组蛋白甲基转移酶在肾透明细胞癌中的相关研究进展

于政一，张诚

作者单位：哈尔滨医科大学附属第一医院泌尿外科，黑龙江 哈尔滨 150000

肾细胞癌（renal cell carcinoma，RCC）又被称作肾癌，是由肾小管上皮细胞病变而形成的恶性肿瘤，约占全球恶性肿瘤的2%，占成人肾脏恶性肿瘤的80%～90%，其中肾透明细胞癌亚型最为常见，约占所有肾癌病人的90%左右［1］。肾癌的形成与多种因素有关。近年来有研究表明表观遗传调控在恶性肿瘤的发生发展中起着重要作用，其能够在不改变DNA基因序列本身的情况下引起基因的可遗传活性改变，从而广泛地参与人体生长发育、代谢以及多种生命调节过程［2］。当细胞内单一基因的缺陷时，对细胞并不产生杀伤作用，而两种或两种以上基因同时缺陷时才可以杀伤细胞，我们将这一现象称为协同致死效应［3］。细胞自噬是一种分解代谢过程，细胞质组分被溶酶体降解，并参与生理和病理反应［4］。有研究结果表明组蛋白甲基转移酶（SET domain containing 2，SETD2）在人肾透明细胞癌中存在缺失或突变，进一步研究发现其表达水平高低与肾透明细胞癌病人的预后明显相关［5］。

1 SETD2概况及其生理学功能

1.1 SETD2基因简介SETD2首先从人类造血干细胞中分离出来，被认为与亨廷顿病有关，为哺乳动物表观遗传调控的一个重要基因［6］。其位于人体第3号染色体短臂的2区1带（3p21.31），是鼠setd2基因的同源基因，长度约为147 kb，其内包含23个外显子和22个内含子。SETD2基因编码的SETD2蛋白是体内唯一催化组蛋白3第36位赖氨酸甲基化为三甲基状态的酶［7］。SETD2蛋白在人体内多种细胞和组织内明显表达，蛋白分子量约230 kDa，其中由2 564个氨基酸残基构成。SETD2蛋白主要由6个亚单位组成：①SET结构域，具有组蛋白甲基化转移酶活性；②AWS结构域，主要与SET结构域相结合；③PostSET结构域，SET结构域后富含半胱氨酸的模体；④LCR结构域，主要由230个氨基酸残基组成，此区域内绝大多数氨基酸不携带电荷；⑤ww结构域，位于C端，主要由127个氨基酸残基组成，在真核生物内广泛表达；⑥SRI结构域，位于SETD2的C端末尾，与RNA聚合酶Ⅱ相互作用并与组蛋白甲基化相关［8］。SETD2主要是参与组蛋白甲基化修饰、转录调控以及DNA损伤修复等多种生物学功能。

1.2 SETD2蛋白的生理学功能

1.2.1 维持基因组稳定及参与转录调节SETD2对维持生物体内基因组的稳定性具有重要作用。SETD2的SET结构域能够使组蛋白3第36位赖氨酸甲基化，特异性催化H3K36me3从而促进转录延伸。p53基因是人体维持基因稳定性的重要基因，SETD2中包含的SET结构域和WW结构域通过与p53相互作用使其活性增强，从而增强p53的蛋白稳定性。而SETD2缺失时会导致p53的目的基因下调，使p53的泛素化降解增加，从而破坏基因组的稳定性，继而引起肿瘤的发生与发展［9］。SETD2通过增强p53的蛋白稳定性来参与转录调节并维持基因组稳定。

1.2.2 参与DNA损伤修复DNA损伤是复制过程中DNA核苷酸序列永久性改变，并导致遗传特征改变的现象，而损伤修复失败会对基因组稳定性造成严重影响，从而导致恶性肿瘤的发生。DNA双链断裂是DNA损伤的一种形式，DNA修复失败是肿瘤的一种重要特性［10］。SETD2作为一种抑癌基因，其蛋白质在DNA损伤修复中具有重要作用，通过促进C端结合蛋白作用蛋白聚集从而对DNA损伤部位进行修复，精确的同源重组修复可以维持DNA的稳定。有文章表明SETD2和H3K36甲基化通过同源重组（HR）参与DNA损伤修复［11］。

SETD2还可能通过蛋白-蛋白相互作用直接影响p53的活性及其下游靶标的激活。DNA错配修复（MMR）被认为是确保基因组稳定性的生物学途径［12］。SETD2和H3K36me3参与人类DNA错配修复，SETD2与H3.1K36和H3.3K36相互作用并使其三甲基化产生的H3K36me3将MutSα募集到染色质上，然后与染色质相关的MutSα执行其正常的基因组维持功能。当H3G34被较大的侧链残基（如精氨酸，缬氨酸或天冬氨酸）取代或H3K36被三甲基化时，MutSα均不会募集到染色质上，这就会导致MMR缺乏并最终导致肿瘤发［13］。当SETD2发生基因突变时，可能会导致基因组结构不稳定从而影响转录水平，进而影响细胞增殖、细胞分化和细胞死亡多种生物学过程［14］。在正常细胞中，SETD2可以通过两种DNA损伤修复途径来保障DNA的正常复制过程，从而减少基因突变的产生。

2 SETD2与肾透明细胞癌

2.1 SETD2在肾透明细胞癌存在突变有资料表明SETD2基因在许多肿瘤中存在缺失或突变，尤其在肾透明细胞癌中常出现第3号染色体短臂（3p21区）的缺失和突变，造成SETD2基因的C-端缺失［15］。SETD2是肾透明细胞癌的第三大突变基因，其突变率仅次于VHL和PBRM1，在将近15.6%的肾透明细胞癌病人中发现SETD2基因存在突变［16］。

研究人员通过蛋白质印记法检测肾透明细胞癌细胞中H3K36me3表达水平，结果显示其表达水平明显降低，并且H3K36me3的表达水平降低与SETD2基因突变存在明显相关［17］。有研究发现SETD2突变可能发生在SET结构域区域，考虑到SET结构域在SETD2中的关键功能，专家认为SET结构域的突变可能会导致SETD2的功能丧失和肾透明细胞癌病人的不良预后［18］。因此，进行Kaplan-Meier绘图来研究SETD2的SET域突变组和非SET域突变组之间的临床特征。结果表明SET结构域突变组是肾透明细胞癌肿瘤晚期的特征，并且预后较差［19］。SET结构域突变可能是肾透明细胞癌晚期病人的一个重要的分子生物学标志，针对不同阶段的肾透明细胞癌病人提供有效的治疗手段。

2.2 SETD2与肾透明细胞癌病人预后相关Liu等［20］研究人员通过免疫组织化学染色分析评估了192例非转移性肾透明细胞癌标本中SETD2和H3K36me3的表达情况，发现SETD2的染色主要分布在细胞质和细胞核中，而H3K36me3的染色主要分布在细胞核中。同时，SETD2和H3K36me3的表达远低于乳头状肾透明细胞癌（n=25）和嫌色细胞癌（n=13）标本中的表达。研究结果表明在非转移性肾透明细胞癌病人中，SETD2和H3K36me3的低表达状态与其不良预后有关，SETD2高表达的病人总体生存期明显增加。在转移性肾透明细胞癌中，SETD2的低表达状态与总体生存期和无进展生存期降低有关，Kaplan-Meier生存分析还支持肾透明细胞癌病人SETD2缺乏与预后较差之间的相关性，其中SETD2表达水平较高的病人预后明显更好［20］。临床资料显示在肾透明细胞癌病人中，SETD2基因突变并没有明显的影像学特征，并且SETD2基因的DNA改变和mRNA表达水平高低对病人的生存期没有明显影响，但SETD2功能的丧失和临床病理特征与复发风险增加有关，这会导致肾透明细胞癌病人的总体生存期和无进展生存期减少［21］。我们使用GEPIA分析了TCGA数据库中515名肾透明细胞癌病人SETD2表达含量与总体生存率直接的关系，印证了上述实验中的结果，发现SETD2高表达的病人总体生存期延长。

3 SETD2在肾癌中协同致死的研究

1946年Dobzhansky等第一次提出协同致死效应，实验观察到如果有两种基因同时在黑腹果蝇中发生突变后，就会对果蝇带来致死性的作用。那么是否能应用这种效应用于治疗人体内各种疾病呢？近期研究发现，在某些特定基因突变的肿瘤体内联合应用抑制剂会产生协同致死效应，从而应用于肿瘤的治疗。我们知道BRCA1/2在正常人体内时为抑癌基因，而当BRCA1/2基因发生突变后联合应用PARP抑制剂，在细胞中就会产生协同致死效应，目前3种PARP抑制剂已经从FDA获批用于卵巢癌的治疗［22］。近期研究表明联合SETD2应用协同致死效应在治疗肾透明细胞癌上可能具有推动作用。

3.1 SETD2与WEE1抑制剂Pfister等［23］通过研究发现SETD2突变与肾癌细胞系（A498）对WEE1抑制的敏感性增加有关，并且H3K36me3缺陷型癌症对WEE1抑制剂极为敏感。通过实验表明SETD2/H3K36me3的缺失和WEE1抑制对核糖核苷酸还原酶亚基RRM2的耗竭具有协同作用，由于SETD2的缺失和WEE1抑制剂的抑制对RRM2产生了一种双重抑制效果，引起细胞产生严重的DNA复制应激反应，因此出现严重的dNTP供应不足和S期阻滞，最终导致细胞凋亡从而产生了协同致死效果。研究人员通过多种细胞系与实验方法，确定了H3K36me3丢失与WEE1抑制之间的协同致死性及其潜在机制，对WEE1抑制剂的敏感性归因于RRM2耗尽引起的DNA复制压力。目前WEE1抑制剂AZD1775已经应用于临床试验，有望成为治疗肾透明细胞癌的新型靶向药物。

3.2 SETD2与DVL2在高等真核生物中，组蛋白尾部的翻译后修饰与选择性剪接的调控有关。H3K36me3尤其与这一过程有关，有研究指出SETD2能够调节蓬乱蛋白2（Dishevelled 2，DVL2）的选择性剪切，当SETD2功能正常时可使DVL2的转录发生内含子保留（IR）的剪切形式，是一种保留内含子2的剪切形式，而含有内含子2的DVL2携带一个提前终止密码子，这表明该转录会受到无意义的mRNA降解调控（NMD），使DVL2发生降解［24］。因此当SETD2发生突变时，DVL2转录本的IR剪切形式减少从而导致DVL2的表达增加（降解减少）。DVL2能够介导FRZ，LRP6，AXIN和相关激酶在质膜上的聚集，进一步磷酸化LRP6从而促进βcatenin的稳定性［25］；此外，DVL2还在细胞核中起着举足轻重的作用，调节β-catenin/TCF转录复合体结 合c-Jun，是Wnt/β-catenin信 号 转 导 所 必 需的［25-27］。当Wnt通路激活时会抑制β-catenin的降解活性，在胞质中稳定积累的β-catenin进入到细胞核后与TCF/LEF转录因子家族结合，从而启动下游靶基因的转录，并且Wnt信号通路在肿瘤的发生发展中具有重要作用，其参与调节细胞生长、迁移与分化［28］。推测SETD2突变导致的DVL2上调可以激活Wnt/β-catenin信号进而在肾透明细胞癌中参与介导协同致死效应，目前，DVL2抑制剂3289-8625已经被用于动物实验，进一步研究靶向DVL2介导SETD2缺失型肾透明细胞癌的协同致死效应可能具有良好的应用前景。

3.3 SETD2与PI3K脂酰肌醇3激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）是一类脂质激酶，其作用是将来自生长因子和细胞因子等许多环境信号转化为控制多种生物过程的信号通路。PI3K-AKT轴是许多癌症类型最常改变的分子途径，是肾透明细胞癌最显著的激活途径之一，PI3K途径的上调与多种类型的癌症的发生和发展有关。Esteban等［29］通过研究发现，在SETD2突变的肾透明细胞癌细胞系A498中加入PI3Kβ特异性抑制剂AZD8186会引起协同致死效应，并且发现PI3Kβ特异性抑制剂TGX221和AZD8186减少了SETD2缺失的肾透明细胞癌的增殖能力，并同时降低了其肿瘤形成能力和细胞迁移能力。AKT是将SETD2连接至PI3Kβ的分子轴的关键效应子。研究发现无论是在体外实验还是体内试验中都证明了靶向PI3Kβ-AKT轴与SETD2丢失之间具有协同致死效应。这一发现表明PI3K-AKT途径在肾透明细胞癌中的关键作用有望成为一种治疗新兴概念。

4 SETD2在肾癌中细胞自噬的研究

细胞自噬又称为Ⅱ型细胞死亡，细胞在自噬相关基因（autophagyrelated gene，ATG）的调控下利用溶酶体降解自身受损的细胞器和大分子物质，这一过程对维持细胞生存能力具有重要作用［30］。虽然自噬主要是细胞的自我保护过程，但也可能是导致细胞死亡的一个重要原因。因此，已经提出了既刺激又抑制自噬的干预措施作为一种新型的癌症疗法。

González-Rodríguez等［31］通过研究发现在肾癌细胞中SETD2的缺乏与自噬通量降低有关，发现在SETD2缺陷的肾透明细胞癌细胞中，ATG12复合物和游离ATG1存在明显积累。通过实验发现肾透明癌细胞中游离ATG12和含ATG12异常复合物的发生具有SETD2依赖性，结果显示SETD2的缺乏与肾透明细胞癌细胞中ATG12短异构体表达有关。ATG12依赖性共轭系统中的明显缺陷与自噬通量降低有关［32］。考虑自噬能够对癌细胞的生存和死亡产生影响［33-35］，针对自噬过程的疗法一直被视为肾透明细胞癌病人等各类型肿瘤病人的潜在的治疗策略［36-40］。有研究显示在肾透明细胞癌病人中存在自噬核心机械冲击不足，这表明自噬基因多态性与肾透明细胞癌的风险和病人的预后相关［41］。最新研究发现肾透明细胞癌中普遍存在的SETD2基因突变会直接影响这种自噬核心机制，从而降低自噬通量［42］。SETD2和ATG12基因表达可为肾透明细胞癌病人提供预后价值，其中低SETD2表达但高ATG12基因表达与不良预后相关［32］。

因此，当针对自噬过程进行治疗干预时，应考虑肾透明细胞癌的SETD2基因状态。在临床中这种考虑可能为肾透明细胞癌病人提供更多个性化的癌症治疗方案。

5 SETD2对肾癌病人耐药性的影响

舒尼替尼是最广泛使用于转移性肾癌病人的靶向治疗法之一，但大多数病人最终都会对其产生耐药性［43］。针对降低靶向疗法的耐药性仍然是治疗转移性肾透明细胞癌病人最大的挑战。为了研究肾癌病人中舒尼替尼的获得性耐药机制并揭示可靠的预测生物标志物，Elgendy等［44］研究了对来自RCC病人的配对肿瘤样品中409个抑癌基因和癌基因的外显子进行了测序。通过分析确定了肾透明细胞癌病人的SETD2等基因编码的蛋白质对舒尼替尼敏感性和耐药性的差异表达，发现SETD2等基因的功能丧失突变介导了对舒尼替尼的获得性耐药。免疫印迹分析表明，舒尼替尼的治疗增加了耐药性相关蛋白的表达。当敲低这些抗性相关蛋白后，会阻碍舒尼替尼在体内的抗肿瘤作用，证实了抗性相关蛋白的敲低，阻碍了其细胞毒性并最终导致耐药性的出现。因此，针对转移性肾透明细胞癌病人，未来我们可以根据其体内SETD2的表达情况来制定相应的个体化治疗方案，从而减少病人耐药性的发生。

6 展望

SETD2作为一种表观遗传修饰剂在肾透明细胞癌的发生，发展，预后和治疗中都起着重要作用。当SETD2发生基因突变时会导致下游信号转导通路功能受损，还会导致肾透明细胞癌病人的细胞自噬过程受到影响，引起自噬通量降低从而影响肾癌病人的预后。而联合Wnt信号通路功能障碍时产生的协同致死效应可能是治疗肾透明细胞癌的一种新方向。目前SETD2还不能作为肿瘤的特异性的生物学标志物来准确地诊断肿瘤，其更多作用机制仍是未知的，并且缺乏相关的体外研究。未来SETD2在肾透明细胞癌中的研究将会逐步为我们解决这些问题。继续研究SETD2在肾透明细胞癌中更深入的作用机制，这样有助于选择最恰当的药物，从而找到新的治疗方向与方法，在临床上具有广阔的应用前景。