組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶在腎透明細(xì)胞癌中的相關(guān)研究進(jìn)展

于政一，張誠(chéng)

作者單位：哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院泌尿外科，黑龍江 哈爾濱 150000

腎細(xì)胞癌（renal cell carcinoma，RCC）又被稱作腎癌，是由腎小管上皮細(xì)胞病變而形成的惡性腫瘤，約占全球惡性腫瘤的2%，占成人腎臟惡性腫瘤的80%～90%，其中腎透明細(xì)胞癌亞型最為常見，約占所有腎癌病人的90%左右［1］。腎癌的形成與多種因素有關(guān)。近年來有研究表明表觀遺傳調(diào)控在惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用，其能夠在不改變DNA基因序列本身的情況下引起基因的可遺傳活性改變，從而廣泛地參與人體生長(zhǎng)發(fā)育、代謝以及多種生命調(diào)節(jié)過程［2］。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)單一基因的缺陷時(shí)，對(duì)細(xì)胞并不產(chǎn)生殺傷作用，而兩種或兩種以上基因同時(shí)缺陷時(shí)才可以殺傷細(xì)胞，我們將這一現(xiàn)象稱為協(xié)同致死效應(yīng)［3］。細(xì)胞自噬是一種分解代謝過程，細(xì)胞質(zhì)組分被溶酶體降解，并參與生理和病理反應(yīng)［4］。有研究結(jié)果表明組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶（SET domain containing 2，SETD2）在人腎透明細(xì)胞癌中存在缺失或突變，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)其表達(dá)水平高低與腎透明細(xì)胞癌病人的預(yù)后明顯相關(guān)［5］。

1 SETD2概況及其生理學(xué)功能

1.1 SETD2基因簡(jiǎn)介SETD2首先從人類造血干細(xì)胞中分離出來，被認(rèn)為與亨廷頓病有關(guān)，為哺乳動(dòng)物表觀遺傳調(diào)控的一個(gè)重要基因［6］。其位于人體第3號(hào)染色體短臂的2區(qū)1帶（3p21.31），是鼠setd2基因的同源基因，長(zhǎng)度約為147 kb，其內(nèi)包含23個(gè)外顯子和22個(gè)內(nèi)含子。SETD2基因編碼的SETD2蛋白是體內(nèi)唯一催化組蛋白3第36位賴氨酸甲基化為三甲基狀態(tài)的酶［7］。SETD2蛋白在人體內(nèi)多種細(xì)胞和組織內(nèi)明顯表達(dá)，蛋白分子量約230 kDa，其中由2 564個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成。SETD2蛋白主要由6個(gè)亞單位組成：①SET結(jié)構(gòu)域，具有組蛋白甲基化轉(zhuǎn)移酶活性；②AWS結(jié)構(gòu)域，主要與SET結(jié)構(gòu)域相結(jié)合；③PostSET結(jié)構(gòu)域，SET結(jié)構(gòu)域后富含半胱氨酸的模體；④LCR結(jié)構(gòu)域，主要由230個(gè)氨基酸殘基組成，此區(qū)域內(nèi)絕大多數(shù)氨基酸不攜帶電荷；⑤ww結(jié)構(gòu)域，位于C端，主要由127個(gè)氨基酸殘基組成，在真核生物內(nèi)廣泛表達(dá)；⑥SRI結(jié)構(gòu)域，位于SETD2的C端末尾，與RNA聚合酶Ⅱ相互作用并與組蛋白甲基化相關(guān)［8］。SETD2主要是參與組蛋白甲基化修飾、轉(zhuǎn)錄調(diào)控以及DNA損傷修復(fù)等多種生物學(xué)功能。

1.2 SETD2蛋白的生理學(xué)功能

1.2.1 維持基因組穩(wěn)定及參與轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)SETD2對(duì)維持生物體內(nèi)基因組的穩(wěn)定性具有重要作用。SETD2的SET結(jié)構(gòu)域能夠使組蛋白3第36位賴氨酸甲基化，特異性催化H3K36me3從而促進(jìn)轉(zhuǎn)錄延伸。p53基因是人體維持基因穩(wěn)定性的重要基因，SETD2中包含的SET結(jié)構(gòu)域和WW結(jié)構(gòu)域通過與p53相互作用使其活性增強(qiáng)，從而增強(qiáng)p53的蛋白穩(wěn)定性。而SETD2缺失時(shí)會(huì)導(dǎo)致p53的目的基因下調(diào)，使p53的泛素化降解增加，從而破壞基因組的穩(wěn)定性，繼而引起腫瘤的發(fā)生與發(fā)展［9］。SETD2通過增強(qiáng)p53的蛋白穩(wěn)定性來參與轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)并維持基因組穩(wěn)定。

1.2.2 參與DNA損傷修復(fù)DNA損傷是復(fù)制過程中DNA核苷酸序列永久性改變，并導(dǎo)致遺傳特征改變的現(xiàn)象，而損傷修復(fù)失敗會(huì)對(duì)基因組穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響，從而導(dǎo)致惡性腫瘤的發(fā)生。DNA雙鏈斷裂是DNA損傷的一種形式，DNA修復(fù)失敗是腫瘤的一種重要特性［10］。SETD2作為一種抑癌基因，其蛋白質(zhì)在DNA損傷修復(fù)中具有重要作用，通過促進(jìn)C端結(jié)合蛋白作用蛋白聚集從而對(duì)DNA損傷部位進(jìn)行修復(fù)，精確的同源重組修復(fù)可以維持DNA的穩(wěn)定。有文章表明SETD2和H3K36甲基化通過同源重組（HR）參與DNA損傷修復(fù)［11］。

SETD2還可能通過蛋白-蛋白相互作用直接影響p53的活性及其下游靶標(biāo)的激活。DNA錯(cuò)配修復(fù)（MMR）被認(rèn)為是確?；蚪M穩(wěn)定性的生物學(xué)途徑［12］。SETD2和H3K36me3參與人類DNA錯(cuò)配修復(fù)，SETD2與H3.1K36和H3.3K36相互作用并使其三甲基化產(chǎn)生的H3K36me3將MutSα募集到染色質(zhì)上，然后與染色質(zhì)相關(guān)的MutSα執(zhí)行其正常的基因組維持功能。當(dāng)H3G34被較大的側(cè)鏈殘基（如精氨酸，纈氨酸或天冬氨酸）取代或H3K36被三甲基化時(shí)，MutSα均不會(huì)募集到染色質(zhì)上，這就會(huì)導(dǎo)致MMR缺乏并最終導(dǎo)致腫瘤發(fā)［13］。當(dāng)SETD2發(fā)生基因突變時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致基因組結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定從而影響轉(zhuǎn)錄水平，進(jìn)而影響細(xì)胞增殖、細(xì)胞分化和細(xì)胞死亡多種生物學(xué)過程［14］。在正常細(xì)胞中，SETD2可以通過兩種DNA損傷修復(fù)途徑來保障DNA的正常復(fù)制過程，從而減少基因突變的產(chǎn)生。

2 SETD2與腎透明細(xì)胞癌

2.1 SETD2在腎透明細(xì)胞癌存在突變有資料表明SETD2基因在許多腫瘤中存在缺失或突變，尤其在腎透明細(xì)胞癌中常出現(xiàn)第3號(hào)染色體短臂（3p21區(qū)）的缺失和突變，造成SETD2基因的C-端缺失［15］。SETD2是腎透明細(xì)胞癌的第三大突變基因，其突變率僅次于VHL和PBRM1，在將近15.6%的腎透明細(xì)胞癌病人中發(fā)現(xiàn)SETD2基因存在突變［16］。

研究人員通過蛋白質(zhì)印記法檢測(cè)腎透明細(xì)胞癌細(xì)胞中H3K36me3表達(dá)水平，結(jié)果顯示其表達(dá)水平明顯降低，并且H3K36me3的表達(dá)水平降低與SETD2基因突變存在明顯相關(guān)［17］。有研究發(fā)現(xiàn)SETD2突變可能發(fā)生在SET結(jié)構(gòu)域區(qū)域，考慮到SET結(jié)構(gòu)域在SETD2中的關(guān)鍵功能，專家認(rèn)為SET結(jié)構(gòu)域的突變可能會(huì)導(dǎo)致SETD2的功能喪失和腎透明細(xì)胞癌病人的不良預(yù)后［18］。因此，進(jìn)行Kaplan-Meier繪圖來研究SETD2的SET域突變組和非SET域突變組之間的臨床特征。結(jié)果表明SET結(jié)構(gòu)域突變組是腎透明細(xì)胞癌腫瘤晚期的特征，并且預(yù)后較差［19］。SET結(jié)構(gòu)域突變可能是腎透明細(xì)胞癌晚期病人的一個(gè)重要的分子生物學(xué)標(biāo)志，針對(duì)不同階段的腎透明細(xì)胞癌病人提供有效的治療手段。

2.2 SETD2與腎透明細(xì)胞癌病人預(yù)后相關(guān)Liu等［20］研究人員通過免疫組織化學(xué)染色分析評(píng)估了192例非轉(zhuǎn)移性腎透明細(xì)胞癌標(biāo)本中SETD2和H3K36me3的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)SETD2的染色主要分布在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中，而H3K36me3的染色主要分布在細(xì)胞核中。同時(shí)，SETD2和H3K36me3的表達(dá)遠(yuǎn)低于乳頭狀腎透明細(xì)胞癌（n=25）和嫌色細(xì)胞癌（n=13）標(biāo)本中的表達(dá)。研究結(jié)果表明在非轉(zhuǎn)移性腎透明細(xì)胞癌病人中，SETD2和H3K36me3的低表達(dá)狀態(tài)與其不良預(yù)后有關(guān)，SETD2高表達(dá)的病人總體生存期明顯增加。在轉(zhuǎn)移性腎透明細(xì)胞癌中，SETD2的低表達(dá)狀態(tài)與總體生存期和無進(jìn)展生存期降低有關(guān)，Kaplan-Meier生存分析還支持腎透明細(xì)胞癌病人SETD2缺乏與預(yù)后較差之間的相關(guān)性，其中SETD2表達(dá)水平較高的病人預(yù)后明顯更好［20］。臨床資料顯示在腎透明細(xì)胞癌病人中，SETD2基因突變并沒有明顯的影像學(xué)特征，并且SETD2基因的DNA改變和mRNA表達(dá)水平高低對(duì)病人的生存期沒有明顯影響，但SETD2功能的喪失和臨床病理特征與復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)，這會(huì)導(dǎo)致腎透明細(xì)胞癌病人的總體生存期和無進(jìn)展生存期減少［21］。我們使用GEPIA分析了TCGA數(shù)據(jù)庫中515名腎透明細(xì)胞癌病人SETD2表達(dá)含量與總體生存率直接的關(guān)系，印證了上述實(shí)驗(yàn)中的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)SETD2高表達(dá)的病人總體生存期延長(zhǎng)。

3 SETD2在腎癌中協(xié)同致死的研究

1946年Dobzhansky等第一次提出協(xié)同致死效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)觀察到如果有兩種基因同時(shí)在黑腹果蠅中發(fā)生突變后，就會(huì)對(duì)果蠅帶來致死性的作用。那么是否能應(yīng)用這種效應(yīng)用于治療人體內(nèi)各種疾病呢？近期研究發(fā)現(xiàn)，在某些特定基因突變的腫瘤體內(nèi)聯(lián)合應(yīng)用抑制劑會(huì)產(chǎn)生協(xié)同致死效應(yīng)，從而應(yīng)用于腫瘤的治療。我們知道BRCA1/2在正常人體內(nèi)時(shí)為抑癌基因，而當(dāng)BRCA1/2基因發(fā)生突變后聯(lián)合應(yīng)用PARP抑制劑，在細(xì)胞中就會(huì)產(chǎn)生協(xié)同致死效應(yīng)，目前3種PARP抑制劑已經(jīng)從FDA獲批用于卵巢癌的治療［22］。近期研究表明聯(lián)合SETD2應(yīng)用協(xié)同致死效應(yīng)在治療腎透明細(xì)胞癌上可能具有推動(dòng)作用。

3.1 SETD2與WEE1抑制劑Pfister等［23］通過研究發(fā)現(xiàn)SETD2突變與腎癌細(xì)胞系（A498）對(duì)WEE1抑制的敏感性增加有關(guān)，并且H3K36me3缺陷型癌癥對(duì)WEE1抑制劑極為敏感。通過實(shí)驗(yàn)表明SETD2/H3K36me3的缺失和WEE1抑制對(duì)核糖核苷酸還原酶亞基RRM2的耗竭具有協(xié)同作用，由于SETD2的缺失和WEE1抑制劑的抑制對(duì)RRM2產(chǎn)生了一種雙重抑制效果，引起細(xì)胞產(chǎn)生嚴(yán)重的DNA復(fù)制應(yīng)激反應(yīng)，因此出現(xiàn)嚴(yán)重的dNTP供應(yīng)不足和S期阻滯，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡從而產(chǎn)生了協(xié)同致死效果。研究人員通過多種細(xì)胞系與實(shí)驗(yàn)方法，確定了H3K36me3丟失與WEE1抑制之間的協(xié)同致死性及其潛在機(jī)制，對(duì)WEE1抑制劑的敏感性歸因于RRM2耗盡引起的DNA復(fù)制壓力。目前WEE1抑制劑AZD1775已經(jīng)應(yīng)用于臨床試驗(yàn)，有望成為治療腎透明細(xì)胞癌的新型靶向藥物。

3.2 SETD2與DVL2在高等真核生物中，組蛋白尾部的翻譯后修飾與選擇性剪接的調(diào)控有關(guān)。H3K36me3尤其與這一過程有關(guān)，有研究指出SETD2能夠調(diào)節(jié)蓬亂蛋白2（Dishevelled 2，DVL2）的選擇性剪切，當(dāng)SETD2功能正常時(shí)可使DVL2的轉(zhuǎn)錄發(fā)生內(nèi)含子保留（IR）的剪切形式，是一種保留內(nèi)含子2的剪切形式，而含有內(nèi)含子2的DVL2攜帶一個(gè)提前終止密碼子，這表明該轉(zhuǎn)錄會(huì)受到無意義的mRNA降解調(diào)控（NMD），使DVL2發(fā)生降解［24］。因此當(dāng)SETD2發(fā)生突變時(shí)，DVL2轉(zhuǎn)錄本的IR剪切形式減少?gòu)亩鴮?dǎo)致DVL2的表達(dá)增加（降解減少）。DVL2能夠介導(dǎo)FRZ，LRP6，AXIN和相關(guān)激酶在質(zhì)膜上的聚集，進(jìn)一步磷酸化LRP6從而促進(jìn)βcatenin的穩(wěn)定性［25］；此外，DVL2還在細(xì)胞核中起著舉足輕重的作用，調(diào)節(jié)β-catenin/TCF轉(zhuǎn)錄復(fù)合體結(jié) 合c-Jun，是Wnt/β-catenin信 號(hào) 轉(zhuǎn) 導(dǎo) 所 必 需的［25-27］。當(dāng)Wnt通路激活時(shí)會(huì)抑制β-catenin的降解活性，在胞質(zhì)中穩(wěn)定積累的β-catenin進(jìn)入到細(xì)胞核后與TCF/LEF轉(zhuǎn)錄因子家族結(jié)合，從而啟動(dòng)下游靶基因的轉(zhuǎn)錄，并且Wnt信號(hào)通路在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用，其參與調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)、遷移與分化［28］。推測(cè)SETD2突變導(dǎo)致的DVL2上調(diào)可以激活Wnt/β-catenin信號(hào)進(jìn)而在腎透明細(xì)胞癌中參與介導(dǎo)協(xié)同致死效應(yīng)，目前，DVL2抑制劑3289-8625已經(jīng)被用于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步研究靶向DVL2介導(dǎo)SETD2缺失型腎透明細(xì)胞癌的協(xié)同致死效應(yīng)可能具有良好的應(yīng)用前景。

3.3 SETD2與PI3K脂酰肌醇3激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）是一類脂質(zhì)激酶，其作用是將來自生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子等許多環(huán)境信號(hào)轉(zhuǎn)化為控制多種生物過程的信號(hào)通路。PI3K-AKT軸是許多癌癥類型最常改變的分子途徑，是腎透明細(xì)胞癌最顯著的激活途徑之一，PI3K途徑的上調(diào)與多種類型的癌癥的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)。Esteban等［29］通過研究發(fā)現(xiàn)，在SETD2突變的腎透明細(xì)胞癌細(xì)胞系A(chǔ)498中加入PI3Kβ特異性抑制劑AZD8186會(huì)引起協(xié)同致死效應(yīng)，并且發(fā)現(xiàn)PI3Kβ特異性抑制劑TGX221和AZD8186減少了SETD2缺失的腎透明細(xì)胞癌的增殖能力，并同時(shí)降低了其腫瘤形成能力和細(xì)胞遷移能力。AKT是將SETD2連接至PI3Kβ的分子軸的關(guān)鍵效應(yīng)子。研究發(fā)現(xiàn)無論是在體外實(shí)驗(yàn)還是體內(nèi)試驗(yàn)中都證明了靶向PI3Kβ-AKT軸與SETD2丟失之間具有協(xié)同致死效應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)表明PI3K-AKT途徑在腎透明細(xì)胞癌中的關(guān)鍵作用有望成為一種治療新興概念。

4 SETD2在腎癌中細(xì)胞自噬的研究

細(xì)胞自噬又稱為Ⅱ型細(xì)胞死亡，細(xì)胞在自噬相關(guān)基因（autophagyrelated gene，ATG）的調(diào)控下利用溶酶體降解自身受損的細(xì)胞器和大分子物質(zhì)，這一過程對(duì)維持細(xì)胞生存能力具有重要作用［30］。雖然自噬主要是細(xì)胞的自我保護(hù)過程，但也可能是導(dǎo)致細(xì)胞死亡的一個(gè)重要原因。因此，已經(jīng)提出了既刺激又抑制自噬的干預(yù)措施作為一種新型的癌癥療法。

González-Rodríguez等［31］通過研究發(fā)現(xiàn)在腎癌細(xì)胞中SETD2的缺乏與自噬通量降低有關(guān)，發(fā)現(xiàn)在SETD2缺陷的腎透明細(xì)胞癌細(xì)胞中，ATG12復(fù)合物和游離ATG1存在明顯積累。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)腎透明癌細(xì)胞中游離ATG12和含ATG12異常復(fù)合物的發(fā)生具有SETD2依賴性，結(jié)果顯示SETD2的缺乏與腎透明細(xì)胞癌細(xì)胞中ATG12短異構(gòu)體表達(dá)有關(guān)。ATG12依賴性共軛系統(tǒng)中的明顯缺陷與自噬通量降低有關(guān)［32］?？紤]自噬能夠?qū)Π┘?xì)胞的生存和死亡產(chǎn)生影響［33-35］，針對(duì)自噬過程的療法一直被視為腎透明細(xì)胞癌病人等各類型腫瘤病人的潛在的治療策略［36-40］。有研究顯示在腎透明細(xì)胞癌病人中存在自噬核心機(jī)械沖擊不足，這表明自噬基因多態(tài)性與腎透明細(xì)胞癌的風(fēng)險(xiǎn)和病人的預(yù)后相關(guān)［41］。最新研究發(fā)現(xiàn)腎透明細(xì)胞癌中普遍存在的SETD2基因突變會(huì)直接影響這種自噬核心機(jī)制，從而降低自噬通量［42］。SETD2和ATG12基因表達(dá)可為腎透明細(xì)胞癌病人提供預(yù)后價(jià)值，其中低SETD2表達(dá)但高ATG12基因表達(dá)與不良預(yù)后相關(guān)［32］。

因此，當(dāng)針對(duì)自噬過程進(jìn)行治療干預(yù)時(shí)，應(yīng)考慮腎透明細(xì)胞癌的SETD2基因狀態(tài)。在臨床中這種考慮可能為腎透明細(xì)胞癌病人提供更多個(gè)性化的癌癥治療方案。

5 SETD2對(duì)腎癌病人耐藥性的影響

舒尼替尼是最廣泛使用于轉(zhuǎn)移性腎癌病人的靶向治療法之一，但大多數(shù)病人最終都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生耐藥性［43］。針對(duì)降低靶向療法的耐藥性仍然是治療轉(zhuǎn)移性腎透明細(xì)胞癌病人最大的挑戰(zhàn)。為了研究腎癌病人中舒尼替尼的獲得性耐藥機(jī)制并揭示可靠的預(yù)測(cè)生物標(biāo)志物，Elgendy等［44］研究了對(duì)來自RCC病人的配對(duì)腫瘤樣品中409個(gè)抑癌基因和癌基因的外顯子進(jìn)行了測(cè)序。通過分析確定了腎透明細(xì)胞癌病人的SETD2等基因編碼的蛋白質(zhì)對(duì)舒尼替尼敏感性和耐藥性的差異表達(dá)，發(fā)現(xiàn)SETD2等基因的功能喪失突變介導(dǎo)了對(duì)舒尼替尼的獲得性耐藥。免疫印跡分析表明，舒尼替尼的治療增加了耐藥性相關(guān)蛋白的表達(dá)。當(dāng)敲低這些抗性相關(guān)蛋白后，會(huì)阻礙舒尼替尼在體內(nèi)的抗腫瘤作用，證實(shí)了抗性相關(guān)蛋白的敲低，阻礙了其細(xì)胞毒性并最終導(dǎo)致耐藥性的出現(xiàn)。因此，針對(duì)轉(zhuǎn)移性腎透明細(xì)胞癌病人，未來我們可以根據(jù)其體內(nèi)SETD2的表達(dá)情況來制定相應(yīng)的個(gè)體化治療方案，從而減少病人耐藥性的發(fā)生。

6 展望

SETD2作為一種表觀遺傳修飾劑在腎透明細(xì)胞癌的發(fā)生，發(fā)展，預(yù)后和治療中都起著重要作用。當(dāng)SETD2發(fā)生基因突變時(shí)會(huì)導(dǎo)致下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路功能受損，還會(huì)導(dǎo)致腎透明細(xì)胞癌病人的細(xì)胞自噬過程受到影響，引起自噬通量降低從而影響腎癌病人的預(yù)后。而聯(lián)合Wnt信號(hào)通路功能障礙時(shí)產(chǎn)生的協(xié)同致死效應(yīng)可能是治療腎透明細(xì)胞癌的一種新方向。目前SETD2還不能作為腫瘤的特異性的生物學(xué)標(biāo)志物來準(zhǔn)確地診斷腫瘤，其更多作用機(jī)制仍是未知的，并且缺乏相關(guān)的體外研究。未來SETD2在腎透明細(xì)胞癌中的研究將會(huì)逐步為我們解決這些問題。繼續(xù)研究SETD2在腎透明細(xì)胞癌中更深入的作用機(jī)制，這樣有助于選擇最恰當(dāng)?shù)乃幬?，從而找到新的治療方向與方法，在臨床上具有廣闊的應(yīng)用前景。