Explorative analysis for DNA methylation in hepatocellular carcinoma

Abstract

Introduction: Hepatocellular carcinoma (HCC) is one of the most common cancers and epigenetics have been recognized to play a key role in its pathogenesis. This research aimed to evaluate the predictive value of DNA methylation profiles for late recurrence in HCC after resection.

Methods: A total of 184 patients who underwent curative resection at a single institute from 2011 to 2016 were prospectively enrolled. Illumina Infinium HumanMethylation EPIC 850K BeadChip (Illumina, CA, USA) arrays were used to examine DNA methylation profiles in HCC tumors and adjacent nontumorous liver tissues.

Results: Among the initial 184 patients, we excluded two, for whom tumor tissue was inadequate to perform tumor DNA extraction, in addition to 42 patients who presented with disease recurrence within 1 year after surgery. Of the remaining 140 patients, two tumor subgroups (methylation group 1 and 2) were identified based on methylation profiles using consensus clustering. Interestingly, methylation group 1 (N = 81, 57.8%) and 2 (N = 59, 42.2%) were different from each other, and the methylation profile of group 2 was most distinct from nontumorous liver tissues. In contrast, group 1 had similar methylation profiles to nontumorous liver tissues. At the time of analysis, 28 (23.5%) patients had experienced recurrence. In methylation group 1 and 2, this was observed in 12 (14.8%) and 16 (27.1%) patients, respectively. Moreover, the median relapse-free survival (RFS) of methylation group 1 was longer than that of methylation group 2 (not reached vs 1505 days, p = 0.036). Based on univariate analysis, patients with preoperative thrombocytopenia (platelet < 100 × 109/L) had worse RFS than patients without thrombocytopenia (921 days vs not reached, p = 0.045). However, by multivariate analysis, the methylation profile was the only significant predictor of late recurrence.

Conclusions: The major finding of the present study is that late recurrence in patients who received curative resection for HCC can be predicted based on DNA methylation. Methylation group 2 was found to be associated with poorer RFS. Our data could be used to provide more personalized therapy for patients at higher risk of late recurrence.

서론: 간세포암은 전세계적으로 가장 흔하게 발생하는 암종 중의 하나이며, 이러한 간세포암의 발병 기전에는 후성유전체의 변화가 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 간세포암 유전체 메틸화 변이가 수술 후 1년 이후에 일어나는 재발과의 관련성에 대해서 알아보고자 하며, 이러한 유전체 메틸화가 재발을 예측하는 인자로서 역할을 할 수 있는지 알아보고자 한다.

방법: 2011년부터 2016년까지 서울대학교병원에서 근치적 목적으로 수술을 시행받은 총 184명의 간세포암 환자를 전향적으로 등록하여 검체를 수집하였다. Illumina Infinium HumanMethylation EPIC 850K BeadChip (Illumina, CA, USA)으로 간암 조직과 인근 정상 간 조직에서 유전자 메틸화를 분석하였다.

결과: 총 184명의 환자 중에서, 조직에서 유전자 추출에 실패한 2명의 환자 및 수술 후 1년 이전에 재발한 42명의 환자는 분석에서 제외되었다. 나머지 140명의 환자에서 consensus clustering 기법을 이용하여 메틸화 변화를 바탕으로 크게 두 그룹으로 나누었다. 메틸테이션 그룹 1은 81명(57.8%), 그룹 2는 59명(42.2%)이었고, 두 그룹간 메틸화의 차이는 명백하였다. 그룹 1의 유전자 메틸화는 정상 간 조직과 유사한 경향을 보였으나, 그룹 2의 메틸화는 정상 간조직과 극명한 차이가 있었으며, 정상 간조직에 비교하여 메틸레이션이 감소된 경향을 보였다. 논문의 결과 분석 시점에서는 총 28명(23.5%)의 환자가 재발한 상태였다. 그룹 1에서는 12명(14.8%), 2에서는 16명(27.1%)이 재발을 경험하였다. 무병생존기간에 대한 분석에서는 그룹 1의 무병생존기간은 아직 중앙값에 도달하지 않았으며, 그룹 2의 무병생존기간 중앙값은 1505일로 보고되어 그룹 1이 통계적으로 유의하게 더 긴 무병생존기간을 보였다(유의확률 0.036). 그 외에, 수술 전 혈소판 감소(10만/L 미만)가 있는 환자들의 무병생존기간 중앙값이 921일로, 혈소판 감소가 없는 환자들에 비해서 짧았다(유의확률 0.045). 그러나, 무병생존기간에 대한 다변량 분석에서는 유전자 메틸화 차이만이 수술 1년 이후 재발을 예측하는 유의한 인자였다.

결론: 본 연구에서는 간세포암의 유전체 메틸화 변화가 수술 1년 이후의 재발과 관련성이 있음을 확인하였다. 메틸테이션 그룹 2는 그룹 1에 비교해서 짧은 무병생존기간은 보였다. 본 연구 결과를 바탕으로 1년 이후 재발위험이 높을 것으로 예상되는 환자들을 선정하여, 위험도에 따른 맞춤치료를 하는데 근거를 제시할 수 있을 것으로 기대된다.