靶向蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶5治療腫瘤的研究進(jìn)展

鄭百男 張 新 謝渭芬

惡性腫瘤的治療是世界性公共衛(wèi)生難題，惡性腫瘤的靶向治療一直是該領(lǐng)域的研究熱點。近年來研究提示，表觀遺傳學(xué)改變是腫瘤的重要發(fā)病機制，與多種腫瘤轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)相關(guān)，表觀遺傳學(xué)調(diào)控是腫瘤靶向治療的一個新方向［1-2］。表觀遺傳學(xué)調(diào)控包括DNA甲基化、組蛋白翻譯后修飾和染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)重塑3種形式［3］。蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶（PRMT）5為Ⅱ型精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶，它通過引起組蛋白H2A、H3和H4的對稱二甲基化參與表觀遺傳的調(diào)控。此外，PRMT5還可以甲基化修飾非組蛋白底物如小核核糖核蛋白（sn RNP）Sm D3、p53 和 表 皮 生 長 因 子 受 體（EGFR）等，在細(xì)胞增殖、分化，以及腫瘤發(fā)生等方面發(fā)揮著重要作用?，F(xiàn)就PRMT5在腫瘤中的作用及其作為腫瘤治療靶點的前景作一綜述。

1 PRMT5概述

PRMTs以S-腺苷-L-甲硫氨酸（SAM）為甲基供體，催化精氨酸的胍基氮原子發(fā)生甲基化，形成甲基精氨酸和S-腺苷-L-高半胱氨酸（SAH）。目前，在人體內(nèi)共發(fā)現(xiàn)9種PRMT，根據(jù)結(jié)構(gòu)和形成的產(chǎn)物類型不同，將其分為3型：Ⅰ型PRMT能夠催化形成ω-NG單甲基精氨酸（ω-MMA）和ω-NG，NG非對稱二甲基精氨酸（ω-aDMA），主要包 括 PRMT1、PRMT2、PRMT3、PRMT4、PRMT6和PRMT8等；Ⅱ型PRMT包括PRMT5和PRMT9，能夠催化形成ω-MMA、ω-NG和N'G對稱二甲基精氨酸（ω-sDMA）；PRMT7只能夠催化形成 ω-MMA［4］，為Ⅲ型 PRMT，但近年來對PRMT7的修飾類型存在爭議，部分研究發(fā)現(xiàn)PRMT7也能夠?qū)ΨQ二甲基化修飾底物蛋白［5］。

PRMT5是首先被發(fā)現(xiàn)的Ⅱ型精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶，最初被稱為Janus激酶結(jié)合蛋白1（JBP1），隨后被證實可催化髓磷脂堿性蛋白（MBP）發(fā)生對稱性二甲基化，故而被劃分入精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶家族［6］。哺乳動物細(xì)胞中，PRMT5在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中均有表達(dá)。在細(xì)胞質(zhì)中，PRMT5主要通過與甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合體蛋白50（MEP50）形成蛋白質(zhì)復(fù)合物發(fā)揮作用，PRMT5-MEP50復(fù)合物可提高PRMT5與底物的親和力，從而提高PRMT5的活性，通過甲基化SmD3，調(diào)節(jié)sn RNP的裝配和mRNA前體剪接［7］。在細(xì)胞核中，PRMT5可與染色體重塑復(fù)合物 SWI/SNF（SWItch/Sucrose Non-Fermentable）結(jié)合，甲基化組蛋白、轉(zhuǎn)錄因子和轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，調(diào)控基因表達(dá)［8］。

目前發(fā)現(xiàn)PRMT5的底物包括組蛋白和非組蛋白。PRMT5可以催化組蛋白的精氨酸殘基H2AR3、H3R2、H3R8和H4R3發(fā)生對稱性二甲基化，重塑染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而抑制轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致基因沉默［9］。PRMT5也可以對稱性二甲基化非組蛋白底物，如抑癌基因p53、PDCD4，轉(zhuǎn)錄因子NF-κB、E2F1、Hox A，DNA修復(fù)關(guān)鍵蛋白snRNP Sm D3，核糖體蛋白S10（RPS10），核質(zhì)蛋白，以及EGFR等；參與高爾基體組裝、核糖體合成、RNA加工，以及DNA復(fù)制和修復(fù)；影響細(xì)胞信號通路轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞分化、細(xì)胞周期和凋亡，因而能在多種生物過程中發(fā)揮作用［10-11］。

2 PRMT5在不同腫瘤中的作用

隨著對腫瘤生物學(xué)特性的深入研究，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的精氨酸甲基化在多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和侵襲轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮著重要作用。目前研究表明，PRMT5在人體惡性腫瘤如白血病、肝細(xì)胞癌（HCC）、前列腺癌、膠質(zhì)瘤、乳腺癌、肺癌等腫瘤中高表達(dá)，并且在不同腫瘤中的作用機制不同，可能是重要的癌基因。

2.1 血液系統(tǒng)腫瘤 PRMT5在多種血液系統(tǒng)腫瘤中高表達(dá)，可通過調(diào)節(jié) Wnt/β-連環(huán)蛋白（β-catenin）、NF-κB和p53通路，影響腫瘤細(xì)胞的增殖與自我更新能力。在慢性髓細(xì)胞白血?。–ML）中，PRMT5能夠上調(diào)融合基因BCR-ABL的表達(dá)，且PRMT5抑制劑PJ-68可阻斷 Wnt/β-catenin通路活化，進(jìn)而抑制白血病干細(xì)胞的自我更新［12］。在多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞中，敲減PRMT5后NF-κB信號通路失活；同時抑癌基因p53甲基化減少，轉(zhuǎn)錄活性增加，從而達(dá)到抑制腫瘤細(xì)胞增殖的作用［13］。在小鼠模型中，過表達(dá)PRMT5可促進(jìn)細(xì)胞周期蛋白（cyclin）D1、c-MYC、NOTCH1和 MLL-AF9等多個癌基因的表達(dá)，從而促進(jìn)淋巴瘤的形成［14］。

2.2 消化系統(tǒng)腫瘤 PRMT5在HCC組織中高表達(dá)，與HCC的臨床惡性生物學(xué)行為呈正相關(guān)，與HCC患者的總體生存率呈負(fù)相關(guān)［15-16］。在肝癌細(xì)胞中，敲減PRMT5可誘導(dǎo)細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（ERK）磷酸化，進(jìn)而上調(diào)B細(xì)胞易位基因2（BTG2）表達(dá)，影響細(xì)胞增殖，同時可下調(diào)cyclinE1、cylineD1，導(dǎo)致細(xì)胞周期阻滯，從而有效逆轉(zhuǎn) HCC的惡性生物學(xué)行為［17］。在胃癌和結(jié)直腸癌中，敲減PRMT5或使用精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑（AMI）-1降低PRMT5活性，可下調(diào)真核起始因子（eIF4E）的表達(dá)，減少組蛋白H3和H4精氨酸的甲基化修飾，從而抑制腫瘤細(xì)胞的惡性表型［18］。

2.3 生殖系統(tǒng)腫瘤 在雄激素受體（AR）陽性的前列腺癌中常出現(xiàn)TMPRSS2-ETS相關(guān)基因（ERG）融合，ERG可招募PRMT5，促進(jìn)PRMT5對稱性二甲基化AR的R761位點，下調(diào)AR下游抑制前列腺癌生長的基因PSA、NKX3-1和SLC45A3，促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞增殖［19］；也有研究［20］表明，在前列腺癌標(biāo)本中PRMT5表達(dá)與AR表達(dá)呈正相關(guān)，PRMT5可以與轉(zhuǎn)錄因子Sp1和染色體重塑因子Brg1形成復(fù)合物，進(jìn)而與AR啟動子結(jié)合，上調(diào)AR的表達(dá)，敲減PRMT5可抑制AR陽性的前列腺癌細(xì)胞的增殖。

2.4 神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤 PRMT5對mRNA剪接具有重要的調(diào)控作用，在膠質(zhì)瘤細(xì)胞中，PRMT5表達(dá)升高，并促進(jìn)增殖相關(guān)基因的內(nèi)含子剪接，從而促進(jìn)這部分基因的表達(dá)，促使癌細(xì)胞失控生長［21］。此外，PRMT5抑制劑CMP5能有效抑制膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖和自我更新能力，并引起細(xì)胞G1期阻滯，從而抑制膠質(zhì)瘤生長［22］。同時，長鏈非編碼RNA SNHG16在惡性膠質(zhì)瘤中高表達(dá)，它能夠與微RNA（miR）-4518直接結(jié)合，促進(jìn)miR-4518靶基因PRMT5的表達(dá)，進(jìn)而減少膠質(zhì)瘤細(xì)胞凋亡，SNHG16-miR-4518-PMRT5軸可能成為膠質(zhì)瘤的靶向治療方向［23］。

2.5 其他 此外，多項研究發(fā)現(xiàn)PRMT5與細(xì)胞分化，以及腫瘤干細(xì)胞的自我更新能力相關(guān)。在乳腺癌細(xì)胞中，對稱性二甲基化修飾的H3（H3R2me2s）可與轉(zhuǎn)錄因子叉頭框蛋白p1（FOXP1）結(jié)合，促進(jìn)乳腺癌干細(xì)胞（BCSC）的增殖和自我更新，PRMT5通過催化H3R2的甲基化促進(jìn)了這一過程［24］。在肺癌中，PRMT5通過對稱性二甲基化H4R3抑制miR-99家族的轉(zhuǎn)錄，增加FGFR3的表達(dá)，反過來激活ERK通路，促進(jìn)肺癌細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移［25］。另外，PRMT5還可影響肺癌細(xì)胞外基質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）進(jìn)程，細(xì)胞質(zhì)中PRMT5高表達(dá)者較低表達(dá)者預(yù)后差，并與上皮型鈣黏素（E-cadherin）表達(dá)呈負(fù)相關(guān)［2］。

3 PRMT5抑制劑

上述研究表明PRMT5對多種腫瘤的進(jìn)展具有促進(jìn)作用，提示其可能成為腫瘤靶向治療的新靶點，因此，高活性、高特異性的PRMT5抑制劑將為腫瘤的臨床治療提供工具。目前PRMT5抑制劑根據(jù)結(jié)合位點不同主要分為SAM類似物和非SAM 類似物，見表1［26］。

3.1 SAM類似物 SAM是PRMT催化對稱性二甲基化的甲基供體，SAM類似物能夠通過與SAM競爭結(jié)合位點，從而特異性抑制不同類型的精氨酸甲基化，但不影響賴氨酸甲基化。AMI-1可以特異性抑制Ⅰ型和Ⅱ型PRMT的活性，降低甲基化底物Npl3p的甲基化水平，目前已在肝癌、胃癌、白血病等多種腫瘤細(xì)胞中證明可通過降低PRMT5催化活性抑制腫瘤細(xì)胞的增殖［18，27］。中山大學(xué)潘景軒教授團隊篩選的小分子抑制劑PJ-68可以降低PRMT5的活性，抑制白血病干細(xì)胞的存活和自我更新能力，PJ-68還可以抑制人類CML CD34＋細(xì)胞在免疫缺陷小鼠體內(nèi)的成瘤情況［12］。中國科學(xué)院上海藥物研究所羅成教授課題組通過藥效團和分子對接的虛擬篩選并結(jié)合光激化學(xué)發(fā)光免疫測定 （Alpha LISA）分析優(yōu)化選擇出小分子化合物Compound 17，并證明Compound 17是一種SAM競爭性的抑制劑，可與PRMT5高親和性地結(jié)合，在白血病細(xì)胞內(nèi)可明顯抑制PRMT5的活性和PRMT5介導(dǎo)的Sm甲基化，進(jìn)而抑制白血病細(xì)胞的增殖［28］。Tarighat等［29］的研究表明，小分子化合物HLCL-61特異性抑制PRMT5活性，作用于白血病細(xì)胞后12 h可減少組蛋白H3、H4的甲基化，降低白血病細(xì)胞的活力。新近合成的PRMT5抑制劑LLY-283的選擇性明顯提高，并可抑制白血病細(xì)胞的惡性表型［30］。

表1 已知PRMT5抑制劑

3.2 非SAM類似物 小分子抑制劑EPZ015666是第1個被報道的口服生物利用度高的PRMT5抑制劑，通過與多肽底物競爭結(jié)合位點，而不是與SAM競爭結(jié)合位點，抑制PRMT5的活性。在套細(xì)胞淋巴瘤中，PRMT5已經(jīng)被證實為腫瘤治療靶點，EPZ015666可以抑制淋巴瘤細(xì)胞的增殖、侵襲和遷移，在小鼠模型中，口服EPZ01566可以有效抑制移植瘤生長［31］。另有眾多研究分別驗證了EPZ015666對骨髓瘤、結(jié)直腸癌、非小細(xì)胞肺癌和膠質(zhì)瘤細(xì)胞株的抑制作用［21，32-34］。

根據(jù)EPZ015666結(jié)構(gòu)優(yōu)化的小分子化合物EPZ015938（GSK3326595），2016年開始Ⅰ期臨床劑量遞增研究，用于患有晚期或復(fù)發(fā)性實體瘤的受試者和非霍奇金淋巴瘤的治療（美國臨床試驗數(shù)據(jù)庫注冊號：NCT02783300）。雖然近來新的PRMT5抑制劑不斷被發(fā)現(xiàn)，但目前只有EPZ015938用于臨床研究。

4 展 望

PRMT5催化的組蛋白甲基化作為表觀遺傳學(xué)的重要組成部分，與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，但目前仍缺乏實驗研究以充分評估PRMT5在不同腫瘤中的風(fēng)險及其與診斷、復(fù)發(fā)、預(yù)后的關(guān)系。目前對PRMT5的研究多停留在體外，且PRMT5基因敲除鼠成本較高，體內(nèi)研究較少。此外，雖然靶向PRMT5的小分子抑制劑的發(fā)現(xiàn)與優(yōu)化為深入探討PRMT5可能的治療價值提供了有力工具，但這些抑制劑在腫瘤中發(fā)揮作用影響的下游通路尚未完全明確，仍需進(jìn)一步探討，這有利于明確小分子抑制劑對不同特征腫瘤的抑制作用，有助于靶向治療的實施。同時，明確PRMT5在不同腫瘤中的作用機制，可為日后臨床上開展聯(lián)合用藥提供幫助。有研究表明PRMT5可通過調(diào)控c-myc的表達(dá)誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞對阿霉素的耐藥，但對于其他腫瘤耐藥仍無研究，例如在肝癌靶向治療藥物中，美國FDA目前只批準(zhǔn)了索拉非尼（sorafenib），臨床上常有患者出現(xiàn)耐藥，PRMT5對索拉非尼耐藥患者是否有治療意義仍需研究。PRMT5在正常細(xì)胞中也有表達(dá)，但PRMT5抑制劑對正常細(xì)胞是否也有抑制作用尚無報道，小分子抑制劑的體內(nèi)外毒副反應(yīng)也未見研究。PRMT5作為靶點用于腫瘤臨床治療之前，最緊迫的仍是篩選出更多特異性抑制劑，并檢測其安全性，以提供特異性更好、安全性更高的藥物。