前列腺癌中雄激素受體的表觀遺傳學研究進展*

尚芝群 馬 媛 田 晶 韓瑞發(fā) 牛遠杰

·國家基金研究進展綜述·

前列腺癌中雄激素受體的表觀遺傳學研究進展*

尚芝群 馬 媛 田 晶 韓瑞發(fā) 牛遠杰

雄激素受體（androgen receptor，AR）作為核內轉錄因子是前列腺癌中最常見的治療靶標，在去勢抵抗性前列腺癌（castration resistant prostate cancer，CRPC）中雄激素受體也起到了非常重要的作用。去勢抵抗性前列腺癌的發(fā)生發(fā)展機制是當前的研究熱點。表觀遺傳學的改變在前列腺癌的發(fā)展中具有重要作用。甲基化、乙?；胺蔷幋aRNA可以通過對雄激素受體信號通路的調控促進或者抑制前列腺癌的發(fā)生發(fā)展。本文將近期關于前列腺癌雄激素受體信號通路表觀遺傳學的調節(jié)機制進行綜述。

雄激素受體 表觀遺傳學 超甲基化 去勢抵抗性前列腺癌

前列腺癌（prostate cancer，PCa）是西方國家男性最常見的惡性腫瘤之一，其死亡率在2013年已經超過肺癌占據首位［1］。盡管大多數前列腺癌在早期就可以被診斷出來，但是當前對前列腺癌的治療仍然面臨著巨大的困難。前列腺癌在我國的發(fā)病率和致死率也逐年升高，與歐美國家不同，由于我國對易感人群行普查工作的相對滯后，大多數的初診前列腺癌患者是晚期前列腺癌。對這類患者采用雄激素阻斷治療（androgen ablation therapy，ADT）是當前公認的治療手段。然而，在經過1.5至2年的雄激素阻斷治療有效期后，幾乎所有的患者均進展為對去勢不敏感前列腺癌階段，即“去勢抵抗性前列腺癌”。幾乎所有前列腺癌患者的死因歸根結底都是由于現有的醫(yī)學手段不能有效控制和治愈轉移性進展的去勢抵抗性前列腺癌，而最終導致患者死亡。因此，去勢抵抗性前列腺癌的發(fā)生發(fā)展和轉移的機制是國際泌尿外科學界研究的難點和熱點，也是提高前列腺癌患者的生存率和生活質量的關鍵。

雄激素受體是一種細胞核內的性激素受體，通過與其配體雄激素結合而被激活。與雄激素結合后，雄激素受體與胞漿內熱休克蛋白90解離，轉移至細胞核內。在細胞核內，雄激素受體與雄激素反應元件（androgen response elements，AREs）結合，激活下游靶基因［2］。在所有關于雄激素受體在前列腺癌中功能的研究中，雄激素受體均發(fā)揮了重要的作用，而且雄激素受體信號通路在大多數來源于去勢抵抗性前列腺癌患者的細胞內仍然具有重要作用［3］。

表觀遺傳學是指在不改變基因DNA序列的前提下，通過某些機制引起可遺傳基因表達或細胞表型的變化［4-5］。表觀遺傳學主要包括DNA甲基化、染色質改變、X染色體失活、非編碼RNA調控等內容。DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA在去勢抵抗性前列腺癌發(fā)生發(fā)展中起關鍵作用。

1 前列腺癌中AR基因的高甲基化

在CRPC中AR基因發(fā)生高甲基化的頻率為29%，原發(fā)前列腺癌中AR高甲基化的發(fā)生頻率為10%［6］。由此可見，高甲基化可能是去勢抵抗性前列腺癌發(fā)生發(fā)展的機制之一。Gravina等［7］研究AR陽性的22RV1和AR陰性的PC-3去勢抵抗性前列腺癌細胞系在去甲基化藥物5-AZA與比卡魯胺共同作用下，是否可被逆轉為激素依賴性前列腺癌細胞系。實驗結果顯示PC-3細胞經過這2種藥物的聯合處理后恢復了AR的表達。然而，在22RV1細胞中未看到同樣的現象，揭示了去甲基化藥物的活性對于AR陽性的去勢抵抗性前列腺癌細胞系也許是不足的［7］。Chen等［8］研究顯示低甲基化藥物可以作為一種延緩去勢抵抗性前列腺癌出現的治療選擇。DNA甲基化的抑制能夠逆轉去勢抵抗的機制可能與下調DNMT1依賴性的STAT3的活性相關。

近年來，前列腺癌的研究主要集中在干細胞研究方面，研究學者們希望通過對干細胞的研究更好的揭示前列腺癌的發(fā)生、發(fā)展和轉移，最終能更有效的治療前列腺癌，前列腺癌干細胞不表達AR。CD133+前列腺癌細胞AR的表達陰性，然而CD133+前列腺癌細胞也表達AR，而且雄激素可以通過促進CD133+前列腺癌細胞的增殖來促進腫瘤的進展。來源于前列腺癌細胞系的CD44陽性的細胞中AR也是陰性的。然而，這些研究并未說明去勢抵抗的出現和AR的上調是AR陰性的前列腺癌干細胞造成的［9］。Tian等［10］研究發(fā)現三種由CD133分選出來的前列腺癌干祖細胞內的AR啟動子區(qū)域內的CpG島上出現了不同的甲基化位點，進一步研究發(fā)現正常前列腺/前列腺癌干祖細胞內AR的低表達對于維持該細胞的干細胞特性是非常重要的，低水平的AR可以抑制該細胞的分化，促進該細胞的自我更新和增殖的能力。由于去勢抵抗性前列腺癌的發(fā)生發(fā)展與前列腺癌干祖細胞的增殖有關，因此應用低甲基化藥物處理這些前列腺癌干祖細胞可以改變AR的表達，使前列腺癌干祖細胞失去干性，從而達到抑制干祖細胞增殖的效果，為去勢抵抗性前列腺癌的治療提供了一個新的方向。

2 前列腺癌中AR的乙酰化修飾

許多惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中均存在組蛋白乙?；默F象，其中包括前列腺癌。雄激素受體作為前列腺癌發(fā)生發(fā)展中的最重要的轉錄因子也存在乙?；默F象。Tip60（Tat-interactive protein 60kD），一種組蛋白乙?；D移酶，可以通過C末端的HAT區(qū)域直接乙?；M蛋白H2A、H3和H4。研究發(fā)現Tip60在去勢抵抗性前列腺癌組織中的表達水平異常增高，體內實驗研究發(fā)現Tip60通過內在的乙酰化轉移酶因子的活性，直接乙酰化AR［11］。組蛋白乙?；D移酶P300和PCAF（p300/CBP-associating factor）通過乙?；疉R的3個賴氨酸殘基，即Lys-630、Lys-632和Lys-633，誘導AR內在轉錄活性的增加。由此可見，AR是一個普遍的共激活子介導乙?；陌悬c。Tip60完全調控AR630和AR632/633的失敗提示Tip60在KLKK修飾的前提下可以乙酰化AR所有的3個賴氨酸殘基。研究結果提示Tip60激活AR結合到內源性前列腺癌特異性抗原（PSA）的啟動子是與激素活躍度相關。綜上所述，研究學者們一致認為Tip60作為一類性激素核受體特異性共激活子，在生理學范圍內對AR的乙?；突罨鸬搅酥匾淖饔谩ｋm然Tip60、P300和PCAF都能單獨乙?；疉R的賴氨酸殘基，即Lys630、Lys632和Lys633，但不分享相似的組蛋白乙?；禺愋缘孜?。Tip60可以直接乙酰化組蛋白H4上的核小體DNA，而P300則可以隨意的乙?；械?種組蛋白。最近的研究發(fā)現Tip60可以通過乙?；疉R而增強AR的轉錄活性，促進AR的核轉移，從而導致去勢抵抗性前列腺癌細胞的增殖［12-13］。應用Tip60特異性抑制因子NU9056抑制Tip60對AR乙?；饔茫梢越档虯R的表達水平，抑制前列腺癌細胞的增殖［14］。

組蛋白乙?；D移酶P300與前列腺癌的進展相關。有研究發(fā)現在P300基因敲除小鼠模型中AR的表達減弱，這種現象在PTEN調低的前列腺癌細胞系中也得到了證實［15］。上述結果與臨床上的結果相一致，即前列腺癌患者中P300與AR的的表達呈正相關。進一步研究發(fā)現PTEN的缺失促進AR在絲氨酸81位點的磷酸化，增加P300與AR的結合，從而乙酰化AR［15］。N-乙?；D移酶捕獲缺失蛋白1（N-acetyltransferase arrest-defect 1 protein，ARD1）在前列腺癌中異常高表達，可激活AR下游靶基因，促進前列腺癌的進展，但并不能改變AR的表達水平，由于是乙酰化轉移酶，因此有可能通過調節(jié)AR的乙酰化水平來激活AR下游的靶基因。Wang等［16］在前列腺癌LNCaP細胞系中調低ARD1可以抑制AR的乙酰化水平，從而減少AR與其靶基因啟動子區(qū)域的相互作用。沉默P300的確可以降低總體AR的水平，但是不能減弱被ARD1乙?；腁R的水平。而且，突變的AR在上述的3個賴氨酸殘基（KLKK633）被谷氨酸鹽所替代后仍然可以被ARD1乙?；?。這些數據提示AR基因上的ARD1乙?；稽c與P300不同。ARD1特異性乙?；疉R的位點需要隨后的研究進一步證明。

眾所周知，AR的乙?；鞘苄奂に卮碳にT導的。然而，細胞受到其他的刺激也可以影響AR的乙?；健Ｍ芷に?，一種神經肽物質，在前列腺癌進展中發(fā)揮重要作用，能正向調節(jié)P300的活性。在Src激酶的刺激下蛙皮素能夠提高AR乙?；剑?7］。IL-4能夠在雄激素缺乏的情況下，通過提高CBP/ P300水平來增強AR乙?；?，繼而激活AR，最終促進去勢抵抗性前列腺癌的發(fā)生［18］。AR的乙?；强赡娴倪^程，可以被去乙酰化酶HDACs和Sirtuin 1所逆轉，使AR去乙酰化，從而降低AR的活性［19-20］。AR乙?；材軌虮涣_莎玫瑰提取物［21］、白藜蘆醇［22］、原花青素B3［23］、綠茶提取物［24］等所抑制，AR的表達和活性降低，從而導致前列腺癌細胞增殖減弱。

3 非編碼RNA對AR的調控

除了DNA的甲基化和乙酰化可以調節(jié)AR之外，其他的表觀遺傳性機制也可以影響AR的功能。近年來的研究發(fā)現一些非編碼RNA，如miRNA和長鏈非編碼RNA也參與了AR的調控，從而調控前列腺癌的發(fā)生與進展。

3.1 miRNA與AR

miRNA是一種短鏈的非編碼RNA，可以調節(jié)轉錄后特定基因的表達。通過與mRNA的3'UTR端相互作用，miRNA可以導致該mRNA的降解或者抑制其翻譯成蛋白。研究證明miRNA參與多種生物學過程，且與腫瘤的發(fā)生密切相關［25-26］。近年來研究發(fā)現許多miRNA通過對AR信號通路的調節(jié)，促進或者抑制前列腺癌發(fā)生發(fā)展。有研究發(fā)現前列腺癌中l(wèi)et-7通過調節(jié)Myc的表達來抑制AR的表達和活性［27-28］。另一項研究發(fā)現miRNA-185能夠結合到AR的3'非翻譯區(qū)（3'UTR）的173～179核苷酸，從而能降低AR的表達，抑制LNCaP細胞的增殖、遷移和侵襲［29］。有研究發(fā)現miR31通過與AR的DNA特定結合區(qū)域的直接相互作用，抑制AR的表達和活化，從而抑制前列腺癌的進展［30］。Hagman等［31］研究發(fā)現miRNA-205與腫瘤的轉移和患者的低生存率呈負相關，在去勢抵抗性前列腺癌中呈低表達。機制研究發(fā)現miRNA-205能結合到AR的3'UTR端，同時下調AR的轉錄與蛋白水平，從而抑制前列腺癌的進展。Shi等［32］發(fā)現miRNA-124也可以直接靶向AR，最終引起P53的上調，從而促進前列腺癌細胞的凋亡。由此可見，眾多miRNA對前列腺癌發(fā)生發(fā)展的作用機制都是通過與AR相互作用來實現的。

3.2 lncRNA與雄激素受體

lncRNA是長度超過200個核苷酸的非編碼RNA，缺乏開放的閱讀框，不編碼蛋白質，以RNA的形式在多種層面上調控基因的表達水平，并且還可作為修飾染色質復合物的支架［33］。有報道PRNCR1和PCGEM1兩種長鏈非編碼RNA，可以與AR相結合，增強配體介導和非配體介導的AR所調節(jié)下游基因活化和增殖［34］。PRNCR1與羧基末端乙?；腁R增強子相結合，而與DOT1L的聯合需要募集另一種PCGEM1長鏈非編碼RNA，結合到被甲基化酶DOT1L（dot1-like protein）甲基化的AR氨基殘基。PCGEM1對特異性蛋白標記物的識別需要組蛋白甲基化識別子Pygo2（pygopus 2）的PHD區(qū)域增強對雄激素受體增強子到靶基因的啟動子所形成的選擇性循環(huán)的識別，這兩種過表達的長鏈非編碼RNA能夠與短鏈或者全長的AR相互作用，最大限度的激活AR，進而導致配體非依賴性雄激素受體轉錄程序的激活和細胞的增殖［34］。因此，這兩種長鏈非編碼RNA可以作為治療去勢抵抗性前列腺癌新的靶點。

4 小結

前列腺癌是受表觀遺傳學機制調控的，其中最常見的為DNA的甲基化、乙?；约胺蔷幋aRNA。雄激素受體信號通路是前列腺癌發(fā)生發(fā)展的最重要信號通路之一，即使在去勢抵抗性前列腺癌中雄激素受體信號通路也具有重要作用。AR的甲基化、乙?；胺蔷幋aRNA對其的調控是前列腺癌由激素依賴性向去勢抵抗性前列腺癌轉變的重要機制之一。針對DNA甲基化、乙?；约胺蔷幋aRNA所引起的前列腺癌的發(fā)生發(fā)展機制的治療方法正處于初級階段，無論是進一步的機制研究，還是針對這一領域的治療方法的研究都需要科學研究者投入更多的精力。雄激素受體及其所調節(jié)的信號系統(tǒng)的表觀遺傳學機制將是人類攻克前列腺癌的重要方向。

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（2014-01-15收稿）

（2014-06-20修回）

（本文編輯：周曉穎）

Epigenetic regulation of androgen receptors in prostate cancer

Zhiqun SHANG,Yuan MA,Jing TIAN,Ruifa HAN,Yuanjie NIU

Yuanjie NIU;E-mail:niuyuanjie9317@163.com
Department of Surgical Urology,The Second Hospital of Tianjin Medical University,Tianjin Institute of Urology,Tianjin Key Laboratory of Urology Based Medicine,Tianjin 300211,China
This work was supported by the National Natural Science Foundation of China Youth Project(No.81302211,81202024)and National Special Project for International Cooperation in Science and Technology(No.2012DFG32220)

The androgen receptor(AR),a nuclear hormone and transcription factor,is the most therapeutic relevant target in prostate cancer(PCa)and in the castration-resistant prostate cancer(CRPC).Significant efforts have been focused on understanding the mechanisms involved in the development and progression of CRPC.Recent work has revealed the importance of epigenetic events including the regulation of AR signaling by methylation,acetylation,and non-coding RNA in the tumorigenesis and development of PCa. We summarize recent findings on the mechanisms of epigenetic regulation ofAR signaling in PCa.

androgen receptor,epigenetics,hypermethylation,castration resistant prostate cancer

10.3969/j.issn.1000-8179.20141146

天津醫(yī)科大學第二醫(yī)院泌尿外科，天津市泌尿外科研究所，天津市泌尿外科基礎醫(yī)學重點實驗室（天津市300211）

?本文課題受國家自然科學青年基金（編號：81302211，81202024）和國家國際科技合作專項（編號：2012DFG32220）資助

牛遠杰 niuyuanjie9317@163.com

尚芝群 博士。專業(yè)方向為激素受體、干細胞與泌尿系腫瘤相關研究。

E-mail：zhiqun_shang@163.com