组蛋白甲基化修饰靶向治疗AML的研究进展

谭嘉斌 李增政 杨同华（通讯作者）

（1昆明理工大学医学院 云南 昆明 650000

（2昆明理工大学附属云南省第一人民医院血液科 云南 昆明 650000）

1.引言

急性髓系白血病（acute myelocytic leukemia，AML）是造血系统的髓系原始细胞恶性增殖性疾病，是一个具有高度异质性的疾病群。根据其独特的基因突变和不同的预后意义可进一步分为不同的亚型。研究发现在AML中报道了大量突变，大多数突变特异性地影响转录因子或表观遗传机制的关键组分。而在真核生物中，核小体是组成染色体的基本单位。核小体主要由组蛋白（H2A，H2B，H3，H4）八聚体与缠绕在其上的147bp的DNA所组成。在核小体上可以发生多种修饰，如DNA的甲基化修饰，组蛋白的乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化及ADP核糖基化修饰等，这些共价修饰可以影响组蛋白和DNA的亲和性，从而影响DNA表达，被称之为“组蛋白密码”。通过这些修饰可以在不改变碱基序列的情况下使基因表达发生改变，且这种修饰和基因表达改变是可以遗传的，这种现象被称为表观遗传修饰。

近年来的表观遗传学研究发现，除了DNA甲基化和组蛋白乙酰化这两种最具代表性的表观遗传修饰之外，组蛋白的表观遗传修饰（比如甲基化）越来越多，并且经常在AML中失调，导致抑癌基因表达的抑制和致癌途径的激活[1]。其中组蛋白甲基化修饰酶的特定突变，为AML的表观遗传学治疗提供了新的靶点。以便科学家针对性地进行更有效的药物开发，用以治疗这种疾病。这篇文章将综述近些年组蛋白甲基化修饰靶向治疗AML的研究进展。

2.组蛋白甲基转移酶（HMTs）在AML中的作用

根据甲基化残基的位置和性质，组蛋白甲基化可以对基因表达产生促进或抑制。组蛋白甲基化的特征是表观遗传修饰，其中赖氨酸和精氨酸残基可以是单-（me1），二-（me2）或者甚至三-（me3）甲基化（仅适用于赖氨酸）。通常组蛋白3赖氨酸4（H3K4），赖氨酸36（H3K36），赖氨酸79（H3K79），以及作为非对称二甲基化的组蛋白4精氨酸3（H4R3）促进基因表达；而其他对称二甲基化位点，如组蛋白3赖氨酸9（H3K9），赖氨酸27（H3K27），组蛋白4赖氨酸20（H4K20）和H4R3上的甲基化与转录抑制相关。Cheung等[2]研究发现在哺乳动物细胞中，二价标记的H3K4me3和H3K27me3由两个主要的组蛋白甲基转移酶来介导，他们分别是以HRX/MLL基因为起始元件的三叉神经组蛋白，还有以多梳组蛋白和EZH 1/2为催化亚基的多梳抑制复合物2（PRC2）。而在AML中，这两个甲基转移酶的关键组分经常发生突变。

DOT1L是人类H3K79甲基化的赖氨酸甲基转移酶（KMT）。DOT1L异常募集与MLL基因重排白血病的MLL靶点启动子和基因异常高表达的H3K79me2相关。DOT1L与MLL的直接融合激活HOXA的转录。DOT1L缺失导致细胞生长减缓，以及使MLLAF9白血病细胞的分化和凋亡增加，表明其作为AML治疗靶点的潜力[3]。早期研究发现7号染色体异常在骨髓恶性肿瘤中的相关性揭示了EZH2在白血病发生中的重要作用；EZH2通过介导H3K27甲基化来调节许多对干细胞更新至关重要的基因表达。在一项研究中就发现了大部分EZH2突变导致H3K27甲基转移酶活性丧失。另一方面，Pratcorona M等[4]研究发现另一种多聚组蛋白ASXL1的功能丧失突变与AML中不良的整体存活率（OS）和较差的完全缓解率有关。虽然其在白血病中的功能尚不清楚，但ASXL1的缺失显示PRC2介导的H3K27三甲基化缺失，并导致HOXA基因（包括HOXA5和HOXA9）的表达上调。而Abdel-Wahab等[5]的研究发现ASXL1的过度表达导致H3K27me2/3的水平增加以及HOXA基因和白血病细胞生长的抑制。ASXL1可以与人类白血病细胞中的EZH2发生相互作用，ASXL1的缺失导致PRC2从HOXA基因位点中移位。特异性的敲除ASXL1基因在基因敲除模型小鼠造血系统中严重地影响细胞分化以及诱导骨髓发育不良和红系发育不良。总之，这些研究揭示了组蛋白甲基转移酶（HMTs）在恶性造血中的关键作用。

3.组蛋白去甲基化酶（HDMs）在AML中的作用

虽然上述研究强调了组蛋白甲基转移酶（HMTs）在MLL基因重排白血病中的重要性，但新的研究证据揭示了组蛋白去甲基化酶（HDMs）也具有同样重要的作用，其抵消了（HMTs）在正常细胞和癌症环境中基因表达的表观遗传调控功能。其中的赖氨酸去甲基化酶（KDMs）根据催化机制可分为两个主要亚型。第一个KDM家族成员包括KDM1A和KDM1B，也被称为赖氨酸特异性去甲基化酶（LSD），由FAD依赖的胺氧化酶组成，它只能去除单甲基和二甲基标记。相反，第二个KDM家族含有JmjC（JMJD），它依赖于α-酮戊二酸，Fe（Ⅱ）和氧作为辅因子来介导单-，二-甚至三-甲基-赖氨酸残基的去甲基化。Harris等研究发现通过短发夹RNA（short hairpin RNA,shRNA）途径抑制LSD1导致小鼠MLL基因重排白血病干细胞（LSC）的减少。但LSD1另一方面支持视黄酸受体（RARα）通过降低H3K4me2的水平来启动AML中髓系分化相关基因表达的抑制。这些结果可能表明H3K4甲基化在AML发病机制中的作用。

另外，KDM的其他成员KDM2B和JMJD1C也涉及AML的发病机制。H3K36me2去甲基化酶KDM2B沉默p15表达，其水平下降显著影响HOXA9/MEIS1驱动的白血病发生和白血病干细胞（LSC）的自我更新。H3K9去甲基化酶JMJD1C被认为是通过shRNA途径来维持AML中MLL-AF9融合基因的表达。JMJD1C的水平下降通过触发细胞凋亡来抑制MLL-AF9白血病细胞的生长。JMJD1C还与HOXA9相互作用以调节对LSC自我更新至关重要的下游基因，JMJD1C的缺失深刻地影响了由HOXA9启动的白血病转化。这些研究表明了HDMs家族成员在AML发病机制中具有更多的功能。

4.组蛋白甲基化修饰为新兴的治疗靶点

鉴于AML中组蛋白甲基化的表观遗传修饰作用，第一种靶向DOT1L的HMT抑制剂，EPZ4777及其第二代衍生物EPZ5676已开发并测试用于治疗MLL基因重排白血病。两种化合物都显示出对H3K79甲基化和携带MLL基因重排的白血病细胞的选择性抑制作用。连续输注DOT1L抑制剂显著延长具有MLL基因重排白血病的小鼠模型中的OS。研究还发现了通过靶向H3K27甲基转移酶的EZH2催化亚基在MLL-AF9融合基因白血病模型中延长OS和降低肿瘤负荷。近年，科学家又开发出了非单胺氧化酶抑制剂SP2509，它能够有效地抑制集落形成细胞的生长，诱导细胞分化并触发具有突变NPM1但非MLL融合的AML细胞凋亡。这表明组蛋白甲基化修饰酶的抑制剂在临床模型中耐受性良好且毒性有限，突出了它们在治疗AML方面的治疗潜力。

5.展望

综上所述，组蛋白甲基化修饰异常导致的基因转录失调在急性髓系白血病（AML）的发生过程中发挥着关键作用，组蛋白甲基化的各种表观遗传修饰酶在AML发病机制中的新功能为靶向治疗这种恶性疾病提供了独特的机会。未来通过研究关键组蛋白的分子调控甲基化修饰机制，寻找到新的药物作用靶点，以便针对性地进行更有效的药物开发，进而利用新的靶向药物纠正组蛋白甲基化的异常治疗疾病。将有望找到一种通过组蛋白甲基化修饰靶向治疗AML的有效方法。