蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶1在慢性肝病及原發(fā)性肝癌中的作用機制

顏方芷 張 新 謝渭芬

慢性肝?。–LD）是全球范圍內(nèi)常見的疾病，據(jù)統(tǒng)計，2017年全球約有15億人患有CLD；與2000年相比，2015年CLD和肝硬化的發(fā)病率升高了13%[1]。CLD包括病毒性肝炎、非酒精性脂肪性肝?。∟AFLD）和酒精性肝?。ˋLD），遷延不愈的CLD可能會導(dǎo)致肝功能衰竭，甚至發(fā)展為原發(fā)性肝癌（簡稱肝癌）。研究表明，磷酸化、甲基化、乙酰化、泛素化和類泛素化等蛋白質(zhì)翻譯后修飾（PTM）與CLD的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)[2-5]。精氨酸甲基化是一種普遍存在的PTM，主要是通過蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶（PRMT）催化實現(xiàn)的。PRMT催化S-腺苷甲硫氨酸（SAM）的甲基，使甲基轉(zhuǎn)移至底物蛋白的精氨酸位點上，從而使其胍基的氮原子發(fā)生單甲基化或雙甲基化[6-7]。目前已發(fā)現(xiàn)人體內(nèi)有9種PRMT，根據(jù)其催化產(chǎn)物的不同分為 3類：Ⅰ型 PRMT（PRMT1、2、3、4、6、8）可以催化生成單甲基精氨酸（MMA）和非對稱二甲基精氨酸；Ⅱ型PRMT（PRMT5、9）可以催化生成MMA和對稱二甲基精氨酸；Ⅲ型PRMT（PRMT7）只能催化生成MMA[8]。PRMT1在肝臟免疫、糖脂代謝及細(xì)胞增殖等方面發(fā)揮著重要作用，且與多種肝臟疾病的發(fā)生、發(fā)展相關(guān)。本文就PRMT1在CLD及肝癌中的作用機制作一綜述。

1 PRMT1的分型及功能

PRMT1是Ⅰ型PRMT的主要成員，其有1個SAM結(jié)合位點和3個多肽結(jié)合位點[9]。PRMT1廣泛分布于機體各個部位，可以催化哺乳動物細(xì)胞內(nèi)85%以上的精氨酸甲基化修飾，主要有3種亞型（PRMT1v1～v3），其中v1亞型主要表達(dá)于肝臟、腎臟、肺和骨骼肌，而在心臟和胰腺中其表達(dá)水平相對較低；v2亞型主要表達(dá)于肝臟、腎臟及胰腺；v3亞型在機體各部位中的表達(dá)水平遠(yuǎn)低于v1和v2亞型[10]。PRMT1的底物包括組蛋白H4和非組蛋白。PRMT1可以催化組蛋白H4的精氨酸殘基發(fā)生非對稱二甲基化，產(chǎn)生H4R3me2a，促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄[11]。PRMT1也可以非對稱性甲基化修飾非組蛋白，例如轉(zhuǎn)錄因子 [肝細(xì)胞核因子 4α（HNF4α）和NF- B][12-13]、免疫調(diào)節(jié)分子TANK結(jié)合激酶1（TBK1）[14]、DNA損傷修復(fù)關(guān)鍵蛋白（FEN1和RUNX1）[15-16]，以及細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶4（CDK4）[17]等，參與調(diào)控基因表達(dá)、調(diào)節(jié)細(xì)胞免疫應(yīng)答和修復(fù)DNA損傷，并影響細(xì)胞周期調(diào)控，在多種生物學(xué)過程中發(fā)揮著重要作用。

研究表明敲除PRMT1基因可導(dǎo)致早期胚胎死亡，這提示PRMT1對胚胎發(fā)育有著重要影響[18]。此外，PRMT1在調(diào)節(jié)大腦生理功能及維持心肌穩(wěn)態(tài)等過程中也發(fā)揮著重要作用[19-20]。目前已發(fā)現(xiàn)PRMT1與多種疾病的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，包括哮喘[21]、癲癇[22]、神經(jīng)退行性病變[23]及惡性腫瘤[24]等。PRMT1還在肝臟的多種病理、生理過程中發(fā)揮著重要作用，參與調(diào)控肝臟免疫、糖脂代謝、細(xì)胞增殖和氧化應(yīng)激等生物學(xué)過程，與CLD及肝癌的病程密切相關(guān)。

2 PRMT1在CLD中的作用機制

2.1 病毒性肝炎

PRMT1在病毒性肝炎的病程中發(fā)揮著重要作用。首先，PRMT1可以影響病毒的復(fù)制。研究表明，PRMT1過表達(dá)可以顯著抑制HBV的轉(zhuǎn)錄，染色質(zhì)免疫共沉淀（ChIP）-qPCR法分析結(jié)果顯示PRMT1可以被直接招募到HBV的共價閉合環(huán)狀DNA區(qū)域，發(fā)揮其抑制病毒轉(zhuǎn)錄的作用，而這一過程中PRMT1的甲基化靶點仍有待探究[25]。非結(jié)構(gòu)蛋白3（NS3）是一種丙型肝炎病毒（HCV）蛋白，具有蛋白酶和解旋酶活性，可促進(jìn)病毒復(fù)制。PRMT1能甲基化NS3的精氨酸467位點，抑制其解旋酶活性，從而抑制HCV增殖[26]。另有研究報道，在丁型病毒性肝炎的病程中，PRMT1能甲基化修飾丁型肝炎抗原（S-HDAg）的精氨酸13位點，增強S-HDAg的核定位信號，進(jìn)而反式激活丁型肝炎病毒的復(fù)制，而使用甲基化抑制劑AdoHcy和AdOx抑制PRMT1的催化功能則可以顯著抑制病毒增殖[27]。其次，PRMT1可以調(diào)控宿主抗病毒免疫反應(yīng)。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子1（STAT1）介導(dǎo)的干擾素信號通路活化是啟動機體先天性免疫反應(yīng)對抗病毒感染的重要步驟。研究發(fā)現(xiàn)，機體感染HBV或HCV時，PRMT1能夠甲基化STAT1的精氨酸31位點，抑制STAT1與其活性抑制分子PIAS1的結(jié)合，促進(jìn)STAT1靶向DNA啟動下游基因表達(dá)，增強機體抗病毒免疫反應(yīng)[28]。

機體感染肝炎病毒后，PRMT1的功能會受到多方面影響。HBV與HCV感染能夠上調(diào)蛋白磷酸酶2A（PP2A）的表達(dá)，而PP2A與PRMT1結(jié)合可催化PRMT1的S297位點發(fā)生磷酸化，抑制PRMT1的活性，從而阻止PRMT1發(fā)揮對HBV及HCV增殖的抑制作用，并影響宿主免疫反應(yīng)[29-30]。同時，PP2A還可抑制PRMT1甲基化修飾組蛋白H4，影響DNA損傷修復(fù)，增高病毒性肝炎進(jìn)展為肝癌的風(fēng)險[31]。此外，乙型肝炎病毒X蛋白（HBx）也能通過與PRMT1結(jié)合抑制PRMT1的催化功能，從而促進(jìn)乙型病毒性肝炎的進(jìn)展[25]。

2.2 NAFLD

NAFLD與肥胖及2型糖尿病密切相關(guān)。PRMT1在糖尿病模型db/db小鼠及NAFLD患者的肝臟中高表達(dá)，這提示PRMT1可能在肝臟糖脂代謝中扮演著重要角色[32-33]。研究發(fā)現(xiàn)，PRMT1通過結(jié)合天冬氨酸特異性半胱氨酸蛋白酶-8（Caspase-8）和Fas相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域樣凋亡調(diào)節(jié)因子（CFLAR），并介導(dǎo)CFLAR的泛素化降解，激活c-Jun氨基末端激酶（JNK）信號通路，進(jìn)而促進(jìn)肝臟脂肪合成，引發(fā)脂肪性肝病[34]。過氧化物酶體增殖物激活受體-γ共激活因子-1α（PGC-1α）是一種轉(zhuǎn)錄共激活因子，參與肝臟膽固醇代謝、脂肪酸氧化和糖異生等生物學(xué)過程[35-36]。經(jīng)棕櫚酸處理的肝細(xì)胞中PRMT1的表達(dá)水平升高，同時硫氧還蛋白互作蛋白（TXNIP）誘導(dǎo)的PGC-1α及脂肪生成相關(guān)基因的表達(dá)水平也升高，敲除PRMT1基因則會抑制脂肪生成相關(guān)基因的表達(dá)，這提示TXNIPPRMT1-PGC-1α信號軸在NAFLD中發(fā)揮著重要調(diào)控作用[32]。此外，PRMT1可以甲基化修飾PGC-1α蛋白C端E區(qū)域的多個精氨酸位點，增強PGC-1α活性，上調(diào)下游糖異生相關(guān)基因的表達(dá)。體外實驗證實，肝細(xì)胞中PRMT1過表達(dá)可以顯著提高肝細(xì)胞的糖異生水平；在分別由鏈脲菌素、高脂飲食誘導(dǎo)的1型糖尿病、2型糖尿病模型小鼠中，特異性敲除肝細(xì)胞PRMT1基因可顯著降低模型小鼠的血糖水平[33]。PRMT1還能催化叉頭框轉(zhuǎn)錄因子O1（FoxO1）的精氨酸248和250位點，使之發(fā)生甲基化，抑制蛋白激酶B（Akt）介導(dǎo)的FoxO1磷酸化，從而增強其核定位信號，上調(diào)下游糖異生相關(guān)基因的表達(dá)；在糖尿病模型db/db小鼠中，特異性敲除肝細(xì)胞PRMT1基因會促進(jìn)FoxO1磷酸化，抑制小鼠肝臟糖異生，降低小鼠的血糖水平[37]。以上研究表明PRMT1在維持肝臟糖脂代謝平衡中發(fā)揮了重要作用，這提示靶向PRMT1治療可能可以緩解NAFLD病情。

2.3 ALD

已有文獻(xiàn)報道，酒精性脂肪性肝病模型小鼠和酒精性肝炎患者的肝臟組織中PRMT1的表達(dá)水平較高，這提示PRMT1與ALD的病程相關(guān)[38-39]。但是關(guān)于PRMT1在ALD病程中所起的作用仍存在爭議。Schonfeld等[40]發(fā)現(xiàn)PRMT1能甲基化RNA結(jié)合蛋白hnRNP，降低肝細(xì)胞補體C3和C5的表達(dá)水平，抑制乙醇誘導(dǎo)的肝損傷小鼠肝臟補體系統(tǒng)激活。PRMT1還通過調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激反應(yīng)和亞硝化應(yīng)激抑制乙醇誘導(dǎo)的肝臟炎性反應(yīng)，同時通過調(diào)控促凋亡基因和HNF4α的表達(dá)減少細(xì)胞凋亡，從而促進(jìn)肝細(xì)胞再生；特異性敲除肝細(xì)胞PRMT1基因會加重乙醇刺激所導(dǎo)致的小鼠肝臟炎性反應(yīng)程度，導(dǎo)致肝細(xì)胞凋亡增多，甚至?xí)龠M(jìn)乙醇相關(guān)肝臟腫瘤的發(fā)展[41-42]。以上研究提示，在ALD病程中PRMT1對肝臟起著保護作用，但也有學(xué)者認(rèn)為PRMT1是促進(jìn)酒精性脂肪性肝病病情發(fā)展的危險因素。Wang等[39]的研究發(fā)現(xiàn)，敲低PRMT1基因表達(dá)能夠顯著下調(diào)酒精性脂肪性肝病小鼠肝臟中IL-1 、IL-6、TNF-α等炎性因子的表達(dá)，并升高谷胱甘肽和超氧化物歧化酶的水平，從而抑制肝臟炎性反應(yīng)和肝細(xì)胞凋亡，減輕肝損傷。

3 PRMT1與肝癌

3.1 PRMT1在肝癌中的作用機制

PRMT1在肝細(xì)胞癌（HCC）患者的腫瘤組織中表達(dá)上調(diào)，其表達(dá)水平與HCC患者的總體生存率呈負(fù)相關(guān)[43-44]。在肝癌細(xì)胞中，PRMT1可以通過激活轉(zhuǎn)化生長因子- （TGF- ）信號通路促進(jìn)腫瘤細(xì)胞上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）[45]，也能通過調(diào)控細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑1A（CDKN1A）、細(xì)胞周期蛋白B1（Cyclin B1）和Cyclin D1的表達(dá)促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖[42,44]。PRMT1還可以激活STAT3信號通路，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的惡性表型[46]。在肝癌啟動細(xì)胞（LCIC）中，PRMT1能被轉(zhuǎn)錄因子TBX19招募到線粒體裂變因子（MFF）的啟動子區(qū)域，甲基化組蛋白H4R3，激活MFF，促進(jìn)LCIC的線粒體分裂，從而增強LCIC的自我更新和致瘤能力；在免疫缺陷小鼠中敲低PRMT1基因表達(dá)能顯著降低LCIC的成瘤能力并抑制腫瘤生長[47]。在二乙基亞硝胺（DEN）注射和乙醇喂養(yǎng)誘導(dǎo)的乙醇相關(guān)肝臟腫瘤小鼠模型中，巨噬細(xì)胞中的PRMT1可促使巨噬細(xì)胞極化成腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞，升高IL-6的表達(dá)水平，進(jìn)而激活腫瘤細(xì)胞的STAT3信號通路，促進(jìn)肝臟腫瘤細(xì)胞增殖[48]。此外，有研究表明在人HCC組織標(biāo)本中，程序性死亡配體-1（PDL-1）、PDL-2的水平與PRMT1基因水平呈正相關(guān)；該研究還發(fā)現(xiàn)，敲除PRMT1基因能夠顯著下調(diào)DEN誘導(dǎo)的HCC小鼠肝臟腫瘤中PDL-1和PDL-2的表達(dá)，這提示PRMT1與腫瘤免疫有著密切關(guān)系，可能可以作為腫瘤免疫治療的潛在切入點[49]。

3.2 靶向PRMT1治療肝癌

已有研究表明PRMT1在肝癌進(jìn)展中發(fā)揮著重要作用，這提示靶向抑制PRMT1表達(dá)可能可以為肝癌的治療提供新的方向。Li等[50]的研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-503能與PRMT1 mRNA的3'-非翻譯區(qū)（UTR）結(jié)合，抑制PRMT1表達(dá)，從而發(fā)揮抑制腫瘤侵襲、轉(zhuǎn)移及EMT的作用，為肝癌提供了潛在的治療途徑。

近年來，越來越多的PRMT1小分子化合物抑制劑相繼問世，在白血病、淋巴瘤、乳腺癌及胰腺癌的治療中顯示出良好的效果，這也為肝癌的治療提供了更多選擇[51-52]。根據(jù)結(jié)合位點的不同，PRMT1抑制劑主要分為多肽結(jié)合位點抑制劑和SAM結(jié)合位點抑制劑。AMI和MS023屬于多肽結(jié)合位點抑制劑，體外實驗表明兩者均能顯著抑制肝癌細(xì)胞增殖[42,53]。另有研究表明，特異性小分子DCLX069和DCLX078通過與SAM位點結(jié)合發(fā)揮抑制PRMT1表達(dá)的作用，進(jìn)而抑制肝臟腫瘤細(xì)胞的增殖[54]。此外，小分子化合物Furamidine可同時與PRMT1的SAM位點和多肽結(jié)合位點結(jié)合發(fā)揮抑制作用，在移植瘤模型裸鼠體內(nèi)，F(xiàn)uramidine能顯著抑制LCIC的成瘤能力及腫瘤細(xì)胞的增殖[47]。GSK3368715是目前唯一進(jìn)入臨床試驗階段的PRMT1抑制劑，其通過與多肽底物競爭結(jié)合位點以抑制PRMT1活性，該抑制劑主要用于治療實體瘤及彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤[52]，但目前尚無其被用于治療肝癌的相關(guān)研究報道。此外，PRMT1抑制劑在CLD治療中的作用也有待進(jìn)一步探索。

4 總結(jié)和展望

PRMT1催化的精氨酸甲基化是表觀遺傳修飾的重要組成部分，PRMT1在肝臟中發(fā)揮著復(fù)雜的作用。PRMT1通過調(diào)控肝炎病毒復(fù)制及機體免疫以影響病毒性肝炎的進(jìn)展，其還參與肝臟的糖脂代謝、細(xì)胞增殖和氧化應(yīng)激等生物學(xué)過程，并在NAFLD及ALD的病程中發(fā)揮著重要作用。此外，PRMT1與肝癌的發(fā)生、發(fā)展過程密切相關(guān)。目前關(guān)于PRMT1在CLD中作用的研究基礎(chǔ)較薄弱，比如有關(guān)PRMT1在病毒性肝炎中作用的研究大多數(shù)仍停留在體外實驗階段，而PRMT1在ALD病程中所發(fā)揮的作用仍存在爭議，因此需要開展進(jìn)一步研究探索PRMT1在各類CLD中所發(fā)揮的作用及其機制。此外，肝臟中的細(xì)胞種類繁多，為了更深入細(xì)化地探究PRMT1的功能，特異性敲除不同肝細(xì)胞PRMT1基因的模式小鼠應(yīng)該被廣泛應(yīng)用于各類CLD研究中，為靶向PRMT1治療CLD提供更多的數(shù)據(jù)支持。

目前僅有少數(shù)靶向抑制PRMT1的小分子抑制劑被用于有關(guān)肝癌治療的研究，這些藥物在肝癌中作用的下游機制仍需進(jìn)一步明確，同時其安全性也有待驗證。此外，關(guān)于PRMT1抑制劑在病毒性肝炎、ALD及NAFLD中作用的報道較少。迄今為止，只有GSK3368715這一小分子藥物順利進(jìn)入臨床試驗階段。因此，亟待篩選出更多安全性、特異度均較高的藥物。