蛋白质精氨酸甲基转移酶1在慢性肝病及原发性肝癌中的作用机制

颜方芷 张 新 谢渭芬

慢性肝病（CLD）是全球范围内常见的疾病，据统计，2017年全球约有15亿人患有CLD；与2000年相比，2015年CLD和肝硬化的发病率升高了13%[1]。CLD包括病毒性肝炎、非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）和酒精性肝病（ALD），迁延不愈的CLD可能会导致肝功能衰竭，甚至发展为原发性肝癌（简称肝癌）。研究表明，磷酸化、甲基化、乙酰化、泛素化和类泛素化等蛋白质翻译后修饰（PTM）与CLD的发生、发展密切相关[2-5]。精氨酸甲基化是一种普遍存在的PTM，主要是通过蛋白质精氨酸甲基转移酶（PRMT）催化实现的。PRMT催化S-腺苷甲硫氨酸（SAM）的甲基，使甲基转移至底物蛋白的精氨酸位点上，从而使其胍基的氮原子发生单甲基化或双甲基化[6-7]。目前已发现人体内有9种PRMT，根据其催化产物的不同分为 3类：Ⅰ型 PRMT（PRMT1、2、3、4、6、8）可以催化生成单甲基精氨酸（MMA）和非对称二甲基精氨酸；Ⅱ型PRMT（PRMT5、9）可以催化生成MMA和对称二甲基精氨酸；Ⅲ型PRMT（PRMT7）只能催化生成MMA[8]。PRMT1在肝脏免疫、糖脂代谢及细胞增殖等方面发挥着重要作用，且与多种肝脏疾病的发生、发展相关。本文就PRMT1在CLD及肝癌中的作用机制作一综述。

1 PRMT1的分型及功能

PRMT1是Ⅰ型PRMT的主要成员，其有1个SAM结合位点和3个多肽结合位点[9]。PRMT1广泛分布于机体各个部位，可以催化哺乳动物细胞内85%以上的精氨酸甲基化修饰，主要有3种亚型（PRMT1v1～v3），其中v1亚型主要表达于肝脏、肾脏、肺和骨骼肌，而在心脏和胰腺中其表达水平相对较低；v2亚型主要表达于肝脏、肾脏及胰腺；v3亚型在机体各部位中的表达水平远低于v1和v2亚型[10]。PRMT1的底物包括组蛋白H4和非组蛋白。PRMT1可以催化组蛋白H4的精氨酸残基发生非对称二甲基化，产生H4R3me2a，促进基因转录[11]。PRMT1也可以非对称性甲基化修饰非组蛋白，例如转录因子 [肝细胞核因子 4α（HNF4α）和NF- B][12-13]、免疫调节分子TANK结合激酶1（TBK1）[14]、DNA损伤修复关键蛋白（FEN1和RUNX1）[15-16]，以及细胞周期蛋白依赖性激酶4（CDK4）[17]等，参与调控基因表达、调节细胞免疫应答和修复DNA损伤，并影响细胞周期调控，在多种生物学过程中发挥着重要作用。

研究表明敲除PRMT1基因可导致早期胚胎死亡，这提示PRMT1对胚胎发育有着重要影响[18]。此外，PRMT1在调节大脑生理功能及维持心肌稳态等过程中也发挥着重要作用[19-20]。目前已发现PRMT1与多种疾病的发生、发展密切相关，包括哮喘[21]、癫痫[22]、神经退行性病变[23]及恶性肿瘤[24]等。PRMT1还在肝脏的多种病理、生理过程中发挥着重要作用，参与调控肝脏免疫、糖脂代谢、细胞增殖和氧化应激等生物学过程，与CLD及肝癌的病程密切相关。

2 PRMT1在CLD中的作用机制

2.1 病毒性肝炎

PRMT1在病毒性肝炎的病程中发挥着重要作用。首先，PRMT1可以影响病毒的复制。研究表明，PRMT1过表达可以显著抑制HBV的转录，染色质免疫共沉淀（ChIP）-qPCR法分析结果显示PRMT1可以被直接招募到HBV的共价闭合环状DNA区域，发挥其抑制病毒转录的作用，而这一过程中PRMT1的甲基化靶点仍有待探究[25]。非结构蛋白3（NS3）是一种丙型肝炎病毒（HCV）蛋白，具有蛋白酶和解旋酶活性，可促进病毒复制。PRMT1能甲基化NS3的精氨酸467位点，抑制其解旋酶活性，从而抑制HCV增殖[26]。另有研究报道，在丁型病毒性肝炎的病程中，PRMT1能甲基化修饰丁型肝炎抗原（S-HDAg）的精氨酸13位点，增强S-HDAg的核定位信号，进而反式激活丁型肝炎病毒的复制，而使用甲基化抑制剂AdoHcy和AdOx抑制PRMT1的催化功能则可以显著抑制病毒增殖[27]。其次，PRMT1可以调控宿主抗病毒免疫反应。信号转导与转录激活因子1（STAT1）介导的干扰素信号通路活化是启动机体先天性免疫反应对抗病毒感染的重要步骤。研究发现，机体感染HBV或HCV时，PRMT1能够甲基化STAT1的精氨酸31位点，抑制STAT1与其活性抑制分子PIAS1的结合，促进STAT1靶向DNA启动下游基因表达，增强机体抗病毒免疫反应[28]。

机体感染肝炎病毒后，PRMT1的功能会受到多方面影响。HBV与HCV感染能够上调蛋白磷酸酶2A（PP2A）的表达，而PP2A与PRMT1结合可催化PRMT1的S297位点发生磷酸化，抑制PRMT1的活性，从而阻止PRMT1发挥对HBV及HCV增殖的抑制作用，并影响宿主免疫反应[29-30]。同时，PP2A还可抑制PRMT1甲基化修饰组蛋白H4，影响DNA损伤修复，增高病毒性肝炎进展为肝癌的风险[31]。此外，乙型肝炎病毒X蛋白（HBx）也能通过与PRMT1结合抑制PRMT1的催化功能，从而促进乙型病毒性肝炎的进展[25]。

2.2 NAFLD

NAFLD与肥胖及2型糖尿病密切相关。PRMT1在糖尿病模型db/db小鼠及NAFLD患者的肝脏中高表达，这提示PRMT1可能在肝脏糖脂代谢中扮演着重要角色[32-33]。研究发现，PRMT1通过结合天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶-8（Caspase-8）和Fas相关死亡结构域样凋亡调节因子（CFLAR），并介导CFLAR的泛素化降解，激活c-Jun氨基末端激酶（JNK）信号通路，进而促进肝脏脂肪合成，引发脂肪性肝病[34]。过氧化物酶体增殖物激活受体-γ共激活因子-1α（PGC-1α）是一种转录共激活因子，参与肝脏胆固醇代谢、脂肪酸氧化和糖异生等生物学过程[35-36]。经棕榈酸处理的肝细胞中PRMT1的表达水平升高，同时硫氧还蛋白互作蛋白（TXNIP）诱导的PGC-1α及脂肪生成相关基因的表达水平也升高，敲除PRMT1基因则会抑制脂肪生成相关基因的表达，这提示TXNIPPRMT1-PGC-1α信号轴在NAFLD中发挥着重要调控作用[32]。此外，PRMT1可以甲基化修饰PGC-1α蛋白C端E区域的多个精氨酸位点，增强PGC-1α活性，上调下游糖异生相关基因的表达。体外实验证实，肝细胞中PRMT1过表达可以显著提高肝细胞的糖异生水平；在分别由链脲菌素、高脂饮食诱导的1型糖尿病、2型糖尿病模型小鼠中，特异性敲除肝细胞PRMT1基因可显著降低模型小鼠的血糖水平[33]。PRMT1还能催化叉头框转录因子O1（FoxO1）的精氨酸248和250位点，使之发生甲基化，抑制蛋白激酶B（Akt）介导的FoxO1磷酸化，从而增强其核定位信号，上调下游糖异生相关基因的表达；在糖尿病模型db/db小鼠中，特异性敲除肝细胞PRMT1基因会促进FoxO1磷酸化，抑制小鼠肝脏糖异生，降低小鼠的血糖水平[37]。以上研究表明PRMT1在维持肝脏糖脂代谢平衡中发挥了重要作用，这提示靶向PRMT1治疗可能可以缓解NAFLD病情。

2.3 ALD

已有文献报道，酒精性脂肪性肝病模型小鼠和酒精性肝炎患者的肝脏组织中PRMT1的表达水平较高，这提示PRMT1与ALD的病程相关[38-39]。但是关于PRMT1在ALD病程中所起的作用仍存在争议。Schonfeld等[40]发现PRMT1能甲基化RNA结合蛋白hnRNP，降低肝细胞补体C3和C5的表达水平，抑制乙醇诱导的肝损伤小鼠肝脏补体系统激活。PRMT1还通过调节氧化应激反应和亚硝化应激抑制乙醇诱导的肝脏炎性反应，同时通过调控促凋亡基因和HNF4α的表达减少细胞凋亡，从而促进肝细胞再生；特异性敲除肝细胞PRMT1基因会加重乙醇刺激所导致的小鼠肝脏炎性反应程度，导致肝细胞凋亡增多，甚至会促进乙醇相关肝脏肿瘤的发展[41-42]。以上研究提示，在ALD病程中PRMT1对肝脏起着保护作用，但也有学者认为PRMT1是促进酒精性脂肪性肝病病情发展的危险因素。Wang等[39]的研究发现，敲低PRMT1基因表达能够显著下调酒精性脂肪性肝病小鼠肝脏中IL-1 、IL-6、TNF-α等炎性因子的表达，并升高谷胱甘肽和超氧化物歧化酶的水平，从而抑制肝脏炎性反应和肝细胞凋亡，减轻肝损伤。

3 PRMT1与肝癌

3.1 PRMT1在肝癌中的作用机制

PRMT1在肝细胞癌（HCC）患者的肿瘤组织中表达上调，其表达水平与HCC患者的总体生存率呈负相关[43-44]。在肝癌细胞中，PRMT1可以通过激活转化生长因子- （TGF- ）信号通路促进肿瘤细胞上皮-间质转化（EMT）[45]，也能通过调控细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂1A（CDKN1A）、细胞周期蛋白B1（Cyclin B1）和Cyclin D1的表达促进肿瘤细胞增殖[42,44]。PRMT1还可以激活STAT3信号通路，促进肿瘤细胞的恶性表型[46]。在肝癌启动细胞（LCIC）中，PRMT1能被转录因子TBX19招募到线粒体裂变因子（MFF）的启动子区域，甲基化组蛋白H4R3，激活MFF，促进LCIC的线粒体分裂，从而增强LCIC的自我更新和致瘤能力；在免疫缺陷小鼠中敲低PRMT1基因表达能显著降低LCIC的成瘤能力并抑制肿瘤生长[47]。在二乙基亚硝胺（DEN）注射和乙醇喂养诱导的乙醇相关肝脏肿瘤小鼠模型中，巨噬细胞中的PRMT1可促使巨噬细胞极化成肿瘤相关巨噬细胞，升高IL-6的表达水平，进而激活肿瘤细胞的STAT3信号通路，促进肝脏肿瘤细胞增殖[48]。此外，有研究表明在人HCC组织标本中，程序性死亡配体-1（PDL-1）、PDL-2的水平与PRMT1基因水平呈正相关；该研究还发现，敲除PRMT1基因能够显著下调DEN诱导的HCC小鼠肝脏肿瘤中PDL-1和PDL-2的表达，这提示PRMT1与肿瘤免疫有着密切关系，可能可以作为肿瘤免疫治疗的潜在切入点[49]。

3.2 靶向PRMT1治疗肝癌

已有研究表明PRMT1在肝癌进展中发挥着重要作用，这提示靶向抑制PRMT1表达可能可以为肝癌的治疗提供新的方向。Li等[50]的研究发现，miRNA-503能与PRMT1 mRNA的3'-非翻译区（UTR）结合，抑制PRMT1表达，从而发挥抑制肿瘤侵袭、转移及EMT的作用，为肝癌提供了潜在的治疗途径。

近年来，越来越多的PRMT1小分子化合物抑制剂相继问世，在白血病、淋巴瘤、乳腺癌及胰腺癌的治疗中显示出良好的效果，这也为肝癌的治疗提供了更多选择[51-52]。根据结合位点的不同，PRMT1抑制剂主要分为多肽结合位点抑制剂和SAM结合位点抑制剂。AMI和MS023属于多肽结合位点抑制剂，体外实验表明两者均能显著抑制肝癌细胞增殖[42,53]。另有研究表明，特异性小分子DCLX069和DCLX078通过与SAM位点结合发挥抑制PRMT1表达的作用，进而抑制肝脏肿瘤细胞的增殖[54]。此外，小分子化合物Furamidine可同时与PRMT1的SAM位点和多肽结合位点结合发挥抑制作用，在移植瘤模型裸鼠体内，Furamidine能显著抑制LCIC的成瘤能力及肿瘤细胞的增殖[47]。GSK3368715是目前唯一进入临床试验阶段的PRMT1抑制剂，其通过与多肽底物竞争结合位点以抑制PRMT1活性，该抑制剂主要用于治疗实体瘤及弥漫性大B细胞淋巴瘤[52]，但目前尚无其被用于治疗肝癌的相关研究报道。此外，PRMT1抑制剂在CLD治疗中的作用也有待进一步探索。

4 总结和展望

PRMT1催化的精氨酸甲基化是表观遗传修饰的重要组成部分，PRMT1在肝脏中发挥着复杂的作用。PRMT1通过调控肝炎病毒复制及机体免疫以影响病毒性肝炎的进展，其还参与肝脏的糖脂代谢、细胞增殖和氧化应激等生物学过程，并在NAFLD及ALD的病程中发挥着重要作用。此外，PRMT1与肝癌的发生、发展过程密切相关。目前关于PRMT1在CLD中作用的研究基础较薄弱，比如有关PRMT1在病毒性肝炎中作用的研究大多数仍停留在体外实验阶段，而PRMT1在ALD病程中所发挥的作用仍存在争议，因此需要开展进一步研究探索PRMT1在各类CLD中所发挥的作用及其机制。此外，肝脏中的细胞种类繁多，为了更深入细化地探究PRMT1的功能，特异性敲除不同肝细胞PRMT1基因的模式小鼠应该被广泛应用于各类CLD研究中，为靶向PRMT1治疗CLD提供更多的数据支持。

目前仅有少数靶向抑制PRMT1的小分子抑制剂被用于有关肝癌治疗的研究，这些药物在肝癌中作用的下游机制仍需进一步明确，同时其安全性也有待验证。此外，关于PRMT1抑制剂在病毒性肝炎、ALD及NAFLD中作用的报道较少。迄今为止，只有GSK3368715这一小分子药物顺利进入临床试验阶段。因此，亟待筛选出更多安全性、特异度均较高的药物。