EZH2 基因與干細胞的研究進展

戴厚杰，王銳英

（桂林醫學院附屬醫院四肢創傷科，廣西 桂林）

0 引言

EZH2（組蛋白甲基化轉移酶）作為Polycomb group 蛋白復合體成員之一，是最新被發現具有組蛋白甲基轉移酶活性的癌有關蛋白，其在胚胎發育早期就已經普遍存在，并與SUZ12 和EED共同組成PRC2 沉默復合物，共同通過催化組蛋白3 第27 位三甲基化(H3K-27me3) 修飾作用來介導基因沉默，參加X 染色體的失活、細胞的分化和胚胎的發育調節等方面。組蛋白修飾可以通過改變染色質的相對空間結構，對基因轉錄活性具有相當重要的影響。在哺乳動物細胞中，H3 組蛋白第27 位賴氨酸的三甲基化(H3K27me3) 與轉錄的抑制作用密切相關。EZH2（組蛋白甲基化轉移酶）屬于PcG 基因家族中一員。PcG 家族中分別包括PCR1 和PRC2 兩種復合體，同時起著起始基因沉默和維持基因抑制的作用。EZH2 與EED、SUZ12 基因一起組成了PCR2 復合物，EZH2 作為一種PCR2 的催化亞基，可催化H3K27me3 和H3K9m3，其作用是通過組蛋白甲基轉移酶中高度保守的SET 區域，從而抑制其轉錄，在染色體水平上調控其基因活性[1]，在干細胞的維持與更新過程中發揮非常重要作用。本文將EZH2 基因與干細胞的相關性研究進展，做一綜述。

1 EZH2 基因、EZH2 蛋白結構

EZH2( enhancer of zeste homolog 2) 是多梳基因蛋白家族中一個重要組員，即H3 組蛋白第27 位賴氨酸的特異性甲基化轉移酶。EZH2 基因位于人類的7q35～q36 染色體上，其結構包括了20 個外顯子，外顯子長度處于41～323bp 之間，內含子處于15.0～17.7kp 之間。無論是外顯子，還是內含子，都遵從gt/ag規則[2]。EZH2 蛋白由746 個氨基酸組合而成，其內部結構中包含4 個保守區域。同時，EZH2 也屬于一個保守的催化亞基，每個EZH2 中含有一個比較重要的SET 區域，該部位用來提供甲基轉移酶活性的。雖然EZH2 本身不具備酶作用，但是其可以借助大于2 個非催化配體形成絡合物，從而形成組蛋白甲基轉移酶的活性。而在EZH2 組成所有序列之中，其著關鍵作用的則是羧基末端SET 區域則對轉移酶活性。EZH2 基因在轉錄抑制和基因沉默中起著重要的意義。臨床研究表明[3]，EZH2 對P14ARF、P16INK4a 表達的相關抑制，是通過INK4a/ARF 基因座啟動子H3K27me3 形成而發揮的，也同樣對細胞分裂、繁殖產生一定保護意義。

2 EZH2 與 PcG 家族

表觀遺傳調控因子 Polycomb 基因最初被發現于果蠅之中，研究者發現其存在于沉默同源基因建立有序的體節[4]。PcG(polycomb group proteins) 蛋白家族以多梳抑制復合物(polycomb repressor complex，PRC) 的形式發揮轉錄抑制作用，在人類主要分為 PRC1 和 PRC2 兩大類，二者可以抑制上百種基因序列，其中包含大量的轉錄調節因子[5]。PRC1 由HPC、BMIl、RINGl A、RINGl B 等十余種蛋白組成；PRC2 主要由 EZH2、EED、SUZl2 和Rb Ap46/48 四種蛋白組成。EZH2 是PcG 家族中一種高度進化保守而來的基因，EZH2 蛋白則是PRC2 的一個催化活性亞單位，可催化組蛋白3 賴氨酸27 三甲基化(H3K27me3)[6]，H3K27 三甲基化是其主要的存在形式，其對PcG 沉默機制中起作用的，同時，PRC2 幾個核心組分(EZH2 和輔因子EED 及SUZl2)共同協調完成有效的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 復合物聚集至特定相關基因位點上，而且這些下游靶基因大部分具有調控干細胞分化和抑制腫瘤發生的作用，其沉默作用可導致干細胞多向分化潛能障礙和腫瘤的發生[7]。

3 EZH2 與其他表觀遺傳修飾酶的關系

3.1 EZH2 與組蛋白脫乙酰基

有相關學者發現在PRC2 中存在組蛋白乙酰轉移酶活性作用，從而認為EZH2 與組蛋白脫乙酰化酶在機構及功能上有一定聯系[8]。在相關生化試驗顯示[9]，組蛋白脫乙酰化酶在體內與沉默酶類存在一種協作作用(這種協作功能持續時間比較短)，但其卻不是PRC2 的核心亞基，其中的機制原理未能明確，需臨床學者做更深入的研究探討。總之，EZH2 與組蛋白脫乙酰化酶之間的確存在某種功能上的聯系。腫瘤細胞中基因的異常表達均由以上各種表觀遺傳沉默通路所調控作用。

3.2 EZH2 與DNA 甲基化

之前的相關研究認為，EZH2 沉默與DNA 甲基化之間相互獨立，并無相關內在關聯[10]。但近些年來的研究者認為，人類細胞中的EZH2 與DNA 甲基轉移酶確實存在某種關系。不管是從結構上，還是從功能上上講，這都是一樣的。Vire 等學者的研究認為，EZH2 和EED 可免疫共沉淀人類全部的DNMTs[11]。此外，骨肉瘤細胞的RNA 干擾試驗也表明，EZH2 在DNMTs 對沉默靶基因的甲基化作用中，有著一定調控作用[12]。

4 EZH2 在干細胞方面的研究

作為一種對基因表達起重要作用的表觀遺傳調控蛋白，EZH2 也是一種調節神經外胚層分化的中間介質[13]。Falak Sher 觀察到NSC 向不同方向增殖分化 時， EZH2 表達水平存在明顯差異：增殖的神經干細胞中高度表達，在神經干細胞向神經元細胞分化時，EZH2 表達水平降低；在神經干細胞向星形膠質細胞分化時，EZH2 表達完全停止；在神經干細胞向少突膠質細胞分化過程中，從少突膠質前體細胞分化到不成熟少突膠質細胞期間，EZH2 維持高水平表達[14]。

4.1 EZH2 在胚胎干細胞發育中的作用

PcG 蛋白不僅在內細胞群表達豐富，同樣在胚胎干細胞和成體干細胞中表達也豐富，卻在干細胞分化過程中表達水平降低EZH2 也是一樣。同樣，在基因敲除實驗中，發現多潛能上胚層細胞也有EZH2 參與。同樣，PcG 蛋白家族也能夠沉默很多分化有關的因子，其中包括Gate、Fox、Sox、Pou 和Pax 轉錄因子家族以及Wnt、Notch、TGF-β、FGF 和維甲酸信號通路的有關組成元件 。三大轉錄因子Oct4、Sox2、Nanog 在保持多潛能性和程序性控制胚胎干細胞基因表達方面有著至關重要的作用，三大轉錄因子靶基因和PRC2 存在著結合位點，這也說明：PRC2 是在胚胎干細胞發育過程中的一種比較重要的協同抑制因子。

4.2 EZH2 在成體干細胞中的作用

PcG 蛋白不僅在胚胎發育早期發揮作用，而且在成體干細胞特性維持中也是必不可缺的調節因子，其中還包括干細胞衰老方面。有實驗研究表明，EZH2 高表達的造血干細胞再移植時，其存活幾率和存活時間都明顯高于對照組；而且EZH 高表達對維持肌原細胞的干細胞特性也是必需的[15]。SherF 等人的研究顯示，增殖狀態神經干細胞EZH2 表達水平很高，但分化為星形膠質細胞則是完全抑制，分化為神經元時表達降低[16]。以上的實驗研究都表明，EZH2 作為PcG 蛋白家族成員，其在干細胞身份維持以及干細胞自我更新方面都有著直接相關作用。

4.3 EZH2 在神經干細胞中作用

作為一種對基因表達起重要作用的表觀遺傳調控蛋白，EZH2也是一種調節神經外胚層分化的中間介質[17]。最近研究發現，EZH2 與MELK 結合并磷酸化，其中甲基化由EZH2 在成神經管細胞瘤中誘導，其可調節癌干細胞樣細胞的增殖。在異種移植物中，EZH2 的缺失減弱了成神經管細胞瘤干細胞樣細胞衍生的腫瘤生長并促進了分化[18]。Zhang J 等發現表明Ezh2 在活躍分裂的神經干細胞（NSCs）/祖細胞以及成熟神經元中表達，但在顆粒區的靜息NSCs 中不表達。在NSCs/ 祖細胞中Ezh2 的缺失會導致祖細胞增殖的減少[19]。Ezh2 基因占用的動態變化是其參與向少突膠質細胞分化和神經干細胞更新的基礎，以前證明了Ezh2 也在多能神經干細胞（NSCs）中表達。Ezh2 表達在NSC 分化成神經元或向少突膠質細胞分化期間出現下調。而高水平的Ezh2 存在于分化少突膠質細胞過程中，甚至直到髓鞘的形成[20]。王希等已經完成EZH2 基因對神經干細胞具有明顯調節作用，過表達可促進增值，但對干細胞凋亡無明顯影響[21]。Falak Sher 觀察到NSC向不同方向增殖分化時， EZH2 表達水平存在明顯差異：增殖的神經干細胞中高度表達，在神經干細胞向神經元細胞分化時，EZH2表達水平降低；在神經干細胞向星形膠質細胞分化時，EZH2 表達完全停止；在神經干細胞向少突膠質細胞分化過程中，從少突膠質前體細胞分化到不成熟少突膠質細胞期間，EZH2 維持高水平表達[22]。

5 小結與展望

EZH2 作為遺傳學研究中一種比較重要的組蛋白甲基轉移酶，也是重要的表觀遺傳調控蛋白，在干細胞自我更新及定向分化方面有非常密切的關系。雖然我們對EZH2 的結構、生物學性質以及在干細胞的作用有初步的了解，但是其調節通路及各信號傳導仍不明確，這就更需要大家做進一步深入而廣泛的研究，以期掌握更多相關知識。