皮膚黑素瘤表觀遺傳學(xué)的研究進(jìn)展

張小敏，莫慧慧，廖樂茜，梁燕華

全球皮膚黑素瘤發(fā)病率每年都在增長，病死率卻沒有明顯變化。除了基因突變，表觀遺傳學(xué)在黑素瘤的早期診斷、疾病監(jiān)控以及預(yù)后評價中也起了極其重要的作用，還能為黑素瘤的靶向治療提示新的指引。基因表達(dá)的表觀遺傳學(xué)調(diào)控是通過改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)構(gòu)和構(gòu)象來實(shí)現(xiàn)的，可影響基因及其啟動子的轉(zhuǎn)錄機(jī)制，并影響mRNA轉(zhuǎn)錄的穩(wěn)定性，其主要機(jī)制包括DNA甲基化、組蛋白的共價修飾和非編碼RNA的調(diào)控。表觀基因調(diào)控最終決定了基因表達(dá)的結(jié)果，可能包含編碼具有相同基因型的個體之間的表型差異的信息[1]。表觀遺傳調(diào)控在黑素瘤進(jìn)展中所起的關(guān)鍵作用越來越受到研究者們的重視，近年來發(fā)表了大量的研究報道。本文將對黑素瘤表觀遺傳機(jī)制的最新進(jìn)展進(jìn)行綜述，為下一代生物標(biāo)志物和治療藥物的開發(fā)提供線索。

1 DNA甲基化在黑素瘤中調(diào)控作用

DNA甲基化是發(fā)現(xiàn)最早、研究最深入的表觀遺傳修飾之一。腫瘤的DNA甲基化改變表現(xiàn)為基因組總體的甲基化水平降低與啟動子區(qū)CpG島的甲基化水平升高：基因組總體甲基化水平降低，可使原癌基因和逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子活化，從而使染色體穩(wěn)定性下降。在正常細(xì)胞中，抑癌基因處于較高的轉(zhuǎn)錄表達(dá)水平，有助于維持細(xì)胞的正常分化，而抑癌基因啟動子區(qū)CpG島甲基化水平升高可沉默抑癌基因，從而使細(xì)胞正常分化調(diào)控失常，最終導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。至今已發(fā)現(xiàn)超過100個異常高甲基化的基因與黑素瘤的發(fā)病相關(guān)[2]。其中，腫瘤抑制基因啟動子區(qū)域的高甲基化是黑素瘤發(fā)生的重要機(jī)制。Kim等[3]發(fā)現(xiàn)SUV39H1是黑素瘤的癌基因，SUV39H1介導(dǎo)的H3K9三甲基化通過與DNA甲基轉(zhuǎn)移酶3A相互作用和降低黑素瘤細(xì)胞中的視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤（retinoblastoma，Rb）mRNA和蛋白的表達(dá)來促進(jìn)Rb1啟動子CpG島的甲基化。Rb豐度的降低導(dǎo)致肽基脯氨酸異構(gòu)酶（peptidyl proline isomerase，PIN1）水平增加，并通過增強(qiáng)RAF1-絲裂原細(xì)胞外激酶（mitogen extracellular kinase，MEK1）-細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（extracellular signal regulated kinase，ERK）信號通路的激活而導(dǎo)致黑素瘤的發(fā)生。SUV39H1與PIN1的表達(dá)呈正相關(guān)，它們的過表達(dá)促進(jìn)了黑素瘤的生長。Kaplan-Meier生存分析顯示甲基化與較差的無病生存期和總生存期相關(guān)。Xu等[4]研究表明黑素瘤組織中端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶啟動子CpG島區(qū)的甲基化水平明顯高于色素痣，有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的黑素瘤患者其體內(nèi)CpG島-2甲基化水平高于無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移者，并且其水平有隨著腫瘤的惡化而升高的趨勢，提示CpG島-2甲基化水平可用來評估中國人肢端和黏膜黑素瘤的預(yù)后。

2 組蛋白修飾在黑素瘤中調(diào)控作用

組蛋白修飾可影響黑素瘤細(xì)胞的增殖、分化、凋亡、侵襲和免疫應(yīng)答等生物學(xué)作用。其中，組蛋白乙酰化通常與基因表達(dá)的激活有關(guān)。組蛋白去乙?；窼IRT6是一種自噬調(diào)節(jié)因子，其表達(dá)與自噬生物標(biāo)志物MAP1LC3/LC3和SQSTM1/p62的表達(dá)顯著相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，與色素痣相比，SIRT6在原發(fā)性黑素瘤中的表達(dá)減少，而在轉(zhuǎn)移性黑素瘤中的表達(dá)增加[5]。此外，SIRT6在體外以自噬依賴的方式抑制原發(fā)性黑素瘤的生長，但卻可促進(jìn)轉(zhuǎn)移性黑素瘤的發(fā)展。SIRT6通過胰島素生長因子（Insulin growth factor，IGF）-蛋白激酶B（protein kinase B，AKT）信號通路對黑素瘤的生長發(fā)揮調(diào)控作用，AKT通過調(diào)節(jié)自噬可以部分逆轉(zhuǎn)SIRT6對黑素瘤生長的影響。SIRT6在黑素瘤不同階段的雙向表達(dá)通過自噬依賴的方式在調(diào)節(jié)黑素瘤生長中起著關(guān)鍵作用，提示SIRT6可能成為黑素瘤的生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)。

另外，在腫瘤形成過程中，組蛋白脫乙?；福╤istone deacetylase，HDAC）活性增加可引起黑素瘤對烷基化藥物替莫唑胺、達(dá)卡巴嗪和福莫司汀產(chǎn)生耐藥。原位惡性黑素瘤細(xì)胞中含有較高水平的HDAC1/2。此外，抑制HDAC1可使暴露于烷化劑后的惡性黑素瘤細(xì)胞對凋亡敏感，而不影響原代黑素細(xì)胞。在體外抑制HDAC1/2/3可以使黑素瘤細(xì)胞對替莫唑胺的敏感性增加。程序性死亡受體-配體1（programmed cell death-ligand 1，PD-L1）是癌細(xì)胞中表達(dá)的一個重要的共刺激分子，可激活PD-1信號通路，抑制HDAC6可下調(diào)PD-L1的表達(dá)。研究表明，黑素瘤暴露在缺氧、紫外線照射和接受BRAF-MEK抑制劑治療等條件下，可使組蛋白脫乙?；?(HDAC8)[6]活性增加，后者可通過c-jun的去乙?；黾悠湓诤谒亓黾?xì)胞中的轉(zhuǎn)錄活性，從而使BRAF抑制劑的耐藥性增加。相反，HDAC8特異性抑制劑可以限制黑素瘤細(xì)胞對以上多種暴露條件的適應(yīng)。HDAC抑制劑[7]體內(nèi)不良反應(yīng)較少，已作為新的抗癌藥物應(yīng)用于臨床。HDAC6選擇性抑制劑可增強(qiáng)黑素瘤患者T淋巴細(xì)胞的免疫特性，從而增強(qiáng)抗腫瘤效果[8]。

而組蛋白甲基化可能對轉(zhuǎn)錄既有抑制作用(H3K9,H3K27)，也有增強(qiáng)作用(H3K4)[9]。組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶促進(jìn)了從未甲基化賴氨酸殘基到三甲基化賴氨酸殘基的逐步轉(zhuǎn)化，而組蛋白去甲基化酶則催化了反向的去甲基化過程[9]。由于組蛋白甲基化的可逆性，那些通過去甲基化酶[10,11]、甲基轉(zhuǎn)移酶[12]以及抑制酶活性從而改變特定組蛋白位點(diǎn)甲基化水平的化合物正被作為癌癥治療新靶點(diǎn)的熱點(diǎn)研究。其中，賴氨酸特異性組蛋白去甲基化酶（lysine-specific histone demethylase，LSD1）可使黑素細(xì)胞衰老，從而阻止了黑素細(xì)胞發(fā)展為黑素瘤細(xì)胞[13]。研究表明，體內(nèi)強(qiáng)制表達(dá)LSD1可促進(jìn)BRAFv600e驅(qū)動的黑素瘤形成[14]。分化的黑素瘤細(xì)胞H3K9甲基化水平升高。在多能性標(biāo)志的啟動子區(qū)存在壓制性組蛋白標(biāo)志（如SOX2），后者介導(dǎo)了許多細(xì)胞的自我更新和致瘤性標(biāo)志物的表達(dá)。LSD1的H3K9去甲基酶活性可表觀調(diào)控SOX2的轉(zhuǎn)錄，從而維持腫瘤干細(xì)胞的多能性。

3 非編碼RNA 在黑素瘤中調(diào)控作用

3.1 介導(dǎo)的表觀遺傳學(xué)調(diào)控

miRNA作為基因表達(dá)的關(guān)鍵調(diào)控因子，在黑素瘤的各種生物學(xué)作用中均扮演著一個極其重要的角色。研究表明，部分miRNA的上調(diào)表達(dá)可促進(jìn)黑素瘤細(xì)胞的生長和增殖，如miRNA-29c[15]和miRNA-106b-5p[16]在黑素瘤細(xì)胞中表達(dá)增加。miRNA-29c的靶基因是CDK6，miRNA-29c過表達(dá)可下調(diào)CDK6的表達(dá)，并抑制黑素細(xì)胞的活性，使細(xì)胞停滯于G1期。上調(diào)miRNA-106b-5p的黑素瘤細(xì)胞生長加快，細(xì)胞周期縮短，下調(diào)miRNA-106b-5p的黑素瘤細(xì)胞表現(xiàn)出相反的生長趨勢。黑素瘤易感基因磷酸酶和張力蛋白同源基因（phosphatase and tensin homolog gene，PTEN） 受miRNA-106b-5p轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，miRNA-106b-5p可通過靶向PTEN從而調(diào)控下游細(xì)胞周期相關(guān)蛋白和Akt/ERK通路。另外，miRNA-378[17]在黑素瘤中表達(dá)增加，并可增強(qiáng)其遷移、侵襲和致瘤性，該miRNA還通過Wnt/β-catenin信號通路抑制FOXN3基因的表達(dá)，從而調(diào)節(jié)黑素瘤的上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移。

相比較而言，部分miRNA是黑素瘤細(xì)胞生長和增殖的重要負(fù)調(diào)控因子，例如miRNA-27b-3p和miRNA-455-3p[18]是使黑素瘤細(xì)胞靜止的重要調(diào)節(jié)因子，這兩者均能通過穩(wěn)定p27以促使黑素瘤細(xì)胞處于靜止期。miRNA-21和絲裂原活化蛋白激酶3(MKK3)[19]均參與多種腫瘤的發(fā)生和發(fā)展，MKK3是miRNA-21的直接靶點(diǎn)。miRNA-21過表達(dá)可致MKK3的表達(dá)下降，從而抑制黑素瘤細(xì)胞的增殖和集落形成，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，延緩細(xì)胞周期，抑制黑素瘤細(xì)胞的遷移和侵襲。miRNA-139-5p[20]通過下調(diào)胰島素樣生長因子1受體（type 1 insulin-like growth factor 1 receptor，IGFIR）的表達(dá)來抑制磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，AKT）信號通路、miRNA-137[21]通過靶向TBX3轉(zhuǎn)錄因子來抑制惡性黑素瘤細(xì)胞的遷移、侵襲和增殖。

miRNA對黑素瘤耐藥機(jī)制也有影響。miRNA-30a-5p[22]在耐藥細(xì)胞中高表達(dá)，它通過靶向IGF1R基因影響黑素瘤細(xì)胞的耐藥性。研究表明，與親本相比，miRNA-126-3p在達(dá)普拉非尼耐藥亞系中的表達(dá)明顯下調(diào)，恢復(fù)miRNA-126-3p[23]的表達(dá)可使血管內(nèi)皮生長因子-A（Vascular endothelial growth factor-A,VEGF-A）或整合素金屬蛋白酶9（a disintegrin and metalloproteinase 9，ADAM9）的表達(dá)下降，從而可抑制耐藥黑素瘤的生長和轉(zhuǎn)移，提高其藥物敏感性。甲基化介導(dǎo)的miRNA-211沉默降低了黑素瘤細(xì)胞對順鉑的敏感性[24]，而miRNA-211過表達(dá)可以增強(qiáng)順鉑的抗癌作用，恢復(fù)順鉑耐藥細(xì)胞中miRNA-211對順鉑的敏感性。小鼠異種移植實(shí)驗(yàn)也顯示了同樣的結(jié)果。

3.2 長鏈非編碼RNA（long noncoding RNAs，lncRNA）介導(dǎo)的表觀遺傳學(xué)調(diào)控

lncRNA是以RNA的形式在表觀遺傳調(diào)控、轉(zhuǎn)錄調(diào)控以及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控等層面調(diào)控基因的表達(dá)水平，尤其是在染色體沉默、基因組印跡、染色體修飾、轉(zhuǎn)錄激活、轉(zhuǎn)錄干擾等方面發(fā)揮了重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，長鏈非編碼（RNA long non-coding RNA,lncRNA）-漿細(xì)胞瘤轉(zhuǎn)化遷移基因1（plasmacytoma variant translocation gene 1，PVT1）在黑素瘤組織中的表達(dá)明顯升高，且與預(yù)后不良有關(guān)。PVT1基因敲除可顯著抑制黑素瘤細(xì)胞增殖活性，使細(xì)胞周期停滯于G0/G1期，促進(jìn)黑素瘤細(xì)胞凋亡。PVT1能與miRNA-26b直接結(jié)合，后者在黑素瘤中具有腫瘤抑制作用[25]。PVT1還可能通過與EZH2結(jié)合并調(diào)節(jié)miR-200C的表達(dá)而參與黑素瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移[26]。與良性痣細(xì)胞和人黑素細(xì)胞相比，IncRNA-ATB[27]在黑素瘤組織和細(xì)胞中表達(dá)升高，其在體外實(shí)驗(yàn)中被證實(shí)可促進(jìn)黑素瘤細(xì)胞的細(xì)胞增殖、遷移和侵襲，在體內(nèi)可促進(jìn)腫瘤生長。并且，lncRNA-ATB可減弱黑素瘤細(xì)胞的細(xì)胞周期阻滯和抑制細(xì)胞凋亡。lncRNA-ATB作為競爭性內(nèi)源性RNA，通過競爭性地吞噬黑素瘤細(xì)胞中的 miR-590-5p來增強(qiáng)YAP1的表達(dá)，從而促進(jìn)黑素瘤的增殖和侵襲。lncRNA-SRA[28]介導(dǎo)了p38的激活、細(xì)胞的侵襲、增殖、調(diào)節(jié)上皮向間充質(zhì)轉(zhuǎn)化和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，敲除SRA基因可顯著抑制黑素瘤細(xì)胞的增殖和遷移。lncRNAZEB1-AS1[29]可以通過激活ZEB1基因的表達(dá)發(fā)揮作用，從而影響黑素瘤的侵襲性和表型轉(zhuǎn)換，這是一個上皮向間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的類似過程，而ZEB1基因在這一過程中起著至關(guān)重要的作用。此外，lncRNA-結(jié)直腸腫瘤差別表達(dá)基因（colorectal neoplasia differentially expressed，CRNDE）[30]通過靶向C型趨化因子配體18（CC chemokine ligand 18，CCL18）與 miR-205 內(nèi)源性競爭，lncRNA-TUG1[31]和lncRNA-Gas6-AS2[32]分別通過激活TUG1/MIR-129-5p/AEG-1和Gas6/Ax1/AKT/ERK通路促進(jìn)腫瘤生長和轉(zhuǎn)移。OR3A4[33]可通過誘導(dǎo)PI3K/AKT信號通路促進(jìn)黑素瘤細(xì)胞的侵襲和遷移。XIST是黑素瘤的進(jìn)展和奧沙利鉑耐藥的重要調(diào)節(jié)因子，它還可作為競爭的內(nèi)源性RNA促進(jìn)惡性黑素瘤的生長和轉(zhuǎn)移[34]。

lncRNA還可以發(fā)揮抑制黑素瘤進(jìn)展的作用。如改為IncRNA-氨甲酰磷酸合成酶1（carbamoylphosphate synthase1，CPS1）-內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄本 1（intronic transcript1，IT1）[35]在人黑素瘤組織和細(xì)胞系中的低表達(dá)與腫瘤的轉(zhuǎn)移和分期密切相關(guān)。CPS1-IT1過表達(dá)可抑制黑素瘤細(xì)胞的遷移、侵襲、上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化和血管生成。富含半胱氨酸蛋白61（cysteine rich 61，Cyr61）是一種參與腫瘤轉(zhuǎn)移的血管生成因子，也是公認(rèn)的黑素瘤癌基因，它在黑素瘤細(xì)胞中的過表達(dá)受到CPS1-IT1的限制。此外，在CPS1-IT1沉默的黑素瘤細(xì)胞中，CYR61的增強(qiáng)表達(dá)顯著降低了CYR61及其下游靶血管內(nèi)皮生長因子和基質(zhì)金屬蛋白酶-9的蛋白水平，并抑制了CPS1-IT1過表達(dá)對黑素瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移的抑制作用。CPS1-IT1通過與BRG1競爭性結(jié)合抑制CYR61的表達(dá)，共同控制黑素瘤的轉(zhuǎn)移。

4 展望

表觀遺傳的變化和基因突變在維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定和促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展中均起重要的作用。與基因改變不同，表觀遺傳的變化是可逆的，這突顯了新的治療策略的可能性，了解這些變化對藥物開發(fā)和探索治療策略具有重要意義。針對黑素瘤表觀遺傳分子生物標(biāo)志進(jìn)行靶向治療的研究已經(jīng)出現(xiàn)[14]，下一步的研究應(yīng)集中在鑒定出更有效的表觀遺傳生物標(biāo)志物來幫助臨床醫(yī)生對疾病進(jìn)行早期診斷、監(jiān)測病情發(fā)展和預(yù)后預(yù)測上?；诜肿觼喰偷纳飳W(xué)行為和預(yù)后差異，結(jié)合遺傳和表觀遺傳生物標(biāo)志物，建立新的黑素瘤分類方法，指導(dǎo)開發(fā)新的治療靶點(diǎn)并用于臨床管理可能是未來的研究方向。