結(jié)直腸癌表觀遺傳學(xué)及泛素化修飾的相關(guān)進(jìn)展

楊 妍，劉璠娜，2*，湯冬娥 （.暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院全科醫(yī)學(xué)科，廣東廣州 5062；2.暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院全科醫(yī)學(xué)科腎內(nèi)科，廣東廣州 5062；.暨南大學(xué)第二臨床醫(yī)院院（深圳市人民醫(yī)院）臨床醫(yī)學(xué)研究中心，廣東深圳 58020）

2020 年世界腫瘤死亡率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，結(jié)直腸癌（CRC）的總發(fā)病率與死亡率在世界常見癌癥中分別位居第3 和第2 位[1]。在我國(guó)，85%以上的CRC 發(fā)現(xiàn)時(shí)已屬晚期，即使通過以手術(shù)為主聯(lián)合化療、放療等綜合治療，患者5 年生存率仍不超過40%，而早期CRC治療后5 年生存率可超過95%，甚至完全治愈。CRC的發(fā)生、發(fā)展與基因異常表達(dá)相關(guān)。而表觀遺傳學(xué)可以從生物標(biāo)志物層面探究CRC 組織的許多生物學(xué)過程。在鑒定得到的泛素化修飾的蛋白中，已發(fā)現(xiàn)許多與CRC 密切相關(guān)的蛋白。這些蛋白參與多種基本的生物學(xué)過程和分子功能，在細(xì)胞內(nèi)的各個(gè)亞細(xì)胞器及胞外基質(zhì)成分中均有分布。本文探討了表觀遺傳學(xué)及泛素化修飾在CRC 形成和發(fā)展中的作用，以期為CRC 的診治提供新的思路。

1 表觀遺傳學(xué)與腫瘤

表觀遺傳學(xué)是生物學(xué)中一個(gè)相對(duì)較新的領(lǐng)域，指的是在細(xì)胞分裂過程中不改變DNA 序列而調(diào)控可遺傳的基因表達(dá)改變[2]。表觀遺傳學(xué)調(diào)控基因表達(dá)的方式復(fù)雜多樣，如DNA 的甲基化、非編碼RNA、組蛋白修飾和染色質(zhì)重建等。通過研究胃癌、肺癌、乳腺癌和CRC 等多種腫瘤疾病的機(jī)制發(fā)現(xiàn)，腫瘤中DNA 甲基化水平發(fā)生明顯改變。血漿中少量游離的甲基化DNA不但可以用來早期檢測(cè)癌癥，而且還能揭示患者預(yù)后和生存信息[3]。非編碼RNA 可以通過參與不同生物過程的各種分子靶標(biāo)結(jié)合控制 mRNA 的翻譯和降解，導(dǎo)致其在腫瘤中表達(dá)異常。有研究報(bào)道m(xù)iR-21 在結(jié)腸直腸癌、胃癌、前列腺癌、卵巢癌和胰腺癌中表達(dá)上調(diào)，miR-155 在乳腺癌中表達(dá)上調(diào)[4]。組蛋白的甲基化和乙酰化修飾作用已被多數(shù)研究報(bào)道，如甲狀腺癌與組蛋白乙?；癄顟B(tài)的失衡相關(guān)[5]、肝癌細(xì)胞中組蛋白H3乙?；磉_(dá)水平下調(diào)[6]。遺傳和表觀遺傳共同作用在CRC 的形成和發(fā)展過程中也發(fā)揮著重要作用，為CRC的診斷、治療及預(yù)后提供新的靶點(diǎn)。

2 CRC 與表觀遺傳學(xué)

2.1 DNA 甲基化

DNA 甲基化是調(diào)節(jié)基因表達(dá)最普遍的表觀遺傳修飾之一，通過DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)，向DNA 分子添加甲基基團(tuán)而發(fā)生。異常甲基化是CRC 中常見的表觀遺傳改變，其中在重復(fù)的DNA 序列中可觀察到低甲基化，而高甲基化主要影響基因啟動(dòng)子區(qū)的CGI。Dimberg 等[7]證實(shí)，IL-8 低甲基化表達(dá)的CRC 患者在癌組織中顯示出更高水平的IL-8 蛋白，這種過表達(dá)與侵襲和轉(zhuǎn)移有關(guān)。LINE-1 是調(diào)控CRC 低甲基化的主要元件，LINE-1 在CRC 常處于去甲基化狀態(tài)，導(dǎo)致其表達(dá)升高，這與患者的生存率相關(guān)[8]。CRC 的發(fā)育涉及3 種主要的致病途徑，即：微衛(wèi)星不穩(wěn)定性（MSI）、染色體不穩(wěn)定性（CIN）及CGI 甲基化表型（CIMP）[9]。最近的研究已經(jīng)確定CIMP 是促進(jìn)CRC 發(fā)展的重要過程。細(xì)胞周期相關(guān)蛋白（CDKN2A）啟動(dòng)子區(qū)域的超甲基化已經(jīng)在CRC 的大多數(shù)CIMP 中報(bào)道。Shi 等[10]發(fā)現(xiàn)敲低CDKN2A 表達(dá)抑制了HT-29 細(xì)胞增殖，促進(jìn)了細(xì)胞凋亡和細(xì)胞周期進(jìn)程，并影響了CRC 的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化過程（EMT）。O6-甲基鳥嘌呤-DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶（MGMT）是一種DNA 修復(fù)蛋白，其通過啟動(dòng)子高甲基化的下調(diào)使基因易發(fā)生 p53 突變[11]。一項(xiàng)薈萃分析顯示MGMT 啟動(dòng)子高甲基化的頻率在 CRC 中比在腺瘤中升高更顯著[12]。

越來越多研究證實(shí)DNA 甲基化標(biāo)志物用于早期篩查CRC 具有明顯特異性。Jin 等[13]在多靶點(diǎn)糞便DNA 甲基化檢測(cè)中，以SNCA、SPG20 和Septin9 等作為分子靶點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)隨著陽(yáng)性甲基化標(biāo)志物數(shù)量的增加，診斷CRC 的特異性逐漸增強(qiáng)。APC、SEPT9、VIM、WIF1 等大量高甲基化基因在CRC 患者糞便中檢出率較高[14-16]。其中，SEPT9 甲基化檢測(cè)用于CRC 篩查已于2016 年獲得美國(guó)食品和藥物管理局批準(zhǔn)[17]?；谘旱募谆瘶?biāo)記物如FBN1、SPG20、ITF2、RUNX3、SNCA 和MLH1 等也證實(shí)可用于檢測(cè)CRC，它們具有良好的診斷性能[18]。

因此，DNA 甲基化的標(biāo)志物對(duì)腫瘤早期預(yù)測(cè)具有重要意義，糞便和血液（血清或血漿）檢測(cè)相較于以往的篩查方式具有更小的侵入性。

2.2 非編碼RNA

MicroRNA（miRNA）又稱內(nèi)源性短非編碼單鏈RNA，長(zhǎng)度約為22～24 個(gè)核苷酸[19]，在許多代謝疾病、心血管疾病、癌癥中發(fā)揮重要作用[20-21]。研究發(fā)現(xiàn)，一些表達(dá)改變的miRNA 已成為CRC 患者診斷、分期和監(jiān)測(cè)治療的有效標(biāo)志物。Zhang 等[22]研究發(fā)現(xiàn)，28例CRC 患者（III/IV 期）血漿樣本中miR-31 高表達(dá)可能是診斷CRC 淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移（LNM）的生物標(biāo)志物。通過研究44 例CRC 患者與健康對(duì)照組的血清外泌體miRNA，科研人員證實(shí)miR-19b、miR-21、miR-222、miR-92a 可作為CRC 患者轉(zhuǎn)移性疾病初始評(píng)估的生物標(biāo)志物，其中miR-21 和miR-19b 比傳統(tǒng)的生物標(biāo)志物CEA 具有更高的敏感性和特異性[23]。此外，miR-1、miR-155、miR-21、miR-92a 等基因的表達(dá)水平也被報(bào)道與CRC 的發(fā)生、發(fā)展顯著相關(guān)[24-26]。

lncRNA 是長(zhǎng)度超過200 個(gè)核苷酸的非編碼RNA，通過包括轉(zhuǎn)錄和翻譯在內(nèi)的多種機(jī)制激活或抑制特定基因，在腫瘤組織和細(xì)胞系中異常表達(dá)。lncRNA AB073614 可以激活JAK/STAT3 信號(hào)通路，誘導(dǎo)CRC細(xì)胞中的EMT 過程[27]。lncRNA TUG1 作為腫瘤啟動(dòng)子，通過miR-542-3p/TRIB2 軸抑制Wnt/β-catenin 通路抑制CRC 的進(jìn)展，為CRC 的治療提供了新的靶點(diǎn)[28]。此外，lnc RNA 還可通過影響其他腫瘤相關(guān)的信號(hào)通路，如PI3K/AKT、EGFR 和TP53 等，影響CRC 的發(fā)生、發(fā)展[28-30]。lncRNA 的表達(dá)水平可作為腫瘤預(yù)后指標(biāo)，與預(yù)后不良程度呈正相關(guān)。Shen 等[31]研究發(fā)現(xiàn)，與治療前和復(fù)發(fā)患者相比，lncRNA DANCR 在CRC 組織和血清中的水平顯著升高，而在術(shù)后患者中表達(dá)降低。lncRNA DANCR 的分化表達(dá)增加表明CRC 患者的生存時(shí)間縮短。

非編碼RNA 在外周血中穩(wěn)定存在，是具有較高靈敏度和特異度的新型生物標(biāo)志物，在CRC 患者的早期診斷、療效評(píng)價(jià)和預(yù)后評(píng)估中發(fā)揮重要作用[32]。

2.3 組蛋白修飾

組蛋白是一種由核心蛋白H2A、H2B、H3 和H4拷貝組成的蛋白質(zhì)八聚體，每個(gè)組蛋白的核心蛋白都有一條富含賴氨酸和精氨酸殘基的特征性尾巴，這些殘基受到翻譯后修飾的影響調(diào)節(jié)基因表達(dá)。翻譯后修飾作為調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)生物學(xué)功能的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化、代謝等生命過程發(fā)揮重要作用[33]。目前已知的哺乳動(dòng)物表達(dá)的所有蛋白質(zhì)中，大部分蛋白質(zhì)在特定的時(shí)間和亞細(xì)胞空間發(fā)生不同的翻譯后修飾。已發(fā)現(xiàn)的被修飾的氨基酸殘基有賴氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、精氨酸和酪氨酸等，而甲基化、泛素化、磷酸化、乙?；?、糖基化和丙?；榷际浅Ｒ姷慕M蛋白修飾方式[34]。m6A 修飾是真核生物mRNA 中最為普遍的組蛋白甲基化修飾，METTL14 介導(dǎo)的m6A 修飾靶向SOX4，影響EMT 過程和PI3K/Akt 信號(hào)通路，抑制CRC進(jìn)展[35]。METTL3 通過靶向m6A-BHLHE41-CXCL1/CXCR2 軸抑制抗腫瘤免疫，METTL3 抑制加抗 PD1治療顯示出對(duì) CRC 良好的抗腫瘤功效[36]。組蛋白H3K27 乙?；せ頣RIM11 的表達(dá)進(jìn)而促進(jìn)結(jié)腸癌細(xì)胞增殖[37]。CDK2 抑制靶向蛋白R(shí)b 磷酸化，調(diào)控CRC細(xì)胞增殖和凋亡[38]。

3 CRC 的泛素化修飾

泛素分子通過泛素激活酶E1、泛素偶聯(lián)酶E2 和泛素連接酶E3 依次與靶蛋白共價(jià)結(jié)合，介導(dǎo)靶蛋白降解，這種蛋白質(zhì)翻譯后修飾過程即泛素化修飾[39]。泛素化修飾分布廣泛，富有誘導(dǎo)性和調(diào)控作用，包含基因轉(zhuǎn)錄、能量代謝和信號(hào)傳導(dǎo)等方面，在多種類型的腫瘤中都發(fā)現(xiàn)泛素化修飾介導(dǎo)腫瘤組織發(fā)生異常的表達(dá)和突變現(xiàn)象。

泛素化修飾通過調(diào)控底物表達(dá)參與CRC 轉(zhuǎn)移相關(guān)信號(hào)通路，進(jìn)而影響CRC 轉(zhuǎn)移進(jìn)程。如APC 是調(diào)控CRC 發(fā)生和發(fā)展的重要基因，參與Wnt/β-Catenin 通路中akt-trcp 介導(dǎo)的catenin 降解泛素化的過程[40]。泛素化修飾的膜聯(lián)蛋白A2 在CRC 中過度表達(dá)常會(huì)加速腫瘤細(xì)胞的浸潤(rùn)與遷徙[41]。泛素羧基末端水解酶 L1 是泛素化修飾的關(guān)鍵酶之一，在伴有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的CRC組織中明顯上調(diào)，影響腫瘤細(xì)胞的遷移過程。Zhang等[42]發(fā)現(xiàn)了人轉(zhuǎn)移性CRC 與原發(fā)性結(jié)腸腺癌相比具有獨(dú)特的泛素化，并揭示細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶1（CDK1）泛素化下調(diào)在癌變中的重要作用。

基于已有的研究進(jìn)展，我們可以靶向泛素途徑的相關(guān)成分，包括E3 泛素連接酶、脫泛素酶和蛋白酶體，使用小分子抑制劑進(jìn)行CRC 治療[43]。E3 泛素連接酶識(shí)別底物的特異性最強(qiáng)，被認(rèn)為是癌癥的潛在診斷和治療靶點(diǎn)[44]。Hsc70 相互作用蛋白的羧基末端（CHIP）作為一種E3 泛素連接酶，可作用于體內(nèi)或體外，具有降解更多癌蛋白的泛素連接酶活性。半乳糖凝集素1（Gal-1）作為一種細(xì)胞自分泌蛋白，能促進(jìn)CRC 細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲[45]，而CHIP 可通過泛素化靶向調(diào)節(jié)Gal-1 從而抑制CRC 細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移[46]。膜相關(guān)鳥苷酸激酶3（MAGI3）是一種新型的 E3 泛素連接酶，能夠識(shí)別c-Myc，并促進(jìn)c-Myc 泛素化和降解。MAGI3通過抑制體外和體內(nèi)c-Myc 的活化來抑制CRC 細(xì)胞生長(zhǎng)，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，提高對(duì)氟嘧啶基化療的化學(xué)敏感性。Wang 等[47]在臨床研究中發(fā)現(xiàn)MAGI3 高表達(dá)的II/III 期CRC 患者生存率較高，并且不需要進(jìn)一步的輔助化療。HERC3 屬于HERC E3 家族，HERC3 的蛋白表達(dá)在CRC 腫瘤組織中下調(diào)[48]。核糖體蛋白L23A（RPL23A）被認(rèn)為是HERC3 的一個(gè)潛在靶標(biāo)，在CRC中過表達(dá)。在機(jī)理上，HERC3 可以通過泛素化蛋白酶體依賴性途徑直接結(jié)合和降解RPL23A，并進(jìn)一步調(diào)節(jié)CRC 細(xì)胞增殖和細(xì)胞周期[49]。

4 小結(jié)與展望

CRC 從癌前病變進(jìn)展到癌一般需要5～10 年的時(shí)間，為疾病的早期診斷和臨床干預(yù)提供了重要時(shí)間窗口。CRC 的表觀遺傳改變發(fā)生在早期，并且比基因改變表現(xiàn)得更頻繁。因此，表觀遺傳學(xué)相關(guān)機(jī)制的研究為CRC 的早期診斷及治療提供了新的研究方向。泛素化修飾的功能涉及CRC 組織中的許多生物學(xué)過程，與代謝調(diào)控之間存在密切聯(lián)系，進(jìn)一步揭示了CRC 發(fā)生、發(fā)展的具體機(jī)制，為發(fā)現(xiàn)新的生物標(biāo)志物提供理論基礎(chǔ)。