EZH2在肿瘤中的研究进展

EZH2在肿瘤中的研究进展
表观遗传学修饰参与基因表达的调控过程，并且与肿瘤的发生发展密切相关。

多梳抑制复合体2（polycomb repressive complex 2，PRC2）主要通过三甲基化修饰组蛋白H3第27位赖氨酸fH3K27me3）来调控靶基因的转录。

近年来，已有多项研究表明PRC2的甲基化酶亚基EZH2（果蝇zeste基因增强子的人类同源物2 enhancer of zeste homolog 2）发生过表达或突变后均可以诱发、促进肿瘤的发生和演变。

笔者就EZH2在肿瘤中的研究进展进行综述。

标签：果蝇zeste基因增强子的人类同源物2；多梳抑制复合体2；组蛋白甲基化；肿瘤
目前已有研究证实，表观遗传学修饰是癌症发生、发展的重要原因之一。

生命活动过程的调控不仅仅局限于DNA序列改变，还包含DNA甲基化、组蛋白共价修饰、染色质重塑、基因沉默和RNA编辑等多种机制。

其中染色质结构的改变作为重要调节方式之一，很大程度上与DNA甲基化和组蛋白共价修饰密切相关。

它的修饰主要是通过PcG（polycomb group）蛋白抑制靶基因转录和TrxG （trithorax group）蛋白促进靶基因转录所参与完成的。

其中，PcG蛋白可以抑制多种基因的表达，并在维持胚胎干细胞的同一性和多能性上发挥重要作用。

然而，近年研究表明PcG蛋白在多种癌症中失去了这些功能，并且其过表达与癌症的发生密切相关。

果蝇zeste基因增强子的人类同源物2（enhancer of zeste homolog 2，EZH2）是多梳抑制复合物2（polycomb repressive complex 2，PRC2）的催化亚基。

作为PeG蛋白家族的成员之一，可利用其组蛋白甲基转移酶活性（histone methyltransferase，HMTase）将组蛋白H3第27位赖氨酸的三甲基化（H3K27me3），从而抑制靶基因转录，并参与调控细胞周期、细胞衰老、细胞分化等生理或病理过程。

笔者对EZH2在肿瘤中的研究进展进行综述。

1.EZH2调控机制
1.1EZH2在PRC2复合物中的功能
哺乳细胞PRC2复合物包含EZH2、SUZl2（sup.pressor of zeste 12），EED （embryonic ectoderm development）和RbAp46/48（retinoblastoma associated protein 46/48）4个核心因子。

除了这些核心亚基之外，还含有许多调节PRC2酶活力的辅助因子，如AEBP2、PCLs和JARID214 r。

EZH2作为PCR2复合物中的核心催化因子，可催化染色质抑制信号H3K27me3的形成。

遗传学和生化实验证明EED可与EZH2和组蛋白相互结合。

x射线衍射技术证明EZH2通过其EED结合结构域（EBD）与EED色氨酸精氨酸重复结构域（WDR）底部相互作用。

SUZl2可维持PRC2复合物结构的稳定性，且当PRC2复合物与核小体结合时，需要SUZl2的参与。

RbAp46/48也参与了PRC2与组蛋白结合过程，而锌指蛋白AEBP2的功能则是促进PCR2的酶活性。

人EZH2由746个氨基酸组成，与同家族的组蛋白精氨酸转移酶相似，含有保守的SET结构域。

此外EZH2还包含CXC结构域（eysteine-rieh domain）和ncRB结构域（non-coding RNA-binding domain）。

这两个结构域主要参与蛋白一蛋白相互作用，且能与PRC2的核心亚基及其功能调控蛋白相结合。

人们对组蛋白甲基转移酶的SET结构域进行了生化和结构分析，结果表明其所含有的NHS 基序（天冬酰氨-组氨酸-丝氨酸基序）可以识别组蛋白氨基酸序列，并结合甲基供体S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosyl methionine，SAM）。

此活性位点内的任何氨基酸突变都会破坏EZH2的甲基化活力。

EZH2第641位酪氨酸具有高度保守性，含有此氨基酸突变的PRC2复合物可增强双甲基化多肽底物的催化活性，并且这种活性的增强依赖于野生型PRC2。

所以这一突变型会导致细胞内H3K27的甲基化状态发生漂移，更有利于H3K27me3的形成。

绝大多数无脊椎动物仅含有编码PeG蛋白的基因，而在脊椎动物中，则含有多个PcG基因。

在哺乳细胞内存在两个同源基因EZHl和EZH2。

EZHl作为催化亚基存在于非经典的PRC2复合物中，具有防止PRC2靶基因去抑制化功能。

EZHl在细胞内广泛表达，而EZH2仅在增殖的细胞中表达，且二者调控的PCR2靶基因具有重叠性。

研究者们发现，在敲除EZH2的胚胎干细胞中，虽然双甲基化（H3K27me2）和三甲基化（H3K27me3）没有表达，但在一些发育相关的基因中却仍然存在单甲基化（H3K27mel）的表达，这就表明还存在其他的酶来催化单甲基化H3K27形成。

由于EZHl在细胞内广泛表达，PCR2-EZHl甲基转移酶活力远远低于PCR2-EZH2。

这说明在组蛋白发生交换或去甲基化以后PCR2-EZHl发挥主要作用来保持组蛋白抑制信号。

1.2依赖于EZH2与PRC2的H3K27三甲基化修饰
组蛋白N末端的核小体可以发生不同的蛋白修饰，从而改变染色质的结构并调控基因的表达。

组蛋白N末端赖氨酸甲基化是最重要的一种修饰，可以表现为无甲基化修饰，H3K27me1、H3K27me2和H3K27me3，每一种修饰都具有其各自的功能。

EZH2通过其SET结构域甲基化H3K27是一个逐步递进的过程，如H3K27me3是通过单甲基化H3K27me2形成的。

H3K27双甲基化和三甲基化修饰与兼性异染色质区域相关，而单甲基化H3K27与稳定沉默表达的组成型异染色质相关。

H3K27me3是通过PRC2（EZH2/EZHl）催化形成的抑制性标志。

H3K27me2是中间状态的修饰，一方面可以作为PRC2的底物形成抑制，另一方面可以抑制H3K27发生乙酰化，防止基因向活化状态改变。

在非小细胞肺癌中，过表达EZH2或EED的缺失都可以增强KRAS驱动的腺瘤形成与炎症。

敲除EED 导致Trp53失活，可进一步导致肺癌细胞自主性上皮间充质细胞转换，形成具有侵袭特征的黏液腺癌。

在非小细胞肺癌中PRC2可以调控Hippo/Wnt信号通路发生甲基化与乙酰化模式转变。

多数MDM2（murine double mimute 2）的调控基因对PRC2或EZH2失活有表型应答，MDM2可以与EZH2相互作用，从而提高H3K27me3的表达水平。

因此，PRC2与MDM2共同调控了特异性基因的表达。

1.3EZH2不依赖于PRC2的功能
除了经典的转录抑制功能之外，EZH2转录活化因子的功能也备受人们的关
注。

在乳腺癌细胞中，EZH2介导的靶基因活化机制与雌激素受体（ER）的状态相关。

在腺管样ER阳性MCF7细胞CyclinBl和cmyc基因的启动子区，EZH2可将B-eatenin和TCF连接起来。

EZH2结构域Ⅱ可直接与中间复合物相互作用，并诱导基因转录活化。

然而在ER阴性MDA-MB-231细胞中，EZH2通过与RelA、RelB形成三联体复合物，激活NF-KB信号通路。

在雄激素依赖的前列腺癌细胞中，EZH2甲基化修饰雄激素受体（AR）或AR相关蛋白是激活靶基因表达的主要机制。

EZH2第21位丝氨酸被AKT磷酸化后，使得EZH2可以和AR相互结合。

EZH2的敲除可以导致AR相关K630/632甲基化水平的降低，但AR的表达水平却没有改变。

在高度侵袭性淋巴恶性肿瘤如自然杀伤/T细胞淋巴瘤（NKTL）中，人们发现EZH2过表达并没有改变细胞内H3K3甲基化水平。

并且，EZH2的缺失及突变可以促进细胞的生长。

研究表明，在分化的T辅助细胞的114和Ifng基因座，YYl、mel-8、RinglA、EZH2和EED蛋白结合水平与靶基因表达水平相关。

基于EZH2与各种不同蛋白结合及不同的细胞背景，EZH2可以扮演抑制因子角色，也可以活化基因表达。

2.EZH2与肿瘤
研究发现在各种癌细胞中均可检测到EZH2过表达和异常调控。

在肿瘤发生过程中，EZH2的表达水平持续稳定增高，而且EZH2水平的增高通常与癌症的高侵袭性与预后不良直接相关。

EZH2过表达可以通过多种信号通路诱发，部分诱导EZH2过表达信号通路广泛存在于癌细胞中，部分信号通路则局限于特定的肿瘤中。

基因突变和表观遗传的改变在前列腺癌的发病和进展过程中发挥着重要作用。

外源性的改变如异常的DNA甲基化，可以通过组蛋自修饰酶和miRNA的异常调节改变染色质的重塑，并已经成为前列腺癌变的主要促进因素。

在前列腺癌中EZH2通过PRC2介导的H3K27me3信号来沉默抑癌基因的表达，从而促进前列腺癌的形成。

EZH2可以作为乳腺癌发生和侵袭的一种新的生物标志，从肿瘤发生到出现临床转移症状的阶段，EZH2表达水平呈稳定增高的趋势。

Bracken 等发现PRC2复合物的两个亚基EZH2和EED的表达受转录因子E2F的调控，pRB-E2F通路介导的生长调控与PeG调节染色质修饰之间存在直接联系。

在乳腺癌细胞中，蛋白翻译后的修饰对调节EZH2水平有重要作用。

Cha等发现EZH2在丝氨酸21残端的保守区域的磷酸化可以抑制H3K27甲基化的活性。

尽管EZH2磷酸化不直接影响PRC2复合物的完整性，但EZH2磷酸化却可以使EZH2对组蛋白H3的亲和力显著降低，而间接导致H3K27me3的减少，EZH2与恶性肿瘤的发生密切相关。

目前对EZH2的结构、生物学性质以及在某些肿瘤中的作用及其作用机制有初步的了解。

EZH2过表达与肿瘤的浸润性生长及不良预后有关，它的深入研究将对肿瘤的诊断、治疗及预后产生重要影响。