JMJD2B蛋白结构功能及在恶性肿瘤发生发展中的研究进展

2018-01-31侯思宇综述陈秀玮审校

实用肿瘤学杂志 2018年3期

侯思宇综述陈秀玮审校

组蛋白甲基转移酶以及去甲基酶在肿瘤的发生发展过程中起着重要作用，是潜在的癌症治疗靶点，JMJD2B是JmjC家族成员，主要参与组蛋白H3第9位赖氨酸(H3K9)的甲基化，导致了转录激活。最近研究表明，JMJD2B在肿瘤细胞内过度表达，通过p53通路进行调控参与癌细胞增殖。随着不断的研究发现，JMJD2B与许多恶性肿瘤的发生发展相关，例如JMJD2B催化的组蛋白修饰在胃癌的低氧环境下的致癌机制中发挥着至关重要的作用；JMJD2B/MLL2复合体与ERα一起在乳腺癌发生和发展期都起到非常关键的作用，近年来，JMJD2B与恶性肿瘤之间存在的关系已经成了研究领域非常关注的焦点，本文将对JMJD2B在多种恶性肿瘤中的具体研究进程和结果加以阐述。

1 JMJD2B蛋白结构与功能

表观遗传学(Epigenetics)在肿瘤发生发展中的作用受到越来越多的关注，着重分析在遗传因子序列维持不变的状态下，表现固定的基因特征进而实现控制遗传的目的。其中，组蛋白发生甲基化的过程实际上是展现遗传演变的一个关键内容。此过程同X染色体失活、特定基因转录调整、出现异常染色体、基因组缺失等有非常紧密的关系。但是，此过程的进行并不稳定，去甲基化酶可使其修饰成为一种可逆过程。到目前为止已经分析研究出2种促使甲基化过程发生的酶：一种是氨基酸氧化酶大家庭的一名成员的赖氨酸特异性去甲基化酶1(Lysine specific demethylase1，LSD1)，另一种则是含有Jmjc结构域的蛋白质(Jumonji domain-containing protein，JMJD)大家庭的一名成员。在这里，JMJD大家庭的成员的N端以及C端均含有一个Jumonji大家庭的微弱特征组成区(N端称为JmjN，C端则是JmjC)。其中，JmjC属于整个大家庭中酶活性管理的重要成员，所以，在此条件下，这个家庭也会被叫做含有JmjC组成区的组蛋白去甲基化酶(JmjC domain-containing histone demethylase，JHDM)家族。其中，该大家庭也包含很多的组员，例如：JHDM1B、JMJD2A、JMJD2B、JMJD3、JARID1A、JARID1以及UTY等。其中JMJD2B属于一组除JmjN与JmjC结构域以外的、约120 kDa大小的、包涵PHD与Tudor结构域的蛋白，在从低等的酵母到高等生物包括人中高度保守。JMJD2B，也称为KDM4B，作为一种去甲基酶的能力，把三甲基组从哺乳动物细胞壁间异染色质上的H3K9位点移除[2]，且已被证明存在低氧诱导因子结合位点的启动子序列[3]。因为此类去甲基化酶发挥作用需伴随有性激素受体信号的转导，因此有参与精子发育、调节性激素受体活性等作用，可能与女性生殖系统肿瘤也有一定关系。

2 JMJD2B蛋白与恶性肿瘤

2.1 JMJD2B蛋白与皮肤鳞状细胞癌(SCC)

研究发现JMJD2B在SCC内的表达远高于正常皮肤组织，当siRNA抑制JMJD2B表达后，A431细胞凋亡明显，且增殖极大被遏制[4]。尽管此类型酶在SCC形成中的实际作用还不清楚，但是经过对这些年的研究进行归纳不难发现，肿瘤抑制因子p53对SCC的形成有关键的作用。同时p53因子在SCC中突变的可能性大概在40%～50%之间[5]，此实验和研究得出结论，在SCC中，如果特异性抑制JMJD2B转录，则p53表达将上升，进一步造成A431细胞坏死变得更严重，分裂会受到阻碍。该研究提示，JMJD2B在SCC中的表达远高于正常组织，能够同时在A431细胞核以及细胞质内进行表达，且其siRNA组细胞克隆能力以及增殖活性受到极大抑制。侵袭和迁移能力也受到显著抑制[4]。

2.2 JMJD2B蛋白与乳腺癌

JMJD2B在乳腺癌中呈现高表达，同时与ER表达水平呈正相关[6]。ER相较于阴性细胞株，JMJD2B在ER阳性细胞株中有明显的高表达。据研究报道，H3K9三甲基化去甲基酶JMJD2B与H3K4甲基转移酶MLL2复合体的整体构建存在相关性，实验证明JMJD2B/MLL2复合体与ERα相互影响并且被ERα的细胞功能所需要，JMJD2B/MLL2复合体影响H3K4的甲基化和被激活的ER中的H3K9的转录，也就是说H3K9的去甲基化优于H3K4的甲基化，JMJD2B本身作为ER的转录目标并因此构成一个促进激素相关的乳腺致癌作用的前馈调节环[7]。通过实验可以得出以下几点结论：(1)JMJD2B在ER受体阳性的乳腺癌中高表达且正向调节其增殖；(2)JMJD2B影响ERα和SWI/SNF-B复合体；(3)JMJD2B调整ER目标基因的感应和雌性激素依赖的乳腺癌细胞增殖；(4)JMJD2B可被ER结合部分复原：H3K9me3在ER结合部分去甲基化[6]。简而言之，JMJD2B无论在生理上还是功能上都与MLL2复合体有联系，它提升细胞的体外增殖和体内的乳腺致癌作用，这就支持了JMJD2B作为乳腺癌相关基因的结论，JMJD2B被ERα转录调控是JMJD2B在乳腺致癌作用中有重要价值的依据[7]。

2.3 JMJD2B蛋白与肾透明细胞癌

JMJD2属特异性组蛋白H3K9me3/me2和H3K36me3/me2的去甲基化酶，主要含有三个约为130 kDa的JMJD2A-C蛋白、PHD及Tudor结构域缺失的JMJD2B蛋白，这些蛋白具体产生作用的底物不一，但都是会带来关键的影响[8]。HIF-1α可以上调乏氧环境下肾透明细胞癌中JMJD1A表达，该物质主要在血管附近，考虑到其同该癌细胞血管生成之间的紧密联系，所以也就成了检测该癌症治疗状态的一个关键标准[9]。JMJD2B主要定位于肾透明癌细胞核中，且在高分化及中分化的组织中呈现弱阳性表达，可能与其调控部分肿瘤细胞中细胞转导通路相关基因有关，但在低分化肾透明细胞癌组织中却表达较少，处于表达抑制状态，并未呈现随肿瘤恶性程度增加表达增加的状态[10]。

2.4 JMJD2B蛋白与结直肠癌

相较于正常组织，大肠癌中JMJD2B表达显著提高，这说明JMJD2B与大肠癌发生发展存在极大的关联性[11]。JMJD2B催化启动子区H3K9去甲基化，进一步上调缺氧诱导因子1α(HIF-1α)表达，来影响结直肠癌细胞增殖或者凋亡，在癌症血管生成和肿瘤分化中扮演关键角色[12]。有研究发现：(1)相较于正常人结直肠细胞，结直肠癌细胞内JMJD2B表达与ERK磷酸化明显增高；(2)ERK2 siRNA、U0126能够阻断癌细胞中SRK2活化，但对JMJD2B表达没有任何影响；(3)JMJD2B siRNA能够抑制癌细胞ERK2表达及其磷酸化；(4)抑制JMJD2B表达能够通过诱导细胞发生G2/M或者G0/G1期阻滞从而抑制人结直肠癌细胞增殖[13]。沉默JMJD2B通过减少抗凋亡的基因Bcl-2家族表达来诱导结直肠癌细胞凋亡，导致了Bak和Bax蛋白质的易位，并促进线粒体膜的破坏，导致来自于线粒体和Caspase-9、Caspase-3的细胞色素C的分裂。它还增加了与死亡受体相关的细胞凋亡途径中所包含的裂解Caspase-8的数量，Bcl-2同源3脑死亡相关激动剂(Bid)是一种在Fas信号通路中的特殊Caspase-8基质，通过Caspase-8激活诱导分裂。然而，在JMJD2B沉默后CHOP和CRP78的水平保持不变。从而得出结论：利用线粒体以及死亡受体等相关途径沉默，JMJD2B可诱导结直肠癌细胞凋亡，被Caspase-8活化的Bid的分裂可能起到结直肠癌两种途径的中介作用[14]。

2.5 JMJD2B蛋白与肝癌

JMJD2B在肝细胞中起到致癌的作用，并且高表达的JMJD2B可以作为一种有效的肝癌患者的早期诊断标志物[15]。最近的研究表明，JMJD2B在肿瘤发生过程中有助于调节Wnt/β链、TGF-β、Notch和PI3K通路[16]，JMJD2B可以作为一种高价值分子标志物，或者说可以作为癌症治疗的靶点[17]。细胞增殖在肿瘤活动整个过程中扮演着一个重要角色，Ki-67蛋白表达与其存在一定关联，并且在除了G0外的细胞周期的所有阶段表达，在G2/M达到最高表达状态，同时也与许多肿瘤的预后有关，这其中就包括肝癌，而实验发现在肝癌中JMJD2B的表达与Ki-67关联，就此说明JMJD2B也许参加了肝癌形成的细胞增殖过程。在肝癌细胞中，还发现JMJD2B与组织学分级和TNM分期都相关，这就支持了它可能作为治疗靶点，在阻止癌症进展的过程中逆转EMT[15]。

2.6 JMJD2B蛋白与胃癌

实验已证明在胃癌中JMJD2B促进细胞增殖、浸润和迁移[18]，表明了JMJD2B在整个胃癌发展期间扮演了一个关键角色[19]。JMJD2B的表达谱在正常和癌变的人体胃组织中有显著的不同，在大多数胃癌标本中观察到JMJD2B的过度表达，它的核积累随着肿瘤的减少而增加，表明JMJD2B在胃癌的临床相关性，结合体内和体外实验表明，JMJD2B是导致胃肿瘤发生的重要的表观遗传因素，而作为靶向目标可能是人类胃恶性肿瘤的一种新的治疗策略[18]。JMJD2B在其他方面也可与胃癌有关，当胃癌腺细胞暴露在缺氧及辐射环境中，观察在肿瘤细胞生长中的JMJD2B的调节作用，在缺氧和/或辐射暴露下，对组蛋白修饰因子的复杂规则重现，实验研究了在缺氧和辐射下组蛋白H3甲基化的动态转换，在不同的染色质重塑过程中，关注缺氧引起H3K9去甲基化反应，会发现它导致某些癌症相关基因的转录激活。因此，在缺氧及辐射下，JMJD2B的表达模式已是确定的，观察结果显示，由JMJD2B介导的增强的CCNA1表达在缺氧条件下引起胃腺癌细胞的显著增长。总而言之，这些结果表明，处于低氧环境的情况下，JMJD2B催化的组蛋白修饰在胃癌形成机制过程中发挥着极其重要的作用[21]。关于JMJD2B在胃组织中的致癌作用，还有其他相关研究，JMJD2B和COX-2在被幽门螺旋杆菌感染的体内胃组织中表达明显增强，此外，从胃正常组织到其癌组织，观察临床标本中过表达的JMJD2B与COX-2，JMJD2B表达水平与幽门螺旋杆菌感染存在明显相关性，同时发现无论在正常胃组织还是胃癌组织中，JMJD2B都与COX-2表达呈正相关，表明JMJD2B的激活和COX-2的上调促进胃的炎症形成和癌症的发生发展[20]。最后，研究确定了在被幽门螺旋杆菌感染的胃炎和胃癌中，JMJD2B扮演的角色和它的调节机制，幽门螺旋杆菌-β连环蛋白-JMJD2B-COX-2信号通路可能是一个新的胃癌发生发展的途径，JMJD2B也许会作为胃癌诊治和早期干预的一个新靶点[20]。