周 萍,石毓君
(1.川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院病理科,川北醫(yī)學(xué)院病理教研室,四川南充 637000;2.四川大學(xué)華西醫(yī)院衛(wèi)生部移植工程與免疫實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610041)
在真核細(xì)胞中,核心組蛋白和DNA共同組成真核細(xì)胞染色質(zhì)的基本單位—核小體。核小體的中部由4種組蛋白(H2A、H2B、H3、H4)各兩個(gè)分子構(gòu)成八聚體,周?chē)@著兩圈長(zhǎng)約166 bp的DNA,由約10-80 bp的DNA連接,通過(guò)染色質(zhì)氨基(N)末端尾部單一的組蛋白H1壓縮成直徑為30 nm纖絲。組蛋白的結(jié)構(gòu)修飾是DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、修復(fù)過(guò)程中的關(guān)鍵步驟,現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)組蛋白的修飾主要有泛素化、磷酸化[1]、甲基化、乙?;?SUMO 化[2]等方式,其中乙?;c去乙酰化是組蛋白活性轉(zhuǎn)錄與抑制的標(biāo)志,二者在組蛋白乙酰化調(diào)節(jié)過(guò)程中的作用是相互拮抗的。組蛋白乙?;D(zhuǎn)移酶(histone acetyltransferase,HATs)使核小體組蛋白尾巴乙酰化,中和其周?chē)恼姾桑黾咏M蛋白的親水性,減弱組蛋白與DNA的相互作用,使染色質(zhì)處于相對(duì)松弛的狀態(tài),利于轉(zhuǎn)錄因子與DNA的結(jié)合,因此組蛋白的乙?;煽醋魇腔蜣D(zhuǎn)錄活化的標(biāo)志;反之,組蛋白去乙?;?histone deacetylase,HDACs)則去掉乙?;?,增加核小體周?chē)恼姾?,染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變得緊密而導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄沉默。眾所周知,包括組蛋白乙?;趦?nèi)的表觀遺傳學(xué)修飾在人類(lèi)腫瘤的發(fā)生過(guò)程中起著重要的作用[3]。核心組蛋白N末端尾巴不同位點(diǎn)乙?;腿ヒ阴;恼{(diào)節(jié)是通過(guò)HATs和HDACs改變轉(zhuǎn)化細(xì)胞和非轉(zhuǎn)化細(xì)胞的核小體構(gòu)象實(shí)現(xiàn)的[4],這一動(dòng)態(tài)的可逆過(guò)程,是調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄和維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵機(jī)制,在DNA修復(fù)、染色質(zhì)凝聚、DNA復(fù)制和有絲分裂中起非常重要的作用。HDAC異常結(jié)合到特定的啟動(dòng)子區(qū),就會(huì)導(dǎo)致與調(diào)節(jié)腫瘤增殖、遷移、血管生成、分化、浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移有關(guān)的各種正常功能基因的轉(zhuǎn)錄被抑制[5,6],從而引起惡性腫瘤發(fā)生,這可能是惡性腫瘤發(fā)生的機(jī)制之一。近年來(lái),對(duì)HDACs抑制劑的發(fā)現(xiàn),以及對(duì)抗腫瘤的試驗(yàn)與研究,使惡性腫瘤的治療有了更新的前景。
目前知道HDACs家族有18個(gè)成員,根據(jù)結(jié)構(gòu)、酶的功能將其分為4類(lèi):第I類(lèi)包括(HDAC1,2,3,8),第 II類(lèi)包括(HDAC4,5,6,7,9,10),第 III類(lèi)(sirtuins酶)和第IV類(lèi)(HDAC11),其中第Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ類(lèi)又叫做“經(jīng)典的”HDACs,包含11個(gè)家族成員,第I類(lèi)是HDACs家族中最具特征性的蛋白,第II類(lèi)是根據(jù)功能和表達(dá)情況來(lái)分的,第IV類(lèi)是基于其不同的結(jié)構(gòu)性質(zhì),因此單獨(dú)為一個(gè)分類(lèi)[7]。而目前對(duì)第III類(lèi)認(rèn)識(shí)的較少。另有一種分類(lèi)方法是進(jìn)一步根據(jù)亞細(xì)胞定位和表達(dá)模式的不同,將第II類(lèi)進(jìn)一步分為 IIa類(lèi)包括(HDAC4,5,7,9),IIb 類(lèi)包括(HDAC6,10[8]。
第 I類(lèi) HDACs包括 HDAC1,2,3 和 8,其中HDAC1,2,3是許多蛋白核心復(fù)合體的亞單位,在轉(zhuǎn)錄抑制和表觀調(diào)控中起決定性作用。比如HDAC1和2就是co-rest復(fù)合體的組成成分,可以抑制在非神經(jīng)組織中神經(jīng)基因的表達(dá)。HDAC3是NCOR和SMRT抑制劑的組成成分,而HDAC8目前還未發(fā)現(xiàn)其是任何抑制復(fù)合物的成分,說(shuō)明它在該類(lèi)中可能具有特殊功能。
第Ⅱ類(lèi)HDACs根據(jù)亞細(xì)胞定位和表達(dá)模式的不同,第II類(lèi)HDACs又可進(jìn)一步分為:IIa類(lèi)和IIb類(lèi)。IIa類(lèi)有HDAC4、5、7、9四個(gè)成員,是 N 末端很大、很重要的功能結(jié)構(gòu)區(qū)域,主要調(diào)節(jié)細(xì)胞核與細(xì)胞漿之間的穿梭運(yùn)動(dòng)以及特異性的DNA結(jié)合。IIb類(lèi)的HDAC6包含兩個(gè)串聯(lián)的脫乙?;附Y(jié)構(gòu)域和一個(gè)C末端鋅指。HDAC6是主要的胞漿脫乙酰基酶,具有調(diào)節(jié)細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)性、粘附性和分子伴侶的功能。HDAC10在結(jié)構(gòu)上與HDAC6相關(guān),但包含了一個(gè)額外的催化活性區(qū),其功能還不十分明確。
第Ⅳ類(lèi)HDAC該類(lèi)只包括HDAC11,在結(jié)構(gòu)上第Ⅰ和第Ⅱ類(lèi)HDACs都相關(guān)。目前對(duì)其表達(dá)情況和功能的了解也甚少。
第Ⅰ類(lèi)HDACs中的1、2、3廣泛地表達(dá)于正常細(xì)胞的細(xì)胞核。在纖維母細(xì)胞和肌纖維母細(xì)胞中呈弱-中度核表達(dá),在組織或血管壁的平滑肌細(xì)胞、上皮細(xì)胞不同程度陽(yáng)性表達(dá)[9]。此外,炎細(xì)胞尤其是淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞偶爾也表達(dá)HDAC1、2和3。而HDAC8則只在有平滑肌或肌上皮分化的細(xì)胞中表達(dá),因此可用于子宮平滑肌腫瘤的診斷標(biāo)記[10]。在淋巴細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞不表達(dá)HDAC6[11]。
盡管目前在細(xì)胞培養(yǎng)、動(dòng)物模型和早期臨床試驗(yàn)中廣泛使用HDAC抑制劑,但對(duì)其在腫瘤組織中靶向表達(dá)的了解并不深入,再者也缺乏在腫瘤模型中對(duì)HDAC家族成員功能的系統(tǒng)研究。最近的研究顯示不表達(dá)HDAC2的腫瘤細(xì)胞對(duì)HDAC抑制劑耐受。
在細(xì)胞株中已證實(shí)在伴有微衛(wèi)星不穩(wěn)定性的人上皮細(xì)胞腫瘤中HDAC2基因的體細(xì)胞突變[12]。在與HDAC2蛋白表達(dá)缺失相關(guān)的微衛(wèi)星不穩(wěn)定性腫瘤調(diào)查中21%的患者檢測(cè)到有HDAC2的截?cái)嗤蛔?。最近的乳腺癌和結(jié)直腸癌大規(guī)模序列測(cè)定研究發(fā)現(xiàn)乳腺癌的樣本中有顯著的HDAC4突變[13]。
目前在皮膚T細(xì)胞淋巴瘤中發(fā)現(xiàn)有HDAC1、2、6的表達(dá),這是目前第一個(gè)被批準(zhǔn)用HDAC抑制劑進(jìn)行治療的腫瘤[14]。大多數(shù)皮膚淋巴瘤表達(dá)HDAC1、2蛋白,其中60%的病例高表達(dá) HDAC1,32%高表達(dá)HDAC2。HDAC6在15%的病例胞漿中強(qiáng)表達(dá),32%的病例弱表達(dá)。此外,有78%的病例中-強(qiáng)陽(yáng)性表達(dá)乙?;M蛋白H4。在HDACs與H4乙酰化狀態(tài)之間也發(fā)現(xiàn)只有和微弱的聯(lián)系。HDAC2蛋白的表達(dá)在侵襲性的皮膚T細(xì)胞淋巴瘤比惰性的更普遍。HDAC6的表達(dá)與病人的預(yù)后呈正相關(guān),高表達(dá)HDAC6的患者生存期更長(zhǎng)。
胃和結(jié)直腸是人類(lèi)消化管腫瘤發(fā)生在常見(jiàn)部位。在胃竇和胃體的腺上皮和小凹上皮的細(xì)胞核中等強(qiáng)度表達(dá) HDAC1、2、3[9],利用免疫組化技術(shù)檢測(cè)HDAC1、2、3,有 50%-60% 的腫瘤呈強(qiáng)陽(yáng)性表達(dá),其中HDAC1的mRNA表達(dá)率更高[15]。在胃癌中第Ⅰ類(lèi)HDACs的表達(dá)彼此相關(guān)[9],HDAC2在晚期腫瘤和有轉(zhuǎn)移結(jié)節(jié)的腫瘤中表達(dá)升高。然而,在組蛋白修飾方式的對(duì)比研究中發(fā)現(xiàn),乙?;慕M蛋白H4在胃癌中的表達(dá)比正常胃粘膜低[16],H3K9位點(diǎn)的高度乙?;c高級(jí)別和彌漫型腫瘤有關(guān)[17]。HDAC2是胃癌總生存率的獨(dú)立預(yù)后因素[9],強(qiáng)陽(yáng)性表達(dá)HDAC1與病人的生存率呈負(fù)相關(guān),乙?;疕3K9和H4K16則與病人的預(yù)后無(wú)關(guān)[17]。
正常結(jié)腸細(xì)胞 HDAC1、2、3呈中等程度核表達(dá),有報(bào)道認(rèn)為正常增殖的結(jié)腸細(xì)胞還表達(dá)第Ⅱ類(lèi)中的HDAC4[18]。結(jié)直腸癌在蛋白和mRNA水平都高表達(dá) HDAC1、2、3,其中 HDAC1的表達(dá)最低,HDAC3的表達(dá)最高,HDAC2的表達(dá)介于二者之間。在高級(jí)別伴有局部和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的腫瘤中,HDAC1、2、3的表達(dá)高度一致,其表達(dá)均較高。在腺瘤中HDAC1、2的表達(dá)增高,但也有研究認(rèn)為不表達(dá)HDAC1、2[19]。而 HDAC4、5 的 mRNA 水平在結(jié)直腸癌下調(diào)[20]。HDAC1、2的高表達(dá)不僅與腫瘤級(jí)別和轉(zhuǎn)移相關(guān),還與腫瘤細(xì)胞的增殖活性增高有關(guān),二者與腫瘤的預(yù)后呈負(fù)相關(guān)。
前列腺癌和乳腺癌分別是男性和女性最常見(jiàn)的激素依賴性腫瘤,二者在許多方面的研究具有相似性。正常前列腺上皮細(xì)胞表達(dá)HDAC1、2、3,但在基底細(xì)胞中僅偶爾可見(jiàn)微弱的表達(dá)[21],在前列腺腺癌中,腫瘤細(xì)胞核強(qiáng)陽(yáng)性表達(dá),表達(dá)率分別為70%、74%和95%[21],另有研究還證實(shí)HDAC1核陽(yáng)性的表達(dá)強(qiáng)度超過(guò)在良性前列腺增生中的表達(dá)[22]。HDAC4主要在良性前列腺增生和前列腺癌的細(xì)胞漿中表達(dá),但在非激素依賴性前列腺腫瘤中則為核陽(yáng)性表達(dá)率較高的[23]。在前列腺高級(jí)別上皮內(nèi)瘤變中HDAC的表達(dá)與在前列腺浸潤(rùn)癌中的表達(dá)一致,且HDAC1、2的表達(dá)增強(qiáng)則腫瘤的Gleason級(jí)別會(huì)增高,腫瘤細(xì)胞的增殖活性也增高[21]。HDAC2是一個(gè)獨(dú)立的預(yù)后因素,高表達(dá)患者其無(wú)瘤生存期會(huì)明顯縮短。下調(diào)HDAC1,而不下調(diào)HDAC2會(huì)使腫瘤細(xì)胞間E鈣粘蛋白的表達(dá)增加,從而抑制腫瘤的浸潤(rùn)[24]。
與前列腺相似,正常乳腺的腺上皮細(xì)胞核也表達(dá)HDAC1,而基底細(xì)胞不表達(dá)[25],同時(shí)還和陽(yáng)性表達(dá)第Ⅱ類(lèi)中的HDAC6。在乳腺癌中,腫瘤細(xì)胞核陽(yáng)性表達(dá)HDAC1和HDAC3,表達(dá)率分別為40%和44%[25],在不同的研究中HDAC6的表達(dá)率差異較大,而且大家都一致認(rèn)為HDAC6的陽(yáng)性定位應(yīng)在細(xì)胞漿。蛋白水平HDAC1、3的表達(dá)和mRNA水平HDAC1的表達(dá)在雌、孕激素受體陽(yáng)性的腫瘤中表達(dá)升高[25,26],此外,HDAC3 表達(dá)的增強(qiáng)與增值能力降低有關(guān)[25]。與體積較大、高級(jí)別和雌孕激素受體陰性的腫瘤相比,HDAC6在體積較小、低級(jí)別、雌孕激素受體陽(yáng)性的腫瘤中表達(dá)更顯著。在單因素分析中,HDAC1高表達(dá)的腫瘤,患者的總生存率和無(wú)瘤生存率都較高[26],HDAC3蛋白的表達(dá)則與無(wú)瘤生存率和總生存率無(wú)關(guān),HDAC6高表達(dá)患者無(wú)瘤生存率提高,尤其在ER陽(yáng)性的患者,是無(wú)瘤生存率的一個(gè)獨(dú)立預(yù)后因素,但不提高總生存率,在多因素分析中則都不具顯著性。
目前肺癌的發(fā)生率逐年增高,成為近年新增病例和死亡病例最高的腫瘤。有研究認(rèn)為HDAC1在非小細(xì)胞肺癌與正常肺組織中的表達(dá)沒(méi)有顯著差異[27],但在mRNA水平,HDAC4在肺癌中的表達(dá)比正常肺組織低。在非小細(xì)胞肺癌中HDAC1的表達(dá)水平最高,其次是 HDAC3和 HDAC2[28]。mRNA 水平,HDAC1在Ⅲ期和Ⅳ期腫瘤中的表達(dá)比Ⅰ、Ⅱ期高[27],HDAC7在無(wú)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的早期肺癌中的表達(dá)比有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的晚期肺癌高[28]。此外,HDAC5的低表達(dá)與吸煙史有關(guān)。第Ⅰ類(lèi)HDACs的表達(dá)情況并不影響患者的預(yù)后[27,28],而第Ⅱ類(lèi) HDACs 4、5、6、7和10的高表達(dá)則提示預(yù)后較好。近來(lái)有研究認(rèn)為高表達(dá)HDAC1的肺腺癌患者5年生存率明顯降低[29]。
有報(bào)道證實(shí)HDAC1在正常的膽管上皮中表達(dá)而不表達(dá)于正常肝細(xì)胞,但在肝細(xì)胞癌中有50%的病例腫瘤細(xì)胞強(qiáng)表達(dá)HDAC1蛋白,同時(shí)第Ⅱ類(lèi)HDAC4、5、6、7、10 的表達(dá)在 mRNA 和蛋白水平也比肝硬化和正常肝組織高[30]。腫瘤細(xì)胞核強(qiáng)陽(yáng)性表達(dá)HDAC1蛋白提示腫瘤為晚期且腫瘤分化差[31],預(yù)示病人的總生存率差。Miyake報(bào)道在56%的胰腺癌中,腫瘤細(xì)胞核強(qiáng)陽(yáng)性表達(dá)HDAC1[31],胞漿有HDAC7的高表達(dá)。其研究證實(shí)HDAC1在單因素分析中是總生存率的預(yù)后因素,但在多因素分析中卻不是。
正常卵巢表面上皮弱表達(dá)HDAC1、2、3,但在卵巢癌中則過(guò)表達(dá)[32,33]。不同類(lèi)型的卵巢癌其表達(dá)水平有顯著差異,在增殖能力強(qiáng)的腫瘤中通常較高,粘液癌中陽(yáng)性率最高,其次為高級(jí)別漿液腺癌、透明細(xì)胞癌和宮內(nèi)膜樣癌。第Ⅰ類(lèi)HDAC蛋白的表達(dá)情況對(duì)漿液性腺癌、粘液癌和透明細(xì)胞癌患者的生存率無(wú)顯著影響,與宮內(nèi)膜樣癌患者的生存率呈負(fù)相關(guān)。在多因素生存分析中,第Ⅰ類(lèi) HDACs和HDAC1的表達(dá)都是宮內(nèi)膜樣癌獨(dú)立的預(yù)后影響因素[32]。
正常子宮內(nèi)膜中HDAC1、2、3的表達(dá)情況隨內(nèi)膜增殖周期的不同而不同[34]。大多數(shù)子宮內(nèi)膜癌其腫瘤細(xì)胞的核都表達(dá)第Ⅰ類(lèi)HDACs,其陽(yáng)性率為HDAC1:61%,HDAC2:95%,HDAC3:83%[32]。但也有報(bào)道認(rèn)為不表達(dá) HDAC1[34]。HDAC1、2、3 相互間的表達(dá)情況與腫瘤的增殖能力相關(guān)[32]。在子宮內(nèi)膜的宮內(nèi)膜樣癌中,HDAC1的高表達(dá)提示預(yù)后差,而HDAC2、3卻與預(yù)后無(wú)關(guān)。在多因素生存分析中,第Ⅰ類(lèi)HDACs中的成員都不是獨(dú)立的預(yù)后影響因素。
文獻(xiàn)報(bào)道在正常腦組織和顯微切割的低級(jí)別與高級(jí)別膠質(zhì)瘤中都有HDACsmRNA的表達(dá)[35],同時(shí)發(fā)現(xiàn)第Ⅰ類(lèi)HDACsmRNA的表達(dá)水平比第Ⅱ、Ⅳ類(lèi)的亞型表達(dá)低。此外,通過(guò)對(duì)HDAC9的檢測(cè)證實(shí)第Ⅱ類(lèi)HDACsmRNA在高級(jí)別腫瘤中的表達(dá)比低級(jí)別和正常腦組織中的表達(dá)低,HDAC11(第Ⅳ類(lèi))也存在同樣的表達(dá)差異。
HDAC6在口腔正常鱗狀上皮細(xì)胞漿只是很弱地表達(dá),但在晚期腫瘤中表達(dá)較高。而HDAC1分化差,伴有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的年輕男性舌的鱗狀細(xì)胞癌患者中過(guò)表達(dá)[36]。在食管鱗癌中H4乙?;实慕档吞崾緸橥砥谀[瘤,且腫瘤對(duì)食管壁的浸潤(rùn)深,反之,H4乙?;瘦^高的腫瘤預(yù)后較好[37]。宮頸鱗癌中HDAC1、2蛋白都呈強(qiáng)陽(yáng)性表達(dá),其表達(dá)強(qiáng)度與癌前病變非典型增生級(jí)別有關(guān)。此外,與正常子宮內(nèi)膜間質(zhì)相比,在子宮內(nèi)膜間質(zhì)肉瘤中,HDAC2蛋白表達(dá)上調(diào)。另外還有關(guān)于第Ⅰ類(lèi)HDACs在甲狀腺癌中表達(dá)的報(bào)道。
研究表明,組蛋白去乙?;赡苁菒盒阅[瘤產(chǎn)生的原因之一,盡管目前對(duì)HDACs的大力研究已經(jīng)使HDACs的抑制劑成功地用于臨床,提出了所謂“轉(zhuǎn)錄治療”的概念,為惡性腫瘤的治療提供了新的治療途徑,但關(guān)于腫瘤表觀遺傳學(xué)的研究以及組蛋白乙酰化在腫瘤發(fā)生、發(fā)展和演進(jìn)過(guò)程中的錯(cuò)綜復(fù)雜作用仍有待進(jìn)一步研究。
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