王飛 馬長林

1 濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)院，濟(jì)寧 272000；2 濟(jì)寧市第一人民醫(yī)院肝膽外科，濟(jì)寧 272000

表觀遺傳學(xué)通常而言是指在不改變?nèi)魏位蚱蔚腄NA遺傳序列結(jié)構(gòu)的情況下，基因的位置分布、轉(zhuǎn)錄表達(dá)水平發(fā)生改變，且產(chǎn)生可相對穩(wěn)定遺傳的表型［1-2］。在腫瘤疾病的發(fā)生、發(fā)展過程中，表觀遺傳修飾異常也普遍存在［3］，比如DNA 甲基化、組蛋白體修飾、染色質(zhì)重塑等，其表觀特征上的異?？蓪?dǎo)致細(xì)胞中染色體上癌基因或者抑癌基因表達(dá)異常，進(jìn)而可能參與了腫瘤的發(fā)生及進(jìn)一步發(fā)展。其中組蛋白修飾在表觀遺傳學(xué)和基因表達(dá)的調(diào)節(jié)中起重要作用，雖然它們不能識別靶基因中的特定DNA 序列，但能通過與能特異性識別DNA 序列的轉(zhuǎn)錄因子或長非編碼RNA的相互作用在特定的組蛋白附近招募，從而發(fā)揮作用［4］。其中作用最為突出、最為廣泛的組蛋白修飾是H3 的Lys 和Asp殘基上的甲基化，可在基因強化子和某些特定基因啟動子區(qū)域檢測到，與基因表達(dá)受到抑制或激活有關(guān)聯(lián)，取決于它們被特異性修飾的位點和程度。

組蛋白H3K4me3 是一種從酵母到哺乳動物的進(jìn)化保守的染色質(zhì)標(biāo)記。研究表明其參與許多生物學(xué)過程［5］，如核小體重塑、轉(zhuǎn)錄起始、組蛋白乙?；?、前mRNA 剪接以及通過與不同的效應(yīng)蛋白結(jié)合來進(jìn)行DNA 損傷反應(yīng)。 在某些哺乳動物中，催化組蛋白H3 賴氨酸4（H3K4）位點的甲基化轉(zhuǎn)移COMPASS（與 Set1 相關(guān)）蛋白復(fù)合物主要有以下幾種蛋白質(zhì)賴氨酸殘基甲基轉(zhuǎn)移酶，比如SET1 樣甲基轉(zhuǎn)移酶［混合譜系白血?。∕LL）1-4/KMT2A-D家族蛋白和Set1A/KMT2F和Set1B/KMT2G］［6］。其中，KMT2D 是哺乳動物中主要的組蛋白H3K4 單甲基轉(zhuǎn)移酶和二甲基轉(zhuǎn)移酶，而組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶（KMT2B）主要介導(dǎo)H3K4me3 在啟動子區(qū)域招募富集，并發(fā)揮著一定程度上的基因表達(dá)及其調(diào)控能力［7］。最近越來越多研究顯示，KMT2B 對于基因調(diào)控、細(xì)胞分化、胚胎發(fā)育、腫瘤疾病等都可能存在著重要的影響。

KMT2B的生物學(xué)特征

1、KMT2B基因及其編碼蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能

人 類 KMT2B 基 因（又 稱 CXXC10、HRX2、MLL1B、MLL2、TRX2、WBP7），位于第 19 號染色體長臂的 1 區(qū) 3 帶上，是一個跨越20 kb 的基因組DNA，其構(gòu)成的轉(zhuǎn)錄本大小為8.5～9.0 kb［6］。在人體組織中廣泛表達(dá)，與存在于染色體11q23 中的KMT2A 基因具有相似的基因結(jié)構(gòu)，也是KMT2A蛋白的旁系同源物［8-9］。該基因編碼的含有多個結(jié)構(gòu)域的KMT2B 蛋白是一個擁有2 715 個氨基酸殘基構(gòu)成的蛋白質(zhì)，其結(jié)構(gòu)組織包括催化活性C端SET結(jié)構(gòu)域、AT鉤、CXXC結(jié)構(gòu)域和N端區(qū)域中的2個PHD鋅指。

KMT2B 蛋白C 端SET 結(jié)構(gòu)域主要是由近150 個氨基酸殘基共同構(gòu)成，是目前發(fā)現(xiàn)的大部分組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶所共有的保守的具有催化活性的主要區(qū)域［6］。跟其他MLL 家族蛋白類型相似的是該類蛋白功能活性的發(fā)揮依賴于核心蛋白復(fù)合體和轉(zhuǎn)錄因子的協(xié)同作用，催化組蛋白H3K4甲基化以及激活KMT2B 相關(guān)功能。SET 結(jié)構(gòu)域形成一個口袋，與甲基轉(zhuǎn)移酶輔因子S-腺苷甲硫氨酸和組蛋白H3 的N 末端尾部結(jié)合，催化甲基化反應(yīng)［10］。

2、KMT2B及其蛋白復(fù)合物的功能

組蛋白H3K4 甲基化轉(zhuǎn)移酶家族中KMT2B 和KMT2A蛋白同屬于黑腹果蠅同源甲基化酶Trx 分支。兩者在功能特點上有相似性，但各自也具有特異性，比如：都主要催化靶基因啟動子區(qū)域H3K4me 的表達(dá)，激活啟動子對細(xì)胞特異性基因功能的特異調(diào)控，調(diào)控細(xì)胞生長、分化。Kerimoglu等［11］發(fā)現(xiàn)，Kmt2a 和 Kmt2b 高度同源，它們形成相似的 KMT復(fù)合體，兩者都是精確調(diào)控基因表達(dá)和卵母細(xì)胞發(fā)育所必需的。

近些年來研究表明，KMT2B 蛋白與核心蛋白復(fù)合體、宿主細(xì)胞因子 1/2（HCF 1/2）或 Menin 形成KMT2B/COMPASS 蛋白質(zhì)復(fù)合物［12］，該組分被募集至靶標(biāo)基因，負(fù)責(zé)特定基因啟動子、增強子或附近順式調(diào)節(jié)位點上的H3K4me3，從而調(diào)節(jié)靶標(biāo)基因影響生長、發(fā)育。核心蛋白復(fù)合體通常指由 RbBP5、WDR5、ASH2L 和 DPY30 共同構(gòu)成，也曾稱為 WRAD 蛋白，具有催化 H3 甲基化的功能［3］。Pang等［13］研究發(fā)現(xiàn)，WRAD蛋白與細(xì)胞周期的調(diào)控有關(guān)，可能影響S 期和M 期的轉(zhuǎn)變。哺乳動物MLL 蛋白家族中WDR5 在染色質(zhì)重塑、維持蛋白穩(wěn)定性、維持胚胎干細(xì)胞活性等方面有著重要作用，此外，它還參與干細(xì)胞自主更新以及對LncRNA 介導(dǎo)基因的轉(zhuǎn)錄［14］。已證明Menin 與雌激素受體-α 相互作用，并使MLL2能夠募集到基因位點［15］，此外與MLL 復(fù)合物相關(guān)的其他常見轉(zhuǎn)錄因子有MYC、NANOG、PAX7、NF-E2、p53、USF1、E2Fs和NF-Y（核轉(zhuǎn)錄因子Y）。

3、KMT2B參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控、細(xì)胞分化及胚胎組織發(fā)育

組蛋白H3K4me3和H3K27me3通常分別與激活和抑制基因相關(guān)。Hu 等［16］通過免疫印跡和染色質(zhì)免疫沉淀結(jié)合高通量DNA 測序在缺失MLL2 的小鼠胚胎干細(xì)胞中研究了H3K4（H3K4me1、H3K4me2 和 H3K4me3）的整體水平和全基因組H3K4me3的占據(jù)，確定KMT2b是在胚胎干細(xì)胞中催化H3K4 三甲基化的雙價標(biāo)記啟動子的酶。Fellous 等［17］觀察到h3k4me3 和h3k27me3 信號之間的反相關(guān)性，即h3k27me3 信號在顯示h3k4me3 減少的區(qū)域中富集；在胚胎發(fā)育過程中調(diào)節(jié)細(xì)胞命運決定的基因通常是雙重h3k4me3 和h3k27me3 標(biāo)記，二價標(biāo)記表明在譜系規(guī)范期間可以被激活或抑制的“平衡”狀態(tài)。Hanna 等［18］發(fā)現(xiàn)，KMT2B 蛋白在不同的生物過程中有著重要作用，例如染色質(zhì)信號、轉(zhuǎn)錄、調(diào)控、RNA 剪接和DNA 復(fù)制等，也進(jìn)一步證實了KMT2A 在包括造血發(fā)育在內(nèi)的中晚期發(fā)育過程中是必需的，而KMT2B 的表達(dá)在非常早期的階段就被檢測到，功能缺失突變會導(dǎo)致嚴(yán)重的發(fā)育遲緩。綜上所述，KMT2B基因以及它編碼產(chǎn)生的蛋白質(zhì)與整個胚胎組織發(fā)育階段聯(lián)系較為密切，在不同的生物過程調(diào)節(jié)中同樣有著很重要的作用，但是有關(guān)其具體的遺傳調(diào)控作用機(jī)制以及上下游調(diào)控信號通路還有待人們進(jìn)一步去研究探索。

KMT2B基因及其編碼蛋白質(zhì)在疾病中的作用

1、KMT2B基因及其編碼蛋白質(zhì)缺陷導(dǎo)致先天性疾病

KMT2B 單倍體不足與早發(fā)性全身性兒童肌張力障礙有關(guān)。KMT2B 相關(guān)性肌張力障礙是常染色體顯性遺傳，迄今為止，已經(jīng)報道了66種不同的突變位點［19］。攜帶KMT2B突變的患者的基因表達(dá)譜表明，某些與肌張力障礙相關(guān)的蛋白質(zhì)如torsin 家族1 成員A、含有THAP 結(jié)構(gòu)域的凋亡相關(guān)蛋白1 和多巴胺受體D2 在腦脊液和成纖維細(xì)胞中減少［20］，表明KMT2B 在疾病發(fā)病機(jī)制中的意義需要進(jìn)一步研究。Kerimoglu 等［11］比較了Kmt2a或Kmt2b基因敲除后小鼠海馬神經(jīng)元中H3K4甲基化水平的降低和基因表達(dá)的失控，發(fā)現(xiàn)Kmt2a 和Kmt2b 在很大程度上控制著不同的基因組區(qū)域和與神經(jīng)元可塑性相關(guān)的不同分子途徑；證實了相關(guān)的組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶Kmt2a 和Kmt2b 都是記憶功能所必需的，但它們控制著不同的神經(jīng)元基因表達(dá)程序。雖然目前仍不能將KMT2B 基因變異、KMT2B 蛋白表達(dá)以及H3K4me3 修飾作為臨床肌張力障礙、學(xué)習(xí)記憶障礙等神經(jīng)系統(tǒng)疾病早期的診斷標(biāo)志物，但以上研究結(jié)果表明KMT2B能夠調(diào)控自主運動相關(guān)基因的表達(dá)，在早期發(fā)育以及先天性疾病發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。

2、KMT2B基因及其編碼蛋白質(zhì)與腫瘤相關(guān)

KMT2B表現(xiàn)出與KMT2A的結(jié)構(gòu)相似性，但它與染色體重排、易位無關(guān)，并且對未甲基化序列的DNA 結(jié)合的親和力比較低，使得無法替代白血病癌蛋白中的KMT2A 的作用［21］。這表示兩種基因染色體結(jié)構(gòu)改變均可能會導(dǎo)致人體腫瘤性疾病的形成，但兩者的突變位點和突變后所結(jié)合的功能蛋白不全相同。KMT2B 在食管肉瘤樣癌、乳腺癌、子宮內(nèi)膜癌和胃癌、肺癌的突變率較高。此外，還在神經(jīng)纖維瘤病中檢測到KMT2B 的體細(xì)胞突變導(dǎo)致KMT2B 蛋白截短，并與早期膠質(zhì)瘤形成有關(guān)［22-23］。Xu等［24］研究發(fā)現(xiàn)，在結(jié)直腸癌中，KMT2B 通過β-連環(huán)蛋白依賴的過程被招募到c-Myc 強化子附近，使H3K4me3 甲基化而促進(jìn)了c-Myc 轉(zhuǎn)錄。在野生型和KMT2B 缺失的哺乳動物結(jié)腸癌細(xì)胞中分析KMT2B 靶基因，發(fā)現(xiàn)KMT2B 促進(jìn)視黃酸反應(yīng)性基因轉(zhuǎn)錄［25］。其他受 KMT2B 調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)錄因子包括 E2F1、p53、NR3C1，這解釋了KMT2B 在癌癥發(fā)生、進(jìn)展中的潛在機(jī)制意 義［26］。 KMT2B 通 過 影 響 FYN 蛋 白 的 穩(wěn) 定 性 ，促 進(jìn)SHPRH 表達(dá)，調(diào)節(jié)甲狀腺癌細(xì)胞對 I 的敏感性。Chen 等［27］通過實時定量聚合酶鏈反應(yīng)（RT-qPCR）、免疫組織化學(xué)和免疫印跡顯示KMT2B 在THCA 細(xì)胞中低表達(dá)，細(xì)胞對碘的抗性導(dǎo)致KMT2B 表達(dá)進(jìn)一步降低，證實了KMT2B 通過影響FYN 蛋白的穩(wěn)定性，促進(jìn)SHPRH 表達(dá)，調(diào)節(jié)甲狀腺癌細(xì)胞對I 的敏感性。此外，在基因組研究中KMT2B 已被揭示為整合到肝細(xì)胞癌組織的致癌病毒上的經(jīng)常性靶標(biāo)，這表明KMT2B 表達(dá)升高與肝癌進(jìn)展的潛在關(guān)系需要進(jìn)一步研究［28］。Leng 等［5］證實了非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞（non-small cell lung cancer cell，NSCLC）中 β-catenin 和 LEF1/Tcf 家族的失活以及c-Myc 增強子區(qū)域H3K4me3 的顯著抑制水平，表明組蛋白3 賴氨酸-27 去甲基化酶與KMT2B 通過調(diào)節(jié)相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄程序促進(jìn)NSCLC 的致瘤表型?？傊甂MT2B 基因以及編碼的相關(guān)蛋白質(zhì)與人類腫瘤疾病聯(lián)系密切，圍繞其開展進(jìn)一步深入研究，將有利于加深人們對自身腫瘤疾病發(fā)病機(jī)理變化的認(rèn)識。

總結(jié)與展望

綜上所述，在疾病的發(fā)生、發(fā)展過程中，表觀遺傳修飾異常普遍存在著。近年來在理解組蛋白修飾及其在基因調(diào)控中的作用方面被證明是尤其重要的。KMT2B 通過對靶基因H3K4甲基化修飾，以及與其他組蛋白修飾的協(xié)同作用改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)構(gòu)或功能，以調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄與表達(dá)，參與細(xì)胞分化、組織發(fā)育以及各類疾病等過程。KMT2B 在介導(dǎo)發(fā)育相關(guān)基因的特定啟動子中的H3K4me3 以及在調(diào)節(jié)生理自主運動中發(fā)揮著重要的作用；此外，它與兒童肌張力障礙和幾種惡性腫瘤（肝細(xì)胞癌、白血病、肺癌、結(jié)腸直腸癌和神經(jīng)膠質(zhì)瘤等）的發(fā)病機(jī)制有關(guān)。雖然目前對在不同環(huán)境中KMT2B 是如何啟動對H3K4 甲基化的修飾、如何實現(xiàn)基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控、如何介導(dǎo)相關(guān)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的作用及機(jī)制還未完全清楚，但我們相信隨著研究的不斷深入，這些都將進(jìn)一步明確，為未來臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用和藥物開發(fā)提供潛在靶點和新思路。