組蛋白修飾在口腔鱗狀細(xì)胞癌中的研究進(jìn)展

侯伊明，李 娜，禹文茜，陳 磊

口腔鱗狀細(xì)胞癌(oral squamous cell carcinoma，OSCC)是口腔頜面部最常見的惡性腫瘤，來源于病變的口腔黏膜上皮，通常與接觸煙草致癌物、過量飲酒及感染人乳頭瘤病毒等因素相關(guān)。OSCC發(fā)病率高、侵襲性強(qiáng)、預(yù)后較差，目前仍需繼續(xù)研究有效監(jiān)測OSCC侵襲、轉(zhuǎn)移及復(fù)發(fā)的靶點(diǎn)[1]。因此探討OSCC發(fā)生的相關(guān)機(jī)制，尋找OSCC診斷、監(jiān)測與治療的有效靶點(diǎn)，對于改善口腔癌患者的預(yù)后極具臨床價值。

研究表明，遺傳和表觀遺傳改變的累積促進(jìn)了腫瘤的發(fā)生和癌癥的進(jìn)展[2]。表觀遺傳改變是基因表達(dá)中不改變DNA序列基因的可遺傳、可逆的修飾，其中，組蛋白修飾在OSCC的發(fā)生和進(jìn)展方面的作用受到了廣泛關(guān)注[3]。組蛋白修飾可導(dǎo)致染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化，從而影響相應(yīng)位置基因的表達(dá)，進(jìn)而影響基因轉(zhuǎn)錄、復(fù)制和修復(fù)等各項細(xì)胞生理過程[4]。目前已有許多研究從細(xì)胞、動物模型和人體試驗等多個水平驗證了組蛋白修飾對OSCC的進(jìn)展產(chǎn)生影響，組蛋白修飾相關(guān)藥物對OSCC具有潛在治療價值。因此，我們有必要總結(jié)已發(fā)現(xiàn)的OSCC中組蛋白修飾變化，并對相關(guān)分子機(jī)制進(jìn)行進(jìn)一步的探究。

1 組蛋白修飾概述

過去十幾年間，多項研究已證實OSCC中的組蛋白翻譯后修飾水平發(fā)生變化。組蛋白修飾主要發(fā)生在四種組蛋白復(fù)合物(H3、H4、H2A和H2B)的氨基末端尾部，形式包括甲基化、乙酰化、ADP-核糖基化、磷酸化、泛素化和組蛋白尾部特定殘基的類泛素化等[5]。這些修飾通常對染色質(zhì)構(gòu)型有直接影響，進(jìn)而可影響相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄活性。其中，組蛋白乙?；图谆贠SCC的發(fā)生與發(fā)展中的作用已有較多研究，而組蛋白磷酸化、泛素化和ADP-核糖基化對OSCC的影響也有一定發(fā)現(xiàn)。

2 組蛋白修飾與口腔鱗狀細(xì)胞癌

2.1 組蛋白的甲基化修飾

2.1.1 組蛋白甲基化 組蛋白甲基化修飾主要由甲基轉(zhuǎn)移酶和去甲基化酶參與，在組蛋白的特定位點(diǎn)上發(fā)生甲基化與去甲基化。組蛋白尾部特定賴氨酸殘基的甲基化與基因轉(zhuǎn)錄的激活或抑制有關(guān)，轉(zhuǎn)錄激活或抑制效應(yīng)主要取決于被甲基化的組蛋白特定賴氨酸殘基的位置和甲基化位點(diǎn)的數(shù)量[6]。組蛋白可以以單甲基化(me1)、二甲基化(me2)或三甲基化(me3)的形式發(fā)生于H3(K4、K9、K27、K36和K79)和H4(K20)這六個賴氨酸殘基上。一般來說，H3K4、H3K36和H3K79的甲基化與轉(zhuǎn)錄激活相關(guān)，而H3K9、H3K27和H4K20的甲基化與轉(zhuǎn)錄抑制相關(guān)[7]。

許多研究關(guān)注了組蛋白甲基化水平與OSCC預(yù)后的相關(guān)性。Maia等[8]的研究表明，細(xì)胞質(zhì)中H3K9me1與疾病死亡率負(fù)相關(guān)，而細(xì)胞核H3K9me2的水平與患者生存率負(fù)相關(guān)。近期有研究發(fā)現(xiàn)H3K9me3的高表達(dá)與患者年齡和癥狀有關(guān)[9]。另外，Chen等[10]發(fā)現(xiàn)H3K27me2的升高與生存時間呈負(fù)相關(guān)。這些結(jié)論均提示我們進(jìn)一步關(guān)注組蛋白甲基化水平與患者預(yù)后的相關(guān)性。

2.1.2 組蛋白去甲基化 組蛋白去甲基化酶KDM家族成員可以移除甲基化修飾，在干細(xì)胞分化和組織器官發(fā)育及腫瘤、代謝性疾病發(fā)病過程中均起到關(guān)鍵作用。已發(fā)現(xiàn)在OSCC組織中，多種組蛋白去甲基化酶水平升高，其表達(dá)與腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)正相關(guān)。

組蛋白去甲基化酶LSD1(KDM1A)在大多數(shù)舌鱗狀細(xì)胞癌中過表達(dá)，并與腫瘤侵襲性和不良預(yù)后顯著相關(guān)。值得關(guān)注的是，在動物模型中降低LSD1的表達(dá)，抑制了癌細(xì)胞的增殖、分化、侵襲和遷移，誘導(dǎo)了腫瘤細(xì)胞衰老，而在體內(nèi)及體外實驗中過表達(dá)LSD1都通過染色質(zhì)修飾促進(jìn)了腫瘤的惡性轉(zhuǎn)化[11]。JMJD1A(KDM3A)水平與腫瘤的晚期分期和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移正相關(guān)，JMJD1A表達(dá)升高是淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的獨(dú)立標(biāo)志[8]。KDM4A可能是抑制人OSCC侵襲性生長和轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵靶點(diǎn)，KDM4A在OSCC的表達(dá)增加與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和晚期TNM分期顯著相關(guān)，并在 OSCC患者的預(yù)后中起關(guān)鍵作用，其高表達(dá)也被認(rèn)為是OSCC患者死亡的一項危險因素[12]。另有研究發(fā)現(xiàn)，舌鱗癌細(xì)胞中，P-ΔNp63α可以將組蛋白去甲基化酶KDM4C募集到MDM2基因的啟動子，通過組蛋白去甲基化來促進(jìn)MDM2基因的轉(zhuǎn)錄，而KDM4C的抑制導(dǎo)致MDM2表達(dá)降低、細(xì)胞周期停滯、細(xì)胞凋亡，從而有助于增強(qiáng)口腔鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞對鉑類化療藥物的反應(yīng)[13]。Facompre等[14]的實驗表明，PI3K依賴的組蛋白去甲基化酶KDM5B(JARID1B)上調(diào)驅(qū)動G0期細(xì)胞的干性轉(zhuǎn)化，KDM5B高表達(dá)的細(xì)胞具有更強(qiáng)的增殖能力；靶向清除KDM5B高表達(dá)細(xì)胞，G0期細(xì)胞增多，表明KDM5B可作為治療靶標(biāo)。Huang等[15]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，KDM5B在癌癥組織的表達(dá)高于鄰近的非癌組織，其高表達(dá)與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、腫瘤復(fù)發(fā)、病情惡化和低生存率密切相關(guān)，這表明KDM5B可以應(yīng)用于OSCC的預(yù)后預(yù)測，另有實驗證明，降低KDM5B表達(dá)能夠抑制細(xì)胞遷移能力與腫瘤侵襲性[16]。近期一項病例對照研究中發(fā)現(xiàn)UTX(KDM6A)的高表達(dá)可能預(yù)示接受手術(shù)切除鱗癌組織的患者預(yù)后不良[17]。盡管已有部分研究發(fā)現(xiàn)，組蛋白去甲基化酶家族在OSCC中的作用機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。

2.2 組蛋白的乙?；揎?/h3>

2.2.1 組蛋白乙?；?目前觀點(diǎn)認(rèn)為，相比DNA甲基化或組蛋白甲基化，組蛋白乙?；磻?yīng)對環(huán)境刺激更敏感，因此能更及時地參與組蛋白修飾，影響基因表達(dá)[18]。組蛋白乙?；山M蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶催化，乙?；募尤氪龠M(jìn)了組蛋白結(jié)合區(qū)域基因的轉(zhuǎn)錄。

Li等[19]的實驗表明組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶hMOF通過乙?；疕4K16，靶向ZEST同源基因增強(qiáng)子EZH2，使EZH2在人OSCC組織中表達(dá)上調(diào)，可引起OSCC患者整體生存率下降。缺氧環(huán)境下，H3K2被乙酰化可激活上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化相關(guān)基因，從而促進(jìn)OSCC的轉(zhuǎn)移[20]。高水平的H3K18乙酰化與腫瘤的晚期分期相關(guān)。

另一方面，低水平的H3K4乙?；c較晚期的OSCC分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、低生存率顯著相關(guān)[10]。一些研究者通過分析口腔沖洗樣本和OSCC細(xì)胞系發(fā)現(xiàn)了H3K9乙?；浇档蚚21-22]，認(rèn)為H3K9的低乙?；奖砻黝A(yù)后不良，與細(xì)胞增殖和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化有關(guān)[23]。但也有研究者在OSCC組織中觀察到H3K9、H3K14和H3K56的乙?；缴遊21-24]，認(rèn)為H3K9乙?；缴吲c淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和局部復(fù)發(fā)正相關(guān)，可能成為OSCC轉(zhuǎn)移的預(yù)測因素[9]。對于不同組蛋白位點(diǎn)乙酰化水平與OSCC的TNM分期及預(yù)后的相關(guān)性，仍需要更多臨床研究的支持。

2.2.2 組蛋白去乙酰化 組蛋白去乙?；墙M蛋白在各種組蛋白去乙?；?histone deacetylases, HDACs)的催化下脫乙?；倪^程，在腫瘤發(fā)生發(fā)展的過程中起重要作用。組蛋白中乙酰基的移除導(dǎo)致染色質(zhì)的壓縮，從而抑制相應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄[24]。HDACs是由18個酶組成的家族，根據(jù)其與酵母的同源性分為四類。其中Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅳ類是Zn2+依賴性HDACs，含11個成員。Ⅲ類HDACs分子即是Sir2相關(guān)酶類(Sir2-related enzymes，Sirtuins)，也稱為“沉默信息因子”。

HDACs調(diào)節(jié)組蛋白尾部的乙?；潭?，影響生長、分化、細(xì)胞毒性和凋亡等過程[24]。降低HDACs表達(dá)可誘導(dǎo)OSCC細(xì)胞的凋亡，抑制腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移，并可能通過結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子來調(diào)節(jié)G0/G1細(xì)胞周期進(jìn)程。HDAC1、HDAC2[25]、HDAC6[26]、HDAC8[27]和HDAC9[28]在OSCC組織中上調(diào)，預(yù)示著患者的低生存率、不良預(yù)后，HDAC2同時提高了HIF-1a蛋白的穩(wěn)定性，導(dǎo)致OSCC的侵襲和遷移能力增強(qiáng)[29]。HDAC6的表達(dá)具有階段特異性，有研究將其在癌癥早期和晚期的表達(dá)水平與腫瘤侵襲性聯(lián)系起來[26]。各種組蛋白乙?；赣绊慜SCC的分子機(jī)制仍有待探究。

2.3 組蛋白的磷酸化修飾

酪氨酸、蘇氨酸或絲氨酸殘基的組蛋白磷酸化改變對有絲分裂、凋亡和轉(zhuǎn)錄等細(xì)胞過程十分重要[30]。Aurora蛋白激酶家族可磷酸化H3的絲氨酸位點(diǎn)，與染色質(zhì)濃縮相關(guān)，其高表達(dá)與不良預(yù)后相關(guān)[31]。在頭頸部鱗癌組織和細(xì)胞系中還觀察到組蛋白磷酸化水平與腫瘤分期、轉(zhuǎn)移、分化、預(yù)后、細(xì)胞異型性和細(xì)胞增殖相關(guān)[32-33]，有必要進(jìn)一步研究組蛋白磷酸化對OSCC的影響。

2.4 組蛋白的泛素化修飾

組蛋白泛素化、去泛素化在DNA損傷和轉(zhuǎn)錄中起重要作用。組蛋白H2A的泛素化作用在染色體水平上調(diào)節(jié)基因活性，參與腫瘤的發(fā)生、侵襲、轉(zhuǎn)移和耐藥[34]。BMI1是多梳抑制復(fù)合物的一個組成部分，可誘導(dǎo)H2A的泛素化，人舌鱗癌細(xì)胞系中抑制BMI1使腫瘤對順鉑化學(xué)療法敏感，并通過靶向鱗癌細(xì)胞減少了淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，提示較高的泛素化水平與腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)，通過抑制BMI1表達(dá)可以起到克服順鉑耐藥性并減少腫瘤轉(zhuǎn)移的作用[35]。泛素結(jié)合酶E2S(Ube2S)可在DNA損傷后調(diào)節(jié)H2A/H2AX的Lys11連鎖泛素化，是修復(fù)DNA損傷誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄抑制所必需的[36]。Yoshimura等[37]在OSCC組織和細(xì)胞系中發(fā)現(xiàn)了泛素結(jié)合酶E2S(Ube2S)水平的升高，敲低Ube2S誘導(dǎo)細(xì)胞周期停滯在G2期向M期轉(zhuǎn)化的過程，從而抑制腫瘤增殖。

Liu等[38]認(rèn)為在OSCC中去泛素化酶，特異性蛋白酶USP22可以去泛素化H2B和H2A，上調(diào)的USP22與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)、較高的惡性程度相關(guān)，可作為預(yù)后不良的指標(biāo)。Liu等[39]發(fā)現(xiàn)核去泛素酶BRCA1相關(guān)蛋白-1，即BAP1從H2AK119Ub中去除單泛素化。BAP1可通過組蛋白修飾誘導(dǎo)抗輻射效應(yīng)，高水平BAP1與放療效果不佳相關(guān)。組蛋白泛素化與去泛素化對于OSCC的臨床治療有重要意義。

2.5 組蛋白的ADP-核糖基化

聚腺苷酸二磷酸核糖基聚合酶(poly(ADP-ribose)polymerase, PARP)家族參與ADP-核糖到蛋白質(zhì)的共價轉(zhuǎn)移和ADP核糖聚合物的形成。早在1993年，Das就研究了不同階段OSCC組織中的二磷酸腺苷核糖基化水平，并與正常鄰近口腔組織的對比分析，發(fā)現(xiàn)在活躍增殖的OSCC組織中觀察到PARP-1的活性與DNA合成速率的顯著提高，組蛋白中加入聚腺苷二磷酸核糖會使染色質(zhì)結(jié)構(gòu)松散。隨著惡性程度的增加，在OSCC組織的細(xì)胞核中觀察到組蛋白的二磷酸腺苷核糖基化逐漸增加，這表明二磷酸腺苷核糖基化可能是OSCC的一個惡性標(biāo)志[40]。

近年來，PARP抑制劑在治療癌癥方面的應(yīng)用得到了關(guān)注。相比單獨(dú)用藥，將順鉑與PARP抑制劑AZD2281聯(lián)合應(yīng)用顯著抑制了異種移植腫瘤的生長[41]。生物活性化合物姜黃素與PARP抑制劑Olaparib的聯(lián)合應(yīng)用降低了姜黃素的有效作用濃度，增加了癌細(xì)胞的死亡和DNA損傷，降低了癌細(xì)胞中堿基切除修復(fù)基因的表達(dá)和二磷酸腺苷核糖基化，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡并促進(jìn)腫瘤體積減小[42]。目前，多種PARP抑制劑已在部分癌癥中獲批使用，相關(guān)藥物在OSCC中的作用效果值得期待。

3 展 望

異常的組蛋白修飾以及相關(guān)的蛋白與OSCC有廣泛聯(lián)系。已有的研究通過過表達(dá)、敲除或藥理學(xué)抑制各種組蛋白修飾酶，在腫瘤細(xì)胞或動物模型中研究相關(guān)作用機(jī)制，可能有助于闡明組蛋白修飾在OSCC中的價值。目前的研究結(jié)果顯示組蛋白修飾在OSCC發(fā)生發(fā)展的各階段具有重要意義，有成為OSCC的診斷、治療與監(jiān)控靶點(diǎn)的潛力。OSCC中的組蛋白修飾相關(guān)基礎(chǔ)及臨床研究仍是活躍的領(lǐng)域，期望未來能夠發(fā)現(xiàn)更多OSCC中可作為診斷與治療靶標(biāo)的組蛋白修飾水平與相關(guān)酶變化，將相關(guān)研究結(jié)果應(yīng)用于臨床。