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乳腺癌在我国呈逐年上升的趋势,化疗是治疗乳腺癌的主要手段之一,肿瘤耐药是导致化疗失败的主要原因。表观遗传学机制在肿瘤的药物反应中扮演重要角色,甲基化异常是最早发现的与肿瘤耐药相关的表观遗传标志。本实验室前期工作证明,在雌激素受体(ER)阳性的乳腺癌细胞中,化疗药物可通过促进全基因组甲基化,增强肿瘤细胞化疗耐药性。为了在众多DNA甲基化事件中探寻真正驱动乳腺癌耐药表型形成的DNA异常甲基化事件,我们建立了梯度耐药的ER阳性乳腺癌耐药株,分别为耐受90nm紫杉醇的中度耐药株和耐受150nm紫杉醇的高度耐药株。对其进行全基因组甲基化测序分析,筛选得到一组在中度和高度耐药株中稳定出现或逐步增强的基因启动子异常甲基化事件,发现59个基因的甲基化程度随着耐药性的升高而增加。鉴于DNA异常高甲基化通常通过沉默基因表达来影响细胞表型,我们对中、高度耐药细胞株及其对照细胞进行转录组测序,将基因转录水平变化与上述DNA甲基化分析数据进行综合比较分析,鉴定出一组耐药表型形成过程中启动子区甲基化程度持续升高、转录持续降低的基因:C8orf34,CNTNAP2,DOC2B,ELOVL4,PPP1R14C,RIMS2,SLC22A31,VANGL2;其中CNTNAP2,RIMS2,SLC22A31,VANGL2四个基因的甲基化程度和转录水平在中、高度耐药细胞株中呈递增性变化,提示发生在这些基因启动子的异常甲基化,可通过抑制基因表达驱动乳腺癌细胞耐药表型的形成。这个判断进一步在Kaplan-Meier生存分析中得到验证。Kaplan-Meier在线数据库分析显示,C8orf34,ELOVL4,PPP1R14C,RIMS2,SLC22A31和VANGL2 6个基因的表达水平与化疗后乳腺癌患者的预后呈正相关,表达水平低的患者无复发生存期和无远端转移生存期显著缩短。为进一步确认相关基因在促进肿瘤细胞耐药中的作用,我们选择了SLC22A31和VANGL2两个基因在细胞水平上加以验证。如预期的,在乳腺癌耐药细胞株中过表达SLC22A31或VANGL2,可显著降低细胞对化疗药物的抗性。在三阴性乳腺癌耐药株中过表达SLC22A31或VANGL2基因,也获得了类似的结果,提示ER阳性乳腺癌耐药和三阴性乳腺癌耐药形成过程中均涉及的DNA异常甲基化诱导的基因表达异常具有一定的共性。本研究以乳腺癌梯度耐药细胞株为模型,应用基因组甲基化测序、转录组测序和生物信息学分析,结合分子生物学实验和临床观察数据,鉴定出一组对乳腺癌耐药表型形成具有驱动效应的DNA甲基化事件和基因,不仅为认识和控制乳腺癌化疗耐药提供了新线索,同时也为更加客观地探讨DNA异常甲基化在肿瘤耐药形成过程中作用,减少伴随现象的干扰提供了新的思路和研究体系。