EZH2 基因与干细胞的研究进展

戴厚杰，王锐英

（桂林医学院附属医院四肢创伤科，广西 桂林）

0 引言

EZH2（组蛋白甲基化转移酶）作为Polycomb group 蛋白复合体成员之一，是最新被发现具有组蛋白甲基转移酶活性的癌有关蛋白，其在胚胎发育早期就已经普遍存在，并与SUZ12 和EED共同组成PRC2 沉默复合物，共同通过催化组蛋白3 第27 位三甲基化(H3K-27me3) 修饰作用来介导基因沉默，参加X 染色体的失活、细胞的分化和胚胎的发育调节等方面。组蛋白修饰可以通过改变染色质的相对空间结构，对基因转录活性具有相当重要的影响。在哺乳动物细胞中，H3 组蛋白第27 位赖氨酸的三甲基化(H3K27me3) 与转录的抑制作用密切相关。EZH2（组蛋白甲基化转移酶）属于PcG 基因家族中一员。PcG 家族中分别包括PCR1 和PRC2 两种复合体，同时起着起始基因沉默和维持基因抑制的作用。EZH2 与EED、SUZ12 基因一起组成了PCR2 复合物，EZH2 作为一种PCR2 的催化亚基，可催化H3K27me3 和H3K9m3，其作用是通过组蛋白甲基转移酶中高度保守的SET 区域，从而抑制其转录，在染色体水平上调控其基因活性[1]，在干细胞的维持与更新过程中发挥非常重要作用。本文将EZH2 基因与干细胞的相关性研究进展，做一综述。

1 EZH2 基因、EZH2 蛋白结构

EZH2( enhancer of zeste homolog 2) 是多梳基因蛋白家族中一个重要组员，即H3 组蛋白第27 位赖氨酸的特异性甲基化转移酶。EZH2 基因位于人类的7q35～q36 染色体上，其结构包括了20 个外显子，外显子长度处于41～323bp 之间，内含子处于15.0～17.7kp 之间。无论是外显子，还是内含子，都遵从gt/ag规则[2]。EZH2 蛋白由746 个氨基酸组合而成，其内部结构中包含4 个保守区域。同时，EZH2 也属于一个保守的催化亚基，每个EZH2 中含有一个比较重要的SET 区域，该部位用来提供甲基转移酶活性的。虽然EZH2 本身不具备酶作用，但是其可以借助大于2 个非催化配体形成络合物，从而形成组蛋白甲基转移酶的活性。而在EZH2 组成所有序列之中，其着关键作用的则是羧基末端SET 区域则对转移酶活性。EZH2 基因在转录抑制和基因沉默中起着重要的意义。临床研究表明[3]，EZH2 对P14ARF、P16INK4a 表达的相关抑制，是通过INK4a/ARF 基因座启动子H3K27me3 形成而发挥的，也同样对细胞分裂、繁殖产生一定保护意义。

2 EZH2 与 PcG 家族

表观遗传调控因子 Polycomb 基因最初被发现于果蝇之中，研究者发现其存在于沉默同源基因建立有序的体节[4]。PcG(polycomb group proteins) 蛋白家族以多梳抑制复合物(polycomb repressor complex，PRC) 的形式发挥转录抑制作用，在人类主要分为 PRC1 和 PRC2 两大类，二者可以抑制上百种基因序列，其中包含大量的转录调节因子[5]。PRC1 由HPC、BMIl、RINGl A、RINGl B 等十余种蛋白组成；PRC2 主要由 EZH2、EED、SUZl2 和Rb Ap46/48 四种蛋白组成。EZH2 是PcG 家族中一种高度进化保守而来的基因，EZH2 蛋白则是PRC2 的一个催化活性亚单位，可催化组蛋白3 赖氨酸27 三甲基化(H3K27me3)[6]，H3K27 三甲基化是其主要的存在形式，其对PcG 沉默机制中起作用的，同时，PRC2 几个核心组分(EZH2 和辅因子EED 及SUZl2)共同协调完成有效的H3K27 甲基化[4]。三甲基化的H3K27 沉默下游基因作用，主要是其能使PRC1 复合物聚集至特定相关基因位点上，而且这些下游靶基因大部分具有调控干细胞分化和抑制肿瘤发生的作用，其沉默作用可导致干细胞多向分化潜能障碍和肿瘤的发生[7]。

3 EZH2 与其他表观遗传修饰酶的关系

3.1 EZH2 与组蛋白脱乙酰基

有相关学者发现在PRC2 中存在组蛋白乙酰转移酶活性作用，从而认为EZH2 与组蛋白脱乙酰化酶在机构及功能上有一定联系[8]。在相关生化试验显示[9]，组蛋白脱乙酰化酶在体内与沉默酶类存在一种协作作用(这种协作功能持续时间比较短)，但其却不是PRC2 的核心亚基，其中的机制原理未能明确，需临床学者做更深入的研究探讨。总之，EZH2 与组蛋白脱乙酰化酶之间的确存在某种功能上的联系。肿瘤细胞中基因的异常表达均由以上各种表观遗传沉默通路所调控作用。

3.2 EZH2 与DNA 甲基化

之前的相关研究认为，EZH2 沉默与DNA 甲基化之间相互独立，并无相关内在关联[10]。但近些年来的研究者认为，人类细胞中的EZH2 与DNA 甲基转移酶确实存在某种关系。不管是从结构上，还是从功能上上讲，这都是一样的。Vire 等学者的研究认为，EZH2 和EED 可免疫共沉淀人类全部的DNMTs[11]。此外，骨肉瘤细胞的RNA 干扰试验也表明，EZH2 在DNMTs 对沉默靶基因的甲基化作用中，有着一定调控作用[12]。

4 EZH2 在干细胞方面的研究

作为一种对基因表达起重要作用的表观遗传调控蛋白，EZH2 也是一种调节神经外胚层分化的中间介质[13]。Falak Sher 观察到NSC 向不同方向增殖分化 时， EZH2 表达水平存在明显差异：增殖的神经干细胞中高度表达，在神经干细胞向神经元细胞分化时，EZH2 表达水平降低；在神经干细胞向星形胶质细胞分化时，EZH2 表达完全停止；在神经干细胞向少突胶质细胞分化过程中，从少突胶质前体细胞分化到不成熟少突胶质细胞期间，EZH2 维持高水平表达[14]。

4.1 EZH2 在胚胎干细胞发育中的作用

PcG 蛋白不仅在内细胞群表达丰富，同样在胚胎干细胞和成体干细胞中表达也丰富，却在干细胞分化过程中表达水平降低EZH2 也是一样。同样，在基因敲除实验中，发现多潜能上胚层细胞也有EZH2 参与。同样，PcG 蛋白家族也能够沉默很多分化有关的因子，其中包括Gate、Fox、Sox、Pou 和Pax 转录因子家族以及Wnt、Notch、TGF-β、FGF 和维甲酸信号通路的有关组成元件 。三大转录因子Oct4、Sox2、Nanog 在保持多潜能性和程序性控制胚胎干细胞基因表达方面有着至关重要的作用，三大转录因子靶基因和PRC2 存在着结合位点，这也说明：PRC2 是在胚胎干细胞发育过程中的一种比较重要的协同抑制因子。

4.2 EZH2 在成体干细胞中的作用

PcG 蛋白不仅在胚胎发育早期发挥作用，而且在成体干细胞特性维持中也是必不可缺的调节因子，其中还包括干细胞衰老方面。有实验研究表明，EZH2 高表达的造血干细胞再移植时，其存活几率和存活时间都明显高于对照组；而且EZH 高表达对维持肌原细胞的干细胞特性也是必需的[15]。SherF 等人的研究显示，增殖状态神经干细胞EZH2 表达水平很高，但分化为星形胶质细胞则是完全抑制，分化为神经元时表达降低[16]。以上的实验研究都表明，EZH2 作为PcG 蛋白家族成员，其在干细胞身份维持以及干细胞自我更新方面都有着直接相关作用。

4.3 EZH2 在神经干细胞中作用

作为一种对基因表达起重要作用的表观遗传调控蛋白，EZH2也是一种调节神经外胚层分化的中间介质[17]。最近研究发现，EZH2 与MELK 结合并磷酸化，其中甲基化由EZH2 在成神经管细胞瘤中诱导，其可调节癌干细胞样细胞的增殖。在异种移植物中，EZH2 的缺失减弱了成神经管细胞瘤干细胞样细胞衍生的肿瘤生长并促进了分化[18]。Zhang J 等发现表明Ezh2 在活跃分裂的神经干细胞（NSCs）/祖细胞以及成熟神经元中表达，但在颗粒区的静息NSCs 中不表达。在NSCs/ 祖细胞中Ezh2 的缺失会导致祖细胞增殖的减少[19]。Ezh2 基因占用的动态变化是其参与向少突胶质细胞分化和神经干细胞更新的基础，以前证明了Ezh2 也在多能神经干细胞（NSCs）中表达。Ezh2 表达在NSC 分化成神经元或向少突胶质细胞分化期间出现下调。而高水平的Ezh2 存在于分化少突胶质细胞过程中，甚至直到髓鞘的形成[20]。王希等已经完成EZH2 基因对神经干细胞具有明显调节作用，过表达可促进增值，但对干细胞凋亡无明显影响[21]。Falak Sher 观察到NSC向不同方向增殖分化时， EZH2 表达水平存在明显差异：增殖的神经干细胞中高度表达，在神经干细胞向神经元细胞分化时，EZH2表达水平降低；在神经干细胞向星形胶质细胞分化时，EZH2 表达完全停止；在神经干细胞向少突胶质细胞分化过程中，从少突胶质前体细胞分化到不成熟少突胶质细胞期间，EZH2 维持高水平表达[22]。

5 小结与展望

EZH2 作为遗传学研究中一种比较重要的组蛋白甲基转移酶，也是重要的表观遗传调控蛋白，在干细胞自我更新及定向分化方面有非常密切的关系。虽然我们对EZH2 的结构、生物学性质以及在干细胞的作用有初步的了解，但是其调节通路及各信号传导仍不明确，这就更需要大家做进一步深入而广泛的研究，以期掌握更多相关知识。