞嘧啶）位点。
上图的启动子区域的 CpG 岛的黄色的 C 位点处于非甲基化状态。此时，转录因子和辅助转录蛋白都可以顺利结合到转录的启动子区域，这样就可以顺利开启下游的基因转录表达。
下图的启动子区域的 CpG 岛的黄色的 C 位点被甲基化后，其空间结构发生了改变。此时，由于 C 位点甲基化产生的空间位阻导致转录因子和辅助转录蛋白不能结合到启动子的起始区域，导致基因转录受到抑制。
简单的来说，C 位点的甲基化就像是交通信号灯的红灯，启动子的 CpG 岛的 C 位点处于甲基化状态时，基因转录因子和蛋白就不能通过启动子，因此该基因段就不能表达；启动子的 CpG 岛的 C 位点为非甲基化状态时，这段基因转录就可以顺利通过启动子，开启基因转录。
CpG 与肿瘤的发生
我们人体内细胞 DNA 中既有原癌基因又有抑癌基因。正常的细胞往往表现为：原癌基因处于低表达或不表达状态，而抑癌基因处于正常表达状态；肿瘤细胞表现的相反：原癌基因处于表达状态，而抑癌基因处于低表达或不表达状态。抑癌基因的低表达或不表达与 CpG 甲基化密切相关。
图：正常细胞和癌细胞的抑癌基因甲基化分布区别，来源：参考文献 3
图上 Normal cell 下左侧为正常细胞的抑癌基因启动子 CpG 岛区域图，右侧为正常细胞 DNA 分散的 CpG 位点。
我们可以看出，在正常的细胞的抑癌基因 CpG 岛的 C 位点为非甲基化的，因此抑癌基因是可以正常表达的；而分散位点 CpG 的 C 位点往往处于高甲基化状态，这样可以保持 DNA 结构稳定。
图中 Cancer cell 下左侧为肿瘤细胞的抑癌基因启动子 CpG 岛区域图，右侧为肿瘤细胞 DNA 分散的 CpG 位点。肿瘤细胞的甲基化表现与正常细胞完全相反，肿瘤细胞的抑癌基因 CpG 岛的 C 位点为甲基化状态，这导致抑癌基因表达沉默；而分散位点 CpG 的 C 位点往往处于低甲基化状态，这导致基因组结构的不稳定。
DNA 甲基化与肿瘤发生的关系总结起来就是：DNA 中抑癌基因的启动子区子 CpG 岛区域的 C 位点高甲基化，导致抑癌基因的表达沉默。
地西他滨与 DNA 甲基化
从左到右依次是，胞嘧啶核苷、地西他滨、吉西他滨（图源：药品说明书）
上图为胞嘧啶、地西他滨、吉西他滨化学结构图。胞嘧啶与地西他滨结构非常相似，其实很难看出两者两者结构上的差别。地西他滨和阿糖胞苷/吉西他滨结构也很类似，三者本身都属于嘧啶类抗代谢药物。那地西他滨作为一个普通的化疗药物，为什么会最后演变成「高端的」分子治疗药物了呢？
在 1980 年对地西他滨的最早研究中，实际上也是将它作为一种传统的抗癌药物方向研发的。
在研发过程中发现，地西他滨使用临床最大耐受剂量与吉西他滨剂量类似，每疗程 1500-2500 mg/m2，这种剂量的地西他滨对治疗白血病有效，但其骨髓抑制非常严重，延长了造血恢复时间。
而随着对癌症表观遗传学的深入研究，地西他滨在去甲基化治疗中逐渐受到重视。我们在前面内容中已经介绍了，DNA 甲基化主要发生 CpG 的 C（胞嘧啶）位点，地西他滨结构与胞嘧啶结构非常相似，地西他滨经磷酸化后掺入DNA，然后与 DNA 甲基化转移酶（DNMTs，是 DNA 甲基化必需的酶）共价结合，并不可逆地抑制甲基化转移酶的活性，最终达到 DNA 去甲基化的目的。
DNA 低甲基化一方面会导致 DNA 结构不稳定，通过细胞毒性作用发挥抗肿瘤作用；另一方面，通过对抑癌基因 CpG 岛的去甲基化，可恢复沉默的抑癌基因的表达，进而发挥抗肿瘤作用。
地西他滨仅需细胞毒剂量的 1/20 就能有效达到低甲基化的效果，进一步的研究表明，地西他滨的最佳给药方法为低剂量、高强度、多疗程，能够达到最大限度的去甲基化，降低骨髓抑制的发生，地西他滨的去甲基化表观效应促进了肿瘤治疗的进展。
结语
地西他滨抗肿瘤作用局限性比较大，现仅在骨髓增生异常综合征（MDS）中应用的比较广泛。随着肿瘤的免疫治疗研究兴起大家发现，表观遗传药物有增敏 PD-1、克服 PD-1 耐药的作用，因而这几年去甲基化药物与免疫治疗联合研究比较火热，未来地西他滨发展潜力还是很大的。
最后笔者想问：上图地西他滨作用机制大家现在能看懂了吗？
✩ 本文仅供医疗卫生等专业人士参考
参考文献：
[1] 徐国茂.CpG 岛甲基化和人类肿瘤 [J]. 中国药业,2008,17(9):78-80
[2] 柯晴, 岑洪, 胡晓桦. 去甲基化药物地西他滨治疗血液系统恶性肿瘤的研究进展 [J]. 医学综述,2010,16(7):1068-1070
[3] Esteller M. Cancer epigenomics: DNA methylomes and histone-modification maps. Nat Rev Genet. 2007 Apr;8(4):286-98. doi: 10.1038/nrg2005. Epub 2007 Mar 6. PMID: 17339880.