組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶與乳腺癌關(guān)系的研究進展*

劉秀敏， 潘云， 高波

大理大學(xué)第一附屬醫(yī)院病理科(云南大理 671000)

在真核生物的細胞核中，DNA包繞在由兩分子的組蛋白H2A-H2B二聚體、兩分子的組蛋白H3和兩分子的組蛋白H4形成的一個組蛋白八聚體上。DNA和組蛋白八聚體形成一個球形三維結(jié)構(gòu)，而組蛋白亞基的氨基端則從這個球形三維結(jié)構(gòu)中游離出來。組蛋白甲基化由組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶(histone methyltransferases，HMTs)催化，主要發(fā)生在組蛋白H3和H4 N端的精氨酸和賴氨酸殘基上，且在同一位點可發(fā)生單甲基化、二甲基化或三甲基化[1]，進而改變?nèi)旧w結(jié)構(gòu)，影響基因轉(zhuǎn)錄。組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶與表觀遺傳調(diào)控及腫瘤的發(fā)生關(guān)系密切。近年來乳腺癌的發(fā)病率呈上升趨勢，且發(fā)病率愈發(fā)年輕化，研究顯示組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶參與乳腺癌的許多生物學(xué)過程，有望成為乳腺癌干預(yù)治療的新靶標。乳腺癌中組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶的研究進展尚未見系統(tǒng)性總結(jié)報道，為此，本文就多種不同組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶在乳腺癌中的表達意義、作用機制及現(xiàn)有抑制劑的研究進展進行綜述。

1 組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶與乳腺癌

1.1 EZH2與乳腺癌 EZH2是果蠅zeste基因的同源基因，也是多梳抑制復(fù)合體的催化亞基之一，含有SET結(jié)構(gòu)域，具有高度保守性。EZH2通過特異性催化H3K27三甲基化而發(fā)揮轉(zhuǎn)錄抑制功能[2]。研究證實，EZH2在前列腺癌、胃癌、肝癌、乳腺癌等多種實體腫瘤和血液系統(tǒng)腫瘤中高表達，與腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移以及預(yù)后有關(guān)[3-6]。在乳腺癌中，EZH2發(fā)揮著致癌基因的作用，EZH2的過表達已成為侵襲性乳腺癌的生物標志物[7-8]，并且三陰性乳腺癌中EZH2的表達較高，其表達與乳腺癌細胞的增殖及侵襲能力呈正相關(guān)[9]。Alford等[10]通過免疫組化結(jié)合臨床資料分析發(fā)現(xiàn)與良性乳腺病變相比，浸潤性乳腺癌中EZH2表達較高，并且轉(zhuǎn)移性乳腺癌中EZH2表達最高，EZH2可能是一個能用于預(yù)測家族性早期乳腺癌女性患者后期轉(zhuǎn)移風(fēng)險的生物標志物。Wang等[11]通過薈萃分析發(fā)現(xiàn)EZH2表達越高，患者的生存率越低，且差異顯著，EZH2可作為乳腺癌患者的預(yù)后標志物。EZH2的雜合子錯義突變分析開啟了該基因研究的新里程，已證實EZH2的點突變多發(fā)生在具有催化活性的SET結(jié)構(gòu)域的A677、A687、Y641殘基上，其中最常見的突變位點是Y641[12-13]。與EZH2野生型細胞相比，EZH2突變型淋巴瘤細胞株中H3K27me3的表達水平較高，提示EZH2突變可能為功能獲得性突變[14]。目前國內(nèi)外關(guān)于乳腺癌中EZH2突變的研究較少。Ko等[15]認為GSK3β作為乳腺癌中的腫瘤抑制基因，不能使EZH2的突變體(EZH22A、EZH2S363A、EZH2T367A)發(fā)生磷酸化，如GSK3β失活會增強EZH2的活性，導(dǎo)致乳腺癌細胞的遷移能力增強。

1.2 NSD家族與乳腺癌 核受體結(jié)合SET結(jié)構(gòu)域蛋白(nuclear receptor binding SET domain protein，NSD)家族包括NSD1、NSD2、NSD3 3個組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶，其結(jié)構(gòu)相似度很高，都具有SET結(jié)構(gòu)域，顯示出高度保守性。研究證實，NSD1的突變或功能喪失會導(dǎo)致小兒巨腦畸形綜合征(sotos syndrome)。另一方面，NSD1與核孔蛋白NUP98形成融合基因通過催化H3K36甲基化使原癌基因HoxA9、HoxA10和Meis1高表達，從而誘發(fā)兒童急性淋巴細胞白血病[16]。然而NSD1在乳腺癌中的研究暫未見報道。NSD2又名Wolf Hirschhom綜合征候選基因1(Wolf Hirschhom syndrome candidate1，WHSC1)或多發(fā)性骨髓瘤SET結(jié)構(gòu)域蛋白(multiple myeloma SET domain，MMSET)。NSD2通過特異性地催化H3K36二甲基化、三甲基化，或催化H4K20二甲基化來發(fā)揮轉(zhuǎn)錄活化功能[17-18]。Hudlebusch等[19]研究顯示NSD2在胃癌、結(jié)直腸癌、膀胱癌、小細胞肺癌等多種腫瘤中高表達，并與腫瘤的侵襲以及患者的預(yù)后有關(guān)。雌激素受體ERα在調(diào)控乳腺細胞增殖和凋亡等生理機能中發(fā)揮重要功能，研究顯示NSD2作為ERα信號傳導(dǎo)通路的正調(diào)節(jié)因子，在BRD3和BRD4蛋白的協(xié)同作用下，能促使乳腺癌中ERα呈高表達，提示NSD2和BRD3/4可作為他莫昔芬耐藥乳腺癌的治療靶點[20]。Wang等[21]也通過基因表達譜分析發(fā)現(xiàn)NSD2在他莫昔芬耐藥的乳腺癌細胞株和腫瘤組織中表達升高，免疫組化證實NSD2表達與乳腺癌復(fù)發(fā)和生存率低有關(guān)，且NSD2能結(jié)合到HK2、G6PD和TIGAR這幾個關(guān)鍵的葡萄糖代謝酶的啟動子區(qū)域，介導(dǎo)腫瘤細胞代謝重編程，誘導(dǎo)內(nèi)分泌治療耐藥。除高水平表達以外，NSD2的功能獲得性突變也會增強其酶活性，促進腫瘤進展。近期研究揭示了可以增強NSD2的催化活性的E1009K點突變，但該突變目前只在兒童急性淋巴細胞白血病中發(fā)現(xiàn)[22]。NSD3與NSD2是旁系同源基因，其蛋白結(jié)構(gòu)與NSD2很相似，具有相似數(shù)量的外顯子和內(nèi)含子，在一些腫瘤細胞株和原發(fā)乳腺癌中呈擴增狀態(tài)[23]。研究發(fā)現(xiàn)NSD3的兩種亞型(NSD3S和NSD3L)可與NUP98形成融合基因，促進急性髓細胞白血病的發(fā)生，提示NSD3與NSD2具有類似的致癌作用[24]。然而，Zhou等[25]證實干擾NSD3L表達會促進乳腺癌細胞的增殖，增加細胞的侵襲性，提示NSD3在乳腺癌中是一個抑癌基因。

1.3 KMT2/MLL家族與乳腺癌 組蛋白賴氨酸N-甲基轉(zhuǎn)移酶2(histone lysine N-methyltransferase 2，KMT2)又名混合系白血病蛋白家族(mixed-lineage leukemia，MLL)，包括6個成員MLL1～MLL4、SETD1A和SETD1B，通過催化H3K4發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)控的作用[26]。MLL家族的組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶成員在體外表現(xiàn)出較弱的催化活性，只有與WDR5、RBBP5、ASH2L和DPY30等核心催化亞基結(jié)合形成復(fù)合體才能增強其催化活性。MLL家族成員的催化活性各有不同，SETD1A和SETD1B可以單甲基化、雙甲基化以及三甲基化H3K4并結(jié)合在基因的轉(zhuǎn)錄起始位點，調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄，MLL4則可以單甲基化H3K4，但在基因組的結(jié)合位點暫不確定，研究顯示其多與轉(zhuǎn)錄起始位點和增強子結(jié)合，MLL2和MLL3多富集在增強子附近[27]。研究表明，MLL1的敲低會下調(diào)與多個促進腫瘤生長和血管生成的基因表達，如HIF1α、VEGF和CD31，抑制腫瘤生長[28]，但在乳腺癌中MLL1的相關(guān)作用暫時未見報道。Matkar等[29]研究顯示MLL2對HER2陽性乳腺癌細胞的生長至關(guān)重要，并且MLL2會減弱乳腺癌細胞對HER2抑制劑的敏感性。Rabello Ddo等[30]研究發(fā)現(xiàn)MLL2在乳腺癌中呈現(xiàn)低表達，且通過不同的信號途徑在乳腺癌中發(fā)揮抑癌基因的作用。除MLL2在乳腺癌中發(fā)揮作用外，Wang等[31]在對38例乳腺癌的研究中證實其中2個病例發(fā)生了MLL3的體細胞突變，包括1個移碼突變和2個同義突變，此外還發(fā)現(xiàn)了5個能改變MLL3氨基酸序列的單個苷酸多態(tài)性(SNP)新位點，提示乳腺癌中MLL3的突變發(fā)揮了重要作用。Kim等[32]發(fā)現(xiàn)MLL4催化H3K4me3，組蛋白去甲基化酶UTX使H3K27me3去甲基化，MLL4和UTX可協(xié)同調(diào)節(jié)兩者共同的靶基因，促進乳腺癌細胞增殖和侵襲，且臨床證實高表達的MLL4或UTX均與乳腺癌預(yù)后差相關(guān)。SETD1A及SETD1B在乳腺癌中的功能效應(yīng)暫未見報道。

1.4 G9a與乳腺癌 G9a又稱常染色質(zhì)組蛋白賴氨酸N-甲基轉(zhuǎn)移酶2(euchromatic histone-lysine N-methyltransferase 2，EHMT2)，主要通過3條途徑調(diào)控基因表達，其一是通過甲基化H3K9、H3K27等組蛋白特異性位點來抑制基因轉(zhuǎn)錄，其二是促進基因啟動子區(qū)域DNA甲基化來發(fā)揮轉(zhuǎn)錄抑制作用，其三是作為腳手架蛋白來募集轉(zhuǎn)錄激活子激活基因轉(zhuǎn)錄[33]。研究發(fā)現(xiàn)，G9a在肝癌、前列腺癌、結(jié)腸癌等多種腫瘤中高表達，可上調(diào)癌基因或沉默抑癌基因[34]。G9a在乳腺癌中同樣呈高表達，通過抑制亞鐵氧化酶活性和破壞細胞內(nèi)的鐵離子穩(wěn)態(tài)來發(fā)揮致癌作用[35]。胰島素誘導(dǎo)基因1(insulin-induced gene 1，INSIG1)可調(diào)節(jié)葡萄糖代謝和缺氧誘導(dǎo)的上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化從而促進腫瘤進展，Jiang等[36]研究發(fā)現(xiàn)G9a與INSIG1的表達呈正相關(guān)，敲除G9a會導(dǎo)致乳腺癌細胞中INSIG1表達下調(diào)，表明G9a和INSIG1均在乳腺癌中發(fā)揮致癌作用。Casciello等[37]也發(fā)現(xiàn)G9a通過沉默腫瘤抑制基因在乳腺癌中發(fā)揮致癌作用，阻斷G9a的甲基轉(zhuǎn)移酶活性可抑制體外細胞增殖遷移和體內(nèi)腫瘤生長，G9a既可以作為癌癥診斷標記物，也可以作為治療靶標。

1.5 SMYD家族與乳腺癌 SET和MYND結(jié)構(gòu)域蛋白(SET and MYND domain-containing protein，SMYD)家族是賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶，包括SMYD1、SMYD2、SMYD3、SMYD4和SMYD5共5個家族成員。SMYD家族蛋白主要通過催化H3K4甲基化調(diào)控基因表達，SMYD2和SMYD3在該家族中最具有代表性。SMYD2在食管鱗狀細胞癌、急性淋巴細胞白血病、乳腺癌等多種腫瘤中高表達，SMYD3在肝癌、胃癌、乳腺癌以及白血病等多種腫瘤中高表達，并且兩者的高表達與腫瘤增殖、轉(zhuǎn)移以及疾病預(yù)后關(guān)系密切[38]。Liu等[39]在492例乳腺癌中對近50個HMTs的基因拷貝數(shù)、突變情況、表達水平進行了薈萃分析，發(fā)現(xiàn)12個HMTs存在高頻的基因變異，其中SMYD2和SMYD3表現(xiàn)出較高的擴增水平。SMYD3通過直接調(diào)節(jié)原癌基因WNT10B促進乳腺癌的發(fā)生，高表達的SMYD3對于維持乳腺癌細胞增殖是必需的[40]。Ren等[41]也通過研究證實SMYD3的下調(diào)會誘導(dǎo)G1期細胞周期阻滯，進而誘導(dǎo)細胞凋亡。SMYD3作為雌激素受體ERα的共激活子，可增強ERα與其配體反應(yīng)的活性，并通過甲基化H3K4促進ERα介導(dǎo)的靶基因轉(zhuǎn)錄，提示SMYD3有望成為乳腺癌協(xié)同治療策略的靶點[42]。

1.6 DOT1L與乳腺癌 類端粒沉默干擾體1(disruptor of telomeric silencing 1-like，DOT1L)是首個發(fā)現(xiàn)的不含SET結(jié)構(gòu)域的組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶，也是唯一可催化H3K79發(fā)生甲基化的酶。DOT1L具有調(diào)控基因表達、沉默染色質(zhì)、參與DNA損傷修復(fù)等功能。研究發(fā)現(xiàn)，DOT1L在卵巢癌中過表達，其過表達與腫瘤的FIGO分期、組織學(xué)分級、淋巴轉(zhuǎn)移以及較差的預(yù)后有關(guān)[43]。而Cho等[44]研究發(fā)現(xiàn)DOT1L通過與c-Myc-p300復(fù)合物相互作用催化H3K79的甲基化和乙?；龠M乳腺癌上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化和侵襲轉(zhuǎn)移，呈現(xiàn)出乳腺癌干細胞樣的特性。相較正常乳腺組織而言，Zhang等[45]發(fā)現(xiàn)DOT1L在乳腺癌中高表達，其高表達與20個促增殖的基因相關(guān)，這些基因與乳腺癌生長以及不良預(yù)后相關(guān)，因此DOT1L被認為是乳腺癌治療的重要藥物靶標。

2 靶向治療前景

近年來，乳腺癌的生存率得到了很大提高，但對于轉(zhuǎn)移性、復(fù)發(fā)性乳腺癌的治療仍是一個亟待解決的難題。乳腺癌中部分組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶表現(xiàn)出很高的酶活性，提示乳腺癌對組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑有較強的易感性，有望提出新的靶向治療策略。研究發(fā)現(xiàn)，EZH2、MLL、G9a、SMYD2、SMYD3以及DOT1L的小分子抑制劑對于乳腺癌的治療都有潛在的應(yīng)用價值。EZH2的S-腺苷同型半胱氨酸水解酶抑制劑DZNep通過降低EZH2的表達水平，抑制H3K27甲基化來誘導(dǎo)乳腺癌細胞凋亡[46]。而EZH2的SAM-選擇性競爭抑制劑(EP2005687、EI1、GSK126、UNC1999、CPI360和EPZ6438)主要通過抑制H3K27甲基化和直接作用于EZH2的突變體，抑制癌細胞增殖[47]。目前MLL小分子抑制劑的研究主要針對急性淋巴細胞白血病，但在乳腺癌中也有進一步探究的價值。UNC0638作為G9a的抑制劑，通過抑制H3K9甲基化水平，降低乳腺癌細胞MCF-7的增殖能力[48]。而SMYD2的選擇性抑制劑LLY-507則以劑量依賴的方式抑制乳腺癌細胞的增殖[49]。Luo等[50]研究發(fā)現(xiàn)熱休克蛋白HSP90A能提高SMYD3的活性，而HSP90的抑制劑新生霉素能夠降低SMYD3的表達，從而抑制乳腺癌細胞MDA-MB-231的增殖和遷移。Zhang等[45]發(fā)現(xiàn)抑制DOT1L表達會選擇性地抑制乳腺癌細胞增殖、自我更新和轉(zhuǎn)移能力并誘導(dǎo)癌細胞分化，S-腺苷同型半胱氨酸水解酶(SAHH)的抑制劑，主要通過抑制DOT1L和H3K79甲基化來抑制乳腺癌細胞在體內(nèi)外的增殖，因此DOT1L被認為是乳腺癌治療的潛在靶標。

3 展望

綜上所述，組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶在乳腺癌的眾多生物學(xué)過程中都扮演了重要角色，影響癌細胞的增殖、凋亡、分化以及運動能力等?；谶@些功能，組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶被認為是有前景的乳腺癌診斷、預(yù)后標志物和新型治療靶點。隨著各類組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶的生物學(xué)功能不斷被揭示，其高特異性新型抑制劑的開發(fā)具有很大的研究空間。抑制腫瘤中高表達組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶的活性及其下游靶基因或抑制與其相關(guān)的輔因子已成為新的表觀遺傳學(xué)治療策略，但仍需要進行更多的體內(nèi)實驗和臨床觀察性研究以推動現(xiàn)有抑制劑的臨床應(yīng)用。