KDM3A基因在乳腺癌中的研究進展

張?zhí)烊?，姚?/p>

(1.新疆醫(yī)科大學，烏魯木齊 830000； 2.新疆醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院影像中心，烏魯木齊 830000)

乳腺癌是影響全球女性健康的最常見惡性腫瘤，也是與女性癌癥相關死亡的第二常見原因[1]。乳腺癌高度的異質性使其復發(fā)率高、治療難度系數大且預后不良。雖然近年來乳腺癌患者的總體生存率和預后有所改善，但轉移仍是乳腺癌患者死亡的首要原因[2]。通常具有高度轉移潛力的癌細胞在局部侵襲之后，遷移到繼發(fā)靶器官部位形成轉移龕。而區(qū)域淋巴結是乳腺癌早期轉移的首發(fā)部位，故腋窩淋巴結轉移是乳腺癌患者最重要的預后因素之一[3]。乳腺癌細胞通過激活各種信號通路，獲得運動和侵襲表型，從而啟動侵襲和轉移[4]。選擇性雌激素受體調節(jié)劑他莫昔芬在雌激素受體陽性乳腺癌治療中已成功應用。但直接靶向雌激素受體通常會產生治療抵抗，因此開發(fā)針對雌激素受體關鍵協(xié)同調節(jié)因子的治療可能能為耐藥型乳腺癌的治療提供新思路。目前，光熱療法作為一種新型的乳腺癌治療方式，在生物醫(yī)學領域受到廣泛關注，但其潛在生物學機制及調控因素仍不明確[5]。因此，深入探究乳腺癌發(fā)生發(fā)展的分子機制顯得極為迫切。

賴氨酸去甲基化酶(lysine demethylase,KDM)3A是一種含Jumonji C結構域的KDM，參與了缺氧誘導的MCF-7乳腺癌細胞的侵襲。KDM3A會耗竭腫瘤抑制細胞的誘導侵襲，而不影響低氧條件下MCF-7細胞的存活或增殖。研究表明，KDM3A在過表達時，即使氧氣充足也能增強MCF-7細胞的侵襲性[6]?，F就KDM3A基因在乳腺癌中的研究進展予以綜述。

1 KDM3A

1.1KDM3A的概述 KDM3A位于進化保守的酪氨酸1114位點，又稱JMJD1A(Jumonji domain-containing 1A)、JHDM2A(Jumonji C domain-containing histone demethylase 2A)，是含Jumonji C結構域的組蛋白去甲基化酶家族成員，通過促進組蛋白H3第9位賴氨酸二甲基化(lysine 9 of histone H3 dimethylation，H3K9me2)或組蛋白H3第9位賴氨酸單甲基化(monomethylation of lysine 9 of histone H3，H3K9me1)賴氨酸第9位點的組蛋白去甲基化來促進基因表達[7]。KDM3亞家族主要由4個蛋白組成(KDM3A～D)。這4種蛋白質的C端均含有催化的Jumonji C結構域，但KDM3C是否具有去甲基化酶活性仍存在爭議。與KDM4B相似，KDM3A是一種在內質網信號轉導中起關鍵作用的內質網共調節(jié)蛋白。此外，KDM3蛋白含有用于DNA結合的鋅指結構域和與核受體相互作用的LXXLL結構域[8]。在KDM3蛋白中，尤其是KDM3A在多種癌癥中過表達，這種特質使其成為潛在的癌癥治療靶點。研究表明，在低氧條件下，含有Jumonji C結構域的KDM3A消耗會抑制細胞的侵襲性，但不會影響MCF-7細胞的存活或增殖，而當KDM3A過表達時，即使在常氧條件下也會增強MCF-7細胞的侵襲能力[9]。KDM3A參與多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展，包括化療耐藥性、表觀遺傳調控、增殖和轉移，故在臨床有較高的研究價值[10-11]。

1.2KDM3A在多種癌癥中的作用 研究發(fā)現，許多癌癥的發(fā)生、發(fā)展及轉歸與KDM3A表達失調有關[11]。KDM3A可以抑制胃癌細胞的增殖和胃轉移瘤的生長，即KDM3A通過協(xié)同激活Ets-1和降低胃癌細胞Runt相關轉錄因子3(Runt-related transcription factor 3，RUNX3)啟動子上的H3K9me1/H3K9me2水平上調RUNX3。KDM3A在體內抑制胃癌細胞的生長，部分依賴于RUNX3。此外，KDM3A在胃癌中低表達，且低表達的KDM3A與胃癌患者的侵襲性表型和不良預后相關[12]。在去勢抵抗性前列腺癌中，KDM3A蛋白的穩(wěn)定性由泛素連接酶STUB1控制，其通過降解KDM3A抑制雄激素受體活性和前列腺癌細胞生長。此外，KDM3A乙?；谡{節(jié)去勢抵抗性前列腺癌中的KDM3A穩(wěn)定性和雄激素受體活性方面至關重要[13]。KDM3A在結腸癌中過表達，其表達水平與增殖細胞核抗原呈正相關[14]。而敲低JMJD1A可減少增殖基因(如c-Myc、cyclin D1和增殖細胞核抗原)的表達，抑制結腸癌細胞的增殖，阻斷細胞周期，降低轉移瘤的發(fā)生率。同時，也可通過沉默KDM3A基因降低基質金屬蛋白酶9的表達水平和活性，抑制結腸癌細胞遷移、侵襲和肺轉移[14]。但Li等[15]發(fā)現，KDM3A在結直腸癌組織和正常結直腸組織中的表達差異無統(tǒng)計學意義，而在結直腸癌轉移病灶中的表達較原發(fā)灶顯著增加。

肺腺癌中叉頭框轉錄因子P3的表達受活化的Toll樣受體4調控，其通過誘導抑制性細胞因子分泌來增強調節(jié)性T細胞的免疫抑制功能。研究發(fā)現，KDM3A可上調調節(jié)性T細胞的表達，從而促進肺癌細胞逃避免疫系統(tǒng)[16]。與乳腺癌類似，肺癌中的KDM3A也被BRG1招募到增殖和轉移相關基因啟動子中[17]。BRG1是細胞周期蛋白B1和潛在轉化生長因子-β結合蛋白2表達的關鍵因素，它們的上調與肺癌的生長相關。當BRG1表達終止時，KDM3A對這些啟動子的招募會減少，證實KDM3A與BRG1相互作用并調控這些基因的甲基化狀態(tài)[17]。在肝癌中，KDM3A的水平高于正常組織，敲除KDM3A可抑制磷脂酰肌醇-3-激酶催化亞單位α轉基因小鼠肝臟腫瘤的形成[18]。此外，在磷脂酰肌醇-3-激酶激活的人類惡性前體病變中還觀察到KDM3A和c-Jun氨基端激酶的共同表達。值得注意的是，KDM3A在CD44陽性肝細胞中高表達，它控制著CD44陽性細胞的數量和腫瘤啟動潛能。人膀胱癌細胞系和組織中，KDM3A的表達水平明顯高于正常膀胱組織[19]。KDM3A過表達會激活同源異形盒基因 A1(homeobox genes A1，HOXA1)轉錄，隨后激活細胞周期素D1轉錄，通過G1/S期轉變促進細胞增殖和存活。KDM3A蛋白與HOXA1的啟動子結合，脫乙基使H3K9me2水平升高，但不增加組蛋白H3第9位賴氨酸三甲基化水平。KDM3A的水平在癌癥的不同階段和級別中相對相似，這種一致性表明KDM3A的過度表達始于早期階段，且在整個癌癥進展過程中仍然水平很高，提示KDM3A是癌癥發(fā)展的重要因素，尤其在低氧條件下。

也有研究表明，KDM3A與參與糖代謝基因的主要轉錄因子缺氧誘導因子-1α(hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α)協(xié)同作用[20]。神經母細胞瘤是最常見的源自前體神經母細胞的兒童顱外腫瘤，已發(fā)現KDM3A在神經母細胞瘤中表達上調[21]。在神經母細胞瘤中，MYCN癌基因被擴增和過度表達，在1/4的神經母細胞瘤患者中觀察到N-myc的過度表達，N-myc通過上調KDM3A的表達間接調節(jié)其他基因的表達[21]。與胰島細胞和腺泡細胞等鄰近非腫瘤組織相比，KDM3A在胰腺腫瘤細胞系和組織中過表達[22]。由于KDM3A可上調DCLK1，與啟動子結合，從而去除H3K9me1，故DCLK1是胰腺腫瘤干細胞的標志物。可見，開發(fā)新的腫瘤標志物和藥物靶點是精確診斷和治療的關鍵，因此研究KDM3A基因在腫瘤中的具體作用機制顯得尤為重要。

2 KDM3A基因與乳腺癌

2.1KDM3A與乳腺癌細胞侵襲、凋亡相關 研究表明，基質金屬蛋白酶9可以調控乳腺癌細胞系MCF-7和MDA-MB-231的侵襲和轉移[23]。乳腺癌發(fā)生骨轉移時，S100鈣結合蛋白A4蛋白通過表面受體(晚期糖基化終末產物受體)直接刺激破骨細胞的形成。Notch信號通路參與調節(jié)乳腺癌的許多關鍵過程，其中最重要的為上皮-間充質轉化[24]。KDM3A可直接結合到這些促侵襲基因的啟動子上，并通過清除H3K9me2來激活它們的轉錄，且在侵襲性較強的乳腺癌細胞系MDA-MB-231中S100鈣結合蛋白A4的表達受到KDM3A的表觀調控，但在Hs578T細胞系中未發(fā)現這種調控。在80%的三陰性乳腺癌中，p53抑癌基因發(fā)生突變，p53蛋白是一種轉錄因子，通過調控其下游靶基因，從而控制細胞的一些功能，包括細胞周期阻滯、細胞凋亡和細胞老化[25]。一些突變的p53蛋白可獲得促癌功能，促進腫瘤細胞生長、侵襲及產生化療耐藥性，增加基因組的不穩(wěn)定，并改變多種蛋白質組和代謝途徑[26]。同時，KDM3A還可以通過對非組蛋白p53去甲基化抑制其轉錄活性，從而誘導乳腺癌細胞產生促侵襲表型。此外，已發(fā)現表達突變型p53的乳腺癌細胞具有干細胞樣轉錄特征，其細胞凋亡反應明顯受損，侵襲性、遷移和轉移能力增加。采用化療治療的p53抑癌基因野生型乳腺癌患者可以在適當的時候增加激素治療，通過消除衰老細胞改善其較差的生存期[27]。此外，p53信號通路還參與調控長鏈非編碼RNA MEG3抑制乳腺癌細胞生長和誘導其凋亡[28]。因此，抑癌基因p53在乳腺癌的表觀遺傳調控中扮演非常重要的角色，且與腫瘤的高異質性有關。

2.2KDM3A與乳腺癌光熱療法 臨床中，根據孕激素受體、雌激素受體和人表皮生長因子受體2 (human epidermal growth factor receptor 2，HER2)的表達水平，可將乳腺癌分為5個亞型，這有利于個體化治療方案的選擇和預測預后。通常激素受體陽性對內分泌治療反應良好，而HER2過表達則對HER2拮抗劑敏感，雌激素受體、孕激素受體、HER2均陰性表達提示預后不良[29]。雖然學者們對乳腺癌生物學特征的認識逐漸提高，但由于疾病的異質性、治療靶點的分類、治療的耐藥性、殘留性疾病以及靶向治療后復發(fā)等問題，乳腺癌的治療仍面臨嚴峻挑戰(zhàn)[30]。因此，亟須探索更有效的抗癌方式。光熱療法作為一種新興的治療方式，通過將吸收的光轉化為熱來消除惡性組織[31]。目前，大量的光熱材料已被開發(fā)并引入乳腺癌的治療中，二維納米片因其獨特的超薄納米結構和光子熱轉換特性，在癌癥診斷和治療領域引起了廣泛關注[32]。這些納米片可以通過典型的實體瘤的高通透性和滯留效應[33]在腫瘤部位聚集，從而極大地減少對正常組織器官的副作用，故光熱療法對乳腺癌具有較高的治療潛力。NOXA和PUMA是屬于Bcl-2家族的BH3-only蛋白，主要介導p53依賴的凋亡[34]。KDM3A可清除p53-k372me1的甲基群，通過下調NOXA和PUMA的表達來抑制p53的抗癌功能，從而導致乳腺癌患者對光熱治療產生抵抗[35]。因此，下調KDM3A的表達可使乳腺癌患者對光熱療法產生敏感。

2.3KDM3A在乳腺癌中的表觀遺傳調控 表觀遺傳學和表觀基因組學研究表明，乳腺癌的細胞類型具有高度異質性，除了干細胞樣表型和間充質表型外，還具有許多表觀遺傳狀態(tài)，其中耐藥性與其表觀遺傳狀態(tài)發(fā)生改變有關[36]。迄今為止，表觀遺傳學過程(如DNA甲基化、組蛋白修飾)已被報道涉及乳腺癌病理生理學、診斷和治療的各個方面[37-38]。眾所周知，組蛋白異常甲基化與惡性腫瘤關系密切。研究表明，組蛋白修飾模式可用于預測腫瘤的細胞表型和復發(fā)風險[39]。在乳腺癌中，DNA的異常甲基化廣泛影響腫瘤轉化轉移過程。在腫瘤發(fā)生過程中，早期的DNA甲基化改組會影響細胞分化，DNA與同源盒蛋白和轉錄信號轉導的基因結合，從而刺激乳腺癌干細胞的促腫瘤特性[40-41]。原代細胞從壽命延長，逐漸喪失凋亡功能，乃至最終獲得致瘤能力，被認為是腫瘤細胞轉化的不同階段。H3K9me1和H3K9me2的去甲基化酶KDM3A/JMJD1A在腫瘤轉化過程中逐漸增加，其缺失會影響轉化細胞系的生長。MYC是一種眾所周知的乳腺癌致癌基因，也是其他許多癌癥的致癌基因。KDM3A/JMJD1A通過下調MYC和PAX3基因上的H3K9me2調控乳腺癌的發(fā)生。

2.4KDM3A在耐藥型乳腺癌中的作用機制 雌激素受體是一種配體激活的轉錄因子，其活性是通過與多種蛋白復合物的相互作用來調節(jié)。已知選擇性雌激素受體調節(jié)劑他莫昔芬，通過抑制乳腺癌細胞中雌激素受體信號通路治療雌激素受體陽性乳腺癌。雌激素受體信號通路在乳腺正常上皮細胞穩(wěn)態(tài)的維持及轉錄過程中起著至關重要的作用，目前仍是乳腺癌治療干預的主要靶點。但是研究發(fā)現，通過他莫昔芬長期治療的雌激素受體陽性乳腺癌容易產生耐藥性[42-44]。因此，越來越多的學者開始探索他莫昔芬耐藥的分子機制。研究證明，干擾素誘導蛋白27 (IFI27/ISG12)作為一種新的雌激素受體α相關蛋白，其轉錄受干擾素和雌二醇共同調控，IFI27/ISG12過表達與雌激素受體陽性乳腺癌患者總生存率降低相關，且可抑制他莫昔芬誘導的乳腺癌細胞凋亡[42]。非受體酪氨酸激酶激活的CDC42相關酪氨酸激酶1與雌激素受體/KDM3A復合物相互作用，通過酪氨酸磷酸化修飾KDM3A以調節(jié)HOXA1位點的轉錄，促進他莫昔芬耐藥乳腺癌的生長[43]。在許多對內分泌治療耐藥的乳腺癌中，他莫昔芬結合的雌激素受體與雌激素激活的雌激素受體的轉錄因子結合位點不同，從而產生了一種可替代的雌激素受體轉錄組，即FOXA1在內分泌抵抗型乳腺癌過表達，并調控雌激素受體染色質的相互作用，從而加快了疾病的進展[44]。研究發(fā)現采用三苯氧胺治療乳腺癌時，KDM3A通過磷酸化可促進雌激素受體與癌基因HOXA1啟動子結合，表明KDM3A參與調節(jié)耐藥型乳腺癌細胞中雌激素受體的招募[45]。Yang等[46]證明，雌激素和低氧介導的信號通路之間相互交叉是內分泌治療耐藥的另一種機制，HIF-1α的表達與雌激素受體拮抗劑他莫昔芬的耐藥有關，過度激活的HIF-1α在內分泌治療耐藥乳腺癌中彌補了雌激素受體信號的缺失。而KDM3A的表達受HIF-1α調節(jié)，這表明KDM3A可能是雌激素和缺氧途徑之間的關鍵調節(jié)因子，抑制這種酶對低氧誘導的內分泌抵抗型乳腺癌可能有效[47-48]。

3 小 結

目前，表觀遺傳調控已成為乳腺癌發(fā)生和轉移的關鍵步驟，H3K9me1和H3K9me2的去甲基化酶KDM3A/JMJD1A在乳腺癌細胞中水平顯著升高，并與乳腺癌的發(fā)生發(fā)展及轉化密切相關。KDM3A基因可協(xié)助臨床判斷乳腺癌的預后，制訂合理有效的治療方案，且在優(yōu)化光熱治療與內分泌治療中顯示出了巨大的潛力，是應用前景廣泛的乳腺癌治療靶點。目前，有關KDM3A與乳腺癌預后轉化的具體分子機制研究較少，未來還需進一步研究。隨著蛋白組學和表觀遺傳學的不斷進展，KDM3A與乳腺癌的關系將會更加明確，這對乳腺癌患者的防治與診療具有重要意義。