組蛋白甲基轉移酶與胰腺癌的研究進展

吳學磊，王艷華，蘇華華

三峽大學 形態學部，湖北 宜昌 443002

胰腺癌是一種高度惡性的消化系腫瘤，其5年生存率在所有癌癥中最低，僅為9%。美國癌癥協會的數據顯示，2019年美國新增胰腺癌患者56 770例，而死亡人數高達45 750例[1]。在我國，近十幾年胰腺癌的發病率以每年0.5%的速度增長，這與胰腺癌病程短、病情發展速度快、惡化迅速等特點密切相關。胰腺癌的臨床治療遠不令人滿意，“根治性手術+放化療”的治療策略并不能改善患者遠期預后（5年或10年生存率低），且術后患者消化功能減弱，嚴重影響了營養物質吸收，降低了生活質量。因此，深入研究胰腺癌的病理生理機制，探索有效抑制胰腺癌進程的分子靶點，研發具有抗胰腺癌作用的抑制劑藥物，有益于延長患者生存期，改善生存質量。人們在研究胰腺癌發生發展的分子機制中發現，表觀遺傳修飾——組蛋白甲基化，參與胰腺癌上皮-間充質轉換（EMT），促進腫瘤快速生長，而其中起關鍵調控作用的是組蛋白甲基轉移酶。因此，只有深入認識組蛋白甲基轉移酶的結構、功能、酶活性調控機制，以及該酶在胰腺癌進程中的效應機制，才能有望將其作為新的分子治療靶點，阻遏腫瘤所致的系統損傷，提高患者生存質量。

1 組蛋白甲基轉移酶的結構與功能

組蛋白甲基轉移酶（histone methyltransferas?es，HMT）是一類含有SET結構域的蛋白質。SET結構域得名于最早發現表達該結構域的3個基因，分別為 Su（var）3-9、Enhancer of zeste［E（z）］和trithorax（trx）。該酶促進組蛋白甲基化[2]，而組蛋白甲基化參與基因表達的激活、延伸或抑制，是維持哺乳動物細胞功能多樣性的主要修飾方式之一[3]。組蛋白甲基化通常發生在H3和H4組蛋白N端精氨酸或賴氨酸殘基上，這一過程由組蛋白甲基轉移酶完成，因此可分為組蛋白賴氨酸甲基轉移酶（HKMT）、組蛋白精氨酸甲基轉移酶（HRMT）2個家族。組蛋白賴氨酸甲基化主要與染色質濃縮、基因表達沉默有關，而組蛋白精氨酸的甲基化在基因轉錄調控中發揮重要作用，并能影響細胞的多種生理過程，包括DNA修復、信號轉導、細胞發育及癌癥發生等[4]。與胰腺癌增殖密切相關的幾種組蛋白甲基轉移酶總結于表1，它們可通過不同的作用靶點或信號通路，發揮促進或抑制胰腺癌細胞的生長。因此，深入研究組蛋白甲基轉移酶活性調控方式，以及不同組蛋白甲基化對胰腺癌進程的影響，將為胰腺癌的治療帶來新的曙光。

2 與胰腺癌直接相關的組蛋白甲基轉移酶

2.1 組蛋白甲基轉移酶EZH2

EZH2是多梳抑制復合物2（PRC2）的催化亞單位，可以甲基化H3K27達到轉錄抑制作用，使抑癌基因沉默，從而促進腫瘤的發生[5]。研究顯示，EZH2分子在前列腺癌、肺癌、腎癌、乳腺癌、胰腺癌等腫瘤中呈高表達狀態，促進腫瘤進展。而該分子與胰腺癌的相互關系鮮見報道，部分研究顯示，EZH2的過表達與胰腺癌的惡性程度呈正相關，如AndreiV等[6]發現，抑癌基因p27Kip1是EZH2的新靶基因，EZH2通過維持p27Kip1基因的非活性染色質來調節p27Kip1的表達。甲基化H3K27是與抑制染色質狀態和表觀遺傳基因沉默有關的一個已知特征，EZH2的缺失會使胰腺癌細胞對阿霉素和吉西他濱敏感化，從而使胰腺癌細胞的存活率降低，這也表明H3K27的三甲基化是胰腺癌患者預后的重要指標[7]。因此，EZH2抑制劑可作為胰腺癌化療的潛在抗癌藥物。而另一項研究發現EZH2的高表達可介導E鈣黏蛋白基因的沉默，造成E鈣黏蛋白的低表達，這與腫瘤的轉移和晚期預后密切相關[8]。此外，有學者[9]用PCR和Western印跡技術對8株人胰腺癌細胞系的EZH2 mRNA和蛋白表達進行了研究，發現在胰腺導管腺瘤（IPMN）中MIR-101可下調良性IPMN中的EZH2，而MIR-101水平降低是由于EZH2在惡性IPMN中的表達增加所致。基于此，他們認為MIR-101的缺失造成IPMN癌變是通過上調EZH2的表達而完成的，并提出通過miR-101阻斷EZH2會是潛在的治療靶點。Sox4/Ezh2軸[10]被發現與胰腺癌患者的預后密不可分，Sox4在體外和體內對EMT是必不可少的，并調節EMT的各種主調節因子，在現有研究中Sox4被報道在膽管癌、前列腺癌和乳腺癌中可誘導EMT[11-13]。它可通過誘導EZH2來重新編程癌癥表觀基因組，以促進EMT和轉移進程。此外，首次[14]在胰腺癌中發現一種肌動蛋白結合蛋白苯胺素（ANLN）可誘導EZH2上調并參與miR-218-5p/LASP1信號軸，并且ANLN下調可抑制胰腺癌細胞集落形成、遷移和侵襲，這與EZH2的表達被抑制存在關聯。因為在胰腺癌中，EZH2下調可通過H3K27me3誘導miR-139-5p的表達，從而抑制胰腺癌的進展。重要的抑癌基因RUNX3在機體發展及腫瘤形成過程中扮演重要角色[15]。在胰腺癌小鼠模型中EZH2可抑制人胰腺癌細胞RUNX3基因的表達，以促進腫瘤細胞的增殖。

表1 各種組蛋白甲基轉移酶及其在胰腺癌發生發展中的作用

2.2 組蛋白甲基轉移酶G9a

G9a又稱為常染色質組蛋白賴氨酸N-甲基轉移酶2（EHMT2），主要對H3K9和H3K27等位點進行甲基化。已有研究發現G9a在肝癌、前列腺癌、結腸癌中高表達，與疾病進程密切相關[16]。G9a基因可誘導組蛋白脫甲基酶KDM7A的下調，從而抑制E鈣黏蛋白啟動子H3K9m2和H3K27m3的去甲基化，抑制E鈣黏蛋白表達，并增強上皮-間充質轉換、細胞遷移和侵襲[17]。此外，它還可以介導白細胞介素8的表達，以提高吉西他濱的耐藥性和跨內皮侵襲能力[18]。更有趣的是，G9a基因可通過直接調控p27的表達，增強SKP-2途徑對p27蛋白的降解，促進了胰腺癌細胞的增殖生長，預示差的預后[19]。

2.3 組蛋白甲基轉移酶KMT2

組蛋白賴氨酸甲基轉移酶2（KMT2）家族又稱為MLL家族（mixed-lineage leukaemia），其成員有KMT2A（或稱MLL、MLL1）、KMT2B（或稱小鼠MLL2、人類MLL4和WBP7）、KMT2C（或稱MLL3、HALR）、KMT2D（或稱小鼠MLL4和人類MLL2）、KMT2F（或稱 SET1A、SETD1A）、KMT2G（或稱SET1B、SETD1B）、KMT2E（或稱MLL5）。KMT2家族突變是人類癌癥最常見的改變之一[20]。KMT2家族成員在胰腺癌中發揮著不同的作用。以KMT2A為例，Lin[21]等在對小鼠胰腺癌模型的研究中發現，KMT2A參與腫瘤的抑制，與MEN1協同作用防止實體瘤形成。而MEN1缺乏的小鼠若KMT2A也失活會加速胰島腫瘤的發生，縮短平均壽命。另外一項研究[22]也發現，在胰腺癌細胞中，KMT2A直接與cd274啟動子結合，催化H3K4me3激活PD-L1轉錄，使免疫功能受到抑制，發生免疫逃逸現象，若抑制或沉默KMT2A降低cd274啟動子中的H3K4me3水平和腫瘤細胞中PD-L1的表達，能有效抑制胰腺腫瘤的生長，因而結合抗PD-L1或抗PD-1抗體的免疫治療可用于治療胰腺癌。有關KMT2C的研究較少[23]，KMT2C被發現當組蛋白甲基轉移酶被耗盡時，胰腺癌細胞增殖減弱，可能介導胰腺導管腺癌（PDAC）對特定治療的敏感性。相較于此，KMT2D在PDAC中的作用是不明確的，不同的研究報告的結果也是相反的[23-24,26]。Li[25]等在此基礎上研究發現KMT2D的缺乏可增強L48H37（一種具有不飽和單酮結構的新型姜黃素）在胰管腺癌中的抗癌活性，能更好地抑制胰腺癌細胞生長。但是Koutsioumpa[26]等提出了不同的觀點，他們發現KMT2D對胰腺癌有抑制作用，KMT2D通過調節代謝途徑抑制胰腺癌的生長，并定義了KMT2D在胰腺癌中的一種新的抗腫瘤功能。其他該家族成員在胰腺癌中的作用暫未見報道。

2.4 組蛋白甲基轉移酶PRMT1

蛋白質精氨酸甲基轉移酶1（PRMT1）是PRMT蛋白家族的最主要成員，負責催化各種蛋白質中精氨酸殘基的甲基化，約90%的精氨酸甲基化是由PRMT1催化的。PRMT1在PDAC中的表達模式和作用機制尚不清楚，直到Song[27]等對PRMT1研究發現，在PDAC組織標本中PRMT1的表達高于非癌性正常組織，機制研究發現PRMT1可通過提高細胞內β-catenin水平，促進胰腺癌細胞增殖。因此，若上調PRMT1的表達，將會加速胰腺癌的生長，其在胰腺癌進程中發揮致癌功能。PRTM3被發現可通過甲基化hnRNPA1上調大鼠ATP結合盒亞家族G成員2（ABCG2）的表達來提高胰腺癌對吉西他濱的耐藥性[28]。另外一個家族成員PRMT5也被報道在胰腺癌中沉默抑癌因子FBW7的表達，導致cMyc水平升高，從而調節胰腺癌細胞的增殖和致瘤性，推測PRMT5/FBW7/cMyc軸可能是治療胰腺癌的潛在靶點[29]。PRMT家族其他成員尚未在胰腺癌中有所報道。

2.5 組蛋白甲基轉移酶DOT1L

端粒沉默干擾物1樣組蛋白賴氨酸甲基轉移酶（DOT1L）專門催化H3K79甲基化，并參與DNA損傷修復和腫瘤發生。DOT1L在白血病轉化中起關鍵作用，也與乳腺癌和結直腸癌預后不良有關。Loeser等[30]對230名接受胰腺手術切除的胰腺癌患者進行免疫組化分析，發現DOT1L在胰腺癌細胞中過表達，H3K79的甲基化被認為激活了參與細胞周期的各種基因的表達。因而DOT1L可作為胰腺癌潛在的藥物靶點，但DOT1L抑制劑的治療效果還須進一步實驗來確定。

3 針對組蛋白甲基轉移酶的治療策略

組蛋白甲基轉移酶參與胰腺癌進程的相關基因表達調控，據此研發的該酶抑制劑是胰腺癌治療的有效候選藥物[31]。這種抑制劑直接作用于下游靶基因或間接影響輔因子，成為有效遏制腫瘤發展的一大有力武器。迄今，圍繞組蛋白甲基轉移酶開發的抑制劑有：①天然草藥薯蕷皂苷元（Diosgenin），可直接下調EZH2的表達，起到抑制腫瘤的效果[32]；②3-Deazaneplanocin A（DZNeP），EZH2的抑制劑，可協同吉西他濱，通過抑制腫瘤細胞增殖、阻滯細胞周期、加速癌細胞凋亡和抑制侵襲遷移等，增強藥物的抑癌作用[33-34]；③BRD4770是SAM競爭性G9a抑制劑，可抑制胰腺癌細胞系PANC-1的錨定，抑制其增殖、遷移[35]；④BIX01294也是G9a抑制劑，通過上調BNIP3而降低誘導自噬相關細胞死亡所需的棉酚濃度，可與棉酚協同作用誘導胰腺癌細胞死亡[36]。此外，DOT1L、PRMT家族、KMT2家族等的小分子抑制劑也在不斷開發中，它們是否能有效殺滅胰腺癌細胞還須進一步的實驗證實。相信增效減毒的組蛋白甲基轉移酶小分子抑制劑的研發成功，將極大地提高胰腺癌患者的生存期。

4 結語

胰腺癌至今仍是預后極差的癌癥，近40多年來接受藥物治療和手術治療的胰腺癌患者其5年生存率不足10%。手術是目前胰腺癌根治的最佳選擇，但據統計，我國可接受手術的患者不足15%，對于失去手術時機的患者化療是其首選，然而化療藥物毒副作用大且易產生耐藥性，使得胰腺癌的治療陷入困境。為此，探索新的治療方案必不可少。如前所述，組蛋白甲基轉移酶可通過多種方式促進組蛋白甲基化，參與胰腺癌進程，若以此酶作為抗胰腺癌治療靶點，可顯著提高胰腺癌患者的生存率。有關該酶抑制劑的研究相對較少，且多處于基礎實驗階段，對該酶不同抑制劑的作用靶點及機制認識相對不足，但現有成果已闡明組蛋白甲基轉移酶在胰腺癌中的作用及效應。隨著對它們作用機理的不斷探索與挖掘，其生物功能與作用模式也逐漸會被揭示，其抑制劑的相關研發也將會在抗擊胰腺癌與提高預后率方面發揮重要作用。