冷雪媛,范恒,華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬協(xié)和醫(yī)院中西醫(yī)結合科湖北省武漢市 430022

0 引言

多梳家族(polycomb group,PcG)蛋白復合體成員果蠅Zeste基因增強子人類同源物2(enhancer of Zeste homolog 2,EZH2)是多梳抑制性復合物2(polycomb repressive complex 2,PRC2)的核心催化亞基.EZH2具有組蛋白甲基轉移酶(histone methyltransferases,HMT)活性,能誘導組蛋白H3第27位點賴氨酸(histone H3 on lys27,H3K27)甲基化,從而起到沉默靶基因轉錄表達的作用,在機體內發(fā)揮著重要生理作用[1].大量研究強調了這種進化保守蛋白作為人類分化的主要調控因子的作用,它參與了同源基因的抑制、X染色體的失活、細胞生長周期的調控、胚胎干細胞的多能性等多種細胞水平活動,同時也與包括免疫相關性疾病、惡性腫瘤性病變在內的多種臨床病癥的發(fā)生發(fā)展密切相關.

1 PcG蛋白復合體和EZH2的生物學特性

1.1 PcG蛋白復合體 PcG蛋白復合體是人體生長發(fā)育過程中調控細胞分化、增殖及維持穩(wěn)態(tài)的重要物質.它在物種進化中非常保守,在多種生物的胚胎發(fā)育中起關鍵作用.PcG蛋白和三胸家族(trithorax group,TrxG)蛋白借助分節(jié)基因作用于同源基因或同源異型基因,兩者作用相反,前者抑制靶基因活化,后者促使靶基因活化,從而共同維護胞內轉錄穩(wěn)態(tài).PcG蛋白以復合物的形態(tài)發(fā)揮抑制基因轉錄的作用,由其構成的多梳抑制性復合物具有多樣性,在生物不同發(fā)育階段以不同形式存在[2],包括多梳抑制性復合物1(polycomb repressive complex 1,PRC1)、PRC2、多梳抑制性復合物3(polycomb repressive complex 3,PRC3)和多梳抑制性復合物4(polycomb repressive complex 4,PRC4),在人體內主要分為PRC1和PRC2兩大類,目前認為PRC3和PRC4是PRC2的異構體.其中PRC2是促使PcG蛋白沉默基因的初始復合物,以基因啟動子為靶目標,催化組蛋白甲基化,致使染色質結構混亂,進而沉默基因表達[1].PRC2由EZH2、胚胎外胚層發(fā)育蛋白 (embryonic ectoderm development,EED)、基因抑制子(suppressor of Zeste 12,Zeste SUZ12)、視網(wǎng)膜母細胞瘤結合蛋白46/48(retinoblastoma binding proteins 46/48,RbAp46/48)和人植物同源結構域指蛋白1(plant homeodomain finger protein 1,PHF1)組成,其中前三者為其核心組分[3].EZH2作為有催化活性的亞基,充分參與H3K27甲基化進程[4];EED與SUZ12共同維護PRC2穩(wěn)態(tài); RbAp46/48、PHF1對PRC2酶的活性和靶基因識別均有作用[5].表觀基因沉默的建立和維持是細胞功能的基礎,參與遺傳抑制基因活性的基本表觀遺傳系統(tǒng)是PcG蛋白和DNA甲基化系統(tǒng),EZH2在PRC2和PRC3中與DNA甲基轉移酶(DNA methyltransferase,DNMTs)相互作用,并與體內DNMT活性相關[6].

1.2 EZH2生物學特性

1.2.1 EZH2的發(fā)現(xiàn)與命名:EZH2又名ENX-1、KMT6,于1996年在酵母雙雜交實驗中最早被發(fā)現(xiàn)[7],當時研究人員將其命名為ENX-1.Abel等[8]在研究乳腺癌易感基因1(breast cancer susceptibility gene 1,BRCA1)基因位點的附近基因時發(fā)現(xiàn)EZH2定位于17q2l.隨后Chen等[9]在研究21-三體綜合癥時認為該基因位于染色體21q22.22位點.但在2000年Cardoso等[10]的研究表明其位于7q35位點,并證明染色體21q22.22位點序列為假基因.Xiao等[11]在2003年的實驗研究也進一步證實了EZH2位于染色體7q35上.

1.2.2 EZH2的分布:Chen等[9]運用諾瑟雜交技術分析EZH2的分布情況,表明它在人體各階段各種組織內均存在,但在成年人的心、腎和腦中表達水平顯著下降.近年各類報道均指出EZH2的異常過表達常出現(xiàn)于一些惡性疾病中,如肺癌、大腸癌、胃癌、結直腸癌、卵巢癌等.

1.2.3 EZH2的結構:EZH2基因組結構內有20個外顯子,長度為41-323bp; 有19個內含子,長度為0.15-17.7kb.無論是內含子還是外顯子,均遵從GT-AG規(guī)則.EZH2有異構體a和異構體b的兩個剪接體結構,前者mRNA鏈長2695.0bp,后者mRNA鏈長2563.0bp.EZH2蛋白共由746個氨基酸殘基組成,內部共有4個保守區(qū)域,即N端的區(qū)域Ⅰ、區(qū)域Ⅱ、半胱氨酸富集區(qū)及C端的SET區(qū)域[1,11].N端的三個結構域與果蠅Zeste基因具有同源性,而C端的SET結構域進化呈高度保守.后者對EZH2的催化活性具有重大意義,EZH2抑制轉錄作用的發(fā)揮有賴于SET結構域的完整性[10,12,13].

2 EZH2與消化系統(tǒng)腫瘤的關系

大量研究指出EZH2的表達水平與多種類型惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展具有相關性,具體表現(xiàn)在與其他生理組織比較,惡性腫瘤病理組織中EZH2的表達異?；钴S.EZH2與腫瘤的發(fā)生、轉移、免疫、代謝、耐藥等相關[14],影響腫瘤的組織學分化程度、臨床分期、病理大小、轉移發(fā)展和疾病轉歸等.

2.1 EZH2與食管癌 EZH2與食管癌的發(fā)生、發(fā)展、浸潤、轉移及預后密切相關,有望成為各類型食管癌的早期診斷及預后評估的重要分子指標和抗腫瘤治療的潛在作用靶點.彭燕等[15]通過解剖食管癌組織標本檢測EZH2蛋白的表達情況,免疫印跡分析表明食管鱗癌組織中EZH2蛋白的表達量明顯高于癌旁組織,而癌旁組織中EZH2蛋白表達水平同樣高于正常黏膜組織; 在發(fā)生浸潤或轉移的食管鱗癌組織中,EZH2蛋白表達明顯上調,與未發(fā)生浸潤或轉移的癌組織相比,差異具有顯著性.另一研究[16]通過細胞增殖實驗和克隆形成實驗,分析改變EZH2表達后4種食管癌細胞增殖能力的變化,結果顯示降低食管癌細胞EZH2表達可顯著抑制細胞的增殖和克隆形成能力; 而過表達EZH2能誘導食管癌細胞的增殖和克隆形成率,這表明EZH2基因能促進食管癌細胞的增殖和克隆形成.劉飛等[17]通過轉染EZH2過表達或敲低EZH2來探討EZH2和組蛋白H3K27對食管鱗狀細胞癌(esophageal squamous cell cancer,ESCC)細胞遷移和侵襲能力的影響,發(fā)現(xiàn)過表達EZH2后ESCC細胞株的穿膜數(shù)目明顯增多,遷移距離也明顯增大; 而敲低EZH2后細胞珠的穿膜數(shù)目和遷移距離明顯減少,證實EZH2通過增加靶基因啟動子上組蛋白H3K27的三甲基化從而增強ESCC的遷移和侵襲能力.EZH2與食管癌的研究目前多處于表型檢測方面,而對其促癌的內在調控機制的研究較少,下一步可深入機制探討.

2.2 EZH2與胃癌 胃癌的發(fā)生發(fā)展是多因素、多階段及多基因變異的綜合性病變結果,其致病機制主要是端粒酶激活、抑癌基因失活和癌基因激活[18].Zhou等[19]采用病例－對照研究的方法對311例胃癌和425例中國漢族人群進行了EZH2基因分型分析,探討EZH2基因變異與胃癌遺傳易感性的關系,發(fā)現(xiàn)EZH2基因的5個單核苷酸多態(tài)性(SNP;rs12670401、rs6464926、rs2072407、rs734005、rs734004)與胃癌發(fā)病風險顯著相關,證實EZH2基因變異與胃癌風險顯著相關,該研究首次為研究EZH2基因變異在中國漢族胃癌發(fā)生中的易感性因素提供了新的視角.目前臨床上對消化系統(tǒng)腫瘤提倡早發(fā)現(xiàn)早治療,在胃癌的早期階段,當侵犯局限于黏膜或黏膜下層時,特別建議行內鏡下切除腫瘤,包括小病變的內鏡黏膜切除術和大腫瘤的內鏡黏膜下剝離術(endoscopic submucosal dissection,ESD),而EZH2可能對早期癌變的內鏡下治療具有指導意義.臨床研究[20]通過免疫組化等方法共檢測了20例正常胃粘膜、21例腸上皮化生、24例異型增生、23例早期胃癌和65例進展期胃癌組織中EZH2的表達情況,研究發(fā)現(xiàn)EZH2參與早期胃癌的發(fā)病過程,并且隨著病變發(fā)展惡化EZH2的表達水平愈高,在上述五種組織中的高表達率分別為0、23.8%、45.8%、52.2%和56.9%,具有統(tǒng)計學意義,這表明EZH2有望成為胃癌的早期診斷指標,為內鏡下治療提供更多手術依據(jù),但具體指導方案有待進一步研究確定.EZH2在胃癌的侵襲、轉移及預后中同樣發(fā)揮著重要作用,有項Meta分析[21]選取了10項相關研究,共錄取了872位胃癌患者,發(fā)現(xiàn)EZH2蛋白在胃癌組織的表達顯著高于癌旁織和正常組織,EZH2表達水平與胃癌TNM分期、癌細胞淋巴結轉移呈正相關,EZH2陽性表達的胃癌患者的生存時間較EZH2陰性的患者明顯縮短.Sun等[22]對330例胃癌患者EZH2基因型及其與淋巴結轉移和胃壁浸潤深度(T分期)的關系進行研究,結果提示EZH2 TT基因型(rs2072408)與胃癌淋巴結轉移及胃癌浸潤深度有關,在此研究中淋巴結轉移和T3-4期的總體發(fā)生率分別為70.6%和60.6%,而EZH2 TT基因型患者的發(fā)生率分別增加了23.8%和20.0%,表明EZH2的TT基因型與胃癌患者的淋巴結轉移和腫瘤侵壁深度有關.Gan等[23]發(fā)現(xiàn)EZH2通過與PTEN啟動子結合來誘導胃癌細胞獲得上皮-間充質轉化表型,從而增強癌細胞的遷移和侵襲能力,特別是EZH2增強了胃癌細胞的成球能力,說明其在腫瘤干細胞富集過程中具有促進作用.EZH2也影響化療對胃癌細胞的敏感性和耐藥性,其中以鉑類藥物為主的聯(lián)合化療是進展期胃癌化療的一線治療方法,有研究[24]采用轉染siRNA技術下調胃癌細胞中EZH2基因的表達水平、CCK-8法檢測下調EZH2表達后胃癌細胞隨時間變化的增殖能力情況以及用不同濃度奧沙利鉑處理后細胞的增殖抑制率變化情況,進而分析胃癌細胞中EZH2基因的表達與鉑類藥物敏感性的關系,結果表明下調EZH2基因的表達能顯著抑制胃癌細胞的增殖,并且提高胃癌細胞對鉑類藥物的敏感性.

2.3 EZH2與肝癌 在肝臟免疫調節(jié)方面也扮演著重要角色,參與多種肝病的病理變化過程,涉及肝炎的進展和肝癌的發(fā)生發(fā)展.有動物實驗表明EZH2的表達量下調會導致信號轉導與轉錄激活因子4(signal transducer and activator of transcription 4,STAT4)和T-BOX轉錄因子2(T-box transcription factor 2,TBX2)的表達水平明顯下降[25],而這兩者參與誘發(fā)自身免疫性肝炎[26,27].從研究者對慢性丙型病毒性肝炎患者的臨床調研結果發(fā)現(xiàn),Th1關聯(lián)基因與病毒的殺滅率及免疫耐受能力相關[27,28],因此EZH2的缺乏將引起免疫系統(tǒng)失調,從而可能會誘發(fā)甚或加重肝臟疾病.另外,Belloni等[29]的研究提示了EZH2在IFN-α介導乙型肝炎病毒共價閉合環(huán)狀DNA的轉錄抑制過程中起到了重要的作用,這對慢性乙型肝炎的臨床治愈提供了新思路.肝癌是我國常見的消化系統(tǒng)腫瘤,常由肝炎遷延失治而成,具有發(fā)病隱匿、進展迅速、易發(fā)生轉移、病死率高等特點,因此探究其發(fā)病機制以及尋找潛在診療靶點顯得尤為關鍵.有研究[30]表明EZH2通過表觀遺傳修飾抑制miR-22,調控miR-22啟動子上H3K27的三甲基化,從而下調半乳糖蛋白-9的表達,促進肝癌細胞的增殖和轉移,因此抑制EZH2的表達可延緩肝癌細胞的轉移擴散,為臨床治療提供時間和機會.目前已知自然殺傷細胞(natural killer cell,NK)介導的腫瘤細胞清除可抑制腫瘤的發(fā)生和發(fā)展,Bugide等[31]發(fā)現(xiàn)抑制EZH2表達可以增強NK細胞對肝細胞性肝癌(hepatocellular carcinoma,HCC)的根除能力,并且EZH2在一定程度上通過抑制免疫反應發(fā)揮著促癌作用.對于晚期HCC患者,臨床上通過索拉非尼治療腫瘤是可行有效的,然而癌細胞對索拉非尼產生耐藥性是難以避免的問題,最近的研究表明,這種耐藥與癌癥干細胞(cancer stem cell,CSCs)的出現(xiàn)有關,Wang等[32]發(fā)現(xiàn)NOTCH1信號在索拉非尼耐藥的肝癌細胞中被激活,NOTCH1的激活通過增強自我更新和致瘤性賦予肝癌細胞索拉非尼耐藥,此外延長索拉非尼治療后CSCs的出現(xiàn)需要EZH2的過表達.因此,可以通過H3K27me3上調NOTCH1相關因子的表達來調節(jié)EZH2的活性,從而抑制NOTCH1通路的激活,進而降低索拉非尼的自我更新能力和致瘤性,使索拉非尼繼續(xù)發(fā)揮其抗腫瘤作用,這表明EZH2/NOTCH1通路可能是治療索拉非尼耐藥HCC的潛在靶點.

2.4 EZH2與結直腸癌 結直腸癌是全世界較為常見的消化系統(tǒng)惡性腫瘤,在中國其發(fā)病率呈現(xiàn)逐年上升趨勢.有研究[33]采用免疫組織化學Max Vision兩步法檢測110例手術切除的原發(fā)性結直腸腺癌組織中EZH2的表達情況,發(fā)現(xiàn)結直腸癌組織中EZH2的陽性表達率為40.91%(45/110),結直腸癌遠處轉移患者的EZH2蛋白陽性表達率高于無遠處轉移患者,多因素分析結果表明EZH2蛋白的表達是結直腸癌患者預后差的獨立影響因素,結直腸癌組織中EZH2過表達與腫瘤細胞的增殖活性有關.Di等[34]通過機制研究發(fā)現(xiàn)酪氨酸蛋白激酶受體A7(Tyrosine protein kinase receptor A7,EPHA7)介導核內小RNA宿主基因14(small nuclear RNA host gene14,SNHG14),從而促進結直腸癌(colorectal cancer,CRC)的發(fā)展,而EPHA7和SNHG14均受EZH2的調控,其中EZH2是EPHA7的轉錄因子,因此EZH2影響CRC的進展,通過EPHA7/SNHG14促進癌細胞轉移.另一項數(shù)據(jù)[35]顯示,在結直腸癌組織和細胞株中,核仁小分子RNA宿主基因6(small nuclear RNA host gene 6,SNHG6)和EZH2 mRNA表達均上調,而miR-26a表達下調,EZH2是miR-26a的直接靶點,lncRNASNHG6通過miR-26a/EZH2軸促進結直腸癌細胞的遷移、侵襲和上皮-間質轉化.Liu等[36]分析了結腸癌組織和細胞中EZH2與組蛋白H2B第37位點絡氨酸(H2B at tyrosine 37,H2BY37ph)磷酸化的關系以及EZH2-H2BY37ph軸對結腸癌細胞自噬的影響,發(fā)現(xiàn)EZH2在結腸癌組織和細胞中與H2BY37ph呈正相關,饑餓狀態(tài)下EZH2可以通過誘導結腸癌細胞自噬來促進結腸癌的發(fā)生和發(fā)展.

2.5 EZH2與胰腺癌 胰腺癌是世界范圍內最具攻擊性和致命性的惡性腫瘤之一,其起病隱匿,且解剖位置復雜,初診時往往已無手術機會,加之對化療、放療等治療敏感性欠佳,因此預后往往較差,其5年生存率不足10%.Wang等[37]通過基因表達芯片分析和一系列體外實驗發(fā)現(xiàn)肌動蛋白結合蛋白(ainllni,ANLN)在胰腺癌中的高表達與腫瘤大小、腫瘤分化程度、TNM分期、淋巴結轉移、遠處轉移及預后不良有關,ANLN的下調顯著抑制裸鼠細胞增殖、集落形成、遷移、侵襲和致瘤性.研究還發(fā)現(xiàn)ANLN誘導的EZH2可以上調增強子從而參與調控胰腺癌細胞進展,部分逆轉ANLN下調產生的抑瘤作用.Agrawal等[38]檢測了EZH2下調聯(lián)合照射對體外培養(yǎng)的胰腺癌細胞PANC-1和MIA PaCa-2增殖和凋亡的影響,證實了EZH2下調在胰腺癌放射增敏治療中的積極作用.Zhou等[39]發(fā)現(xiàn)通過干擾膀胱癌相關轉錄因子1(bladder cancer associated transcript 1,BLACAT1)來阻斷EZH2募集,促進細胞周期蛋白依賴激酶抑制因子1C(cyclin-dependent kinase inhibitor 1C,CDKN1C)表達,抑制細胞周期蛋白表達,從而抑制胰腺癌細胞增殖、遷移和有氧糖酵解; LncRNA-BLACAT1通過EZH2誘導的H3K27me3抑制CDKN1C,促進胰腺癌細胞的增殖、遷移和有氧糖酵解.綜上可知,EZH2與胰腺癌發(fā)生發(fā)展及預后密切相關,參與胰腺惡性腫瘤的病理演變,調控癌細胞的免疫應答機制.

2.6 EZH2與膽囊癌 膽囊癌是膽道系統(tǒng)最常見的惡性腫瘤,具有早期臨床表現(xiàn)不典型、進展快、預后差的特點.近年研究發(fā)現(xiàn)EZH2在膽囊癌病理生物學和進化中具有重要作用,在癌前病變、早期癌變等階段亦有顯著表達,因此EZH2有望成為膽囊癌診治的全新靶點.Behera G等[40]應用免疫組化方法分析膽囊癌(39例)、膽囊異型增生(12例)和良性黏膜(16例)中EZH2的表達,發(fā)現(xiàn)EZH2在前兩組組織中均為陽性表達,其中在膽囊癌組的表達量明顯高于膽囊異型增生組,而EZH2在良性粘膜病例中呈陰性表達,其次EZH2在低分化膽囊惡性腫瘤中的表達也較高,且與癌細胞的增殖活性和惡化程度呈正相關.

3 討論

消化系統(tǒng)惡性腫瘤的早期診斷和有效治療是臨床實踐中的關鍵和難點,而EZH2基因在消化系統(tǒng)腫瘤中被多次證明與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、增殖、侵襲有關,并在一定程度上影響腫瘤的轉歸和預后,此外EZH2還影響腫瘤細胞對化療藥物的耐藥性.正是由于EZH2在多種惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展病程中發(fā)揮著重要作用,目前它已逐漸成為表觀遺傳修飾修飾方面的研究熱點,有望成為治療各類消化系統(tǒng)惡性腫瘤的新型潛在靶點.

雖然近年以來EZH2已在相關領域的研究中取得了一定的進展,但它在腫瘤中的部分作用機制的下游基因仍不清楚,EZH2與其下游調控基因是如何相互調控而促進腫瘤的發(fā)生發(fā)展,EZH2在早癌診治中是否具有顯著指導意義以及如何規(guī)范化診療早癌從而延緩病情惡化,上述這些問題仍需深入研討.

目前全世界范圍內已研發(fā)出不同類型的EZH2抑制劑,針對不同癌癥類型的EZH2靶向藥物也正在進行多項臨床試驗.盡管EZH2抑制劑作為一種治療手段還處于早期發(fā)展階段,但對其耐藥機制的證據(jù)已經開始出現(xiàn)[41],在細胞系模型中,長期暴露于EZH2抑制劑后,耐藥細胞中發(fā)現(xiàn)了EZH2的兩個新的次級突變(Y111L和Y661D),并被發(fā)現(xiàn)能協(xié)同產生耐藥性.因此,進一步研究開發(fā)高效、低毒、高選擇性的EZH2抑制劑是今后發(fā)展方向之一,考慮EZH1/EZH2雙抑制可能具有更強的抗腫瘤作用,當EZH2抑制作用受到影響時EZH1可以進行補償,這提示高選擇性靶向其共同序列的EZH1/EZH2雙抑制劑或者將高選擇性EZH1抑制劑與高選擇性EZH2抑制劑相結合的藥理方式都是值得深入探索的.其次,鑒于單一藥物療效有限,EZH2抑制劑與免疫治療、常規(guī)化療、靶向治療、外科治療、內分泌治療等其他抗癌治療方法的聯(lián)合使用也是一個很有必要的選擇和未來的發(fā)展方向,聯(lián)合治療可提高療效,克服單一治療的局限性和單獨使用抑制劑的耐藥性,但如何建立安全有效的聯(lián)合用藥機制同樣是亟需探究的難題之一.除此之外,篩選預測性生物標志物也是一大方向,如EZH2突變或過表達,幫助適合EZH2靶向治療的腫瘤患者獲得更個性化的精準醫(yī)療服務.最后,開展更多的臨床試驗來評估和驗證EZH2靶向抑制劑和標志物的診療效果也是很有意義的,為一系列的藥物和標志物的研發(fā)提供了準確可靠的臨床數(shù)據(jù).

4 結論

消化系統(tǒng)惡性腫瘤的發(fā)病率和死亡率正逐年上升,日益成為影響人們身體健康最主要的惡性腫瘤之一.作為一種表觀遺傳修飾的負性調控因子,EZH2高表達被發(fā)現(xiàn)與多種消化系統(tǒng)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及不良預后密切相關.雖然近年來對 EZH2與消化系統(tǒng)腫瘤關系的研究取得了重要進展,但EZH2促進消化系統(tǒng)腫瘤發(fā)生發(fā)展的具體機制尚未完全闡明,因此在該領域的進一步深入研究和探討,將為腫瘤的靶向治療提供新靶標和新途徑,為消化系統(tǒng)腫瘤患者帶來新的希望.