組蛋白單甲基轉移酶SET8在腫瘤中的調節(jié)作用

申雪芳，花 晴 綜述，許平波 審校

復旦大學附屬腫瘤醫(yī)院麻醉科，復旦大學上海醫(yī)學院腫瘤學系，上海 200032

細胞的生長增殖依賴于細胞周期的正常運行，從間期的DNA合成前期（G1期）、DNA合成期（S期）與DNA合成后期（G2期），到細胞分裂期（M期）；每個環(huán)節(jié)對于細胞正常生長和功能的維持都很重要，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯誤，都會導致細胞生長和功能的異常，進而導致腫瘤的發(fā)生［1］。SET8亦稱PR-set7、SETD8或KMT5A，是哺乳動物中唯一的組蛋白單甲基轉移酶。SET8定位于細胞核的染色體上，調節(jié)細胞周期的運行，SET8和組蛋白單甲基化在G2期最為豐富，而G1期和S期會降到最低［2-4］；它作用于組蛋白以及非組蛋白的甲基化，維持細胞周期運行、調節(jié)細胞增殖和侵襲以及細胞代謝等，對于維持細胞的功能至關重要。研究發(fā)現(xiàn)很多腫瘤中SET8都高表達，如乳腺癌［5-6］、小細胞肺癌［7］、前列腺癌［8］、甲狀腺癌［9］、肝癌［10］、腎癌［11］和卵巢癌［12］等。腫瘤作為一種由基因和環(huán)境共同作用而導致的慢性代謝性疾病，與轉錄后修飾調節(jié)的失調密切相關，本文選取表觀遺傳學中的一個位點-SET8，闡述其在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用及其機制。

1 SET8的分子生物學特征

在GeneCards數據庫中檢索發(fā)現(xiàn)，SET8（KMT5A）是包含SET區(qū)［Su（var），Enhancer of zeste，Trithorax］的甲基轉移酶之一，其編碼基因定位于12q24.31，包含25 586個堿基對。研究發(fā)現(xiàn)SET8可分為保守的SET區(qū)、Cdk1/Cyclin B區(qū)、D Box區(qū)、PIP Box區(qū)以及非保守區(qū)域，相互調節(jié)、相互作用的因子分別結合在SET8的功能區(qū)域，與之相互作用，調節(jié)細胞周期［1］。PIP Box位于SET區(qū)上游，通常與復制因子PCNA相結合，作為共刺激因子，促進SET8與CRL4Cdt2的結合，進而促進SET8泛素化以及蛋白酶依賴的降解，這也就是我們觀察到的在S期，SET8水平降低的原因［1，13］。Cdk1/Cyclin B區(qū)、D Box區(qū)位于PIP Box區(qū)的上游，由APC/C（促進分裂后期復合物-細胞周期體）泛素化E3復合物識別并降解蛋白，而其上游的S29位點可被Cdk1/Cyclin B復合物識別，在G1～G2早期磷酸化S29位點，磷酸化的修飾并不改變SET8的活性，而是將其從分裂的染色體上移除；并且能夠抑制SET8的泛素化和降解［14］。

2 在腫瘤中的作用

2.1 SET8作用于組蛋白，增加腫瘤的增殖和侵襲能力

研究發(fā)現(xiàn)SET8可作用于組蛋白，調節(jié)細胞周期與增殖凋亡，進而促進腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。如在乳腺癌中，TWIST招募SET8于其靶基因E-cadherin和N-cadherin的啟動子，正向調節(jié)TWIST和N-cadherin，抑制E-cadherin的表達，進而促進上皮-間質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），促進腫瘤的侵襲和轉移［5-6］。在前列腺癌中，二氫睪酮刺激后，SET8聚集于性激素受體的靶基因前列腺特異性抗原（prostate-specific antigen，PSA）基因的啟動子區(qū)域，使該區(qū)域的H4K20me1增加，增加PSA的基因轉錄，促進癌細胞的增殖［15］。在此之前研究也發(fā)現(xiàn)，LEF1/TCF4招募SET8于Wnt信號的靶基因AXIN2、c-MYC、NKD1和LEF1的啟動子，促進基因的表達，同樣在結腸癌中SET8也調節(jié)Wnt信號的激活［8］。miR-382直接作用于SET8的3’-UTR，負向調節(jié)SET8，在神經膠質瘤中，miR-382下調，使得SET8表達增加，增加了神經膠質瘤的轉移侵襲能力［16］。與之相似的是miR-7也能夠作用于SET8的3’-UTR，負性調節(jié)SET8，能夠抑制EMT并降低乳腺癌的轉移和侵襲能力［17］，miR-502通過對SET8 mRNA的3’-UTR不同的結合力，負向調節(jié)SET8轉錄水平，進而影響腫瘤的增殖和轉移能力［7，10-12］。

SET8不僅可以促進基因的表達，增加腫瘤的增殖與轉移，同時還可以參與基因的抑制作用。如在SET8發(fā)現(xiàn)之時，研究者就注意到，在男性和女性的X染色體上H4K16Ac和H4K20me呈相反的關系，H4K20me抑制鄰近的賴氨酸乙?；M而發(fā)揮基因沉默的作用［18］；我們知道H4K20me1在G2/M期會達到高峰，Vaquero等［19］發(fā)現(xiàn)在這一時刻SirT2也會定位在染色體中，并使H4K16Ac去乙?；?，Serrano等［20］后續(xù)補充了該通路：SET8招募SirT2與染色體，SirT2使SET8的K90位點去磷酸化，增加SET8的穩(wěn)定性和活性，促進SET8的定位，同時SirT2也可以使臨近核小體的H4K16Ac去磷酸化，進一步增加了SET8的甲基化。也有研究發(fā)現(xiàn)SET8可以招募L3MBTL1到其作用的基因的啟動子區(qū)，增強L3MBTL1對下游基因的抑制作用，但其生物學作用仍有待進一步研究［21］。

2.2 SET8作用于非組蛋白，促進腫瘤的增殖

隨著研究的不斷深入，我們發(fā)現(xiàn)SET8還可作用于非組蛋白，如SET8不僅可以修飾細胞核內組蛋白的甲基化，也可以與抑癌基因P53相互作用，SET8單甲基化P53蛋白第382位點的賴氨酸（p53K382me1），抑制P53的生物學作用，降低其促進凋亡和抑制細胞周期的作用等［22］。后續(xù)的研究發(fā)現(xiàn)，SET8與P53的相互作用由Numb介導，SET8甲基化Numb的磷酸酪氨酸結合位點，阻斷Numb與P53的結合，導致P53泛素化降解，進而發(fā)揮抑制凋亡等生物學作用［23］。有研究［17］報道，該調節(jié)作用可能是由miR-7介導，miR-7通過抑制SET8甲基化，促進P53的轉錄活性。SET8也可以甲基化增殖細胞核抗原（proliferating cell nuclear antigen，PCNA）第248位點的賴氨酸，抑制PCNA的泛素化降解，增加PCNA的穩(wěn)定性，促進腫瘤的增殖［24］。

2.3 SET8對能量代謝的調節(jié)

自20世紀初發(fā)現(xiàn)有氧糖酵解之后，腫瘤的代謝方式便被認為是腫瘤的一大特點；雖然有氧糖酵解合成ATP的效率低于氧化磷酸化，但是它能更快地合成ATP，并且糖酵解的中間產物可以為細胞的生物合成提供底物，有利于腫瘤的發(fā)生、發(fā)展［25］。代謝和表觀遺傳修飾之間具有緊密的聯(lián)系，二者互相調節(jié)；在肝癌中SET8除了能夠促進腫瘤的增殖和侵襲，還能夠影響腫瘤細胞的代謝變化，SET8通過KLF4/SIRT4信號轉導通路，促進糖酵解，抑制線粒體呼吸，影響腫瘤細胞的代謝功能［26］。SET8能夠增加ATP的合成，降低氧消耗，增加糖酵解，其機制為SET8與HIF-1共定位于細胞核，調節(jié)HIF-1及其下游基因（如HK2、PKM2、LDHA）的轉錄活性，SET8還可降低HIF-1的羥化和乙酰化，進而增加其穩(wěn)定性；當通過降低氧供增加HIF-1的表達后，SET8可作為HIF-1的下游基因，其表達也會隨之上升［5］，但具體機制仍有待進一步探究。

此外也有研究認為，在甲狀腺乳頭狀瘤中SET8除了增加腫瘤侵襲、促進轉移、促進腫瘤進展外，還調節(jié)脂質的代謝，促進固醇調節(jié)元件結合轉錄因子1（sterol regulatory element binding transcription factor 1，SREBF1）的表達，以及其下游與脂質代謝相關的基因，如硬脂酰輔酶A去飽和酶（stearoyl-CoA desaturase，SCD）、脂肪酸合成酶（fatty acid synthase，F(xiàn)AS）和乙酰輔酶A羧化酶（acetyl-CoA carboxylase，ACC）；而Liao等［9］研究認為，腫瘤高表達SET8與其預后不良相關，與之相似的是在胃癌患者中，SET8的高表達與患者的5年生存率降低相關，這可能成為判斷腫瘤預后的獨立預測因子［27］。

2.4 SET8在基因穩(wěn)定性中的作用

研究發(fā)現(xiàn)SET8在維持基因穩(wěn)定性、基因復制和細胞周期的正常循環(huán)中發(fā)揮重要作用，SET8缺失會導致細胞復制應激和染色體損傷，導致單鏈DNA含量增加［28］。外界因素導致的DNA損傷后，SET8的表達和p53K382me1都會降低；但是有研究也發(fā)現(xiàn)DNA損傷后，SET8依賴的DNA修復基因GADD45的表達量反而會上升，而其具體的機制和生物學作用仍需進一步的研究［22］。缺乏SIRT2基因后，斷裂的雙鏈DNA在S期增加，這與H4K20me1、H4K20me2減少以及基因穩(wěn)定性降低有關，同時缺乏SIRT2基因也會導致腫瘤的發(fā)病率增加［20］。Takawa等［24］也發(fā)現(xiàn)SET8能夠增強PCNA和核酸內切酶FEN1之間的作用，PCNA甲基化的降低可導致岡崎片段異常、DNA復制減慢以及DNA損傷等一系列問題。

3 在其他系統(tǒng)中的作用

SET8除了在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展以及代謝中發(fā)揮重要的作用，在其他系統(tǒng)如免疫系統(tǒng)和血管內皮細胞等也有著重要的作用。SET8能夠重新編碼宿主的免疫反應，從而增加結核分枝桿菌的存活，SET8與單核細胞的氧化應激和凋亡相關，通過miR-30e-3p-FoxO3a作用于Nqo1和Txnrd1的啟動子，促進NAD(P)H醌氧化還原酶1（NQO1）和硫氧還蛋白還原酶（thioredoxin reductase 1，TRXR1）的表達，而NQO1還能與PGC1相互作用，促進M2型單核細胞的極化，發(fā)揮抗炎的作用；SET8還可與腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）相關凋亡誘導配基（tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL）相互作用，發(fā)揮抗炎抗凋亡的作用［29］。同時SET8還可以通過53BP1影響子宮內膜腺體中DNA的修復，進而調節(jié)腺體的發(fā)生、發(fā)展，影響小鼠的生育能力［30］。

4 總結

SET8作為核小體H4K20的單甲基轉移酶，在維持DNA復制、基因穩(wěn)定性、細胞周期循環(huán)和基因的表達等方面發(fā)揮重要的作用。SET8通過作用于相應基因的啟動子區(qū)或者直接作用于轉錄后修飾（非組蛋白修飾），調節(jié)染色體的折疊和基因的表達，維持細胞的功能。SET8表達的異常對于腫瘤的發(fā)生、發(fā)展具有重要的意義，研究發(fā)現(xiàn)在很多腫瘤中SET8都高表達，而其高表達能夠促進腫瘤的能量代謝，促進腫瘤的進展、侵襲和轉移。同時SET8的高表達與腫瘤的不良預后和生存率降低相關，其相關的機制仍有待于進一步研究。SET8與腫瘤的相關性使得其可能為判斷腫瘤預后提供線索，并為臨床開發(fā)治療腫瘤的靶向藥提供相應的靶點。