组蛋白赖氨酸甲基转移酶在肿瘤发生及衰老中的研究进展

组蛋白赖氨酸甲基转移酶在肿瘤发生及衰老中的研究进展杨行;王真
【期刊名称】《老年医学与保健》
【年(卷),期】2018(024)006
【总页数】4页(P580-583)
【作者】杨行;王真
【作者单位】中国医学科学院北京协和医学院医药生物技术研究所,北京100050;中国医学科学院北京协和医学院医药生物技术研究所,北京100050
【正文语种】中文
人类基因组包含上千种重复单元核小体，单个核小体由146 bp的DNA序列和4种组蛋白（H1、H2、H3和H4）组成。

这些组蛋白经常发生各种修饰，包括甲基化、乙酰化、磷酸化和泛素化等，进而调控基因表达，其中甲基化修饰占据重要地位[1]。

组蛋白甲基化修饰主要通过组蛋白甲基转移酶（histonemethyltransferases，HMTs）来催化进行。

HMTs是一个巨大的酶家族，它能够将1～3个S-腺苷甲硫胺酸（SAM）转移到组蛋白特殊位点的赖氨酸或精氨酸残基，催化其甲基化，从而控制转录、染色质形成及细胞分化[2]。

HMTs分为两大类：组蛋白赖氨酸甲基转移酶（histonelysinemethyltransferases，HKMTs）和精氨酸甲基转移酶（proteinargininemethyltransferases，PRMTs）。

目前哺乳动物体内已发现的HMTs有43种，其中HKMTs占据大多数。

HKMTs的异常表达与人类疾病密切相关，包括免疫缺陷、发育不良以及肿瘤形成等。

该类蛋白通常含有SET结构域，该结构域能够催化组蛋白赖氨酸残基发生甲基化。

后续研究[3]发现也有蛋白虽然没有SET结构域，但也发挥甲基转移酶的功能，如DOT1L。

本文主要对近年来研究较多的几种HKMTs在肿瘤和衰老领域的研究进展进行阐述。

1 Enhancer of zeste homolog 2（EZH2）
EZH2是多梳抑制复合物 2（PRC2）的核心催化基团。

PRC2包括3个主要蛋白成分：EZH2、SUZ 12和EED，其中EZH2具有组蛋白甲基转移酶的活性，通过其C-末端SET结构域催化组蛋白H3K27侧链发生三甲基化（H3K27me3），后二者参与维持EZH2的酶活性。

1.1 EZH2的生物学功能 EZH2催化的H3K27me3为抑制性的染色质修饰，发挥转录抑制活性，参与调控细胞生长和干细胞分化等多种生物功能。

EZH2既可以通过发挥甲基转移酶的活性对靶基因进行转录抑制，也可以以不依赖甲基转移酶的功能，作为转录因子直接调控靶基因的表达。

1.2 EZH2在肿瘤和衰老领域的研究进展已知EZH2在许多肿瘤中高表达，包括前列腺癌、乳腺癌、淋巴瘤、骨髓瘤和非小细胞肺癌等。

动物实验表明，EZH2具有致瘤性，并促进肿瘤的增殖、侵袭和转移。

EZH2还参与维持肿瘤干细胞的自我更新。

除在实体瘤中过表达外，EZH2在骨髓瘤和淋巴瘤中常常存在获得性或缺失性功能突变。

EZH2过表达或获得性突变导致H3K27的高甲基化[4]，常预示着恶性肿瘤的高侵袭性和不良预后。

EZH2在肿瘤中的生物功能与其转录抑制多种抑癌靶基因密切相关。

例如 p16、DLC1和PTEN。

因此，EZH2成为发展新型表观遗传调控抗肿瘤药物的理想靶点。

DZNep是第一个以EZH2为靶点的小分子抑制剂，更为特异的抑制剂包括GSK126和EPZ-6438等。

在肺癌、前列腺癌及淋巴瘤等肿瘤中,这些小分子EZH2抑制剂可以抑制肿瘤细胞增殖、侵袭和转移；DZNep还
可通过诱导结肠癌细胞衰老发挥抑瘤活性[5]。

此外，通过RNA干扰降低EZH2表达也可以诱导多种实体瘤细胞凋亡及周期阻滞。

有意思的是，近期研究发现EZH2抑制剂常引起多种肿瘤细胞 H3K27乙酰化水平的反馈性升高，而与BRD4抑制剂联用则获得更好的抗肿瘤效应[6]。

另外，我国自主创新的烯二炔类抗肿瘤抗生素力达霉素可通过抑制EZH2、诱导 p21蛋白表达来促进结肠癌细胞发生衰老[7]。

EZH2也参与调控衰老。

例如，间充质干细胞MSCs发生复制性衰老时，特定CpG岛区都存在一致性的甲基化修饰，而这些甲基化修饰多和EZH2靶点及
H3K27或 H3K9的甲基化有关 [8]。

此外，Twist-1可通过诱导EZH2表达，增加H3K27me3水平，进而抑制 p16/p14基因转录及人MSCs发生衰老。

EZH2还可通过调节HDAC9c表达影响衰老过程中MSCs发生成骨或成脂分化，如衰老的MSCs中EZH2水平较高，使HDAC9c表达下降，促进MSCs向成脂方向分化，从而导致肥胖和骨质疏松[9]。

另外，随着年龄增加，一些保守的CpG岛的高甲基化水平常常与EZH2和 H3K27me3等的结合增加相关[10]。

与年轻小鼠相比，在衰老小鼠中有更多的EZH2被招募到SDF1启动子区，抑制后者表达并促进老年小鼠皮肤组织再生和修复 [11]。

2 SET domain containing protein 2（SETD2）
SETD2是一个由2564个氨基酸组成的甲基转移酶，能够催化组蛋白 H3K36侧链发生三甲基化（H3K36me3），H3K36me3是活化的染色质修饰标签。

SETD2蛋白组成包括3个保守的功能性结构域：AWSSET-PostSET结构域、WW结构域及SRI（Set2Rpb1 interacting）结构域。

2.1 SETD2的生物学功能 SETD2参与细胞内多种生物学进程，包括DNA损伤修复、mRNA选择性剪接、造血干细胞自我更新等。

SETD2敲除的小鼠由于血管生成缺陷，会导致胚胎致死[12]。

除组蛋白外，SETD2还能够在有丝分裂中催化微管蛋白的甲基化。

SETD2缺失的细胞存在DNA修复缺陷。

2.2 SETD2在肿瘤和衰老领域的研究进展 SETD2在多种肿瘤中表达下调，包括肾癌、乳腺癌、胶质瘤、白血病等，可作为抑癌基因而发挥功能。

临床数据表明，SETD2的表达随乳腺癌进展程度的增加而减少[13]；而低表达SETD2的胃癌患者预后较差。

过表达SETD2后能明显抑制肿瘤细胞增殖、迁移和侵袭，抑制 SETD2表达则可促进肿瘤细胞生长。

在小鼠结肠癌模型中[14]，敲低SETD2后会增强Wnt信号通路，促进小肠癌的发生。

目前尚无 SETD2与衰老直接相关的研究，但生物信息分析表明，H3K36me3水平在衰老相关的甲基化差异表达区和基因差异表达区均出现缺失[15]。

有研究利用酵母和线虫衰老模型发现，H3K36me3水平随衰老下降，并影响寿命；这与
H3K36me3促进基因转录的保真性和负调控衰老基因表达有关[16-17]。

3 Suppressor of variegation 3-9 homolog 1（SUV39H1）
SUV39H1是催化H3K9发生三甲基化（H3K9me3）的组蛋白甲基转移酶。

由412个氨基酸组成，N端具有染色质域，C端具有SET结构域。

H3K9me3是抑制性的染色质修饰标签，发挥基因沉默作用。

3.1 SUV39H1的生物学功能 SUV39H1对于异染色质的形成、细胞周期和分化相关基因的调控等至关重要，它的功能丧失可导致染色体不稳定。

SUV39H1和
H3K9me3还能够下调IL-6等表达，抑制炎症反应[18]。

3.2 SUV39H1在肿瘤和衰老领域的研究进展临床数据表明，SUV39H1在肝癌和前列腺癌中表达上调，与肿瘤的病理等级、转移能力呈现正相关；高表达
SUV39H1的患者存活率较低。

过表达SUV39H1则能显著增强肝癌细胞增殖、促进前列腺癌细胞的迁移[19]；敲低或使用毛壳素抑制SUV39H1后，能够诱导肝癌细胞发生凋亡[20]。

SUV39H1参与调控癌细胞迁移和侵袭的功能与E-cadherin 的表达相关：敲低SUV39H1能够促进E-cadherin的表达，导致基底样乳腺癌细胞的迁移和侵袭受到抑制。

虽然主要作为原癌基因发挥功能，SUV39H1也具有抑
癌基因特性，如SUV39H1表达与口腔鳞状细胞癌的大小、病理程度呈现负相关等。

研究报道，SUV39H1能够促进小鼠早衰表型。

与Zmpaste24-/-Suv39h1+/+型小鼠相比，Zmpaste24-/-Suv39h1-/-型小鼠更不易衰老，骨密度和存活时间均
显著增加[21]。

类似地，抑制SUV39H1活性可改善老年小鼠认知能力。

但在人胎肺成纤维细胞衰老模型中发现，SUV39H1表达下调却促进细胞衰老[22]。

4 Euchromatic histone lysine methyltransferase 2（EHMT2）
EHMT2也称作G9A，具有SET结构域，能够催化H3K9和H3K27发生单或双甲基化。

4.1EHMT2的生物学功能 EHMT2参与调控胚胎发育和DNA复制等过程；敲除EHMT2后对小鼠胚胎有致死性。

该蛋白可作为转录协同子调控基因转录和表达，还具有辅阻遏子的功能，能与其他阻遏子协同发挥阻遏作用 [23]。

4.2 EHMT2在肿瘤领域的研究进展 EHMT2可沉默多种肿瘤抑制基因，因此具有
癌基因的作用。

EHMT2在乳腺癌、前列腺癌、卵巢癌、黑色素瘤、肺癌和肝癌等肿瘤中高表达，并与其进展程度密切相关；高表达EHMT2的患者生存期较差。

抑制EHMT2的表达会使肿瘤细胞生物功能发生变化。

例如，使用化合物BRD4770抑制EHMT2后，胰腺癌细胞出现凋亡、增殖抑制等现象[24]；siRNA敲低EHMT2后，乳腺癌和膀胱癌细胞迁移和侵袭受到抑制；抑制EHMT2还会造成肿瘤细胞自噬性死亡。

机制研究表明，敲低EHMT2可通过减少H3K9甲基化水平、减少 CDH1启动子DNA甲基化酶的招募，促进E-cadherin的表达[25]。

使用EHMT2小分子抑制剂或敲低EHMT2可诱导胰腺癌或结肠癌细胞衰老[26]。

EHMT2与衰老的关系尚无研究。

5 DOT1 like histone lysine methyltransferase（DOT1L）
DOT1L是一种特殊的HKMT，其发挥甲基转移酶活性不依赖于SET结构域，主要
催化H3组蛋白第79位赖氨酸（H3K79）的甲基化。

5.1 DOT1L的生物学功能 DOT1L在基因的转录和活化中起着重要作用，它对于
胚胎发育至关重要，也参与调控红细胞生成和分化，维持造血系统、心和肾等正常功能。

DOT1L缺陷导致纺锤体形成异常、中心粒数目改变，造成染色体错误分离[27]。

抑制DOT1L的表达能够减弱移植物抗宿主反应 [28]。

5.2 DOT1L在肿瘤和衰老领域的研究进展 DOT1L在乳腺癌[29]、胰腺癌[30]以及卵巢癌[31]中表达上调。

过表达DOT1L能够显著增加乳腺癌细胞MCF7的迁移，其机制可能是DOT1L和c-Myc及p300乙酰转移酶协同活化上皮间质转化而促
进迁移。

高表达DOT1L的卵巢癌患者更易发生转移，且存活率较差。

另外
DOT1L在白血病生成和转移中至关重要，重排后的MLL能够招募DOT1L，使
H3K79的甲基化发生异常，造成多种白血病相关癌基因过表达，最终导致白血病。

在衰老方面，二甲双胍能够激活AMPK，从而上调DOT1L，减缓ApoE全敲型小鼠的血管老化以及抑制衰老依赖型动脉粥样硬化斑块的形成[32]。

也有研究者[33]发现在Zmepste24缺陷导致小鼠早衰的模型中，使用DOT1L的抑制剂持续给药，能够改善小鼠早衰表型，延长小鼠寿命。

在肺癌细胞 A549中，使用siRNA敲低DOTIL能够诱导细胞衰老，在此基础上过表达DOT1L可以缓解这一现象。

6 小结
HKMTs具有重要生物功能，其异常调节造成组蛋白甲基化水平失衡，导致一系列疾病产生。

在肿瘤发生和衰老进程中，往往存在 HKMTs的异常表达，因此，该类蛋白成为抗肿瘤或抗衰老药物研究的有效靶点。

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