MLL3/KMT2C突变介导肿瘤发生发展的生物学机制及其临床意义

李远良，陈 皇，谭煌英

（1.北京中医药大学，北京 100029；2.中日友好医院 病理科，北京 100029；3.中西医结合肿瘤内科，北京 100029）

髓样/淋巴或混合谱系白血病蛋白3（myeloid/lymphoid or mixed lineage leukemia3，MLL3），又名赖氨酸甲基转移酶2C（lysine methyltransferase 2C，KMT2C），为KMT2 家族的成员之一，位于7q36.1，具有65 个外显子，编码一种核蛋白，是对组蛋白3 赖氨酸4（histone 3 lysine 4，H3K4）进行甲基化修饰的酶，H3K4 甲基化通常与转录活性相关，二甲基和三甲基化的H3K4 与基因启动子的激活有关，而单甲基化则与基因增强子[1，2]有关。MLL 家族基因被认为与组织的生长调控、肿瘤发生有关。MLL3 被发现镶嵌于一种与SET1 相关的蛋白复合物中，该复合物在人类中有6 种亚型。MLL3/4 蛋白复合物是调节基因增强子区H3K4 单甲基化的重要的复合物，MLL3 蛋白复合物是包含9 个亚基的巨大复合物[3]。

数据显示，MLL3 在肿瘤中突变率最高的前20 种基因中排第7 位[4]。该突变在多种肿瘤中存在，MLL3 在12 种肿瘤（乳腺癌、肺腺癌、肺鳞状细胞癌、子宫内膜癌、胶质母细胞瘤、头颈鳞状细胞癌、结肠和直肠癌、膀胱尿路上皮癌、肾透明细胞癌、卵巢浆液性癌和急性髓细胞性白血病）中的突变率为0.5%～24.5%[5]。大多数肿瘤组织普遍突变及较高的突变率预示着其在肿瘤的发生发展中具有重要作用，现将MLL3 突变致癌的生物学机制和临床意义综述如下。

1 生物学机制

1.1 与血液病相关的机制

MLL 家族被称为髓样/淋巴或混合谱系白血病蛋白，MLL3 的突变，缺失及基因的低表达在白血病的发生中似乎扮演着重要的角色。染色体易位最常见的MLL 突变方式。染色体易位将MLL 基因与伴侣基因融合，形成新的融合蛋白，促进了白血病的发生[6]。另有研究表明，MLL3 的丢失可能通过促进骨髓生成而促进骨髓增生异常综合征和急性髓细胞白血病（acute myelocytic leukemia，AML）的发展[7]。另外，MLL3 基因表达的减少，可与其他在染色体7q的因子协同促进AML 的发生[8]。在中国的AML 和结直肠癌家系中发现MLL3 基因的胚系突变造成的DNA 甲基化的异常可能是家系患者致病的原因[9，10]。近年来的二代测序也发现了MLL3 的无义突变导致的杂合性缺失可促进人类嗜T 细胞病毒诱导的急性T 细胞白血病的发生[11]。

1.2 与长链非编码RNA（long non-coding RNA，LncRNA）和Piwi 蛋白互作的RNA（piRNA）的相互作用

非编码RNA 可与MLL3 相互作用，调控基因的表达。Wang 等人发现LncRNA SSTR5-AS1 通过与MLL3 相互作用，增加MLL3 和H3K4me3 在生长抑素受体5 启动子区域的富集，进而诱导抑癌基因生长抑素受体5 在喉鳞癌中的转录[12]。另外，在乳腺癌等肿瘤中高表达的LncRNA HOTAIR 可通过与MLL3 的相互作用介导抑癌基因沉默，其作用机制亦跟启动子的活性相关[13]。He 等人也发现了piRNA 可通过诱导H3K4 甲基化/H3K27 去甲基化，有效地上调了促凋亡蛋白肿瘤坏死因子相关的凋亡诱导配体的转录，从而抑制了肿瘤生长[14]。

1.3 细胞衰老

细胞衰老机制的缺失被认为是肿瘤细胞无限增殖的可能原因。Xia 等人发现MLL3 可促进食管鳞癌细胞衰老，其mRNA 水平在食管鳞癌组织存在下调。敲除MLL3 可下调衰老因子p21、p27 及p53 mRNA 水平，而MLL3 过表达则可上调衰老因子水平[15]。研究发现MLL3 在年龄＞50 岁的乳腺癌患者的突变率高于＜50 岁的患者，可能反映了MLL3 的突变与细胞衰老的相关性[16]。

1.4 细胞周期

细胞周期的紊乱是肿瘤发生的重要机制，调控细胞周期的各类分子的异常都可引起肿瘤的发生。Dawkins 等人对8 种人胰腺细胞株的实验显示，在耗尽甲基转移酶的情况下，细胞增殖减弱，其原因可能是阻滞了细胞周期。MLL3 和MLL2 被敲除后的基因集富集分析显示，与细胞周期和生长相关的基因出现了显着下调[17]。袁志青等人发现，MLL3 受到小干扰RNA 干扰表达下调后，人肝癌细胞HepG2 的增殖受到明显抑制，流式细胞仪检测发现细胞主要阻滞在S 期。MLL3 为H3K4 单甲基转移酶，该基因表达沉默后，组蛋白的正常修饰被阻断，可能出现细胞周期阻滞在S 期的情况，从而抑制了细胞的增殖[18]。

1.5 DNA 损伤修复

DNA 修复是指细胞中受到损伤的DNA 分子在多种酶的作用下恢复正常的DNA 序列结构和维持遗传信息相对稳定的细胞反应。DNA 修复系统的异常可导致肿瘤的发生。MLL3 活性低的膀胱癌细胞缺乏同源重组介导的双链断裂DNA 修复，可使细胞受到更大的内源性DNA 损伤，导致了基因组不稳定性，促进了肿瘤的发生[19]。另有实验表明，为了抵抗阿霉素诱导的DNA 损伤，MLL3/4 协同ASCOM 复合体，提高了H3K4 甲基化水平，激活P53，使内源性P53 靶基因表达增加，参与P53 抑制肿瘤的途径[20]。

1.6 肿瘤干细胞

肿瘤干细胞对肿瘤的存活、增殖、转移及复发有着重要作用。肿瘤干细胞通过自我更新和无限增殖维持着肿瘤细胞群的生命力。MLL3 相关的H3K4 甲基化被认为与干细胞的的自我更新相关[21]。MLL3 还对肿瘤干细胞的增殖和转化具有调控作用，Gervais 发现了MLL3 能调节肠干细胞的增殖，其缺失导致EGFR 蛋白水平升高，促进了肠干细胞的自我更新，使肿瘤样干细胞过度生长[22]。另有一研究发现，胃上皮细胞中MLL3-shRNA 的敲除促进了上皮向间充质转化，间充质转化相关蛋白表达增强。MLL3 基因敲除后，胃上皮细胞的迁移和侵袭增加47～88 倍[23]。

总之，MLL3 基因的突变改变了染色质的表观遗传状态，影响了基因的转录。在MLL3 野生型情况下，染色质的表观遗传调控处于平衡状态。MLL3 复合体可被BAP1 复合体招募至增强子，催化H3K4me1，增强基因的转录。然而，在具有MLL3 突变的肿瘤中，MLL3 复合物未被募集至BAP1 依赖的增强子上，抑制性的H3K27me3 水平增加，导致增强子染色质的表观遗传状态失衡，染色体稳定性增高，转录活性降低，可能导致了肿瘤抑制基因的沉默[24]。

2 临床意义

2.1 预后

MLL3 在肿瘤中的突变倾向于提示不良的预后。王等人在乳腺癌、肝癌、肺癌、非小细胞肺癌和膀胱癌中发现，在植物同源结构域附近的KMT2C 突变的患者的预后明显差于比在植物同源结构域外的突变和野生型的患者[24]。此外，存在KMT2C 的突变的转移性激素难治性乳腺癌的疾病进展时间较无KMT2C 突变的患者明显缩短[25]。在弥散性胃腺癌KMT2C 突变与肿瘤的晚期和总体生存率的降低有关[23]。一些学者认为MLL3 突变预示着较好的预后[17，26]。

2.2 治疗

研究表明，组蛋白甲基转移酶抑制剂可成为MLL3 突变的乳腺癌治疗的潜在药物，其能通过三甲基化H3K27降低增强子的活性，例如GSK126，可恢复KMT2C 突变乳腺癌细胞中基因表达[24]。另外，MLL3 的低表达可能成为聚腺苷酸二磷酸核糖基聚合酶1/2 （poly ADP-ribose polymerase 1/2，PARP1/2）抑制剂治疗的潜在靶点。在膀胱癌细胞中MLL3 下调导致表观遗传状态以及DNA 损伤反应和修复基因表达的广泛变化可被PARP1/2 抑制剂逆转[19]。在药物的疗效方面，McNeer 等人分析比较了28 例原发化疗耐药或诱导化疗失败患者的二代测序数据，发现MLL3 突变与儿童AML 的化疗耐药相关[27]。Rabello 等人也发现了MLL3 与慢性髓细胞白血病的进展和对伊马替尼的反应率相关，MLL3 表达的降低还与与较晚的疾病分期相关[28]。

3 结语及展望

MLL3/ KMT2C 是在多种肿瘤中是较为常见的突变基因，这些突变通常与肿瘤的发生有关，在临床上值得我们进一步关注。目前对MLL3 的研究主要集中在欧美国家，国内则较少。研究内容主要停留在基础研究上，即对肿瘤的发生机制上，主要涉及小RNA、细胞衰老、细胞周期、DNA 损伤修复、肿瘤干细胞等的调控。也有部分研究探索了MLL3 突变与临床特征和治疗的相关性，对临床上认识和了解MLL3 突变的临床意义卓有裨益。

综上，MLL3 通过调节基因表达的增强子，调控基因的转录，调节原癌基因及抑癌基因的平衡。MLL3 基因各突变类型，如错义变化或无义突变，特别是发生在植物同源结构域的突变，可能改变了其蛋白质结构，导致其功能降低或缺失。突变后的MLL3 蛋白可能阻止了增强子活性构象的形成，抑制肿瘤基因的转录。对MLL3 的研究，在组蛋白甲基化修饰、增强子的调控方面丰富了肿瘤表观遗传的内容，有助于表观遗传药物的开发与应用，为肿瘤的治疗提供新的靶点。