多發(fā)性骨髓瘤(multiple myeloma,MM)是以終末分化的漿細(xì)胞克隆性增生為特征的血液系統(tǒng)惡性腫瘤,可引起全身多臟器功能損害,主要表現(xiàn)為骨質(zhì)破壞、腎損害、貧血、高鈣血癥及感染等。雖然MM的治療取得較大進(jìn)展,患者生存期獲得延長(zhǎng),但易復(fù)發(fā)且不可治愈。本文旨在探討MM的發(fā)病機(jī)制、尋找更為有效的治療靶點(diǎn)。
MM的生物學(xué)特性錯(cuò)綜復(fù)雜,是一種異質(zhì)性很強(qiáng)的血液系統(tǒng)腫瘤,多種因素共同參與MM 的發(fā)生發(fā)展,主要包括遺傳學(xué)異常[1]、骨髓微環(huán)境的改變[2-3]和表觀遺傳學(xué)異常[4]。近年研究顯示,表觀遺傳學(xué)異常在MM 發(fā)生和疾病演變過(guò)程中扮演重要角色,包括DNA 甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA。組蛋白修飾包括組蛋白乙?;⒓谆?、磷酸化、泛素化、類(lèi)泛素化及瓜氨酸化。MM患者全基因測(cè)序結(jié)果顯示,多種組蛋白甲基化酶發(fā)生突變,包括去甲基化酶UTX、甲基化酶MLL 和MMSET[5-6]。上述發(fā)現(xiàn)為MM 的聯(lián)合化療提供新的治療靶點(diǎn)。組蛋白甲基化較為復(fù)雜,通常可發(fā)生在組蛋白N末端的賴(lài)氨酸(K)或精氨酸(R)殘基上,其功能與位點(diǎn)(K 或R)和甲基化程度(單、二或三甲基化)相關(guān),如H3K4me3、H3K36me3、H3K79me3、H4R3me1 和H4K20me1 可激活相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄,而H3K9me3 和H3K27me3 則抑制基因轉(zhuǎn)錄[7-8]。組蛋白甲基化過(guò)程由組蛋白甲基化轉(zhuǎn)移酶(histone methyltransferases,HMTs)和組蛋白去甲基化酶(histone demethylases,HDMs)共同調(diào)節(jié),從而調(diào)控下游基因表達(dá)?,F(xiàn)將組蛋白甲基化調(diào)節(jié)酶及其在MM中的作用綜述如下。
目前,已知的賴(lài)氨酸甲基化轉(zhuǎn)移酶(lysine meth?yltransferases,KMTs)超過(guò)30 余種,分屬KMT1~8 個(gè)家族(表1)。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為兩類(lèi),一類(lèi)為含有SET結(jié)構(gòu)域,另一類(lèi)包含DOT1L結(jié)構(gòu)域。精氨酸甲基化則主要由PRMTs(protein arginine methyltransfer?ase)家族成員催化完成,PRMTs 催化甲基基團(tuán)從S-腺苷甲硫氨酸(SAM)轉(zhuǎn)移到蛋白質(zhì)精氨酸胍基的氮原子上。主要有3 個(gè)亞型:非對(duì)稱(chēng)精氨酸二甲基化(ω-NG,NG-asymmetric dimethylarginine,ADMA),對(duì)稱(chēng)精氨酸二甲基化(ω-NG,NG-symmetric dimethylar?ginine,SDAM)和精氨酸單甲基化(ω-NG-monomethy?larginine,MMA)。目前,已知有9 種PRTMs,分別為PRTM 1~9(表1)。
組蛋白賴(lài)氨酸殘基的去甲基化酶(histone lylsine demethylases,KDMs)分為兩大類(lèi),一類(lèi)為KDM1 家族成員,主要依靠FAD 為輔助因子完成去甲基化,如LSD1(lysinespecific histonedemethylase 1),以甲醛和非甲基化的賴(lài)氨酸殘基為產(chǎn)物的去甲基化酶,可與co-REST、BHC80、HDAC1/2 等蛋白形成復(fù)合物發(fā)揮作用,作用于H3K4me1/2;另一類(lèi)家族成員則包含1個(gè)JMJC(Jumonji C)結(jié)構(gòu)域,依賴(lài)于Fe(Ⅱ)和α-酮戊二酸為輔因子,可對(duì)H3K4、H3K9和H3K36等多個(gè)位點(diǎn)進(jìn)行去甲基化作用。包括多個(gè)亞型(KDM2~7)(表2)。目前,對(duì)精氨酸殘基的去甲基化酶報(bào)道很少,有研究顯示KDM 家族的部分成員,如KDM3A 和KDM6B,也可以在精氨酸殘基去甲基化[9]。JMJD6(Jumonji domain-containing protein 6)為包含JMJC 結(jié)構(gòu)域的鐵及2-酮戊二酸依賴(lài)的加雙氧酶,可對(duì)H3R2、H4R3 進(jìn)行去甲基化。此外,組蛋白甲基化酶也會(huì)針對(duì)非組蛋白作用,從而影響重要的細(xì)胞信號(hào)通路,包括NF-κB、RAS 通路、PI3K/Akt、Wnt/βcatenin、P53和ERα通路[10]。
表1 HMTs及其作用位點(diǎn)
表2 KDMs及其作用位點(diǎn)
表2 KDMs及其作用位點(diǎn)(續(xù)表2)
MMSET 亦稱(chēng)為WHSC1/NSD2,是目前在MM 中研究最多的HMTs。約15%~20%MM 患者發(fā)生t(4;14)易位,導(dǎo)致IgH上MMSET和成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體3(FGFR3)過(guò)表達(dá)。t(4;14)易位患者無(wú)進(jìn)展生存期(progression-free survival,PFS)和總生存率(overall survival,OS)顯著縮短,但硼替佐米可克服這種不良預(yù)后[11]。MMSET主要催化H3K36雙甲基化和H4K20 的雙、三甲基化。MM 中MMSET 過(guò)表達(dá)導(dǎo)致H3K36me2 水平增高,引起癌基因轉(zhuǎn)錄激活,促進(jìn)癌細(xì)胞增殖[12],受影響的基因還包括細(xì)胞周期(如cy?clin E2)、凋亡和P53通路(如BAX和Bcl2)、DNA修復(fù)(如ATM和GADD45A)和整合素介導(dǎo)的信號(hào)通路(如CDC42)[13]。既往研究報(bào)道MMSET還可以甲基化Au?rora激酶A(AURKA)導(dǎo)致P53蛋白酶體降解,從而引起腫瘤細(xì)胞增殖[14]。MMSET亦可與表觀遺傳學(xué)的抑制物相互作用,如sin3a、HDAC1-2和H3K4去甲基化酶LSD1/KDM1A,形成轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合物。MMSET、KAP1 和HDACs 形成的復(fù)合物可通過(guò)抑制miR-126導(dǎo)致c-myc 水平增高,刺激MM 細(xì)胞增殖[15]。沉默MMSET后可導(dǎo)致MM細(xì)胞周期停滯,誘導(dǎo)凋亡[16]。
MMSET 亦與耐藥密切相關(guān),使其成為一個(gè)潛在的治療靶點(diǎn)。MMSET 可調(diào)節(jié)干擾素調(diào)節(jié)因子4(in?terferon regulatory factor 4,IRF4)的表達(dá),抑制該基因可增強(qiáng)硼替佐米療效。MMSET 高表達(dá)還使得DNA損傷修復(fù)增加,導(dǎo)致部分患者對(duì)DNA 損傷類(lèi)藥物不敏感。臨床上也觀察到表達(dá)t(4;14)患者在應(yīng)用DNA損傷類(lèi)藥物后(如馬法蘭)很快復(fù)發(fā)[17]。MMSET在高效的同源重組和非同源末端連接兩種DNA修復(fù)過(guò)程中是必需的,體外使其沉默后可增加對(duì)化療藥物的敏感性[18]。最近通過(guò)高通量篩選,5 種潛在的MMSET 抑制物被鑒定篩選,但仍需進(jìn)一步工作確定其在MM中的作用[19]。
EZH2 為多疏抑制復(fù)合物2(polycomb repressive complex 2,PRC2)的催化亞基。其可催化H3K27me3,從而抑制靶基因轉(zhuǎn)錄,并參與調(diào)控細(xì)胞周期、細(xì)胞衰老、細(xì)胞分化等生理或病理過(guò)程[20]。近年EZH2成為MM中的研究熱點(diǎn),其在MM進(jìn)展過(guò)程中上調(diào),并與高危表型和不良預(yù)后相關(guān)[21]。EZH2過(guò)表達(dá)還與IL-6A、c-myc激活或miR26a下調(diào)相關(guān)。有研究通過(guò)全基因組測(cè)序詳細(xì)闡釋了MM中H3K27me3相關(guān)標(biāo)志,發(fā)現(xiàn)了常見(jiàn)的激活(H3K4me3富集)和沉默(H3K27me3富集)的特殊靶基因,與疾病進(jìn)展及不良預(yù)后相關(guān)[22]。應(yīng)用EZH2特異性抑制劑UNC199和GSK343可重新激活參與分化、細(xì)胞周期和凋亡的相關(guān)基因起到抗MM作用。雖然有研究表明在MMSET高表達(dá)的MM細(xì)胞中EZH2抑制劑敏感性增強(qiáng),但有研究[23]并未發(fā)現(xiàn)兩者間存在關(guān)聯(lián),該結(jié)果尚需進(jìn)一步研究。研究表明,UNC199還可通過(guò)影響miRNAs表達(dá)導(dǎo)致下游癌基因或活化因子下調(diào)[24]。EZH2也參與骨髓瘤骨病的發(fā)生發(fā)展。成骨前體細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄抑制因子(growth factor independence 1,GFI1)介導(dǎo)的RUNX2沉默依賴(lài)于HDAC1、LSD1(KDM1A)和EZH2的募集[25]。這些研究成果提示其可能成為潛在的治療靶點(diǎn)。多種EZH2抑制劑目前在實(shí)體腫瘤和淋巴瘤中已進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段,有單藥應(yīng)用亦有聯(lián)合化療方案。其中最具潛力的是tazemetostat/EPZ-6438,在淋巴瘤患者中觀察到良好療效,且不良反應(yīng)較小[26]。而GSK2816126單藥臨床試驗(yàn)的結(jié)果欠佳,Ⅰ期臨床試驗(yàn)入組復(fù)發(fā)的非霍奇金淋巴瘤、MM和實(shí)體腫瘤患者,起始劑量從50 mg開(kāi)始,逐漸升至最大劑量3 000 mg。結(jié)果顯示22例可評(píng)估的患者中,僅1例部分緩解和7例疾病穩(wěn)定[27]。目前,已被中止試驗(yàn)。但相關(guān)生物標(biāo)志物的鑒定可能會(huì)增加此類(lèi)藥物的臨床療效。Laurie等[28]發(fā)明一項(xiàng)基于基因表達(dá)的EZ評(píng)分體系,能夠預(yù)測(cè)EZH抑制物在HMCL和初診MM中的敏感性。
G9a和GLP屬于Su(var)3-9家族,主要負(fù)責(zé)常染色質(zhì)組蛋白H3K9位點(diǎn)的單、雙及三甲基化進(jìn)而抑制相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。G9a 與胚胎發(fā)育、腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)、認(rèn)知及適應(yīng)性行為和脂肪形成等多種生物過(guò)程密切相關(guān)[29]。近期研究顯示,GLP在冒煙型骨髓瘤患者中高表達(dá)[30]。在急性淋巴細(xì)胞白血病、急性髓細(xì)胞白血病、淋巴瘤和MM 細(xì)胞系中,應(yīng)用siRNA 技術(shù)或小分子抑制劑降低G9a表達(dá)可顯著抑制瘤細(xì)胞生長(zhǎng),上述研究結(jié)果提示G9a/GLP 可成為MM 治療潛在的新靶點(diǎn)。
KMT1/SUV39H1負(fù)責(zé)H3K9的三甲基化,在正常骨髓漿細(xì)胞和MM患者漿細(xì)胞中存在差異表達(dá)。H3K9甲基化是異染色質(zhì)蛋白(heterochromatin protein1,HP1)染色區(qū)的停泊位點(diǎn),在異染色質(zhì)形成及基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控中具有重要作用[31]。SUV39H1被發(fā)現(xiàn)可結(jié)合RUNX1的抑制區(qū)域。在MM中,高表達(dá)的SUV39H1與不良預(yù)后相關(guān),敲除后導(dǎo)致增殖減低、凋亡增加、ROS過(guò)度產(chǎn)生和DNA損傷。SUV39H1抑制物chaetocin在人MM細(xì)胞系和原代細(xì)胞中具有抗瘤細(xì)胞作用[32]。
KTM2/MLL 可催化H3K4 甲基化,促進(jìn)轉(zhuǎn)錄激活。MLL(mixed lineage leukemia)家族成員MLL1-5在7%MM 患者中發(fā)生突變,但對(duì)患者的PFS 和OS 均無(wú)顯著性影響[33]。
PRMT5可催化組蛋白和非組蛋白精氨酸殘基的甲基化[34]。PRMT5參與分化、增殖、同源重組和細(xì)胞遷移,在多種血液系統(tǒng)腫瘤和實(shí)體腫瘤中被發(fā)現(xiàn)過(guò)表達(dá)[35]。PRMT5被發(fā)現(xiàn)在MM中上調(diào),并與不良預(yù)后相關(guān)。應(yīng)用siRNA 敲低或抑制劑EPZ015666 可在HMCL 和原代細(xì)胞中抑制細(xì)胞周期,誘導(dǎo)凋亡。此外,口服的EPZ015666可在小鼠模型中有效降低瘤負(fù)荷。EPZ015666在淋巴瘤中可介導(dǎo)P53甲基化,但在MM中其甲基化并不依賴(lài)于P53[36]。相反,TRIM21被證實(shí)為PRMT5 在MM 中的結(jié)合物,導(dǎo)致經(jīng)典N(xiāo)F-κB信號(hào)通路受抑,從而使IKK介導(dǎo)的自噬增強(qiáng)[37]。
PRMT4 作為精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶1(coactivitor-as?sociated arginine methyltransferase1,CARM1)的輔助刺激因子,介導(dǎo)H3R2me2a、H3R17me2a、H3R26me2a和非組蛋白甲基化,從而促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。Drew 等[38]首次驗(yàn)證EZM2302,一種選擇性PRMT4抑制劑,體外具有抗MM 作用。Nakayama 等[39]也于體外證明另一個(gè)PRMT4特異性抑制劑TP-064在MM中的抗增殖作用。
KDM1A也稱(chēng)為L(zhǎng)SD1,介導(dǎo)H3K4me1/2去甲基化,抑制轉(zhuǎn)錄。但在特定條件下,KDM1A也可去除H3K9單雙甲基,導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄激活。KDM1A還可與其他表觀遺傳學(xué)調(diào)控復(fù)合物,如NuRD、SIRT1、CoREST/HDAC、MMSET和SIN3A/HDAC聯(lián)合作用[40]。此外,KDM1A還可抑制P53功能[41]。KDM1A在多種血液系統(tǒng)腫瘤和實(shí)體腫瘤中表達(dá)增高[42],但KDM1A/LSD1在MM中的作用尚存爭(zhēng)議。有研究發(fā)現(xiàn)癥狀型MM和漿細(xì)胞白血?。╬lasma cell leukemia,PCL)患者中LSD1的水平顯著高于無(wú)進(jìn)展MM患者,且E-鈣黏附蛋白和波形纖維蛋白的水平降低;還可抑制破骨形成,增加MM細(xì)胞對(duì)HDAC抑制劑的敏感性;與MMSET形成抑制復(fù)合物,支持其在MM中的成瘤功能[43]。相反,Wei等[44]研究發(fā)現(xiàn),KDM1A的種系突變會(huì)促進(jìn)MM發(fā)展。此外,KDM1A在MM進(jìn)展過(guò)程中下調(diào),在MGUS 和MM 中KDM1A 也低于正常漿細(xì)胞;KDM1A突變的細(xì)胞中富含myc基因。KDM1A的抑制劑GSK-LSD1在小鼠模型中可促進(jìn)MGUS發(fā)展;抑制KDM1A還可促進(jìn)U266和原代細(xì)胞增殖。KDM1A/LSD1在MM中的作用如何仍需進(jìn)一步研究。
KDM3/JMJD1C 賴(lài)氨酸去甲基化酶家族包括KDM3A、KDM3B 和JMJD1C。正常情況下,KDM3A和KDM3B 介導(dǎo)H3K9me1/2 去甲基化,在精子發(fā)育、干細(xì)胞自我更新和脂肪生成中發(fā)揮作用[45]。Ohguchi等[46]研究發(fā)現(xiàn),KDM3A-KLF2-IRF4軸在MM 細(xì)胞存活中發(fā)揮重要作用。KDM3A 水平在MGUS 和MM 患者中較正常對(duì)照增高,敲除KDM3A 可起到抗MM 效應(yīng),并發(fā)現(xiàn)KLF2(Krüppel-like factor 2)和IRF4 下調(diào)。KLF2在支持正常的B細(xì)胞和漿細(xì)胞功能方面發(fā)揮作用。IRF4 為漿細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子,可促進(jìn)漿細(xì)胞成熟,且為MM 成瘤所必需[47]。有研究證實(shí),KDM3A 在慢性缺氧條件下培養(yǎng)的MM 細(xì)胞中上調(diào),敲除后可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,進(jìn)一步證實(shí)HIF1α 介導(dǎo)的KDM3A 上調(diào)可誘導(dǎo)長(zhǎng)鏈非編碼RNA MALAT1表達(dá),進(jìn)而上調(diào)糖酵解基因和抗凋亡途徑,提示在MM進(jìn)展過(guò)程中,MALAT 表達(dá)亦上調(diào)[48]。結(jié)果表明,HIF1α-KDM3A-MALAT1在缺氧的MM細(xì)胞中為潛在的治療靶點(diǎn)。上述研究結(jié)束均表明,KDM3A 在MM 中有促成瘤的作用,因此需尋找特異性抑制劑[49]。
KDM5(JARID1)家族(KDM5A-D)介導(dǎo)H3K4me1-3去甲基,其中對(duì)H3K4me3親和力最高,可直接抑制轉(zhuǎn)錄,或與其他抑制因子協(xié)同作用。3個(gè)獨(dú)立的初診MM患者隊(duì)列的生存分析顯示,KDM5B是預(yù)后不良的危險(xiǎn)因素。全KDM5 抑制劑KDOAM-25 處理MM 細(xì)胞系MM1s,發(fā)現(xiàn)G1期停滯,細(xì)胞存活減少,ChIP-sequencing分析顯示H3K4三甲基化水平增高[50]。另一種KDM5抑制劑compound33已被鑒定,但尚未應(yīng)用在MM中[51]。
KDM6A(UTX)和KDM6B(JMJD3)介導(dǎo)H3K27me2/3去甲基化。UTX通常與其他表觀遺傳調(diào)控因子共同作用,如HMTs MLL2/3和HATs P300/CBP,激活轉(zhuǎn)錄[52]。已在10%MM患者中發(fā)現(xiàn)UTX表達(dá)的突變?nèi)笔В?3]。在髓外MM和PCL,UTX的突變率達(dá)到30%~40%。Ohguchi等[54]研究發(fā)現(xiàn),沉默UTX可促進(jìn)瘤細(xì)胞增殖、黏附性和致瘤性,還可以增強(qiáng)MM細(xì)胞對(duì)EZH2抑制劑的敏感性,主要與Bcl-6重激活、繼發(fā)IRF4和c-myc抑制有關(guān)。表明EZH2抑制劑治療存在UTX突變的患者具有臨床意義。而KDM6B/JMJD3則相反,其在MM中高表達(dá),缺失后則可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。NF-κB信號(hào)通路可激活KDM6A,依次上調(diào)MAPK通路相關(guān)基因,包括ELK和FOS,從而促進(jìn)瘤細(xì)胞存活。KDM6B介導(dǎo)的MAPK通路活化是非去甲基化依賴(lài)的。KDM6B被鑒定為一種抑癌基因,在17p13缺失的高?;颊咧信cTP53協(xié)同作用[55]。上述研究結(jié)果均證實(shí)KDM6A 可作為EZH2 抑制的標(biāo)志,而KDM6B則可能成為潛在的MM治療靶點(diǎn)。GSK-J4為首個(gè)KDM6家族的小分子抑制劑,但其抑制效果與KDM5類(lèi)似[56]。因此,有必要開(kāi)發(fā)特異性的KDM6抑制劑。
組蛋白甲基化過(guò)程在MM中發(fā)揮重要作用,與表位突變、基因組不穩(wěn)定、MM進(jìn)展、耐藥性出現(xiàn)和短暫的PFS 有關(guān)。深入研究組蛋白甲基化異常對(duì)MM 發(fā)病機(jī)制的影響,有助于尋找新的治療干預(yù)靶點(diǎn)。針對(duì)HMTs 或HDMs 的藥物已被證明可改變表觀遺傳格局,誘導(dǎo)抑癌基因重新表達(dá)。但臨床應(yīng)用的一項(xiàng)重要限制為不良反應(yīng)。此外,表觀遺傳靶向藥物對(duì)正常細(xì)胞群的長(zhǎng)期影響亟需進(jìn)一步研究。該類(lèi)藥物未來(lái)將進(jìn)入個(gè)體化治療,新的生物標(biāo)志物識(shí)別、新藥開(kāi)發(fā)及多藥聯(lián)合等均可提供臨床指導(dǎo)。