組蛋白甲基化修飾靶向治療AML的研究進展

譚嘉斌 李增政 楊同華（通訊作者）

（1昆明理工大學醫學院 云南 昆明 650000

（2昆明理工大學附屬云南省第一人民醫院血液科 云南 昆明 650000）

1.引言

急性髓系白血病（acute myelocytic leukemia，AML）是造血系統的髓系原始細胞惡性增殖性疾病，是一個具有高度異質性的疾病群。根據其獨特的基因突變和不同的預后意義可進一步分為不同的亞型。研究發現在AML中報道了大量突變，大多數突變特異性地影響轉錄因子或表觀遺傳機制的關鍵組分。而在真核生物中，核小體是組成染色體的基本單位。核小體主要由組蛋白（H2A，H2B，H3，H4）八聚體與纏繞在其上的147bp的DNA所組成。在核小體上可以發生多種修飾，如DNA的甲基化修飾，組蛋白的乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化及ADP核糖基化修飾等，這些共價修飾可以影響組蛋白和DNA的親和性，從而影響DNA表達，被稱之為“組蛋白密碼”。通過這些修飾可以在不改變堿基序列的情況下使基因表達發生改變，且這種修飾和基因表達改變是可以遺傳的，這種現象被稱為表觀遺傳修飾。

近年來的表觀遺傳學研究發現，除了DNA甲基化和組蛋白乙酰化這兩種最具代表性的表觀遺傳修飾之外，組蛋白的表觀遺傳修飾（比如甲基化）越來越多，并且經常在AML中失調，導致抑癌基因表達的抑制和致癌途徑的激活[1]。其中組蛋白甲基化修飾酶的特定突變，為AML的表觀遺傳學治療提供了新的靶點。以便科學家針對性地進行更有效的藥物開發，用以治療這種疾病。這篇文章將綜述近些年組蛋白甲基化修飾靶向治療AML的研究進展。

2.組蛋白甲基轉移酶（HMTs）在AML中的作用

根據甲基化殘基的位置和性質，組蛋白甲基化可以對基因表達產生促進或抑制。組蛋白甲基化的特征是表觀遺傳修飾，其中賴氨酸和精氨酸殘基可以是單-（me1），二-（me2）或者甚至三-（me3）甲基化（僅適用于賴氨酸）。通常組蛋白3賴氨酸4（H3K4），賴氨酸36（H3K36），賴氨酸79（H3K79），以及作為非對稱二甲基化的組蛋白4精氨酸3（H4R3）促進基因表達；而其他對稱二甲基化位點，如組蛋白3賴氨酸9（H3K9），賴氨酸27（H3K27），組蛋白4賴氨酸20（H4K20）和H4R3上的甲基化與轉錄抑制相關。Cheung等[2]研究發現在哺乳動物細胞中，二價標記的H3K4me3和H3K27me3由兩個主要的組蛋白甲基轉移酶來介導，他們分別是以HRX/MLL基因為起始元件的三叉神經組蛋白，還有以多梳組蛋白和EZH 1/2為催化亞基的多梳抑制復合物2（PRC2）。而在AML中，這兩個甲基轉移酶的關鍵組分經常發生突變。

DOT1L是人類H3K79甲基化的賴氨酸甲基轉移酶（KMT）。DOT1L異常募集與MLL基因重排白血病的MLL靶點啟動子和基因異常高表達的H3K79me2相關。DOT1L與MLL的直接融合激活HOXA的轉錄。DOT1L缺失導致細胞生長減緩，以及使MLLAF9白血病細胞的分化和凋亡增加，表明其作為AML治療靶點的潛力[3]。早期研究發現7號染色體異常在骨髓惡性腫瘤中的相關性揭示了EZH2在白血病發生中的重要作用；EZH2通過介導H3K27甲基化來調節許多對干細胞更新至關重要的基因表達。在一項研究中就發現了大部分EZH2突變導致H3K27甲基轉移酶活性喪失。另一方面，Pratcorona M等[4]研究發現另一種多聚組蛋白ASXL1的功能喪失突變與AML中不良的整體存活率（OS）和較差的完全緩解率有關。雖然其在白血病中的功能尚不清楚，但ASXL1的缺失顯示PRC2介導的H3K27三甲基化缺失，并導致HOXA基因（包括HOXA5和HOXA9）的表達上調。而Abdel-Wahab等[5]的研究發現ASXL1的過度表達導致H3K27me2/3的水平增加以及HOXA基因和白血病細胞生長的抑制。ASXL1可以與人類白血病細胞中的EZH2發生相互作用，ASXL1的缺失導致PRC2從HOXA基因位點中移位。特異性的敲除ASXL1基因在基因敲除模型小鼠造血系統中嚴重地影響細胞分化以及誘導骨髓發育不良和紅系發育不良。總之，這些研究揭示了組蛋白甲基轉移酶（HMTs）在惡性造血中的關鍵作用。

3.組蛋白去甲基化酶（HDMs）在AML中的作用

雖然上述研究強調了組蛋白甲基轉移酶（HMTs）在MLL基因重排白血病中的重要性，但新的研究證據揭示了組蛋白去甲基化酶（HDMs）也具有同樣重要的作用，其抵消了（HMTs）在正常細胞和癌癥環境中基因表達的表觀遺傳調控功能。其中的賴氨酸去甲基化酶（KDMs）根據催化機制可分為兩個主要亞型。第一個KDM家族成員包括KDM1A和KDM1B，也被稱為賴氨酸特異性去甲基化酶（LSD），由FAD依賴的胺氧化酶組成，它只能去除單甲基和二甲基標記。相反，第二個KDM家族含有JmjC（JMJD），它依賴于α-酮戊二酸，Fe（Ⅱ）和氧作為輔因子來介導單-，二-甚至三-甲基-賴氨酸殘基的去甲基化。Harris等研究發現通過短發夾RNA（short hairpin RNA,shRNA）途徑抑制LSD1導致小鼠MLL基因重排白血病干細胞（LSC）的減少。但LSD1另一方面支持視黃酸受體（RARα）通過降低H3K4me2的水平來啟動AML中髓系分化相關基因表達的抑制。這些結果可能表明H3K4甲基化在AML發病機制中的作用。

另外，KDM的其他成員KDM2B和JMJD1C也涉及AML的發病機制。H3K36me2去甲基化酶KDM2B沉默p15表達，其水平下降顯著影響HOXA9/MEIS1驅動的白血病發生和白血病干細胞（LSC）的自我更新。H3K9去甲基化酶JMJD1C被認為是通過shRNA途徑來維持AML中MLL-AF9融合基因的表達。JMJD1C的水平下降通過觸發細胞凋亡來抑制MLL-AF9白血病細胞的生長。JMJD1C還與HOXA9相互作用以調節對LSC自我更新至關重要的下游基因，JMJD1C的缺失深刻地影響了由HOXA9啟動的白血病轉化。這些研究表明了HDMs家族成員在AML發病機制中具有更多的功能。

4.組蛋白甲基化修飾為新興的治療靶點

鑒于AML中組蛋白甲基化的表觀遺傳修飾作用，第一種靶向DOT1L的HMT抑制劑，EPZ4777及其第二代衍生物EPZ5676已開發并測試用于治療MLL基因重排白血病。兩種化合物都顯示出對H3K79甲基化和攜帶MLL基因重排的白血病細胞的選擇性抑制作用。連續輸注DOT1L抑制劑顯著延長具有MLL基因重排白血病的小鼠模型中的OS。研究還發現了通過靶向H3K27甲基轉移酶的EZH2催化亞基在MLL-AF9融合基因白血病模型中延長OS和降低腫瘤負荷。近年，科學家又開發出了非單胺氧化酶抑制劑SP2509，它能夠有效地抑制集落形成細胞的生長，誘導細胞分化并觸發具有突變NPM1但非MLL融合的AML細胞凋亡。這表明組蛋白甲基化修飾酶的抑制劑在臨床模型中耐受性良好且毒性有限，突出了它們在治療AML方面的治療潛力。

5.展望

綜上所述，組蛋白甲基化修飾異常導致的基因轉錄失調在急性髓系白血病（AML）的發生過程中發揮著關鍵作用，組蛋白甲基化的各種表觀遺傳修飾酶在AML發病機制中的新功能為靶向治療這種惡性疾病提供了獨特的機會。未來通過研究關鍵組蛋白的分子調控甲基化修飾機制，尋找到新的藥物作用靶點，以便針對性地進行更有效的藥物開發，進而利用新的靶向藥物糾正組蛋白甲基化的異常治療疾病。將有望找到一種通過組蛋白甲基化修飾靶向治療AML的有效方法。