蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶在前列腺癌中的研究進(jìn)展△

胡平 綜述，陳平 審校

同濟(jì)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，上海200092

蛋白質(zhì)的翻譯后修飾（post-translational modification，PTM）是許多蛋白質(zhì)行使功能的必要環(huán)節(jié)，這些修飾包括甲基化、乙酰化、糖基化、磷酸化、泛素化以及新發(fā)現(xiàn)的小泛素相關(guān)修飾物（small ubiquitin-related modifier，SUMO）化。蛋白質(zhì)甲基轉(zhuǎn)移酶主要分為蛋白質(zhì)賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶和蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶（protein arginine methyltransferase，PRMT）。PRMT的研究雖然僅有短短20年，但是越來越多腫瘤的發(fā)生、發(fā)展被發(fā)現(xiàn)與PRMT有關(guān)。本文總結(jié)了PRMT與惡性腫瘤的關(guān)系，以及PRMT各個(gè)成員在前列腺癌中的表達(dá)和調(diào)控機(jī)制，為進(jìn)一步了解PRMT與前列腺癌的關(guān)系提供理論基礎(chǔ)。

1 PRMT

1.1 PRMT概述

PRMT是蛋白質(zhì)甲基轉(zhuǎn)移酶之一。蛋白質(zhì)精氨酸底物甲基化是一種廣泛的翻譯后修飾，以S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosyl-methionine，SAM或AdoMet）作為甲基供體，通過PRMT的酶催化作用將SAM的甲基轉(zhuǎn)移至目的蛋白精氨酸胍基氮分子上。

在哺乳動物細(xì)胞內(nèi)，已鑒定出11種PRMT家族的成員，分別是PRMT1～11。精氨酸甲基化有3種方式，分別為精氨酸單甲基化、非對稱精氨酸二甲基化和對稱精氨酸二甲基化。根據(jù)催化方式的不同分為可催化產(chǎn)生單甲基化和非對稱雙甲基化修飾的Ⅰ型 PRMT（PRMT1、PRMT3、PRMT4、PRMT6、PRMT8）、可催化產(chǎn)生單甲基化和對稱雙甲基化修飾的Ⅱ型PRMT（PRMT5、PRMT9）以及僅可催化產(chǎn)生單甲基化修飾的Ⅲ型PRMT7。PRMT10、PRMT11被鑒定是PRMT7、PRMT9的同系物，目前，尚無研究表明PRMT10、PRMT11是否具有甲基轉(zhuǎn)移酶活性[1]。

1.2 PRMT的功能與作用

PRMT的主要功能包括DNA修復(fù)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)錄激活和抑制以及細(xì)胞周期調(diào)控等。研究發(fā)現(xiàn)，PRMT1在胰腺癌、乳腺癌、肝癌、結(jié)直腸癌、膀胱癌和肺癌等腫瘤組織中呈高表達(dá)[2-7]，PRMT5在乳腺癌、宮頸癌、胃癌、食管癌、卵巢癌等腫瘤組織中呈高表達(dá)[8-12]。PRMT1是通過轉(zhuǎn)錄因子Twist1的甲基化（Arg-34）從而參與上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化過程，并抑制上皮鈣黏素（E-cadherin，E-cad）的表達(dá)，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移[13]。PRMT1能甲基化表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）Arg198和Arg200，增強(qiáng)EGFR與EGF的結(jié)合，激活信號傳導(dǎo)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖[14]。PRMT5在肺癌中的表達(dá)上調(diào)，其導(dǎo)致的組蛋白修飾能夠發(fā)揮基因激活和基因抑制的作用，從而調(diào)控細(xì)胞內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[15]，與惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展有關(guān)。PRMT5可以與腫瘤基因產(chǎn)物核糖體蛋白S10作用，催化其于Arg158和Arg160殘基發(fā)生甲基化[25]，這一過程調(diào)控核糖體的正確裝配過程，影響蛋白質(zhì)合成。

PRMT2在乳腺癌中呈高表達(dá)[16]。PRMT3的甲基轉(zhuǎn)移酶活性在肺癌、乳腺癌和胰腺癌中明顯升高[17]。PRMT6在肺癌中的表達(dá)水平升高，且與預(yù)后不良有關(guān)。PRMT7在惡性乳腺癌組織和轉(zhuǎn)移性乳腺癌細(xì)胞中呈高表達(dá)，上調(diào)的PRMT7提高了E-cadherin啟動子H4R3me2s的修飾水平，導(dǎo)致E-cadherin的表達(dá)下調(diào)，降低細(xì)胞間的黏附能力而發(fā)生轉(zhuǎn)移[18]。有研究發(fā)現(xiàn)，PRMT9在肝癌細(xì)胞中的轉(zhuǎn)錄水平較高，且PRMT9表達(dá)水平高的肺癌患者的生存率低[19]。PRMT7在肺癌中的表達(dá)水平高于正常肺組織，肺癌細(xì)胞過表達(dá)PRMT7后雖然不能在很大程度上影響細(xì)胞的增殖，但是其侵襲能力增強(qiáng)[20]。然而，PRMT7在肝癌組織中呈低表達(dá)，在癌旁組織中呈高表達(dá)[21]。

2 PRMT與前列腺癌的關(guān)系

前列腺癌是激素依賴的上皮性惡性腫瘤，根據(jù)是否受雄激素調(diào)控將前列腺癌分為激素依賴性前列腺癌（hormone-dependent prostate cancer，HDPC）和激素非依賴性前列腺癌（hormone independent prostate cancer，HIPC）。HDPC在阻斷了生理水平的雄激素后，前列腺癌細(xì)胞會發(fā)生程序性凋亡，而HIPC的發(fā)生、發(fā)展不依賴于任何內(nèi)分泌激素。雄激素阻斷療法是前列腺癌的主要治療方法，然而大多數(shù)患者經(jīng)過雄激素阻斷治療后，其腫瘤細(xì)胞會由激素依賴性轉(zhuǎn)變?yōu)榧に胤且蕾囆?，此時(shí)手術(shù)剝奪或藥物阻斷治療無效。有研究發(fā)現(xiàn)，前列腺癌中組蛋白甲基化的比例很高[22]。關(guān)于前列腺癌組蛋白甲基化的數(shù)據(jù)十分有限，目前在前列腺癌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)H3K9me3/H3K27me3的表達(dá)量增加[23]。前列腺癌組織中高表達(dá)的PRMT家族成員直接參與腫瘤細(xì)胞的增殖、遷移及信號通路，或間接參與前列腺癌的發(fā)生、發(fā)展，但各個(gè)成員調(diào)控的具體機(jī)制不盡相同。

2.1 Ⅰ型PRMT與前列腺癌

PRMT1的異常活動與激素依賴性腫瘤有關(guān)，包括依賴于雄激素的前列腺癌。PRMT1抑制劑能夠抑制前列腺細(xì)胞的生長[24]，說明PRMT1的表達(dá)可能有促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖的能力。RNAi篩選與前列腺癌細(xì)胞活力相關(guān)的具有組蛋白甲基化功能的酶，PRMT2是從88種具有組蛋白甲基化功能的酶shRNA中篩選出的、能夠調(diào)控前列腺癌細(xì)胞活力的酶之一[25]。目前，在前列腺癌中，PRMT1和PRMT2的主要功能是促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞的增殖。

PRMT4（CARM1）在前列腺癌中呈高表達(dá)，其過表達(dá)參與了雄激素非依賴性前列腺癌的發(fā)生[26]，被證明能與雄激素相互作用。研究表明，PRMT4作為雄激素受體的轉(zhuǎn)錄共激活因子，參與前列腺癌的發(fā)生，可能成為治療雄激素非依賴性前列腺癌的新靶點(diǎn)[26]。敲低PRMT4不僅能夠抑制前列腺癌細(xì)胞的增殖，促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞的凋亡，還可抑制雄激素依賴性前列腺特異性抗原（prostate-specific antigen，PSA）的表達(dá)。雄激素非依賴性前列腺癌細(xì)胞的細(xì)胞核中CARM1表達(dá)的上調(diào)可能成為治療雄激素非依賴性前列腺癌的靶點(diǎn)[27]。

有研究發(fā)現(xiàn)，PRMT6在前列腺癌細(xì)胞和組織中呈高表達(dá)，且其表達(dá)與前列腺癌細(xì)胞的促癌基因PSA和人激肽釋放酶2（kallikrein-related peptidase 2，KLK2）的表達(dá)均呈正相關(guān)，其通過調(diào)控雄激素受體信號通路中的一些下游靶基因從而促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞的增殖和遷移[28]。穩(wěn)定敲低PRMT6后，PC-3細(xì)胞的惡性程度降低，凋亡數(shù)目增加，基質(zhì)金屬蛋白酶9（matrix metalloproteinase 9，MMP9）表達(dá)水平降低，轉(zhuǎn)移和侵襲能力均下降[29]。在篩選與前列腺癌發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)的組蛋白甲基化酶時(shí)，使用實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)（quantitative real-time polymerase chain reaction，qRT-PCR）在37種預(yù)選的能夠甲基化組蛋白的分子中檢測到了PRMT6，并且其在前列腺癌組織中呈高表達(dá)[30]。

2.2 Ⅱ型、Ⅲ型PRMT與前列腺癌

PRMT5在前列腺癌中的表達(dá)水平明顯升高，在mRNA和蛋白質(zhì)水平均與雄激素受體呈正相關(guān)。Deng等[31]研究發(fā)現(xiàn)，PRMT5能夠激活雄激素受體基因的轉(zhuǎn)錄，通過與Sp1相互作用被招募至雄激素受體啟動子周圍，并在AR基因的近端啟動子區(qū)域與依賴腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）的染色質(zhì)重構(gòu)因子Brg1形成復(fù)合物。約50%的前列腺癌存在跨膜絲氨酸蛋白酶2（transmembrane protease serine 2，TMPRSS2）和 Ets相關(guān)基因（Ets related-gene，ERG），此種變異導(dǎo)致細(xì)胞產(chǎn)生高水平的ERG蛋白，ERG招募PRMT5至AR靶基因，其中，PRMT5能甲基化雄激素受體的761位精氨酸誘導(dǎo)AR增殖而非分化。這一過程會阻斷AR調(diào)控其他基因的轉(zhuǎn)錄[32]。此外，另一實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，前列腺癌細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的PRMT5能夠促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞的生長，細(xì)胞核內(nèi)的PRMT5能夠抑制前列腺癌細(xì)胞的生長[33]，但具體機(jī)制尚有待研究。

PRMT7由692個(gè)氨基酸組成，是一種共價(jià)二聚體，具有兩個(gè)催化甲基轉(zhuǎn)移的結(jié)構(gòu)域，其可以催化細(xì)胞內(nèi)多種底物的單甲基化修飾，也可以在R531位點(diǎn)發(fā)生自甲基化[34]。經(jīng)典Wnt信號通路在前列腺癌中具有重要作用，散亂蛋白（dishevelled，Dvl）是Wnt信號通路中的中心支架蛋白，通過精氨酸甲基化修飾，有研究發(fā)現(xiàn)，此過程是由PRMT7和PRMT1催化完成的，Dvl甲基化的缺失激活了Wnt信號通路下游靶基因的轉(zhuǎn)錄[35]，說明PRMT7可以參與調(diào)控Wnt信號通路進(jìn)而影響前列腺癌的發(fā)展。

CTCFL作為印跡控制區(qū)域（imprinting control region，ICR）的結(jié)合蛋白之一，能激活PRMT7的組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶活性，PRMT7可能在雄性生殖系印跡基因的甲基化中起作用[36]。Seligson等[37]發(fā)現(xiàn)，在前列腺癌中，H4R3的甲基化程度與腫瘤分級呈正相關(guān)。Dhar等[38]發(fā)現(xiàn)PRMT7可以甲基化H4R3。上述研究均提示PRMT7可能參與前列腺癌的發(fā)展，探究PRMT7在前列腺癌發(fā)生、發(fā)展中的調(diào)控機(jī)制具有重要意義。

2.3 其他PRMT與前列腺癌

研究發(fā)現(xiàn)，PRMT10在雄激素依賴性前列腺癌中活躍表達(dá)；通過酵母雙雜交實(shí)驗(yàn)證明PRMT10是與雄激素受體相互作用的蛋白質(zhì)之一，是LNCaP前列腺癌細(xì)胞雄激素依賴性增殖所必需的，與雄激素受體相互作用；在siRNA敲低PRMT10的實(shí)驗(yàn)中：敲除PRMT10后，DHT依賴的PSA的表達(dá)下調(diào)，LNCaP細(xì)胞的生長受到抑制，卻不影響激素非依賴性前列腺癌細(xì)胞的生長[39]。PRMT10對于激素依賴性前列腺癌細(xì)胞的生長是必須的。

3 小結(jié)與展望

PRMT這一具有催化精氨酸甲基化催化的酶，廣泛分布于人類的各種組織中，然而在惡性腫瘤組織中，PRMT家族的多數(shù)成員呈過表達(dá)。PRMT在前列腺癌中呈高表達(dá)，能夠促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞的增殖和遷移。在一些前列腺組織中存在組蛋白甲基化的現(xiàn)象（PRMT1催化H4R3me2a[40]，PRMT2催化H3R8me2a[41]，PRMT5催化H4R3me2s[15]、H2AR3me2s、H3R2me2s，PRMT7催化H4R17me1[42]等），雖然目前此方面數(shù)據(jù)較為匱乏，但關(guān)于表觀遺傳是否會成為前列腺癌發(fā)病因素的研究不斷增多。PRMT4作為雄激素受體的轉(zhuǎn)錄共激活因子同PRMT5、PRMT6等與雄激素受體相互作用，調(diào)控雄激素信號通路，并能夠通過影響雄激素受體，抑制它對其他基因的轉(zhuǎn)錄作用。PRMT7的過表達(dá)使Wnt信號通路紊亂，提示PRMT7在前列腺癌中可能是關(guān)鍵蛋白。PRMT的表達(dá)與某些促腫瘤基因的表達(dá)呈正相關(guān)，可能是細(xì)胞信號通路重要的中間調(diào)控或最終效應(yīng)分子。PRMT通過這些過程在的前列腺癌的發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用。

PRMT與前列腺癌發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系為其機(jī)制的研究積累了證據(jù)，但是目前尚未總結(jié)出PRMT在前列腺癌中發(fā)揮作用的公認(rèn)機(jī)制，其可能關(guān)鍵機(jī)制包括PRMT可能通過甲基化組蛋白，表觀遺傳調(diào)控前列腺；PRMT與AR相互作用，通過信號通路調(diào)控前列腺癌的進(jìn)程；PRMT通過調(diào)控細(xì)胞周期從而發(fā)揮促癌作用等。了解和掌握PRMT與前列腺癌的關(guān)系有助于充分認(rèn)識前列腺癌，尋找有效治療靶點(diǎn)，開發(fā)新的治療藥物和治療方法。