ATP依赖性染色质域解旋酶DNA结合蛋白家族在肿瘤发病中作用的研究进展

罗嘉欣 陈晓铭 郭润民，2，3▲

1.广东医科大学附属医院内分泌科，广东湛江 524001；2.广东医科大学顺德妇女儿童医院（佛山市顺德区妇幼保健院）内科，广东顺德 528300；3.广东医科大学妇幼医学研究与出生缺陷防治重点实验室，广东顺德 528300

编码染色质调节因子的基因是最常见的突变之一，其染色质结构和功能在肿瘤发生中起着重要作用。目前发现在胶质瘤、白血病、乳腺、膀胱、结肠、肾脏和肺中染色质调控因子是最常见的突变之一[1]。ATP依赖性染色质域解旋酶DNA结合蛋白（chromodomain helicase DNA-binding protein，CHD）是一种染色质调节器，CHD家族有1～9个成员。根据CHD其他结构域的不同将其划分为三大家族亚类，第一家族亚类包括CHD1和CHD2；第二家族亚类包括CHD3、CHD4和CHD5；第三家族亚类包括 CHD6、CHD7、CHD8和CHD9。CHD蛋白影响染色质的紧密程度，所以这些酶控制转录、细胞增殖和DNA损伤修复等基本的生物过程，CHD蛋白的缺失或失活对器官发育和癌症的发生起着重要作用[2]。

本文主要介绍CHD介导的染色质对肿瘤形成的动态调节过程，染色质调节器的生物学作用，CHD蛋白的上下游分子，每一个亚类对癌症患者生存率的影响[3]。

1 CHD第一家族亚类：CHD1和CHD2

CHD1是CHD家族中最早被发现的一种DNA结合蛋白，根据其功能性基序对染色质结构和基因表达的调节作用[4]。最近研究表明，CHD第一家族亚类蛋白与转录调控有关，影响细胞增殖、DNA损伤修复和多分化性。CHD1、CHD2的缺失或灭活促进癌症的发生[5]。第一家族亚类蛋白调控的缺失对肿瘤的侵袭、转移和患者的生存有着重要的影响。CHD1是与癌症联系最紧密的CHD亚家族成员，CHD2与肿瘤抑制有关[6]。CHD第一家族亚类蛋白的上游因素包括环境、激素、染色质调节因子和信号通路，暴露于香烟与CHD1启动子的高甲基化相关，启动子甲基化后与RNA聚合酶Ⅱ（RNA polymerase Ⅱ，Pol Ⅱ）的阻滞和损害转录激活相关，而去甲基化剂通过诱导Pol Ⅱ在丝氨酸2的磷酸化促进转录延长来消除这一作用。雌激素信号在促进雌激素受体（ER）阳性乳腺癌的增殖中起关键作用，雌激素可抑制miR26A和miR26B的表达，这是降解CHD1转录并促进乳腺癌细胞增殖的microRNAs，抑制miR26和增加雌激素反应中CHD1的表达都需要c-MYC，CHD1的缺失清除雌激素的促增殖作用[7]，说明CHD1可能促进肿瘤发生。转录成分和组蛋白修饰因子相互作用也可以调节CHD1的表达，例如，Pol Ⅱ相关因子hPAF2/PD2介导了MLL介导的转录活性基因的H3K4ME2/3共价修饰，促进了CHD1在胰腺癌细胞中的表达。

小鼠胚胎干细胞（embryonic stem cell，ESC）细胞分化时组蛋白精氨酸甲基转移酶PRMT6表达增加，CHD1促进多能基因Oct4和Nanog的表达从而引发H3R2ME2的共价组蛋白修饰，可以抵消转录激活标记H3K4ME3[8]。同时由于Oct4和Nanog启动子上的H3K4ME3相对于未分化的ES细胞较少CHD1表达受损和结合减少，且已知CHD1通过其染色质域结合H3K4ME3。CHD1通过与转录成分相互作用的方式被募集到靶位部点，调节其靶基因转录起始位点的H3。影响CHD1的失活病变包括乳腺癌和其他癌症中的启动子甲基化和具有高微卫星不稳定性的结直肠癌中的突变。导致ETS家族成员过表达的染色体重排，最常见的是雄激素调节基因跨膜蛋白酶丝氨酸2（transmembrane protease，serine 2，TMPRSS2）和 ERG 基因之间的易位，某些类型的前列腺癌中很常见，在ETS融合阴性的前列腺癌中发生CHD1病变[9]。虽然CHD1突变与ETS融合是相互排斥的，但CHD1失活与PTB/POZ蛋白突变和MAP3K7缺失同时发生，提示这些病变与CHD1缺失协同导致前列腺肿瘤发生。CHD1失活增加Oct4和Nanog的表达并增强干细胞特性。此外，CHD1是ES细胞决定染色质状态和多分化性所必需的，也是体细胞重编程所必需的。CHD2也是激素反应性的，因为在妊娠期间机体释放的人绒毛膜促性腺激素会引起CHD2的转录。CHD2也调节H3占用率，与CHD1一样，微卫星不稳定性高的结直肠肿瘤存在CHD2突变。部分研究表明CHD2在慢性淋巴细胞白血病（chronic lymphocytic leukemia，CLL）和单克隆B淋巴细胞增多症中失活。CLL中CHD2突变与免疫球蛋白重链可变区编码基因突变有关，CHD2在结直肠癌中也被下调[10]。CHD2还与神经发育有关，因为CHD2的单倍体与神经缺陷有关，包括发育迟缓、智力残疾、癫痫和行为异常，CHD2小鼠的生存能力受损、生长延迟和脊柱前屈畸形，所以CHD2对发育的影响远比对肿瘤的大。此外，一项同源小鼠回交研究发现，CHD2是一个候选肥胖基因，CHD2突变等位基因的杂合性与髓外造血和淋巴瘤易感性有关，证据表明CHD1在前列腺中具有抑癌作用，并且在某些情况下促进肿瘤发生。

2 CHD第二家族亚类：CHD3、CHD4和CHD5

CHD第二家族亚类蛋白控制着转录和DNA损伤修复，包括细胞增殖、衰老和凋亡的有效调节因子[11]。CHD5是一个肿瘤抑制因子，其失活是多种癌症发生的基础。CHD4和CHD3中较小程度的改变也能导致癌症的发生，这些成员的丧失或失活与化疗耐药性、上皮间质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）、转移和患者较差的总生存率有关。CHD5是一种高度剂量依赖性的肿瘤抑制因子。环境、DNA甲基化、miRNA、DNA肿瘤病毒编码的致癌基因、染色质调节因子、转录因子和信号通路是CHD第二家族亚类蛋白成员的上游因素。CHD5启动子甲基化的神经母细胞瘤细胞中，抑制DNA甲基转移酶（DNA methyltransferase 3B，DNMT3B）的表达，从而降低CHD5甲基化并激活其转录，miR211和miR454分别在结直肠癌和肝癌中靶向和降解CHD5 mRNA[12]。染色质域调控因子JMJD2A抑制RAS介导的衰老驱动转化，JMJD2A同样被证明可以抑制RAS诱导CHD5表达的能力，从而影响下游p53介导的通路。CHD5的启动子具有转录因子LEF1/TCF、SP1和AP2的结合位点，提示CHD5受WNT/β-catenin通路组分的转录调控。异常的胰岛素样生长因子1 （insulin-like growth factor 1，IGF-1）信号通路可促进CHD5启动子高甲基化，从而抑制CHD5表达，进而驱动肝癌的发生。RAS通常诱导CHD5表达，但JMJD2A的异常上调会抑制CHD5的激活。CHD5是核小体重构和去乙酰酶（NURD）复合物的组成部分[13]。CHD5通过转录激活CDKN2A抑制增殖，这与CDKN2A编码p16Ink4a和p19Arf等肿瘤抑制基因有关。

CHD4也是NURD的一个组成部分，也是一个染色质重塑分子、调节转录、增殖和DNA损伤修复[14]。CHD4与CHD5一样具有较强的ATP酶活性。体外实验表明CHD4不能像CHD5那样有效地展开核小体。然而，不同CHD第二家族亚类成员在体内的区别目前尚不清楚。在转化过程中，MYC增强了CHD4与MTA和NURD的交互作用。HPV16癌蛋白E7与CHD4结合激活组蛋白去乙酰化酶活性并增强细胞增殖，含有CHD4的NURD复合物与含有CHD5的复合物相互排斥。CHD4与BRD4/NSD3、ZFHX4、p300乙酰转移酶、p300/ GATA4、TWIST和HSF相互作用[15]，CHD4下游的因子包括其转录靶点。CHD4已被证明可以将组蛋白去乙酰化酶活性与结肠直肠癌启动子的高甲基化结合。CHD4与NAB2相互作用，调节编码早期生长反应（EGR）的基因表达。CHD4被招募到MBD2/p66a结合的甲基化DNA中，这种相互作用在乳腺癌中消失。CHD4抑制E-钙黏素从而抑制肺癌细胞EMT和转移。CHD4病变包括其在子宫内膜癌和子宫浆液癌中的突变[16]，这可能与CHD5中的单核苷酸多态性与子宫内膜异位症相关。CHD4在胶质母细胞瘤中维持肿瘤起始细胞。与CHD5一样，CHD4在DNA损伤反应中发挥作用。有报道CHD4缺乏与BRCA突变细胞化疗的耐药性相关，靶向CHD4能够阻滞肝癌细胞生长，表明CHD4具有抑癌作用。CHD3与CHD4一样，与转录辅抑制子NAB2相互作用，抑制EGR靶基因的表达，参与了DNA损伤修复反应[17]。

3 CHD第三家族亚类蛋白：CHD6、CHD7、CHD8和CHD9

第三家族亚类蛋白也参与转录调节、细胞增殖和DNA损伤修复，在癌症中不受调控，并影响患者的总体生存率。但是这个亚家族成员的突变也很严重影响发育和恶性肿瘤。此外，与CHD第一家族亚类蛋白相似，第三家族亚类成员的失活与患者生存提高相关，表明该亚家族成员具有致癌和抑癌功能。CHD8是AR的协调因子，AR响应基因TMPRSS2的转录激活需要CHD8。CHD8转录调控WNT/β-catenin通路和细胞周期调节因子的编码成分，并对与癌症和神经发生有关的基因表达产生影响。CHD8通过招募组蛋白H1到WNT靶基因启动子来抑制β-catenin信号通路。CHD8通过招募组蛋白H1的能力抑制p53介导的细胞凋亡[18]，该过程发生在胚胎发生过程中。CHD8在乳腺癌中发生突变，在36%的胃癌和29%的结肠直肠癌中发生突变，在前列腺癌中由于启动子甲基化而沉默。CHD8在CpG甲基化表型阳性结肠直肠癌中发生突变，CHD8突变与CIMP1阳性、微卫星不稳定性以及BRAF、KRAS和p53突变相关。BCR-ABL驱动的急性淋巴细胞白血病小鼠模型发现，CHD8敲除可导致细胞凋亡，提示靶向CHD8是一种有效的治疗B淋巴恶性肿瘤的方法[19]。急性髓系白血病（acute myeloid leukemia，AML）小鼠模型的遗传筛查显示，BRD4通过h3k36特异性甲基转移酶NSD3维持AML的能力需要CHD8。胃癌中高CHD8的表达与患者良好的预后相关。CHD8核表达增强已被证明与前列腺癌患者生存期降低和转移增加有关。因此，尽管一些报道表明CHD8具有抑制肿瘤的功能，但一些研究提出CHD8具有更强的促癌能力作用。CHD7突变在小细胞肺癌中有一个外显子3～7的帧内复制，或与PVT-1融合表达。研究表明吉西他滨对CHK1磷酸化依赖的DNA损伤修复有抑制作用，在皮肤T细胞淋巴瘤中，CHD7和ES细胞基因异常上调导致干细胞样特征。与CHD5促进p53介导的细胞凋亡相反，CHD7似乎抑制了p53介导的细胞凋亡。结肠直肠癌中存在CHD7的功能缺失突变与BRAF、p53和KRAS的突变相关，但CHD7在皮肤T细胞淋巴瘤中的表达增强，与CHD7促进肿瘤发生的结论一致，低水平的CHD7蛋白表达与胰腺癌患者生存增强相关。CHD7缺失通过ATR介导的CHK1磷酸化引发DNA损伤，增强了胰腺癌细胞对吉西他滨的敏感性。CHD7的消耗可能通过增加细胞死亡而使目前的治疗更加有效，至少在胰腺癌中是这样。其余第三家族亚类蛋白CHD6和CHD9在癌症中的作用目前尚不清楚。CHD6在结肠直肠癌和膀胱移行细胞癌中均发生突变。此外，有研究表明，CHD6与许多其他CHD蛋白一样，调节DNA损伤修复。CHD9在癌症中起作用的证据目前尚缺乏说服力，但CHD9突变已在胃癌和结肠直肠癌中被报道。CHD第三家族亚类成员，特别是CHD8，是重要的癌症基因。然而，与第二家族亚类成员的抑癌作用形成鲜明对比的是，第三家族亚类成员在某些情况下也具有促癌作用，抑制它们被证明是一种有效的治疗策略[20]。

4 总结

CHD蛋白家族的不同成员拥有各自的特点且具有高度可变的功能。虽然第二家族亚类成员被认为是强大的肿瘤抑制因子，但第一家族亚类和第三家族亚类成员在某些情况下具有肿瘤抑制能力，但在其他情况下具有致癌能力。每个亚家族成员的病变可以用来预测肿瘤亚型和预测患者的生存。尽管活化CHD第二家族亚类成员可能是一种有效的治疗策略，但灭活CHD第一家族亚类和第三家族亚类成员可能克服化疗耐药的特点，CHD第二家族亚类蛋白的双面作用有待进一步研究。