馬麗英，曹國珍，林文楚

(1. 中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院強磁場中心，安徽 合肥 230031; 2. 中國科學技術大學，安徽 合肥 230026)

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，健康成為社會關注的重點。國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示癌癥已經(jīng)成為城鄉(xiāng)人口疾病死亡的主要死因，癌癥導致的醫(yī)療負擔是全球平均水平的兩倍。由于癌癥的治療費用不斷增大，給不同層次的家庭帶來了較重的經(jīng)濟負擔，因此腫瘤的診斷與治療是我們面臨的一個重大挑戰(zhàn)[1]。

染色質(zhì)組織結構紊亂是癌癥的一個重要特征。染色質(zhì)結構除了受DNA修飾外，還受共價修飾組蛋白尾部復合物和ATP依賴的核小體重塑復合物兩類蛋白復合物的調(diào)節(jié)。這兩種蛋白復合物可以相互協(xié)作來動態(tài)調(diào)節(jié)染色質(zhì)的結構，在DNA修復、擴增和基因轉錄等方面發(fā)揮著重要的作用。近年來，研究ATP依賴染色質(zhì)復合物在染色質(zhì)重塑和結構變化中的作用機制，以及ATP依賴染色質(zhì)復合物與腫瘤發(fā)生發(fā)展的關聯(lián)成為一個新的研究熱點。SWI/SNF、INO80、ISWI、NuRD/Mi2/CHD復合體和SWR1是ATP依賴性染色質(zhì)復合物[2]。腫瘤全基因組高通量測序數(shù)據(jù)顯示，編碼SWI/SNF復合物的多個亞基的基因在卵巢癌、胃癌、肝細胞癌、膀胱癌、腎癌、髓母細胞瘤及乳腺癌等腫瘤中存在高頻突變。

AT豐富結合域1A基因(AT-rich interactive-domain 1A，ARID1A)是SWI/SNF染色質(zhì)重塑復合物家族中的重要成員，作為染色質(zhì)重塑復合物中非催化亞基，與DNA非特異性結合。根據(jù)腫瘤基因組測序結果看到ARID1A在多種腫瘤中存在高頻的基因突變。研究發(fā)現(xiàn)，ARID1A可以通過調(diào)節(jié)細胞周期、細胞增殖、DNA損傷修復、線粒體氧化應激(ROS)等細胞中的多個生命活動發(fā)揮腫瘤抑癌作用。本文主要針對ARID1A的基本結構、生物學功能，以及其在各類腫瘤中的突變情況，總結和提出一些新的潛在的生物學功能，希望ARID1A的靶向治療聯(lián)合其他臨床信息為惡性腫瘤治療提供新思路。

1 ARID1A的基本結構特征

1.1 ARID1A的結構ARID1A是染色體重塑復合物SWI/SNF家族BAF亞基中的非催化亞基，又名BAF250A，SMARCF1或p270。ARID1A基因位于1 號染色體lp35. 3，由2 285個氨基酸組成，翻譯出分子量為240 ku的蛋白。目前研究顯示，ARID1A在小腸、大腸、脾臟和胸腺等多種組織中大量表達，其細胞定位位于細胞核[3]。ARID1A 蛋白含有兩個保守結構域，N 段ARID(The AT-Rich interactive-domain) 結構域和C 端3個LXXLL 基序(Fig 1)。結構分析以及體外實驗顯示，ARID可以以序列非特異性的方式與富含AT的DNA序列結合發(fā)揮作用。ARID1A的同源基因ARID1B則定位于6號染色體lp25.3。

Fig 1 Structure of ARID1A (cosmic3d_screenshot_ARID1A_02042020-101842)

1.2 SWI/SNF染色質(zhì)重塑復合物SWI/SNF是由高度相關的多亞基組成的一種染色質(zhì)重塑復合物。該復合物由9-12個亞基組成，包括核心亞基、催化亞基以及調(diào)控亞基等，在體外具有ATP依賴的染色體重塑活性(Fig 2)。SWI/SNF復合物是通過ATP水解釋放能量影響染色質(zhì)的可及性，核小體與基因啟動子、增強子等區(qū)域的結合，來實現(xiàn)對DNA的調(diào)控，現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)該基因可能發(fā)揮促癌和抑癌的作用，對于發(fā)揮哪種生物學功能主要取決于與DNA結合的轉錄因子的性質(zhì)。

Fig 2 SWI/SNF chromatin remodeling complex composition

2 ARID1A的生物學作用

2.1 ARID1A與細胞的干性維持胚胎干細胞的無限增殖和分化全能性的轉化受到染色質(zhì)組織結構變化的精確調(diào)節(jié)。有研究顯示，胚胎干細胞(ES)中的ARID1A基因敲除會導致自我更新特性的喪失。在分化方面，ARID1A敲除則迫使ES細胞分化為原始內(nèi)胚層，并阻止其向心肌細胞和脂肪細胞的分化[4]。同時還有研究顯示，ARID1A的缺失會導致小鼠胰腺導管上皮細胞的分化受阻。當過表達ARID1A后表型被恢復，并抑制正常胰腺轉化為胰腺導管腺癌[5]。

2.2 ARID1A與細胞周期調(diào)控ARID1A表達在G0-G1期最高，在S和G2-M期明顯降低，與周期變化有關，在分裂旺盛的細胞中幾乎完全缺失[6]。p21/WAF可與細胞周期蛋白-CDK2/CDK4 復合物結合并抑制其活性，從而促使細胞停滯于G1期。ARID1A可以直接或間接作用調(diào)節(jié)p21/WAF1 基因的表達。此外，長鏈非編碼RNA (lncRNAs) DGCR5可與ARID1A相互作用，進而促進p21的轉錄。在非小細胞肺癌(NSCLC)中敲低ARID1A后，周期相關蛋白cyclinD1 和Bcl-2 的表達上調(diào)，細胞凋亡則受到抑制[7]。

2.3 ARID1A與腫瘤增殖已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，ARID1A 通過使PI3K / AKT信號通路蛋白的變化，EMT，細胞周期，與原癌基因p53等相互作用調(diào)控細胞的增殖。與對照組siRNA的細胞相比，轉染siARID1A減少細胞死亡，促進細胞增殖，細胞周期由G0/G1轉變?yōu)镚2/M[8]。此外，有研究顯示，ARID1A 與抗凋亡蛋白MCL-1表達在結直腸癌中呈負相關，可以得到ARID1A通過下調(diào)MCL-1抑制腫瘤生長[5]。

2.4 ARID1A與腫瘤侵襲和遷移基因表達分析顯示，上皮-間充質(zhì)轉化(EMT)和干細胞識別通路的激活部分依賴于ARID1A失調(diào)性丟失。在胃癌中，ARID1A低表達促進局部淋巴結轉移和遠處轉移[9]。在肝癌和乳腺癌細胞中敲低ARID1A導致細胞的侵襲和遷移能力明顯增強。有研究顯示，在神經(jīng)母細胞瘤SK-N-SH 細胞中敲低ARID1A增加了細胞中基質(zhì)金屬蛋白酶-2和基質(zhì)金屬蛋白酶-9的表達，降低了E-鈣粘蛋白(E-cadherin)表達，最終導致了神經(jīng)母細胞瘤侵襲和遷移能力增強[10]。

3 ARID1A對細胞信號通路的調(diào)控

3.1 ARID1A調(diào)控PI3K信號通路近年來多項研究發(fā)現(xiàn)，磷脂酰肌醇3-激酶(PI3Ks)(PI3K/AKT信號)信號通路與腫瘤的發(fā)生發(fā)展有緊密的聯(lián)系，其在細胞的增殖、分化、凋亡和代謝等多種細胞功能中發(fā)揮作用。研究顯示，ARID1A在腫瘤中的作用可與PI3K信號通路的激活相關。最初在卵巢透明細胞癌(ovarian clear cell carcinoma，OCCC)中發(fā)現(xiàn)ARID1A 功能缺失與PIK3CA 突變同時存在[11]。進一步的研究指出，在實驗小鼠中缺失ARID1A的同時過表達PIK3CA基因，該小鼠會形成卵巢癌，但是一旦抑制PI3K/AKT信號通路則抑制腫瘤細胞的增殖并延長小鼠的生存期。在胰腺癌臨床病理檢查中也發(fā)現(xiàn)ARID1A功能缺失的病人伴隨著PI3K/AKT信號通路的激活，當使用該通路抑制劑時增強細胞凋亡，進而導致ARID1A缺陷的胰腺癌細胞的放療敏感性明顯增強[12]。ARID1A功能缺失的胃癌細胞中AKT的磷酸化水平明顯高于非缺失細胞[13]。這些研究數(shù)據(jù)顯示，在腫瘤中ARID1A的功能缺失與PI3KCA突變及PI3K/AKT的激活傾向同時發(fā)生，提示PI3K/AKT信號通路的小分子抑制劑可能可以作為潛在的靶向治療藥物，從而抑制ARID1A功能缺失的腫瘤。

3.2 ARID1A參與DNA損傷修復通路由于外部生化環(huán)境變化和細胞代謝產(chǎn)物都會導致DNA損傷，進而導致DNA復制和轉錄過程異常，在復制壓力下，DNA損傷修復通路不被激活，則導致細胞死亡或癌變。染色體重塑復合物在DNA損傷修復中發(fā)揮重要的作用。有研究發(fā)現(xiàn)，ARID1A的功能喪失，如缺失或突變(插入、缺失、無義突變等)影響了DNA的損傷修復。在ARID1A缺陷的子宮內(nèi)膜細胞采用小分子化合物篩選顯示PARP抑制劑與輻射協(xié)同作用，ARID1A缺失細胞敏感性增加。體內(nèi)實驗也顯示PARP抑制劑奧拉帕尼與低劑量放療聯(lián)用可明顯抑制ARID1A缺陷子宮內(nèi)膜細胞制備的皮下瘤[14]。Jiang等[15]研究發(fā)現(xiàn)，DNA損傷誘導的ATM激活導致ARID1A泛素化和降解。但是對于ARID1A如何調(diào)控DNA損傷修復的分子機制及如何維持染色體穩(wěn)定性，從而發(fā)揮抑癌作用等機制還有待進一步的探討。

4 ARID1A突變與腫瘤關系

4.1 ARID1A在腫瘤中的突變情況腫瘤全基因組測序發(fā)現(xiàn)ARID1A在多種腫瘤中存在大量突變，特別是在卵巢透明細胞癌(46%-57%)和子宮內(nèi)膜癌(47%-60%)中最為明顯 (Tab 1)。ARID1A突變導致的ARID1A亞基缺失會影響SWI/SNF復合物的功能完整性。從而影響下游靶基因的轉錄、DNA復制和修復[16]。

4.2 ARID1A與腫瘤抑制的機制最近的研究發(fā)現(xiàn)，ARID1A失活的一個主要后果是由于對增強子活性的控制缺陷。增強子活性調(diào)節(jié)具有特異性，在特定細胞類型的基因表達中起主要作用[17]。增強子功能障礙被認為是許多腫瘤類型的致癌原因。Lakshminarasimhan等[18]2017年在對哺乳動物SWI/SNF復合物的研究中發(fā)現(xiàn)增強子是SWI/SNF的主要基因組靶點。在OCCC中，ARID1A的缺失抑制H3K27Ac啟動子甲基化，進而抑制靶基因表達。ARID1A和其他SWI/SNF亞基的失活經(jīng)常影響參與細胞分化和發(fā)育的增強子活性，由此可以推論當這些程序相關的增強子活性被影響時，細胞增殖過程被影響，從而導致癌癥的發(fā)生。

Tab 1 Statistics of ARID1A mutations in different tumors

ARID1A的失活也與幾種經(jīng)典的腫瘤抑制機制有關，包括p53調(diào)控、端粒酶活性維持，以及細胞周期/DNA損傷點調(diào)節(jié)。在不同腫瘤細胞系和異種移植物模型中研究發(fā)現(xiàn)ARID1A和p53共同通過轉錄激活抑制腫瘤的下游基因來協(xié)同預防腫瘤的發(fā)生，包括cdkn1a和smad3。Allo等[19]研究發(fā)現(xiàn)ARID1A和p53的突變在同一腫瘤中是互斥的，這可能反應了二者在功能上是同一條通路的。已有研究表明，上調(diào)端粒酶逆轉錄酶(TERT)的表達以及隨后維持端粒長度在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起著至關重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)[20]，ARID1A在調(diào)控TERT轉錄和端粒酶活性中的作用與其在增強子激活中的作用不同，通過負調(diào)控TERT轉錄維持端粒賦予腫瘤細胞生存優(yōu)勢。細胞周期的失調(diào)會導致DNA損傷。ARID1A介導的染色質(zhì)重塑對于ATR依賴的雙鏈斷裂信號是必要的，ARID1A通過與上游DNA損傷檢查點激酶ATR相互作用而被招募到雙鏈斷裂處，ARID1A的缺失會導致細胞周期異常，進而阻礙正常的DNA損傷修復。

5 “合成致死”的策略靶向治療

近年來合成致死的策略已被引入治療抑癌基因缺失的腫瘤，當腫瘤中特定的抑癌基因突變，直接恢復患者體內(nèi)的腫瘤抑制因子來抑制腫瘤的方案是不可行的，但是靶向合成致死靶標可以起到抑制腫瘤生長的效果。合成致死的策略治療腫瘤的一個成功的典范是PARP抑制劑合成致死殺傷BRCA1/2突變的乳腺癌細胞(Fig 3)。

Fig 3 ARID1A synthetic lethal target

5.1 ARID1A與ARID1B的互斥存在ARID1B在腫瘤中具有低突變率。在全基因組合成致死篩查中，ARID1B被鑒定為ARID1A突變癌細胞系的重要的特異性作用基因。含有ARID1B的SWI/SNNF復合物在ARID1A突變的腫瘤中保持完整。染色質(zhì)的可及性的調(diào)控方面ARID1A發(fā)揮重要作用，ARID1B只有在ARID1A突變的情況下的作用才發(fā)揮作用。因此合成致死發(fā)生可能是由于ARID1A突變的腫瘤依賴于這一亞基來進一步增強其調(diào)控作用。有趣的是SWI/SNF復合物其他亞基之間也存在合成致死關系[21]。這些數(shù)據(jù)提示，在SWI/SNF亞基突變的腫瘤中抑制殘留的SWI/SNF復合物活性可能是治療SWI/SNF亞基突變的腫瘤的一種有效策略。

5.2 ARID1A突變與PI3K/AKT信號通路PI3K/AKT通路激活在多種腫瘤中發(fā)現(xiàn)與ARID1A突變相關。后期研究發(fā)現(xiàn)ARID1A突變經(jīng)常與PIK3CA激活突變和/或PTEN表達缺失共存，這兩者都導致PI3K/AKT通路的下游激活。Achilles項目和癌癥藥物敏感性數(shù)據(jù)庫的篩選也顯示ARID1A缺失的腫瘤中PIK3CA是位居第二的合成致死藥物靶點。但是ARID1A突變與PI3K/AKT通路的共同激活具有腫瘤特異性，因此，對于PIK3CA是否可以作為ARID1A的合成致死靶標的腫瘤普適性還需要進一步的研究。

5.3 ARID1A與其它表觀遺傳靶點的合成致死表觀遺傳性染色質(zhì)重塑的破壞被認為是在缺乏基因組不穩(wěn)定性的腫瘤中推動腫瘤發(fā)生的主要原因之一。在OCCC中研究發(fā)現(xiàn)，與野生型相比，ARID1A突變導致基因組不穩(wěn)定性增加。當用EZH2抑制劑處理ARID1A突變的卵巢透明細胞癌細胞時腫瘤成球能力減弱、增殖標志物ki67丟失、細胞凋亡增加[22]。因此，在臨床可行性中了解清楚EZH2和SWI/SNF復合物之間的詳細作用機制將為之后的腫瘤有效治療具有重要的指導作用。

HDAC6是一種已知能使許多底物脫乙?；谋碛^遺傳蛋白。在ARID1A突變的卵巢透明細胞癌中敲除HDAC6導致了二者之間的合成致死作用,進一步的研究提示ARID1A突變和HDAC6抑制之間的致死關系可能與p53有關[23]。目前已有特定的HDAC6抑制劑在人類血液系統(tǒng)惡性腫瘤進行臨床試驗。這些抑制劑未來可能用于ARID1A突變癌癥的治療。

在卵巢透明細胞癌中針對所有人類激酶的篩選實驗中還發(fā)現(xiàn)ARID1A突變與BET溴域成員BRD2抑制之間形成特定的合成致死關系[24]。研究發(fā)現(xiàn)，敲除BRD2或用JQ1處理可降低ARID1B的表達，BRD2在ARID1B啟動子上直接轉錄調(diào)控AIRD1B的表達，這為BET抑制劑介導的BRD2抑制和ARID1A丟失之間的協(xié)同致死相互作用提供了一種可能的解釋。

5.4 ARID1A突變與DNA損傷應答ARID1A參與非同源末端連接(NHEJ)和同源重組(HR)的DNA損傷修復。最近一項研究發(fā)現(xiàn)，ARID1A通過影響HR導致ARID1A缺陷的癌細胞對PARP抑制劑和ATR抑制劑敏感[25]。這些研究結果提示了一種新的靶向腫瘤細胞合成致死的方法。

5.5 ARID1A誘導的ROS的合成致死之前在模式生物釀酒酵母和秀麗線蟲中就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)SWI/SNF復合物在抗氧化應激中是必需的。已經(jīng)在OCCC，子宮內(nèi)膜癌細胞系中觀察到，ARID1A突變細胞系對氧化應激誘導劑伊利司莫(Elesclomol)更敏感，并且增加了ROS水平和誘導細胞凋亡[26]。有趣的是，在ARID1A野生型細胞中敲除SWI/SNF亞基SMARCA4和SNF5時也表現(xiàn)出對伊利司莫的敏感性。這些數(shù)據(jù)表明，ARID1A的狀態(tài)及SWI/SNF復合物其他亞基的缺失與氧化應激有一定聯(lián)系，關于具體的作用機制還需要更多的證據(jù)支持。

5.6 達沙替尼與ARID1A的合成致死在卵巢透明細胞癌細胞模型中使用一系列基于細胞的高通量藥物篩選發(fā)現(xiàn)激酶抑制劑達沙替尼與卵巢透明細胞癌的關鍵驅動因素ARID1A突變之間存在合成致死相互作用。在體外和體內(nèi)對多種人或小鼠細胞誘導ARID1A缺失均可誘導達沙替尼敏感性，表明這是一種強有力的合成致死相互作用。使用siRNA篩選和激酶圖譜進一步發(fā)現(xiàn)ARID1A突變的卵巢透明細胞癌細胞對YES1抑制劑達沙替尼敏感[27]。

5.7 其它的合成致死策略除了在ARID1A突變背景下的合成致死靶向策略外，ARID1A的缺失可能導致細胞周期調(diào)節(jié)器的治療缺陷。最近研究發(fā)現(xiàn)，ARID1A與大腸癌(CRC)細胞中的極光激酶A(AURKA)具有合成的致死性相互作用[28]。

癌癥驅動基因突變是否直接影響癌癥免疫表型和T細胞免疫仍然是一個懸而未決的問題。研究發(fā)現(xiàn)，在許多人類癌癥組織和小鼠癌癥模型中，生化、基因組、免疫學和功能研究表明，ARID1A調(diào)節(jié)Th1型趨化因子、T細胞腫瘤浸潤和腫瘤免疫，并影響患者的生存和免疫治療反應[29]。ARID1A缺失會影響微衛(wèi)星的不穩(wěn)定性，上調(diào)PD-L1的表達，參與免疫微環(huán)境的調(diào)節(jié)?；贏RID1A突變腫瘤已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多種靶向治療藥物，這些藥物與免疫治療聯(lián)合具有潛在的協(xié)同效應，目前臨床評估正在開展中，鑒于以上聯(lián)合反應更加敏感，這種聯(lián)合治療可能成為一種新的合成致死治療策略。

6 結論與展望

SWI/SNF染色體重塑復合物在調(diào)節(jié)染色體穩(wěn)定性和可及性方面的作用毋庸置疑。腫瘤全基因組測序數(shù)據(jù)提示，SWI/SNF復合物在超過20%的癌癥中存在突變，提示其在其他腫瘤中也可能具有潛在的作用。ARID1A與其高度同源的ARID1B亞基在該復合物中互斥存在。ARID1A具有調(diào)節(jié)細胞周期，端粒酶活性，增強子活性，癌基因以及參與DNA損傷修復等生物學功能。ARID1A在多種腫瘤中存在高頻突變已通過高通量測序驗證，但是其功能還存在爭議。在肝癌、結腸癌、婦科腫瘤等小鼠腫瘤模型中顯示ARID1A在腫瘤抑制中具有很強的作用。比如在已建立的鱗癌模型中，雜合或純合的ARID1A失活通過降低染色質(zhì)的可及性和減少與遷移、侵襲和轉移相關的基因的轉錄來驅動腫瘤細胞更具侵襲性。但是也有與此結論相反的研究報道。例如在APC突變背景下，ARID1A可能具有支持腫瘤生長的致癌能力[30]。進一步研究ARID1A在腫瘤發(fā)生、發(fā)展以及轉移的不同階段的作用將有助于揭示ARID1A是抑癌基因還是同時具備抑癌和促癌功能。目前ARID1A已有很多基于合成致死的有效靶點已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，目前有些候選藥正在臨床開發(fā)中。最終臨床應考慮同時抑制ARID1A突變腫瘤中多個合成致死靶點的作用，以克服對單個目標合成致死產(chǎn)生抗性。此外，ARID1A免疫調(diào)控有關。ARID1A與腫瘤免疫微環(huán)境之間的作用方式可能為以后不同類型的腫瘤診斷和治療開辟新方向。