组蛋白修饰与肝癌关系的研究进展

组蛋白修饰与肝癌关系的研究进展
张浩鹏;畅建平;杨艳梅;张新宇
【摘要】组蛋白修饰模式的异常能导致基因表达的改变,这在肝癌的发生、发展中起重要作用.组蛋白修饰酶相关抑制剂可以抑制修饰酶的活性,逆转肝癌细胞异常的组蛋白修饰模式,从而达到治疗肿瘤的目的.对组蛋白修饰、相关修饰酶及其抑制剂的进一步研究,不仅有助于深入了解肝癌的发病机制,而且对于肝癌的诊断、防治和预后判断均有深远影响.
【期刊名称】《胃肠病学和肝病学杂志》
【年(卷),期】2014(023)008
【总页数】4页(P862-865)
【关键词】组蛋白乙酰化;组蛋白甲基化;组蛋白去乙酰化酶抑制剂;组蛋白甲基转移酶抑制剂;肝癌
【作者】张浩鹏;畅建平;杨艳梅;张新宇
【作者单位】哈尔滨医科大学附属第二医院普通外科,黑龙江哈尔滨150086;哈尔滨医科大学附属第二医院普通外科,黑龙江哈尔滨150086;哈尔滨医科大学肿瘤防治研究所;哈尔滨医科大学附属第二医院普通外科,黑龙江哈尔滨150086
【正文语种】中文
【中图分类】R735.7
组蛋白修饰作为一种调节基因表达的表观机制，其模式变化与肺癌、乳腺癌、前列
腺癌、白血病、胃癌、肾癌、肝癌等恶性肿瘤的关系日益引起关注。

同时，调节组蛋白修饰的相关酶类也在肿瘤形成、发展及转移过程中表达异常。

原发性肝癌是一种发病机制尚未完全阐明的恶性肿瘤，具有恶性程度高、病情进展快、早期诊断困难等特点，其发病率在全球男性中排名第五位，女性中排名第七位;其死亡率在全球男性中排名第二位，女性中排名第六位[1]。

研究表明，组蛋白修饰及相关修饰酶在肝癌的发生、发展中起重要作用，本文将对组蛋白修饰、相关修饰酶及其抑制剂与肝癌关系的研究进展予以概述。

1 组蛋白修饰与肝癌的关系
组蛋白DNA通过其染色质结构被包裹在真核细胞核内，染色质的基本功能单位是核小体，由146对碱基缠绕着组蛋白H2A、H2B、H3和H4形成的八聚体结构而构成[2]。

作为表观遗传信息的主要载体，组蛋白末端氨基酸残基可发生共价修饰，包括赖氨酸和精氨酸的甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化、sumo修饰、腺苷二磷酸核糖基化等，这些修饰的状态与程度决定了基因是否表达[3]。

目前研究比较透彻的修饰类型是组蛋白乙酰化和甲基化。

1.1 组蛋白乙酰化组蛋白乙酰化/去乙酰化被认为是真核细胞基因转录调控的一种关键机制。

组蛋白乙酰化由组蛋白乙酰转移酶(Histone acetyltransferases，HATs)和组蛋白去乙酰化酶(Histone deacetylases，HDACs)两个酶家族维持动态平衡。

一般认为组蛋白高乙酰化与基因转录激活相关联，而去乙酰化常见于基因转录沉默区。

目前研究表明组蛋白乙酰化下调(低乙酰化)与肝癌密切相关，Wang等[4]在正常肝细胞、肝癌细胞及其肝癌转移细胞系中，通过应用色谱分离、甲基化同位素标记等技术，鉴定出肝癌细胞组蛋白H3乙酰化表达下调，并且肝癌转移细胞比肝癌细胞的H3乙酰化的表达水平下调更明显。

Yuan等[5]同样发现在肝癌组织的组蛋白H3乙酰化水平明显低于临近的非肝癌组织。

HATs促使组蛋白尾部赖氨酸残基发生乙酰化，形成开放的染色质结构，使各种转
录因子易于和DNA特异元件结合，便于转录进行[6]。

根据HATs的结构特点，可将其分为:(1)PCAF/GNAT家族，与酵母GCN5相关;(2)MYST家族，成员为MOZ、Ybf2/Sas3、Sas2和Tip60等;(3)p300/CBP家族，转录复合物辅助激活因子;(4)SRC/ACTR家族，为基本转录复合物TAFIIE的组成部分。

这些家族常以复合体的形式存在，并参与基因表达调控，从而调节DNA修复、细胞周期进程等重要的生物学过程[7-8]。

Tuo等[9]发现在肝癌组织中组蛋白乙酰化酶PCAF表达降低，而且其表达量与肿瘤转移、TNM分期密切相关。

此外，Akil等[10]证实EP300的997位点Val/Val基因型和PCAF的386位点Ser/Ser基因型在肝细胞肝癌的患者中比例明显偏高，并且具有这两种基因型的正常人罹患肝癌的风险大大增加，说明这两种基因型与肝细胞肝癌的发生、发展密切相关。

HDACs的主要作用是使组蛋白尾部赖氨酸残基发生去乙酰化后，染色质形成封闭结构，抑制转录的发生，导致基因沉默。

除了抑制转录外，HDACs还影响周期阻滞、细胞分化和凋亡。

HDACs家族，根据与酵母HDAC蛋白的同源性以及细胞中定位和酶催化位点分为四大类[6，11-12]:Ⅰ类，包括 HDAC1、HDAC2、HDAC3、HDAC8与酵母 Rpd3同源;Ⅱ类分两型，Ⅱa包括 HDAC4、HDAC5、HDAC7、HDAC9，Ⅱ b 包括HDAC6、HDAC10与酵母Hda1同源;Ⅲ类是SIRT1～SIRT7与酵母Sir2同源;Ⅳ类是HDAC11。

HDACs家族表达异常与肝癌的关系在大量实验中得到了证实。

Quint等[13]证明Ⅰ类HDACs 1、2和3在肝癌细胞中高表达，并且HDAC2的表达水平与肝癌患者的预后息息相关。

Noh等[14]也证明HDAC2的高表达使细胞周期蛋白的转录水平失衡，这在肝癌的发展中起到重要作用。

Yuan等[5]阐明Ⅱa类HDAC4的功能失调是通过
HDAC4/SP1/microrna-200a信号传导通路使组蛋白乙酰化水平异常，促进肝癌的增殖和迁移。

Kanno等[15]证实Ⅱb类HDAC6蛋白的高表达可以促进肝癌细胞的浸润和转移。

Choi等[16]阐明Ⅲ类HDACs中的SIRT1在肝细胞肝癌中高表
达，沉默SIRT1能诱导肝癌细胞生长阻滞，说明SIRT1在肝癌的发展过程中具有
重要作用。

上述研究结果表明，HDACs家族表达上调与肝癌发生、发展密切相关。

1.2 组蛋白甲基化组蛋白甲基化修饰是组蛋白修饰的另一种重要方式，其功能主
要参与形成和维持异染色质结构、DNA修复、基因组印迹和X染色质的失活[17-18]。

组蛋白甲基化位点多位于H3、H4的精氨酸和赖氨酸残基上。

一个组蛋白上的精氨酸残基可被两个甲基修饰即单甲基化和双甲基化，而赖氨酸残基则可发生单甲基化、双甲基化和三甲基化，其功能取决于发生修饰的位点和程度，一般来说
H3K9二甲基化或者三甲基化、H3K27二甲基化或者三甲基化存在于转录沉默基
因的调节区，而H3K4二甲基化或者三甲基化、H3K36二甲基化或者三甲基化及
H3K79二甲基化与基因转录活化有关。

目前，有大量报道证明组蛋白甲基化修饰
与肝癌的发生、发展密切相关。

He等[19]实验发现在早期肝癌中H3K4me3的表达水平越高，预后越差，并且通过整理得出结论在肝癌Ⅰ/Ⅱ期患者中，
H3K4me3可以作为判定预后好坏的标志。

另外，Cai等[20]通过对上百例肝癌组
织的免疫组化实验及术后随访的数据表明，肝癌组织中H3K27me3高表达，并且其高表达与肿瘤的形态、临床分期、病理分型、血管侵袭及患者预后密切相关。

组蛋白甲基化过程由组蛋白甲基转移酶催化，组蛋白甲基转移酶(HMTs)分为蛋白
精氨酸甲基转移酶(protein arginine methyltransferases，PRMTs)和组蛋白赖氨酸甲基转移酶(histone lysine methyltransferases，HKMTs)。

其中 PRMTs分为两型，Ⅰ型 PRMT包括PRMT1、PRMT3、PRMT4、PRMT6 和 PRMT8，主要
催化形成精氨酸的单甲基化和非对称的双甲基化;Ⅱ型PRMT包括PRMT5和PRMT7，主要催化形成精氨酸的单甲基化和对称的双甲基化。

HKMTs可分为SET区域蛋白家族、SUV39蛋白家族、EZH蛋白家族、PRDM蛋白家族以及非SET区域蛋白DOT1/DOT1L。

组蛋白甲基化修饰酶介导的转录调节功能大相径庭，一些修饰酶可以激活基因转录，另外一些则可以抑制基因转录[17]。

多数研究表明，
组蛋白甲基转移酶在肝癌的癌变过程中表达上调。

如H3K4甲基化酶SMYD3在肝癌中高表达，并促进癌细胞繁殖和恶变程度增加[21]。

Cai等[22-23]证实在肝癌细胞中敲除 EZH2 能明显降低裸鼠的肝致瘤性，并且通过免疫组化方法对肝癌组织及肝脏非肝癌组织进行实验，结果显示EZH2对肝癌检测的敏感性和特异性分别为95.8%和97.8%，并有望成为诊断肝癌的潜在指标。

Fan等[24]实验表明SUV39H1的高表达增加肝癌细胞的迁移能力，敲除SUV39H1可明显抑制肝癌细胞增殖，诱导细胞衰老，并且该理论在动物实验中得到证实。

以往认定组蛋白甲基化是不可逆的，然而随着研究的深入，LSD1、JHDM等组蛋白去甲基化酶的不断发现，证实赖氨酸和精氨酸的单甲基化和双甲基化可发生去甲基化。

组蛋白去甲基化酶的发现使组蛋白修饰的研究变得更加复杂。

目前发现30余种组蛋白去甲基化酶，大致分为LSD(Lysine-specific demethylase)和
JMJD(JmjC domain-containing family)两个家族:LSD1是一种单胺氧化酶，通过氨基氧化作用生成甲醛和非甲基化赖氨酸残基达到去除甲基的目的，是特异作用于H3K4位点的去甲基化酶，使赖氨酸单、双甲基发生去甲基化，从而转录受到抑制，但对三甲基化无作用。

JMJD家族是一种完全的去甲基化酶，不仅可以去除单、双甲基化，同样可以催化三甲基化底物[25]，其家族成员均含有高度保守的Jumonji结构域[26]。

目前研究认为组蛋白去甲基化酶与肝癌关系密切。

Magerl 等[27]实验表明H3K4me2在肝癌组织中低表达与组蛋白去甲基化酶LSD1有关，并且LSD1的高表达提示患者预后较差[28]。

Park等[29]应用 CHIP 等实验证实缺氧条件介导的肝癌细胞系HepG2和Hep3B增殖是由于JMJD1A表达上调和ADM启动子区域甲基化下调所导致的，沉默JMJD1A基因表达可抑制HepG2和Hep3B增殖并且使ADM的表达缺失。

2 组蛋白修饰酶相关抑制剂与肝癌治疗
组蛋白修饰酶相关抑制剂可以抑制相关修饰酶的活性，改变肿瘤细胞异常组蛋白修
饰模式，达到治疗肿瘤的目的，已然成为国内外肿瘤靶向治疗的一个研究热点。

本文将主要介绍目前研究较广的组蛋白去乙酰化酶抑制剂和正处于初级阶段的组蛋白甲基转移酶抑制剂。

2.1 组蛋白去乙酰化酶抑制剂与肝癌的治疗组蛋白去乙酰化酶抑制剂(histone deacetylase inhibitor，HDACi)能够抑制HDAC的活性，聚集高乙酰化的组蛋白从而增加常染色体中乙酰化组蛋白的含量，促使基因活化表达。

HDACis类型包括:(1)短链脂肪酸(如:丁酸钠、苯丁酸钠、丙戊酸等);(2)异羟肟酸类(如TSA、SAHA、帕比司他等);(3)环肽类(如:罗米地辛、FK228等);(4)苯甲酰胺类
(如:MGCD-0103、MS275等);(5)酮类。

HDACis抗肿瘤作用主要表现在能够导致肿瘤细胞周期阻滞、诱导凋亡和自噬、促进分化[30-32];抑制肿瘤细胞的血管生成[33-34];影响肿瘤细胞基因的表达[35];调节肿瘤雄激素受体的表达[32，36];对肿
瘤非组蛋白靶点的影响如 HSP90等[32，37]。

目前，多种HDAC抑制剂
已经进入抗肿瘤治疗的Ⅰ期或Ⅱ期临床研究，并且疗效显著。

Montalbano等[38]通过对组蛋白去乙酰化酶抑制剂帕比司他(Panobinostat)的研究，得出结论:帕比
司他能够通过内质网应激途径诱导肝癌细胞死亡，从而达到治疗的目的。

Wang
等[39]实验证实，组蛋白去乙酰化酶抑制剂丁酸钠(Sodium butyrate)可以抑制肝
癌细胞生长，诱导周期阻滞，并且明显抑制肿瘤浸润、迁移。

应用组蛋白去乙酰化酶抑制剂OSU-HDAC42、SAHA联合自噬诱导剂可增加OSU-HDAC42和SAHA抗肝癌的功效[40]。

TSA能够通过上调CYP2E1基因表达和H3乙酰化来诱导肝癌细胞凋亡[41]。

2.2 组蛋白甲基转移酶抑制剂与肝癌的治疗组蛋白甲基化在染色质构建和基因表
达调控中扮演着重要角色，组蛋白甲基化转移酶如SUV39、EZH2、MLL、Nsd1、RIZ等在肿瘤的发生、发展中的作用逐步受到重视。

为了给肿瘤的治疗提供更广阔的平台，表观学研究者将研究矛头指向了组蛋白甲基化转移酶抑制剂(HMTi)。

目
前，该类抑制剂主要含有以下几类:蛋白精氨酸甲基转移酶的主要代表抑制剂为AMI类;组蛋白赖氨酸甲基转移酶SET区域蛋白家族类抑制剂，主要代表包括Chaetocin、BIX-01294、UNC0224等;组蛋白赖氨酸甲基转移酶非SET区域蛋白类抑制剂，代表为DOT1L抑制剂 EPZ004777。

Chiba等[42]对组蛋白甲基转移酶抑制剂3-deazaneplanocin A(DZNep)进行大量实验，研究发现:DZNep能够抑制肝癌细胞增殖，减少肿瘤细胞黏附分子EpCAM+的数量，并且能够抑制肝癌裸鼠模型中肿瘤的形成。

现该类抑制剂对肝癌的作用机制研究相对较少，但随着药物研究的不断进展，HMTi将可能成为肿瘤治疗的新靶标。

3 展望
组蛋白修饰是表观遗传学的重要研究领域，其表达和功能异常与肝癌的发生、发展关系密切。

组蛋白修饰研究的不断进展，不仅有助于阐明肝癌的发病机制，而且对于肝癌的诊断、防治及预后判断都具有重要意义。

目前研究人员对组蛋白修饰酶相关抑制剂的抗肝癌作用已有认识，但对其作用的确切机制的了解还远远不够，随着研究的深入，相关抑制剂的不断研发，我们相信组蛋白修饰酶相关抑制剂一定会为治疗肝癌提供更广阔的方法和途径。

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