十字形结构域蛋白2C在肿瘤中的研究进展

殷维姣综述刘 刚，高社干，冯笑山审校

十字形结构域蛋白2C在肿瘤中的研究进展

殷维姣综述刘 刚，高社干，冯笑山审校

摘要赖氨酸甲基化是调控染色体结构的组蛋白后修饰中的一种。在肿瘤的形成过程中可观察到其修饰状态的改变，这可能是组蛋白赖氨酸甲基转移酶或去甲基化酶作用的结果。十字形结构域蛋白2C（JMJD2C）是组蛋白去甲基化酶（JMJD2）家族的重要成员之一，包含有一个具有催化组蛋白赖氨酸去甲基化作用的JmjC结构域，同时其还具有诱导基因型改变、调控基因表达及介导蛋白质间相互作用等重要功能。近年研究显示，JMJD2C基因在食管癌、前列腺癌和乳腺癌等多种恶性肿瘤中高表达，剔除JMJD2C基因等，可以减慢多种肿瘤细胞的生长。因此，JMJD2C为一潜在致癌基因，并可能成为肿瘤治疗新的靶点。

关键词组蛋白去甲基化酶；JMJD2C；肿瘤

2015-02-02接收

作者单位：河南科技大学第一附属医院肿瘤科，洛阳 471003

肿瘤是基因突变和表观遗传学改变多因素综合的结果，尤其是表观遗传学改变，近年来在肿瘤研究领域引起了极大的注意。许多研究［1-4］显示基因表观遗传学的改变可导致肿瘤形成。组蛋白的翻译后修饰在控制基因表达程序、维持基因组稳定性上具有重要作用，并可决定细胞的命运。组蛋白甲基化酶及去甲基化酶等染色体修饰酶对机体的正常生长发育至关重要，其表达失控可引起病理状态形成。多项研究［1-4］显示肿瘤的形成伴随着染色质表观遗传的改变，如对沉默相关的H3K9me2／me3的诱导转化等。JMJD2C蛋白为一H3K9me3／me2去甲基化酶，近年越来越多的研究证明其可能具有潜在致癌性，并可能成为肿瘤治疗的靶点。现重点对JMJD2C在肿瘤中的研究进展进行综述。

1　组蛋白去甲基化酶JMJD2C

组蛋白甲基化是表观遗传变化的重要类型之一，主要发生在组蛋白N末端的赖氨酸（K）和精氨酸（R）残基上。组蛋白八聚体由两个H2A、H2B、H3和H4亚基组成，其中以H3亚基的赖氨酸甲基化最为常见，如H3K4、H3K9、H3K27、H3K36、H3K79等，包括一、二和三甲基化修饰。2004年发现第一个赖氨酸特异性去甲基化酶1（lysine specific demethylase 1，LSD1），由此证明组蛋白甲基化修饰也是一个可逆的过程，LSD1和LSD2主要催化单甲基化或二甲基化的H3K4或H3K9去甲基化，而三甲基化修饰的去甲基化主要由JMJD家族完成，其中，JMJD2C蛋白在催化H3K9me3／me2去甲基中具有重要作用。

2000年，Yang et al［5］通过比较基因组杂交等方法，发现食管鳞状细胞癌（esophageal squamous cell carcinomas，ESCC）细胞系染色体9p23-p24区的DNA拷贝数频繁扩增，并通过荧光原位杂交等方法成功克隆出JMJD2C基因。JMJD2C蛋白（1056 aa）［5-6］是组蛋白H3K9me3／me2去甲基化酶，去甲基化反应同样需要Fe2＋和α-酮戊二酸作为辅因子。JMJD2C基因位于人的第9号染色体的p24.1区，全长由4 239个碱基组成，有13种不同的转录产物，含有22个外显子，3个启动子，共形成6种变异体。JMJD2C蛋白含1个JmjC、1个JmjN、2个PHD样锌指节构和2个Tudor区。其中，PHD指结构域定位于核蛋白中，出现在许多原癌基因中，参与染色质介导的转录调控及蛋白之间的相互作用，也可激活多成分的复合物，是Mi2与组蛋白脱乙酰基酶直接作用所必需的。4-羟基吡唑复合物具有抑制组蛋白赖氨酸去甲基化酶（the catalytic core of JMJD2C，ccJMJD2C）的作用［7］。

在二价铁离子（Fe2＋）和α-酮戊二酸等辅酶的参与下，JMJD2C通过羟化作用脱去H3K9me3／me2。异染色质的形成和维持需要有H3K9me3／me2与异染色质蛋白1（heterochro-matin protein1，HP1）的结合。在体内试验中，JMJD2C基因异位表达显著减少了H3K9me3／me2，同时增加了H3K9me1，从而影响HP1的定位、结合，从而减少异染色质。这些都使基因组稳定性下降，正常组织易转化为癌。

Nanog基因编码一种维持胚胎干细胞（embryonic stem cell，ESC）多潜能性和自我更新能力的关键转录因子，JMJD2C为Nanog基因的正调节蛋白，Nanog基因是JMJD2C调节ESC细胞功能的一个下游效应物。JMJD2C为逆转Nanog基因启动子区域H3K9me3所必须，可阻止转录共阻遏物HP1和KAP1在其启动子区结合成复合物，由此将多能干细胞中的ESC细胞转录通路与H3K9去甲基化调控的染色体调变联系起来。小鼠胚胎植入子宫前，JMJD2C基因呈阶段特异性表达［8］，在2个细胞到8个细胞阶段时表达最高。在孤雌激活前的有丝分裂中期去除JMJD2C基因可使胚泡前的发育阻滞。在ESC细胞，去除JMJD2C基因也可显著下调多潜能基因Nanog、Pou5f1、Sox2和与细胞增生密切相关的Myc和Klf4基因。JMJD2C通过它的两个Tudor区特异性结合在H3K4me3正转录起始点［9］，从而调控转录，调节细胞增生、ESC自我更新和胚胎发育。

2　JMJD2C与消化道肿瘤

2000年，首次在食管癌细胞系上成功克隆出JMJD2C基因，并发现它在ESCC细胞系中KYSE系列的多种细胞系中高表达［5］。2008年，Pollard et al［10］研究表明，在一些细胞系中，低氧通过低氧诱导因子1α（hypoxia-inducible factor，HIF-1α）诱导JMJD2C基因表达上调。2013年，我国学者发现JMJD2C基因的表达与胃癌的浸润深度、TNM分期、淋巴结转移、远处转移、分化程度均有关，且JMJD2C和HIF-1α基因在胃癌中的表达呈正相关性，JMJD2C和HIF-1α基因共同表达阳性的生存时间显著降低［11］。Sun et al［12］在食管癌组织中也发现JMJD2C基因的表达明显与淋巴结转移和TNM分期相关。

2013年，Yamamoto et al［13］通过研究JMJD2C基因在结肠直肠癌（colorectal cancer，CRC）细胞系中的表达发现，JMJD2C基因和β-连环素绑定到JAG1（Jagged 1）基因启动子上，形成一种复合物，其过表达对大部分结肠肿瘤的发展起着至关重要的作用。敲除复合物上的JMJD2C则β-连环蛋白不能募集到JAG1基因启动子上，减少了JAG1基因的表达，使CRC细胞系球体的形成减少。由此证明，JMJD2C蛋白通过前馈介导JAG1基因的β-连环蛋白依赖性转录，保持CRC细胞系的球体形成能力。Kim et al［14］研究也发现JMJD2C基因在结肠癌中高表达，是HCT-116细胞最大化的生长所必须。也证实JMJD2C基因和β-连环蛋白结合在一个复合物中，从而调控β-连环蛋白下游许多关键性效应器的表达，更令人感兴趣的是，他们发现JMJD2C与JMJD2A和JMJD2B基因在几种结肠癌细胞中同时高表达，但是尚无报道阐述它们之间的确切关系。

3　JMJD2C与前列腺癌

早期研究［15］表明，雄激素受体（androgen receptor，AR）活性的升高是促进前列腺癌（prostate cancer，PC）发生的重要因素。未结合配体的AR对靶基因无激活效应，且其调节靶基因处的组蛋白往往发生甲基化，这可保证诱导表达基因不发生组成性表达，从而维持机体正常发育，这种现象被称为共抑制效应；结合配体后，这些受体在与靶基因结合发生激活效应的同时招募JMJD家族成员催化靶基因处的组蛋白去甲基化以解除抑制，实现共激活效应，以确保靶基因最大程度的表达，这是促进雄激素依赖靶基因激活的关键。

JMJD2C和LSD1（lysine-specific demethylase 1，LSD1）共表达于人类PC的雄激素受体上，它们联合作用使受抑制的靶基因附近受抑制的单、二和三甲基化H3K9去甲基，使雄激素诱导的靶基因转录激活效应明显升高，去除任何一方均可严重抑制雄激素依赖的PC细胞增殖。在病理性低氧状态下，JMJD2C的催化活性被阻断［16］，因为缺乏底物-氧，低氧也增加了前列腺特异性抗原（prostate specific antigen，PSA）增强子处的H3K9me3。

通过搜索MSKCC数据库［17］得出JMJD2C的表达随着肿瘤分级的升高而增高，Oncomine数据表明与正常前列腺组织相比，JMJD2C在前列腺癌中呈明显高表达，在前列腺癌三级组织中的表达也明显高于二级组织，这也从另一方面说明了JMJD2C可能具有致癌性。

2010年，Suikki et al［18］的研究表明JMJD2C在PC中没有发生基因改变。JMJD2C在激素抵抗型PC和AR阴性PC中的表达较未经治疗的PC和良性前列腺增生组织中高。同年，根据JMJD2C和JMJD2A的结构设计的异羟肟酸类似物8单独使用时对JMJD2家族无明显抑制性，但与LSD1抑制剂同时使用时则显现出对前列腺癌及结肠癌细胞中JMJD2C很强的抑制性［19］。

4　JMJD2C与乳腺癌

2009年，Liu et al［20］发现JMJD2C基因在乳腺

癌9p23-24区域扩增，其在侵袭性、基底样型乳腺癌中表达的水平明显高于非基底样型乳腺癌。体外测定表明，当JMJD2C基因在非转化性乳腺上皮细胞系MCF10A中过表达时，可以诱导表型转化，发生形态学和微球体形成能力的改变。并推测JMJD2C是人类乳腺癌9p23-24扩增子处的驱动基因。然而，之后有研究［21］显示JMJD2C基因表达阳性的乳腺癌患者有更长的特异生存期并且对放疗和激素治疗反应较好。

JMJD2C是一个HIF-1靶基因，其选择性作用于HIF-1α，并作为HIF-1特异性共激活剂，通过减少H3K9me3和增加HIF-1与低氧反应元件的结合，从而刺激乳腺癌中的SLC2A1、LDHA和PDK1基因转录，促进转移。Luo et al［22］还发现JMJD2C可刺激乳腺癌细胞中HIF-1依赖性的糖代谢重编，由此可能促进乳腺肿瘤的生长和转移。

2012年，Wu et al［23］全面的描绘了人类乳腺癌9p24扩增子处的基因特征，JMJD2C基因在乳腺癌Colo824、HCC1954、HCC70和SUM-149细胞的表达水平高于没有基因扩增的乳腺癌细胞。更重要的是JMJD2C基因在非致瘤性乳腺细胞系MCF10A的稳定高表达可诱导表型转变。然而，敲除JMJD2C基因可抑制肿瘤生长，与JMJD2C作为新一类致癌基因的特性一致。2014年，Hong et al［24］鉴定出JMJD2C是半胱天冬酶-3的一种新底物，并提出JMJD2C的D396N多态性通过半胱天冬酶-3的剪切作用和DNA双链断裂影响人类乳腺癌的预后。

5　JMJD2C与其他肿瘤

肺肉瘤样癌（sarcomatoid carcinoma of the lung，LSC）组织中有一个含有许多结构突变和4～6个小编外标记染色体近似三倍体的核型［25］，其中，小编外标记染色体包含了9号染色体。他们也在原发肿瘤和同一患者的另一转移肿瘤中检测到9p处的扩增，由此推测它可能是LSC发病的重要因素。近年有研究者发现，在肺癌中，腺癌上JMJD2C基因在胞核及胞质阳性表达率比鳞癌高，不吸烟者比吸烟者的JMJD2C基因表达高，且细胞浆染色阳性多的患者生存时间相对较短［26］。

扩增子JMJD2C和JAK2在原始纵隔B细胞淋巴瘤和霍奇金淋巴瘤染色体9p24处频繁扩增［27］。被抑制的JMJD2C和JAK2通过减少酪氨酸41磷酸化、增加H3K9me3和促进异染色质形成来杀死淋巴瘤。

在体外，恢复控制H3K9甲基化基因表达，大大减少了成神经管细胞瘤的扩增［28］。在复制、翻译、剔除及编码过程中具有关键性作用的基因，尤其是H3K9，拷贝数目的异常阻碍组蛋白赖氨酸甲基化状态，暗示控制编码组蛋白的基因缺陷可致成神经管细胞瘤发病。

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作者简介：殷维姣，女，住院医师，硕士研究生；冯笑山，男，教授，主任医师，博士生导师，责任作者，E-mail：everbei＠hotmail.com

基金项目：国家自然科学基金（编号：U1204821）

文献标志码A

文章编号1000-1492（2015）05-0716-04

中图分类号R 34