组蛋白修饰在胃癌中的研究进展

胃癌是常见的恶性肿瘤，其发病率和死亡率在各类肿瘤中位居前列。研究胃癌组蛋白修饰不仅有助于阐明胃癌发生、发展的机制，而且对提高胃癌的诊断、治疗亦有重要作用。本文就组蛋白修饰在胃癌中的研究进展以及临床应用作一综述。
一、染色质结构
在真核生物中，染色质是由DNA、组蛋白和非组蛋白等组成的高度有序复合物，主要分为以凝集状态存在转录抑制的异染色质和以松散状态存在转录活跃的常染色质。核小体是染色质的基本结构单位，其核心颗粒由组蛋白H2A、H2B、H3、H4各两个分子形成的八聚体（即核心组蛋白）以及在八聚体上缠绕的大小约146 bp的DNA分子构成，这些核心颗粒再通过组蛋白H1彼此相连形成染色质。每个核心组蛋白均由一个球形结构域和暴露在核小体表面的N端尾区组成，组蛋白翻译完成后其N端尾区会发生多种共价修饰，如乙酰化、甲基化、磷酸化，这些组蛋白修饰再通过改变巨染色质的结构来决定基因激活或失活的状态．从而调节细胞的重要生理过程。
二、组蛋白修饰
已知的组蛋白修饰共有九种，包括乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、类泛素化、ADP糖基化、脱亚氨基化、脯氨酸异构化、丙酰化，目前对乙酰化、甲基化、磷酸化的研究较多，其中又以组蛋白H3和H4赖氨酸残基乙酰化、甲基化最多见。组蛋白修饰不仅种类繁多，而且相互之间还能互相组合变化，如组蛋白甲基化，其赖氨酸残基能发生单甲基化、双甲基化、三甲基化，且组蛋白修饰可通过调节和控制染色质结构来影响各种基于DNA的重要过程，故组蛋白共价修饰可能是更为精细的基因表达方式。
1．组蛋白乙酰化：在正常生理过程中，组蛋白乙酰化是可逆的动态平衡过程，由组蛋白乙酰转移酶(HATs)和组蛋白去乙酰化酶(HDACs)两个酶家族维持。依据在细胞中不同的位置和功能，HATs可分为胞核A型和胞质B型两种，前者在基因转录方面发挥重要作用，而后者主要在胞质中催化非组蛋白发生乙酰化。HATs主要包括GNAT家族、MYST家族( MOZ/ YBF2/SAS2/TIP60)和CBP/p300家族，这三个家族各自常以复合体的形式存在，如GCN5、PCAF、MORF、p300/CBP，且这些复合体之间相互作用、相互影响，从而在调节发育、分化、细胞周期方面起有重要作用。目前HDACs分为四类：Ⅰ类包括HDAC1、HDAC2、HDAC3、HDAC8；Ⅱ类包括 HDAC4.HDAC5.HDAC6,HDAC7,HDAC9,HDAC10;Ⅲ类包括SIRT1 –SIRT7；Ⅳ类包括HDAC11，兼有Ⅰ类和Ⅱ类的特点。Ⅰ类HDACs主要在细胞核内发挥调节组蛋白乙酰化和染色质结构的作用：Ⅱ类和Ⅳ类HDACs可能主要在细胞质中催化非组蛋白发生去乙酰化：而SIRTs家族可调节细胞衰老、DNA修复、细胞周期等过程。一般而言，组蛋白乙酰化与基因激活有关，而组蛋白去乙酰化与基因沉默有关。
2．组蛋白甲基化：目前组蛋白分为H1、H2A、H2B、H3、H4五种，但甲基化位点多位于H3和H4的精氨酸和赖氨酸残基上，其中精氨酸残基可发生单甲基化和双甲基化，而赖氨酸残基能发生单甲基化、双甲基化、三甲基化。组蛋白甲基转移酶(HMTs)可分为组蛋白精氨酸甲基转移酶(HRMTs)和组蛋白赖氨酸甲基转移酶(HKMTs)两个家族。HRMTs分为两型： Ⅰ型催化精氨酸发生单甲基化和不对称的双甲基化，Ⅱ型催化精氨酸发生单甲基化和对称的双甲基化。HKMTs分为含有赖氨酸特异性SET区的HMTs以及不含赖氨酸特异性SET区的HMTs两大类。以往认为组蛋白甲基化是个不可逆的过程，随着第一个组蛋白去甲基化酶LSD1的发现，证实组蛋白甲基化亦是个动态的酶催化过程，类似组蛋白乙酰化过程。随后大量组蛋白去甲基化酶JHDM1A、JMJD2/KDM4、PUT1等被鉴定出来。与乙酰化不同的是，随着甲基化位点和种类的不同，组蛋白甲基化的功能亦不同，如H3K9、H4K20甲基化可抑制基因表达，H3K4、H3K36、H3K79甲基化则具有激活效应；H3K27单甲基化可激活基因表达，而H3K27双甲基化和三甲基化抑制基因表达。
3．组蛋白磷酸化：组蛋白磷酸化是在组蛋白尾区加人带有电荷的P04基团，这一可逆性修饰常发生于真核蛋白的丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸残基上。组蛋白磷酸化后可通过改变染色质结构以及与其他转录因子之间相互作用而影响转录水平，且不同磷酸化形式与不同的细胞过程如转录、有丝分裂、凋亡、DNA修复相关。目前研究较多的是组蛋白爵H3磷酸化，并已鉴定出多个发生磷酸化的保守区域（如T3、S10、T11、S28、T45），组蛋白H1、H2A、H2B和H4的丝氨酸、苏氨酸残基也易发生磷酸化。组蛋白磷酸化主要由激酶催化，且针对不同的组蛋白残基，催化的激酶亦不同，如DNA损伤信号通路诱导的组蛋白H2AX发生磷酸化主要依靠三磷酸肌醇激酶相关激酶(PIKK)；Mst1激酶可催化在细胞凋亡过程中起重要作用的组蛋白H2BS14磷酸化：与转录激活有关的组蛋白H3Sl0和H3S28磷酸化主要由Aurora激酶催化；MSK/RSK/Jil-1激酶家族可通过介导H3S10发生磷酸化来调节基因表达。
4．各种组蛋白修饰之间的关系：各种组蛋白修饰参与相应基因活化或抑制的作用并非独立，而是相互之间存在内在联系，表现为协同或拮抗作用，如H3S10磷酸化能促进；H3K14乙酰化和H3K4甲基化，同时抑制H3K9甲基化；H2BK123泛素化能介导H3K4和H3K79甲基化转录激活过程；H3K9甲基化可抑制H3S10磷酸化和基因转录，而H3K9乙酰化与转录激活有关。此外，组蛋白修饰与其他表观遗传、重要的信号通路亦有关联，如组蛋白修饰和DNA甲基化可共同沉默某些抑癌基因：miRNAs可通过组蛋白修饰的催化酶(EZH2)和DNA甲基转移酶(DNMT3A、DNMT3B)调节细胞的表观修饰过程：组蛋白H3K27三甲基化的催化酶EZH2与Ras,NF_κB ,STAT3 ,Wnt/β,-catenin等多种信号通路密切相关。
三、组蛋白修饰与胃癌的关系
组蛋白修饰能影响细胞的重要生理功能，因此其调节紊乱可能引起基因表达异常。使这些重要的生理功能发生改变，进而导致肿瘤形成。
1 . 组蛋白乙酰化：恶性肿瘤中组蛋白乙酰化的相关研究较多，但在胃癌中的研究尚不够深入。Mitani等发现，胃组织中抑癌基因p21WAF1/CIP1启动子区组蛋白H3呈低乙酰化状态，且这种低乙酰化与p21WAF1/CIP1表达减少有关。Xia等发现，幽门螺杆菌(H. pylori)能通过p21WAF1/CIP1基因启动子区组蛋白H4高乙酰化而上调p21WAF1/CIP1的表达。Ono等的研究表明，胃癌组织中组蛋白H4乙酰化水平明显下降，并与肿瘤分期、浸润深度、淋巴结转移密切相关。Park等发现胃癌组织中H3K9乙酰化水平与WHO分级和Lauren. 分型有关，而H4K16乙酰化与临床病理指标无关。HDACs在胃癌中亦存在表达异常,Mutze等发现HDAC1和HDAC2在胃癌中高表达，且HDAC1可作为对化疗药物敏感的胃癌患者危险因素分层指标。
2．组蛋白甲基化：胃癌中组蛋白甲基化的研究目前主要集中于组蛋白H3和H4。Park等的研究发现，胃癌组织中H3K9三甲基化水平与肿瘤分期、淋巴管浸润、肿瘤复发、患者生存率有关．多因素生存分析结果示H3K9三甲基化为胃癌患者的独立预后因素。Zhang等使用染色体免疫沉淀芯片技术分析胃癌组织和相邻正常组织中H3K27三甲基化情况，结果显示胃癌组织和正常组织中共128个基因CpG岛的H3K27三甲基化存在显著差异，可能有助于阐明胃癌的发生机制。Meng等发现，抑癌基因p16启动子区的组蛋白H3K9低乙酰化、双甲基化以及DNA甲基化可共同下调胃癌细胞中p16的表达，而5-氮杂-2’ -脱氧胞苷(5-Aza-dC)可通过抑制DNA甲基化和H3K9双甲基化以及促进H3K9乙酰化而重新激活p16基因的表达。此外，组蛋白甲基化修饰的催化酶在胃癌中亦发生改变，Matsukawa等的研究发现EZH2在胃癌组织中高表达，并与肿瘤大小、浸润深度、血管浸润、淋巴结转移、临床分期等密切相关，多因素生存分析发现EZH2高表达的胃癌患者较低表达者的预后更差。Fujii等发现，EZH2在胃癌细胞中可通过E-cadherin基因启动子区的H3K27甲基化而下调其表达，从而部分解释了EZH2高表达的患者预后较差的原因。
3．组蛋白磷酸化：组蛋白磷酸化在胃癌中的研究目前很少见。Takahashi等的研究表明，胃癌中组蛋白H3磷酸化水平增高，并与肿瘤组织类型、血管浸润、淋巴结转移密切有关，多因素回归分析发现组蛋白H3磷酸化是胃癌患者预后不良的重要独立因素。Fehri等发现，H. pylori可诱导胃上皮细胞组蛋白H3Sl0和H3T3磷酸化水平下降，进而调节细胞周期，这可能是H. pylori诱导胃癌发生的又一重要机制。
四、组蛋白修饰的临床应用
组蛋白修饰与其他表观遗传一样具有可逆性．为临床研究药物治疗肿瘤提供了可行性。目前研究主要集中于组蛋白去乙酰化抑制剂制滴菌素A(TSA)、SAHA和组蛋白甲基化抑制剂（如DZNep、BIX -01294），其中SAHA已被美国食品与药品管理局(FDA)批准用于临床治疗皮肤T细胞淋巴瘤。但在肿瘤发生、发展过程中，不同表观遗传修饰与催化酶之间存在相互作用，以及针对不同表观修饰研发的抑制剂治疗肿瘤时效果不佳且不良反应较多，因此联合应用不同抑制剂治疗肿瘤已成为目前组蛋白修饰临床研究的热点。其中联合应用DNA甲基化抑制剂和组蛋白去乙酰化抑制剂治疗恶性肿瘤较常见，而各种组蛋白修饰抑制剂之间的联合应用目前尚未见报道。Manuyakorn等发现组蛋白H3K4双甲基化、H3K9双甲基化、H3K18乙酰化水平低的胰腺癌患者接受5—氟尿嘧啶(5-Fu)化疗的预后不佳，推测使用组蛋白乙酰化或甲基化抑制剂或两者联合应用以提高组蛋自修饰水平可能改善胰腺癌患者的预后。
组蛋白修饰在临床上还能判断患者预后、预测治疗反应，并可作为肿瘤标记物。Seligson等的研究表明手术切除原发灶的前列腺癌患者总体组蛋白修饰水平越低，其预后越差，且这一指标独立于其他所有临床病理因素。有研究显示多种组蛋白修饰可作为前列腺癌、肺癌、肾癌、胰腺癌、卵巢癌和胰腺癌预后的独立指标。Manuyakorn等亦对H3K4双甲基化、H3K9双甲基化、H3K18乙酰化修饰水平预测胰腺癌患者对吉西他滨的治疗反应进行研究，结果显示，与5-Fu不同，总体组蛋白修饰水平低的胰腺癌患者接受吉西他滨治疗后未出现生存率不佳, Van Den Broeck等的研究发现非小细胞肺癌前病变中H4K20三甲基化已缺失，从而为早期监测肺癌提供了一种新的肿瘤标记物。Deligezer等的研究采用染色质免疫沉淀法发现血浆中存在H3K9甲基化修饰，说明组蛋白修饰作为肿瘤标记物在实践中是可行的。
五、结语
总之，组蛋白修饰作为表观遗传的重要组成部分，其在肿瘤发生、发展中的作用逐渐引起重视。但组蛋白修饰的临床应用目前仅限于总体修饰水平，而对特定基因启动子区的组蛋白修饰变化尚未发现临床应用价值。此外，鉴于恶性肿瘤是一种异质性非常明显的疾病，组蛋白修饰在临床的应用仍需更为深入的研究。来源：华语消化网