組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶與胰腺癌的研究進(jìn)展

吳學(xué)磊，王艷華，蘇華華

三峽大學(xué) 形態(tài)學(xué)部，湖北 宜昌 443002

胰腺癌是一種高度惡性的消化系腫瘤，其5年生存率在所有癌癥中最低，僅為9%。美國(guó)癌癥協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)顯示，2019年美國(guó)新增胰腺癌患者56 770例，而死亡人數(shù)高達(dá)45 750例[1]。在我國(guó)，近十幾年胰腺癌的發(fā)病率以每年0.5%的速度增長(zhǎng)，這與胰腺癌病程短、病情發(fā)展速度快、惡化迅速等特點(diǎn)密切相關(guān)。胰腺癌的臨床治療遠(yuǎn)不令人滿意，“根治性手術(shù)+放化療”的治療策略并不能改善患者遠(yuǎn)期預(yù)后（5年或10年生存率低），且術(shù)后患者消化功能減弱，嚴(yán)重影響了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收，降低了生活質(zhì)量。因此，深入研究胰腺癌的病理生理機(jī)制，探索有效抑制胰腺癌進(jìn)程的分子靶點(diǎn)，研發(fā)具有抗胰腺癌作用的抑制劑藥物，有益于延長(zhǎng)患者生存期，改善生存質(zhì)量。人們?cè)谘芯恳认侔┌l(fā)生發(fā)展的分子機(jī)制中發(fā)現(xiàn)，表觀遺傳修飾——組蛋白甲基化，參與胰腺癌上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)換（EMT），促進(jìn)腫瘤快速生長(zhǎng)，而其中起關(guān)鍵調(diào)控作用的是組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶。因此，只有深入認(rèn)識(shí)組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶的結(jié)構(gòu)、功能、酶活性調(diào)控機(jī)制，以及該酶在胰腺癌進(jìn)程中的效應(yīng)機(jī)制，才能有望將其作為新的分子治療靶點(diǎn)，阻遏腫瘤所致的系統(tǒng)損傷，提高患者生存質(zhì)量。

1 組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶的結(jié)構(gòu)與功能

組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶（histone methyltransferas?es，HMT）是一類含有SET結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)。SET結(jié)構(gòu)域得名于最早發(fā)現(xiàn)表達(dá)該結(jié)構(gòu)域的3個(gè)基因，分別為 Su（var）3-9、Enhancer of zeste［E（z）］和trithorax（trx）。該酶促進(jìn)組蛋白甲基化[2]，而組蛋白甲基化參與基因表達(dá)的激活、延伸或抑制，是維持哺乳動(dòng)物細(xì)胞功能多樣性的主要修飾方式之一[3]。組蛋白甲基化通常發(fā)生在H3和H4組蛋白N端精氨酸或賴氨酸殘基上，這一過(guò)程由組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶完成，因此可分為組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶（HKMT）、組蛋白精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶（HRMT）2個(gè)家族。組蛋白賴氨酸甲基化主要與染色質(zhì)濃縮、基因表達(dá)沉默有關(guān)，而組蛋白精氨酸的甲基化在基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控中發(fā)揮重要作用，并能影響細(xì)胞的多種生理過(guò)程，包括DNA修復(fù)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞發(fā)育及癌癥發(fā)生等[4]。與胰腺癌增殖密切相關(guān)的幾種組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶總結(jié)于表1，它們可通過(guò)不同的作用靶點(diǎn)或信號(hào)通路，發(fā)揮促進(jìn)或抑制胰腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)。因此，深入研究組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶活性調(diào)控方式，以及不同組蛋白甲基化對(duì)胰腺癌進(jìn)程的影響，將為胰腺癌的治療帶來(lái)新的曙光。

2 與胰腺癌直接相關(guān)的組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶

2.1 組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶EZH2

EZH2是多梳抑制復(fù)合物2（PRC2）的催化亞單位，可以甲基化H3K27達(dá)到轉(zhuǎn)錄抑制作用，使抑癌基因沉默，從而促進(jìn)腫瘤的發(fā)生[5]。研究顯示，EZH2分子在前列腺癌、肺癌、腎癌、乳腺癌、胰腺癌等腫瘤中呈高表達(dá)狀態(tài)，促進(jìn)腫瘤進(jìn)展。而該分子與胰腺癌的相互關(guān)系鮮見報(bào)道，部分研究顯示，EZH2的過(guò)表達(dá)與胰腺癌的惡性程度呈正相關(guān)，如AndreiV等[6]發(fā)現(xiàn)，抑癌基因p27Kip1是EZH2的新靶基因，EZH2通過(guò)維持p27Kip1基因的非活性染色質(zhì)來(lái)調(diào)節(jié)p27Kip1的表達(dá)。甲基化H3K27是與抑制染色質(zhì)狀態(tài)和表觀遺傳基因沉默有關(guān)的一個(gè)已知特征，EZH2的缺失會(huì)使胰腺癌細(xì)胞對(duì)阿霉素和吉西他濱敏感化，從而使胰腺癌細(xì)胞的存活率降低，這也表明H3K27的三甲基化是胰腺癌患者預(yù)后的重要指標(biāo)[7]。因此，EZH2抑制劑可作為胰腺癌化療的潛在抗癌藥物。而另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)EZH2的高表達(dá)可介導(dǎo)E鈣黏蛋白基因的沉默，造成E鈣黏蛋白的低表達(dá)，這與腫瘤的轉(zhuǎn)移和晚期預(yù)后密切相關(guān)[8]。此外，有學(xué)者[9]用PCR和Western印跡技術(shù)對(duì)8株人胰腺癌細(xì)胞系的EZH2 mRNA和蛋白表達(dá)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在胰腺導(dǎo)管腺瘤（IPMN）中MIR-101可下調(diào)良性IPMN中的EZH2，而MIR-101水平降低是由于EZH2在惡性IPMN中的表達(dá)增加所致?；诖耍麄冋J(rèn)為MIR-101的缺失造成IPMN癌變是通過(guò)上調(diào)EZH2的表達(dá)而完成的，并提出通過(guò)miR-101阻斷EZH2會(huì)是潛在的治療靶點(diǎn)。Sox4/Ezh2軸[10]被發(fā)現(xiàn)與胰腺癌患者的預(yù)后密不可分，Sox4在體外和體內(nèi)對(duì)EMT是必不可少的，并調(diào)節(jié)EMT的各種主調(diào)節(jié)因子，在現(xiàn)有研究中Sox4被報(bào)道在膽管癌、前列腺癌和乳腺癌中可誘導(dǎo)EMT[11-13]。它可通過(guò)誘導(dǎo)EZH2來(lái)重新編程癌癥表觀基因組，以促進(jìn)EMT和轉(zhuǎn)移進(jìn)程。此外，首次[14]在胰腺癌中發(fā)現(xiàn)一種肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白苯胺素（ANLN）可誘導(dǎo)EZH2上調(diào)并參與miR-218-5p/LASP1信號(hào)軸，并且ANLN下調(diào)可抑制胰腺癌細(xì)胞集落形成、遷移和侵襲，這與EZH2的表達(dá)被抑制存在關(guān)聯(lián)。因?yàn)樵谝认侔┲?，EZH2下調(diào)可通過(guò)H3K27me3誘導(dǎo)miR-139-5p的表達(dá)，從而抑制胰腺癌的進(jìn)展。重要的抑癌基因RUNX3在機(jī)體發(fā)展及腫瘤形成過(guò)程中扮演重要角色[15]。在胰腺癌小鼠模型中EZH2可抑制人胰腺癌細(xì)胞RUNX3基因的表達(dá)，以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖。

表1 各種組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶及其在胰腺癌發(fā)生發(fā)展中的作用

2.2 組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶G9a

G9a又稱為常染色質(zhì)組蛋白賴氨酸N-甲基轉(zhuǎn)移酶2（EHMT2），主要對(duì)H3K9和H3K27等位點(diǎn)進(jìn)行甲基化。已有研究發(fā)現(xiàn)G9a在肝癌、前列腺癌、結(jié)腸癌中高表達(dá)，與疾病進(jìn)程密切相關(guān)[16]。G9a基因可誘導(dǎo)組蛋白脫甲基酶KDM7A的下調(diào)，從而抑制E鈣黏蛋白啟動(dòng)子H3K9m2和H3K27m3的去甲基化，抑制E鈣黏蛋白表達(dá)，并增強(qiáng)上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)換、細(xì)胞遷移和侵襲[17]。此外，它還可以介導(dǎo)白細(xì)胞介素8的表達(dá)，以提高吉西他濱的耐藥性和跨內(nèi)皮侵襲能力[18]。更有趣的是，G9a基因可通過(guò)直接調(diào)控p27的表達(dá)，增強(qiáng)SKP-2途徑對(duì)p27蛋白的降解，促進(jìn)了胰腺癌細(xì)胞的增殖生長(zhǎng)，預(yù)示差的預(yù)后[19]。

2.3 組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶KMT2

組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶2（KMT2）家族又稱為MLL家族（mixed-lineage leukaemia），其成員有KMT2A（或稱MLL、MLL1）、KMT2B（或稱小鼠MLL2、人類MLL4和WBP7）、KMT2C（或稱MLL3、HALR）、KMT2D（或稱小鼠MLL4和人類MLL2）、KMT2F（或稱 SET1A、SETD1A）、KMT2G（或稱SET1B、SETD1B）、KMT2E（或稱MLL5）。KMT2家族突變是人類癌癥最常見的改變之一[20]。KMT2家族成員在胰腺癌中發(fā)揮著不同的作用。以KMT2A為例，Lin[21]等在對(duì)小鼠胰腺癌模型的研究中發(fā)現(xiàn)，KMT2A參與腫瘤的抑制，與MEN1協(xié)同作用防止實(shí)體瘤形成。而MEN1缺乏的小鼠若KMT2A也失活會(huì)加速胰島腫瘤的發(fā)生，縮短平均壽命。另外一項(xiàng)研究[22]也發(fā)現(xiàn)，在胰腺癌細(xì)胞中，KMT2A直接與cd274啟動(dòng)子結(jié)合，催化H3K4me3激活PD-L1轉(zhuǎn)錄，使免疫功能受到抑制，發(fā)生免疫逃逸現(xiàn)象，若抑制或沉默KMT2A降低cd274啟動(dòng)子中的H3K4me3水平和腫瘤細(xì)胞中PD-L1的表達(dá)，能有效抑制胰腺腫瘤的生長(zhǎng)，因而結(jié)合抗PD-L1或抗PD-1抗體的免疫治療可用于治療胰腺癌。有關(guān)KMT2C的研究較少[23]，KMT2C被發(fā)現(xiàn)當(dāng)組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶被耗盡時(shí)，胰腺癌細(xì)胞增殖減弱，可能介導(dǎo)胰腺導(dǎo)管腺癌（PDAC）對(duì)特定治療的敏感性。相較于此，KMT2D在PDAC中的作用是不明確的，不同的研究報(bào)告的結(jié)果也是相反的[23-24,26]。Li[25]等在此基礎(chǔ)上研究發(fā)現(xiàn)KMT2D的缺乏可增強(qiáng)L48H37（一種具有不飽和單酮結(jié)構(gòu)的新型姜黃素）在胰管腺癌中的抗癌活性，能更好地抑制胰腺癌細(xì)胞生長(zhǎng)。但是Koutsioumpa[26]等提出了不同的觀點(diǎn)，他們發(fā)現(xiàn)KMT2D對(duì)胰腺癌有抑制作用，KMT2D通過(guò)調(diào)節(jié)代謝途徑抑制胰腺癌的生長(zhǎng)，并定義了KMT2D在胰腺癌中的一種新的抗腫瘤功能。其他該家族成員在胰腺癌中的作用暫未見報(bào)道。

2.4 組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶PRMT1

蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶1（PRMT1）是PRMT蛋白家族的最主要成員，負(fù)責(zé)催化各種蛋白質(zhì)中精氨酸殘基的甲基化，約90%的精氨酸甲基化是由PRMT1催化的。PRMT1在PDAC中的表達(dá)模式和作用機(jī)制尚不清楚，直到Song[27]等對(duì)PRMT1研究發(fā)現(xiàn)，在PDAC組織標(biāo)本中PRMT1的表達(dá)高于非癌性正常組織，機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)PRMT1可通過(guò)提高細(xì)胞內(nèi)β-catenin水平，促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞增殖。因此，若上調(diào)PRMT1的表達(dá)，將會(huì)加速胰腺癌的生長(zhǎng)，其在胰腺癌進(jìn)程中發(fā)揮致癌功能。PRTM3被發(fā)現(xiàn)可通過(guò)甲基化hnRNPA1上調(diào)大鼠ATP結(jié)合盒亞家族G成員2（ABCG2）的表達(dá)來(lái)提高胰腺癌對(duì)吉西他濱的耐藥性[28]。另外一個(gè)家族成員PRMT5也被報(bào)道在胰腺癌中沉默抑癌因子FBW7的表達(dá)，導(dǎo)致cMyc水平升高，從而調(diào)節(jié)胰腺癌細(xì)胞的增殖和致瘤性，推測(cè)PRMT5/FBW7/cMyc軸可能是治療胰腺癌的潛在靶點(diǎn)[29]。PRMT家族其他成員尚未在胰腺癌中有所報(bào)道。

2.5 組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶DOT1L

端粒沉默干擾物1樣組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶（DOT1L）專門催化H3K79甲基化，并參與DNA損傷修復(fù)和腫瘤發(fā)生。DOT1L在白血病轉(zhuǎn)化中起關(guān)鍵作用，也與乳腺癌和結(jié)直腸癌預(yù)后不良有關(guān)。Loeser等[30]對(duì)230名接受胰腺手術(shù)切除的胰腺癌患者進(jìn)行免疫組化分析，發(fā)現(xiàn)DOT1L在胰腺癌細(xì)胞中過(guò)表達(dá)，H3K79的甲基化被認(rèn)為激活了參與細(xì)胞周期的各種基因的表達(dá)。因而DOT1L可作為胰腺癌潛在的藥物靶點(diǎn)，但DOT1L抑制劑的治療效果還須進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。

3 針對(duì)組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶的治療策略

組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶參與胰腺癌進(jìn)程的相關(guān)基因表達(dá)調(diào)控，據(jù)此研發(fā)的該酶抑制劑是胰腺癌治療的有效候選藥物[31]。這種抑制劑直接作用于下游靶基因或間接影響輔因子，成為有效遏制腫瘤發(fā)展的一大有力武器。迄今，圍繞組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶開發(fā)的抑制劑有：①天然草藥薯蕷皂苷元（Diosgenin），可直接下調(diào)EZH2的表達(dá)，起到抑制腫瘤的效果[32]；②3-Deazaneplanocin A（DZNeP），EZH2的抑制劑，可協(xié)同吉西他濱，通過(guò)抑制腫瘤細(xì)胞增殖、阻滯細(xì)胞周期、加速癌細(xì)胞凋亡和抑制侵襲遷移等，增強(qiáng)藥物的抑癌作用[33-34]；③BRD4770是SAM競(jìng)爭(zhēng)性G9a抑制劑，可抑制胰腺癌細(xì)胞系PANC-1的錨定，抑制其增殖、遷移[35]；④BIX01294也是G9a抑制劑，通過(guò)上調(diào)BNIP3而降低誘導(dǎo)自噬相關(guān)細(xì)胞死亡所需的棉酚濃度，可與棉酚協(xié)同作用誘導(dǎo)胰腺癌細(xì)胞死亡[36]。此外，DOT1L、PRMT家族、KMT2家族等的小分子抑制劑也在不斷開發(fā)中，它們是否能有效殺滅胰腺癌細(xì)胞還須進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證實(shí)。相信增效減毒的組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶小分子抑制劑的研發(fā)成功，將極大地提高胰腺癌患者的生存期。

4 結(jié)語(yǔ)

胰腺癌至今仍是預(yù)后極差的癌癥，近40多年來(lái)接受藥物治療和手術(shù)治療的胰腺癌患者其5年生存率不足10%。手術(shù)是目前胰腺癌根治的最佳選擇，但據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)可接受手術(shù)的患者不足15%，對(duì)于失去手術(shù)時(shí)機(jī)的患者化療是其首選，然而化療藥物毒副作用大且易產(chǎn)生耐藥性，使得胰腺癌的治療陷入困境。為此，探索新的治療方案必不可少。如前所述，組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶可通過(guò)多種方式促進(jìn)組蛋白甲基化，參與胰腺癌進(jìn)程，若以此酶作為抗胰腺癌治療靶點(diǎn)，可顯著提高胰腺癌患者的生存率。有關(guān)該酶抑制劑的研究相對(duì)較少，且多處于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)階段，對(duì)該酶不同抑制劑的作用靶點(diǎn)及機(jī)制認(rèn)識(shí)相對(duì)不足，但現(xiàn)有成果已闡明組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶在胰腺癌中的作用及效應(yīng)。隨著對(duì)它們作用機(jī)理的不斷探索與挖掘，其生物功能與作用模式也逐漸會(huì)被揭示，其抑制劑的相關(guān)研發(fā)也將會(huì)在抗擊胰腺癌與提高預(yù)后率方面發(fā)揮重要作用。