组蛋白甲基转移酶与乳腺癌关系的研究进展*

刘秀敏， 潘云， 高波

大理大学第一附属医院病理科(云南大理 671000)

在真核生物的细胞核中，DNA包绕在由两分子的组蛋白H2A-H2B二聚体、两分子的组蛋白H3和两分子的组蛋白H4形成的一个组蛋白八聚体上。DNA和组蛋白八聚体形成一个球形三维结构，而组蛋白亚基的氨基端则从这个球形三维结构中游离出来。组蛋白甲基化由组蛋白甲基转移酶(histone methyltransferases，HMTs)催化，主要发生在组蛋白H3和H4 N端的精氨酸和赖氨酸残基上，且在同一位点可发生单甲基化、二甲基化或三甲基化[1]，进而改变染色体结构，影响基因转录。组蛋白甲基转移酶与表观遗传调控及肿瘤的发生关系密切。近年来乳腺癌的发病率呈上升趋势，且发病率愈发年轻化，研究显示组蛋白甲基转移酶参与乳腺癌的许多生物学过程，有望成为乳腺癌干预治疗的新靶标。乳腺癌中组蛋白甲基转移酶的研究进展尚未见系统性总结报道，为此，本文就多种不同组蛋白甲基转移酶在乳腺癌中的表达意义、作用机制及现有抑制剂的研究进展进行综述。

1 组蛋白甲基转移酶与乳腺癌

1.1 EZH2与乳腺癌 EZH2是果蝇zeste基因的同源基因，也是多梳抑制复合体的催化亚基之一，含有SET结构域，具有高度保守性。EZH2通过特异性催化H3K27三甲基化而发挥转录抑制功能[2]。研究证实，EZH2在前列腺癌、胃癌、肝癌、乳腺癌等多种实体肿瘤和血液系统肿瘤中高表达，与肿瘤的侵袭、转移以及预后有关[3-6]。在乳腺癌中，EZH2发挥着致癌基因的作用，EZH2的过表达已成为侵袭性乳腺癌的生物标志物[7-8]，并且三阴性乳腺癌中EZH2的表达较高，其表达与乳腺癌细胞的增殖及侵袭能力呈正相关[9]。Alford等[10]通过免疫组化结合临床资料分析发现与良性乳腺病变相比，浸润性乳腺癌中EZH2表达较高，并且转移性乳腺癌中EZH2表达最高，EZH2可能是一个能用于预测家族性早期乳腺癌女性患者后期转移风险的生物标志物。Wang等[11]通过荟萃分析发现EZH2表达越高，患者的生存率越低，且差异显著，EZH2可作为乳腺癌患者的预后标志物。EZH2的杂合子错义突变分析开启了该基因研究的新里程，已证实EZH2的点突变多发生在具有催化活性的SET结构域的A677、A687、Y641残基上，其中最常见的突变位点是Y641[12-13]。与EZH2野生型细胞相比，EZH2突变型淋巴瘤细胞株中H3K27me3的表达水平较高，提示EZH2突变可能为功能获得性突变[14]。目前国内外关于乳腺癌中EZH2突变的研究较少。Ko等[15]认为GSK3β作为乳腺癌中的肿瘤抑制基因，不能使EZH2的突变体(EZH22A、EZH2S363A、EZH2T367A)发生磷酸化，如GSK3β失活会增强EZH2的活性，导致乳腺癌细胞的迁移能力增强。

1.2 NSD家族与乳腺癌 核受体结合SET结构域蛋白(nuclear receptor binding SET domain protein，NSD)家族包括NSD1、NSD2、NSD3 3个组蛋白甲基转移酶，其结构相似度很高，都具有SET结构域，显示出高度保守性。研究证实，NSD1的突变或功能丧失会导致小儿巨脑畸形综合征(sotos syndrome)。另一方面，NSD1与核孔蛋白NUP98形成融合基因通过催化H3K36甲基化使原癌基因HoxA9、HoxA10和Meis1高表达，从而诱发儿童急性淋巴细胞白血病[16]。然而NSD1在乳腺癌中的研究暂未见报道。NSD2又名Wolf Hirschhom综合征候选基因1(Wolf Hirschhom syndrome candidate1，WHSC1)或多发性骨髓瘤SET结构域蛋白(multiple myeloma SET domain，MMSET)。NSD2通过特异性地催化H3K36二甲基化、三甲基化，或催化H4K20二甲基化来发挥转录活化功能[17-18]。Hudlebusch等[19]研究显示NSD2在胃癌、结直肠癌、膀胱癌、小细胞肺癌等多种肿瘤中高表达，并与肿瘤的侵袭以及患者的预后有关。雌激素受体ERα在调控乳腺细胞增殖和凋亡等生理机能中发挥重要功能，研究显示NSD2作为ERα信号传导通路的正调节因子，在BRD3和BRD4蛋白的协同作用下，能促使乳腺癌中ERα呈高表达，提示NSD2和BRD3/4可作为他莫昔芬耐药乳腺癌的治疗靶点[20]。Wang等[21]也通过基因表达谱分析发现NSD2在他莫昔芬耐药的乳腺癌细胞株和肿瘤组织中表达升高，免疫组化证实NSD2表达与乳腺癌复发和生存率低有关，且NSD2能结合到HK2、G6PD和TIGAR这几个关键的葡萄糖代谢酶的启动子区域，介导肿瘤细胞代谢重编程，诱导内分泌治疗耐药。除高水平表达以外，NSD2的功能获得性突变也会增强其酶活性，促进肿瘤进展。近期研究揭示了可以增强NSD2的催化活性的E1009K点突变，但该突变目前只在儿童急性淋巴细胞白血病中发现[22]。NSD3与NSD2是旁系同源基因，其蛋白结构与NSD2很相似，具有相似数量的外显子和内含子，在一些肿瘤细胞株和原发乳腺癌中呈扩增状态[23]。研究发现NSD3的两种亚型(NSD3S和NSD3L)可与NUP98形成融合基因，促进急性髓细胞白血病的发生，提示NSD3与NSD2具有类似的致癌作用[24]。然而，Zhou等[25]证实干扰NSD3L表达会促进乳腺癌细胞的增殖，增加细胞的侵袭性，提示NSD3在乳腺癌中是一个抑癌基因。

1.3 KMT2/MLL家族与乳腺癌 组蛋白赖氨酸N-甲基转移酶2(histone lysine N-methyltransferase 2，KMT2)又名混合系白血病蛋白家族(mixed-lineage leukemia，MLL)，包括6个成员MLL1～MLL4、SETD1A和SETD1B，通过催化H3K4发挥转录调控的作用[26]。MLL家族的组蛋白甲基转移酶成员在体外表现出较弱的催化活性，只有与WDR5、RBBP5、ASH2L和DPY30等核心催化亚基结合形成复合体才能增强其催化活性。MLL家族成员的催化活性各有不同，SETD1A和SETD1B可以单甲基化、双甲基化以及三甲基化H3K4并结合在基因的转录起始位点，调控基因转录，MLL4则可以单甲基化H3K4，但在基因组的结合位点暂不确定，研究显示其多与转录起始位点和增强子结合，MLL2和MLL3多富集在增强子附近[27]。研究表明，MLL1的敲低会下调与多个促进肿瘤生长和血管生成的基因表达，如HIF1α、VEGF和CD31，抑制肿瘤生长[28]，但在乳腺癌中MLL1的相关作用暂时未见报道。Matkar等[29]研究显示MLL2对HER2阳性乳腺癌细胞的生长至关重要，并且MLL2会减弱乳腺癌细胞对HER2抑制剂的敏感性。Rabello Ddo等[30]研究发现MLL2在乳腺癌中呈现低表达，且通过不同的信号途径在乳腺癌中发挥抑癌基因的作用。除MLL2在乳腺癌中发挥作用外，Wang等[31]在对38例乳腺癌的研究中证实其中2个病例发生了MLL3的体细胞突变，包括1个移码突变和2个同义突变，此外还发现了5个能改变MLL3氨基酸序列的单个苷酸多态性(SNP)新位点，提示乳腺癌中MLL3的突变发挥了重要作用。Kim等[32]发现MLL4催化H3K4me3，组蛋白去甲基化酶UTX使H3K27me3去甲基化，MLL4和UTX可协同调节两者共同的靶基因，促进乳腺癌细胞增殖和侵袭，且临床证实高表达的MLL4或UTX均与乳腺癌预后差相关。SETD1A及SETD1B在乳腺癌中的功能效应暂未见报道。

1.4 G9a与乳腺癌 G9a又称常染色质组蛋白赖氨酸N-甲基转移酶2(euchromatic histone-lysine N-methyltransferase 2，EHMT2)，主要通过3条途径调控基因表达，其一是通过甲基化H3K9、H3K27等组蛋白特异性位点来抑制基因转录，其二是促进基因启动子区域DNA甲基化来发挥转录抑制作用，其三是作为脚手架蛋白来募集转录激活子激活基因转录[33]。研究发现，G9a在肝癌、前列腺癌、结肠癌等多种肿瘤中高表达，可上调癌基因或沉默抑癌基因[34]。G9a在乳腺癌中同样呈高表达，通过抑制亚铁氧化酶活性和破坏细胞内的铁离子稳态来发挥致癌作用[35]。胰岛素诱导基因1(insulin-induced gene 1，INSIG1)可调节葡萄糖代谢和缺氧诱导的上皮间充质转化从而促进肿瘤进展，Jiang等[36]研究发现G9a与INSIG1的表达呈正相关，敲除G9a会导致乳腺癌细胞中INSIG1表达下调，表明G9a和INSIG1均在乳腺癌中发挥致癌作用。Casciello等[37]也发现G9a通过沉默肿瘤抑制基因在乳腺癌中发挥致癌作用，阻断G9a的甲基转移酶活性可抑制体外细胞增殖迁移和体内肿瘤生长，G9a既可以作为癌症诊断标记物，也可以作为治疗靶标。

1.5 SMYD家族与乳腺癌 SET和MYND结构域蛋白(SET and MYND domain-containing protein，SMYD)家族是赖氨酸甲基转移酶，包括SMYD1、SMYD2、SMYD3、SMYD4和SMYD5共5个家族成员。SMYD家族蛋白主要通过催化H3K4甲基化调控基因表达，SMYD2和SMYD3在该家族中最具有代表性。SMYD2在食管鳞状细胞癌、急性淋巴细胞白血病、乳腺癌等多种肿瘤中高表达，SMYD3在肝癌、胃癌、乳腺癌以及白血病等多种肿瘤中高表达，并且两者的高表达与肿瘤增殖、转移以及疾病预后关系密切[38]。Liu等[39]在492例乳腺癌中对近50个HMTs的基因拷贝数、突变情况、表达水平进行了荟萃分析，发现12个HMTs存在高频的基因变异，其中SMYD2和SMYD3表现出较高的扩增水平。SMYD3通过直接调节原癌基因WNT10B促进乳腺癌的发生，高表达的SMYD3对于维持乳腺癌细胞增殖是必需的[40]。Ren等[41]也通过研究证实SMYD3的下调会诱导G1期细胞周期阻滞，进而诱导细胞凋亡。SMYD3作为雌激素受体ERα的共激活子，可增强ERα与其配体反应的活性，并通过甲基化H3K4促进ERα介导的靶基因转录，提示SMYD3有望成为乳腺癌协同治疗策略的靶点[42]。

1.6 DOT1L与乳腺癌 类端粒沉默干扰体1(disruptor of telomeric silencing 1-like，DOT1L)是首个发现的不含SET结构域的组蛋白甲基转移酶，也是唯一可催化H3K79发生甲基化的酶。DOT1L具有调控基因表达、沉默染色质、参与DNA损伤修复等功能。研究发现，DOT1L在卵巢癌中过表达，其过表达与肿瘤的FIGO分期、组织学分级、淋巴转移以及较差的预后有关[43]。而Cho等[44]研究发现DOT1L通过与c-Myc-p300复合物相互作用催化H3K79的甲基化和乙酰化，促进乳腺癌上皮间质转化和侵袭转移，呈现出乳腺癌干细胞样的特性。相较正常乳腺组织而言，Zhang等[45]发现DOT1L在乳腺癌中高表达，其高表达与20个促增殖的基因相关，这些基因与乳腺癌生长以及不良预后相关，因此DOT1L被认为是乳腺癌治疗的重要药物靶标。

2 靶向治疗前景

近年来，乳腺癌的生存率得到了很大提高，但对于转移性、复发性乳腺癌的治疗仍是一个亟待解决的难题。乳腺癌中部分组蛋白甲基转移酶表现出很高的酶活性，提示乳腺癌对组蛋白甲基转移酶抑制剂有较强的易感性，有望提出新的靶向治疗策略。研究发现，EZH2、MLL、G9a、SMYD2、SMYD3以及DOT1L的小分子抑制剂对于乳腺癌的治疗都有潜在的应用价值。EZH2的S-腺苷同型半胱氨酸水解酶抑制剂DZNep通过降低EZH2的表达水平，抑制H3K27甲基化来诱导乳腺癌细胞凋亡[46]。而EZH2的SAM-选择性竞争抑制剂(EP2005687、EI1、GSK126、UNC1999、CPI360和EPZ6438)主要通过抑制H3K27甲基化和直接作用于EZH2的突变体，抑制癌细胞增殖[47]。目前MLL小分子抑制剂的研究主要针对急性淋巴细胞白血病，但在乳腺癌中也有进一步探究的价值。UNC0638作为G9a的抑制剂，通过抑制H3K9甲基化水平，降低乳腺癌细胞MCF-7的增殖能力[48]。而SMYD2的选择性抑制剂LLY-507则以剂量依赖的方式抑制乳腺癌细胞的增殖[49]。Luo等[50]研究发现热休克蛋白HSP90A能提高SMYD3的活性，而HSP90的抑制剂新生霉素能够降低SMYD3的表达，从而抑制乳腺癌细胞MDA-MB-231的增殖和迁移。Zhang等[45]发现抑制DOT1L表达会选择性地抑制乳腺癌细胞增殖、自我更新和转移能力并诱导癌细胞分化，S-腺苷同型半胱氨酸水解酶(SAHH)的抑制剂，主要通过抑制DOT1L和H3K79甲基化来抑制乳腺癌细胞在体内外的增殖，因此DOT1L被认为是乳腺癌治疗的潜在靶标。

3 展望

综上所述，组蛋白甲基转移酶在乳腺癌的众多生物学过程中都扮演了重要角色，影响癌细胞的增殖、凋亡、分化以及运动能力等。基于这些功能，组蛋白甲基转移酶被认为是有前景的乳腺癌诊断、预后标志物和新型治疗靶点。随着各类组蛋白甲基转移酶的生物学功能不断被揭示，其高特异性新型抑制剂的开发具有很大的研究空间。抑制肿瘤中高表达组蛋白甲基转移酶的活性及其下游靶基因或抑制与其相关的辅因子已成为新的表观遗传学治疗策略，但仍需要进行更多的体内实验和临床观察性研究以推动现有抑制剂的临床应用。