ATP依賴性染色質(zhì)域解旋酶DNA結合蛋白家族在腫瘤發(fā)病中作用的研究進展

羅嘉欣 陳曉銘 郭潤民，2，3▲

1.廣東醫(yī)科大學附屬醫(yī)院內(nèi)分泌科，廣東湛江 524001；2.廣東醫(yī)科大學順德婦女兒童醫(yī)院（佛山市順德區(qū)婦幼保健院）內(nèi)科，廣東順德 528300；3.廣東醫(yī)科大學婦幼醫(yī)學研究與出生缺陷防治重點實驗室，廣東順德 528300

編碼染色質(zhì)調(diào)節(jié)因子的基因是最常見的突變之一，其染色質(zhì)結構和功能在腫瘤發(fā)生中起著重要作用。目前發(fā)現(xiàn)在膠質(zhì)瘤、白血病、乳腺、膀胱、結腸、腎臟和肺中染色質(zhì)調(diào)控因子是最常見的突變之一[1]。ATP依賴性染色質(zhì)域解旋酶DNA結合蛋白（chromodomain helicase DNA-binding protein，CHD）是一種染色質(zhì)調(diào)節(jié)器，CHD家族有1～9個成員。根據(jù)CHD其他結構域的不同將其劃分為三大家族亞類，第一家族亞類包括CHD1和CHD2；第二家族亞類包括CHD3、CHD4和CHD5；第三家族亞類包括 CHD6、CHD7、CHD8和CHD9。CHD蛋白影響染色質(zhì)的緊密程度，所以這些酶控制轉(zhuǎn)錄、細胞增殖和DNA損傷修復等基本的生物過程，CHD蛋白的缺失或失活對器官發(fā)育和癌癥的發(fā)生起著重要作用[2]。

本文主要介紹CHD介導的染色質(zhì)對腫瘤形成的動態(tài)調(diào)節(jié)過程，染色質(zhì)調(diào)節(jié)器的生物學作用，CHD蛋白的上下游分子，每一個亞類對癌癥患者生存率的影響[3]。

1 CHD第一家族亞類：CHD1和CHD2

CHD1是CHD家族中最早被發(fā)現(xiàn)的一種DNA結合蛋白，根據(jù)其功能性基序?qū)θ旧|(zhì)結構和基因表達的調(diào)節(jié)作用[4]。最近研究表明，CHD第一家族亞類蛋白與轉(zhuǎn)錄調(diào)控有關，影響細胞增殖、DNA損傷修復和多分化性。CHD1、CHD2的缺失或滅活促進癌癥的發(fā)生[5]。第一家族亞類蛋白調(diào)控的缺失對腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移和患者的生存有著重要的影響。CHD1是與癌癥聯(lián)系最緊密的CHD亞家族成員，CHD2與腫瘤抑制有關[6]。CHD第一家族亞類蛋白的上游因素包括環(huán)境、激素、染色質(zhì)調(diào)節(jié)因子和信號通路，暴露于香煙與CHD1啟動子的高甲基化相關，啟動子甲基化后與RNA聚合酶Ⅱ（RNA polymerase Ⅱ，Pol Ⅱ）的阻滯和損害轉(zhuǎn)錄激活相關，而去甲基化劑通過誘導Pol Ⅱ在絲氨酸2的磷酸化促進轉(zhuǎn)錄延長來消除這一作用。雌激素信號在促進雌激素受體（ER）陽性乳腺癌的增殖中起關鍵作用，雌激素可抑制miR26A和miR26B的表達，這是降解CHD1轉(zhuǎn)錄并促進乳腺癌細胞增殖的microRNAs，抑制miR26和增加雌激素反應中CHD1的表達都需要c-MYC，CHD1的缺失清除雌激素的促增殖作用[7]，說明CHD1可能促進腫瘤發(fā)生。轉(zhuǎn)錄成分和組蛋白修飾因子相互作用也可以調(diào)節(jié)CHD1的表達，例如，Pol Ⅱ相關因子hPAF2/PD2介導了MLL介導的轉(zhuǎn)錄活性基因的H3K4ME2/3共價修飾，促進了CHD1在胰腺癌細胞中的表達。

小鼠胚胎干細胞（embryonic stem cell，ESC）細胞分化時組蛋白精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶PRMT6表達增加，CHD1促進多能基因Oct4和Nanog的表達從而引發(fā)H3R2ME2的共價組蛋白修飾，可以抵消轉(zhuǎn)錄激活標記H3K4ME3[8]。同時由于Oct4和Nanog啟動子上的H3K4ME3相對于未分化的ES細胞較少CHD1表達受損和結合減少，且已知CHD1通過其染色質(zhì)域結合H3K4ME3。CHD1通過與轉(zhuǎn)錄成分相互作用的方式被募集到靶位部點，調(diào)節(jié)其靶基因轉(zhuǎn)錄起始位點的H3。影響CHD1的失活病變包括乳腺癌和其他癌癥中的啟動子甲基化和具有高微衛(wèi)星不穩(wěn)定性的結直腸癌中的突變。導致ETS家族成員過表達的染色體重排，最常見的是雄激素調(diào)節(jié)基因跨膜蛋白酶絲氨酸2（transmembrane protease，serine 2，TMPRSS2）和 ERG 基因之間的易位，某些類型的前列腺癌中很常見，在ETS融合陰性的前列腺癌中發(fā)生CHD1病變[9]。雖然CHD1突變與ETS融合是相互排斥的，但CHD1失活與PTB/POZ蛋白突變和MAP3K7缺失同時發(fā)生，提示這些病變與CHD1缺失協(xié)同導致前列腺腫瘤發(fā)生。CHD1失活增加Oct4和Nanog的表達并增強干細胞特性。此外，CHD1是ES細胞決定染色質(zhì)狀態(tài)和多分化性所必需的，也是體細胞重編程所必需的。CHD2也是激素反應性的，因為在妊娠期間機體釋放的人絨毛膜促性腺激素會引起CHD2的轉(zhuǎn)錄。CHD2也調(diào)節(jié)H3占用率，與CHD1一樣，微衛(wèi)星不穩(wěn)定性高的結直腸腫瘤存在CHD2突變。部分研究表明CHD2在慢性淋巴細胞白血病（chronic lymphocytic leukemia，CLL）和單克隆B淋巴細胞增多癥中失活。CLL中CHD2突變與免疫球蛋白重鏈可變區(qū)編碼基因突變有關，CHD2在結直腸癌中也被下調(diào)[10]。CHD2還與神經(jīng)發(fā)育有關，因為CHD2的單倍體與神經(jīng)缺陷有關，包括發(fā)育遲緩、智力殘疾、癲癇和行為異常，CHD2小鼠的生存能力受損、生長延遲和脊柱前屈畸形，所以CHD2對發(fā)育的影響遠比對腫瘤的大。此外，一項同源小鼠回交研究發(fā)現(xiàn)，CHD2是一個候選肥胖基因，CHD2突變等位基因的雜合性與髓外造血和淋巴瘤易感性有關，證據(jù)表明CHD1在前列腺中具有抑癌作用，并且在某些情況下促進腫瘤發(fā)生。

2 CHD第二家族亞類：CHD3、CHD4和CHD5

CHD第二家族亞類蛋白控制著轉(zhuǎn)錄和DNA損傷修復，包括細胞增殖、衰老和凋亡的有效調(diào)節(jié)因子[11]。CHD5是一個腫瘤抑制因子，其失活是多種癌癥發(fā)生的基礎。CHD4和CHD3中較小程度的改變也能導致癌癥的發(fā)生，這些成員的喪失或失活與化療耐藥性、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）、轉(zhuǎn)移和患者較差的總生存率有關。CHD5是一種高度劑量依賴性的腫瘤抑制因子。環(huán)境、DNA甲基化、miRNA、DNA腫瘤病毒編碼的致癌基因、染色質(zhì)調(diào)節(jié)因子、轉(zhuǎn)錄因子和信號通路是CHD第二家族亞類蛋白成員的上游因素。CHD5啟動子甲基化的神經(jīng)母細胞瘤細胞中，抑制DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNA methyltransferase 3B，DNMT3B）的表達，從而降低CHD5甲基化并激活其轉(zhuǎn)錄，miR211和miR454分別在結直腸癌和肝癌中靶向和降解CHD5 mRNA[12]。染色質(zhì)域調(diào)控因子JMJD2A抑制RAS介導的衰老驅(qū)動轉(zhuǎn)化，JMJD2A同樣被證明可以抑制RAS誘導CHD5表達的能力，從而影響下游p53介導的通路。CHD5的啟動子具有轉(zhuǎn)錄因子LEF1/TCF、SP1和AP2的結合位點，提示CHD5受WNT/β-catenin通路組分的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。異常的胰島素樣生長因子1 （insulin-like growth factor 1，IGF-1）信號通路可促進CHD5啟動子高甲基化，從而抑制CHD5表達，進而驅(qū)動肝癌的發(fā)生。RAS通常誘導CHD5表達，但JMJD2A的異常上調(diào)會抑制CHD5的激活。CHD5是核小體重構和去乙酰酶（NURD）復合物的組成部分[13]。CHD5通過轉(zhuǎn)錄激活CDKN2A抑制增殖，這與CDKN2A編碼p16Ink4a和p19Arf等腫瘤抑制基因有關。

CHD4也是NURD的一個組成部分，也是一個染色質(zhì)重塑分子、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄、增殖和DNA損傷修復[14]。CHD4與CHD5一樣具有較強的ATP酶活性。體外實驗表明CHD4不能像CHD5那樣有效地展開核小體。然而，不同CHD第二家族亞類成員在體內(nèi)的區(qū)別目前尚不清楚。在轉(zhuǎn)化過程中，MYC增強了CHD4與MTA和NURD的交互作用。HPV16癌蛋白E7與CHD4結合激活組蛋白去乙?；富钚圆⒃鰪娂毎鲋?，含有CHD4的NURD復合物與含有CHD5的復合物相互排斥。CHD4與BRD4/NSD3、ZFHX4、p300乙酰轉(zhuǎn)移酶、p300/ GATA4、TWIST和HSF相互作用[15]，CHD4下游的因子包括其轉(zhuǎn)錄靶點。CHD4已被證明可以將組蛋白去乙?；富钚耘c結腸直腸癌啟動子的高甲基化結合。CHD4與NAB2相互作用，調(diào)節(jié)編碼早期生長反應（EGR）的基因表達。CHD4被招募到MBD2/p66a結合的甲基化DNA中，這種相互作用在乳腺癌中消失。CHD4抑制E-鈣黏素從而抑制肺癌細胞EMT和轉(zhuǎn)移。CHD4病變包括其在子宮內(nèi)膜癌和子宮漿液癌中的突變[16]，這可能與CHD5中的單核苷酸多態(tài)性與子宮內(nèi)膜異位癥相關。CHD4在膠質(zhì)母細胞瘤中維持腫瘤起始細胞。與CHD5一樣，CHD4在DNA損傷反應中發(fā)揮作用。有報道CHD4缺乏與BRCA突變細胞化療的耐藥性相關，靶向CHD4能夠阻滯肝癌細胞生長，表明CHD4具有抑癌作用。CHD3與CHD4一樣，與轉(zhuǎn)錄輔抑制子NAB2相互作用，抑制EGR靶基因的表達，參與了DNA損傷修復反應[17]。

3 CHD第三家族亞類蛋白：CHD6、CHD7、CHD8和CHD9

第三家族亞類蛋白也參與轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)、細胞增殖和DNA損傷修復，在癌癥中不受調(diào)控，并影響患者的總體生存率。但是這個亞家族成員的突變也很嚴重影響發(fā)育和惡性腫瘤。此外，與CHD第一家族亞類蛋白相似，第三家族亞類成員的失活與患者生存提高相關，表明該亞家族成員具有致癌和抑癌功能。CHD8是AR的協(xié)調(diào)因子，AR響應基因TMPRSS2的轉(zhuǎn)錄激活需要CHD8。CHD8轉(zhuǎn)錄調(diào)控WNT/β-catenin通路和細胞周期調(diào)節(jié)因子的編碼成分，并對與癌癥和神經(jīng)發(fā)生有關的基因表達產(chǎn)生影響。CHD8通過招募組蛋白H1到WNT靶基因啟動子來抑制β-catenin信號通路。CHD8通過招募組蛋白H1的能力抑制p53介導的細胞凋亡[18]，該過程發(fā)生在胚胎發(fā)生過程中。CHD8在乳腺癌中發(fā)生突變，在36%的胃癌和29%的結腸直腸癌中發(fā)生突變，在前列腺癌中由于啟動子甲基化而沉默。CHD8在CpG甲基化表型陽性結腸直腸癌中發(fā)生突變，CHD8突變與CIMP1陽性、微衛(wèi)星不穩(wěn)定性以及BRAF、KRAS和p53突變相關。BCR-ABL驅(qū)動的急性淋巴細胞白血病小鼠模型發(fā)現(xiàn)，CHD8敲除可導致細胞凋亡，提示靶向CHD8是一種有效的治療B淋巴惡性腫瘤的方法[19]。急性髓系白血?。╝cute myeloid leukemia，AML）小鼠模型的遺傳篩查顯示，BRD4通過h3k36特異性甲基轉(zhuǎn)移酶NSD3維持AML的能力需要CHD8。胃癌中高CHD8的表達與患者良好的預后相關。CHD8核表達增強已被證明與前列腺癌患者生存期降低和轉(zhuǎn)移增加有關。因此，盡管一些報道表明CHD8具有抑制腫瘤的功能，但一些研究提出CHD8具有更強的促癌能力作用。CHD7突變在小細胞肺癌中有一個外顯子3～7的幀內(nèi)復制，或與PVT-1融合表達。研究表明吉西他濱對CHK1磷酸化依賴的DNA損傷修復有抑制作用，在皮膚T細胞淋巴瘤中，CHD7和ES細胞基因異常上調(diào)導致干細胞樣特征。與CHD5促進p53介導的細胞凋亡相反，CHD7似乎抑制了p53介導的細胞凋亡。結腸直腸癌中存在CHD7的功能缺失突變與BRAF、p53和KRAS的突變相關，但CHD7在皮膚T細胞淋巴瘤中的表達增強，與CHD7促進腫瘤發(fā)生的結論一致，低水平的CHD7蛋白表達與胰腺癌患者生存增強相關。CHD7缺失通過ATR介導的CHK1磷酸化引發(fā)DNA損傷，增強了胰腺癌細胞對吉西他濱的敏感性。CHD7的消耗可能通過增加細胞死亡而使目前的治療更加有效，至少在胰腺癌中是這樣。其余第三家族亞類蛋白CHD6和CHD9在癌癥中的作用目前尚不清楚。CHD6在結腸直腸癌和膀胱移行細胞癌中均發(fā)生突變。此外，有研究表明，CHD6與許多其他CHD蛋白一樣，調(diào)節(jié)DNA損傷修復。CHD9在癌癥中起作用的證據(jù)目前尚缺乏說服力，但CHD9突變已在胃癌和結腸直腸癌中被報道。CHD第三家族亞類成員，特別是CHD8，是重要的癌癥基因。然而，與第二家族亞類成員的抑癌作用形成鮮明對比的是，第三家族亞類成員在某些情況下也具有促癌作用，抑制它們被證明是一種有效的治療策略[20]。

4 總結

CHD蛋白家族的不同成員擁有各自的特點且具有高度可變的功能。雖然第二家族亞類成員被認為是強大的腫瘤抑制因子，但第一家族亞類和第三家族亞類成員在某些情況下具有腫瘤抑制能力，但在其他情況下具有致癌能力。每個亞家族成員的病變可以用來預測腫瘤亞型和預測患者的生存。盡管活化CHD第二家族亞類成員可能是一種有效的治療策略，但滅活CHD第一家族亞類和第三家族亞類成員可能克服化療耐藥的特點，CHD第二家族亞類蛋白的雙面作用有待進一步研究。