組蛋白修飾與miRNA在小細胞肺癌中的研究進展

方淑斌，方楚玲，張 貝(綜述)，郭琳瑯(審校)

(南方醫科大學珠江醫院病理科,廣州 510280)

小細胞肺癌占肺癌的10%～15%，是惡性程度最高的一種肺癌，其倍增時間短，轉移早而廣泛，5年生存率僅為5%[1]。越來越多的研究顯示，機體自分泌循環通路、原癌基因和抑癌基因在小細胞肺癌的發生、發展中有重要的地位，而表觀遺傳學可通過對這三種因素的調控影響小細胞肺癌的發生、發展[2]。表觀遺傳是指DNA序列并不發生變化而基因表達卻發生可遺傳的改變,主要機制包括DNA甲基化、組蛋白修飾、染色體修飾，廣義上還包括非編碼RNA等。近年來，在小細胞肺癌中對組蛋白修飾和微RNA(microRNA，miRNA)調控的研究較多，對其深入研究可為小細胞肺癌發生、發展的分子機制、臨床診斷與治療提供一個新的思路。該文就小細胞肺癌組蛋白修飾和miRNA調控的研究進展予以綜述。

1 組蛋白修飾與小細胞肺癌

1.1組蛋白修飾調控小細胞肺癌的發生、發展 組蛋白是染色質的基本結構蛋白，它與DNA、非組蛋白以及少量RNA共同構成染色質。組蛋白的N端可通過共價修飾作用發生乙酰化、甲基化、泛素化以及磷酸化等翻譯后修飾[2]，這些修飾的信息構成了豐富的組蛋白密碼，其中乙酰化是最為重要的修飾方式之一。組蛋白乙酰化是通過組蛋白乙酰基轉移酶和組蛋白去乙酰化酶協調完成的，常見于組蛋白H3的Lys9、Lys14、Lys18、Lys23和H4的Lys5、Lys8、Lys12、Lys16等位點，其可使核小體的結構變得松弛，促進轉錄因子和協同轉錄因子與DNA分子接觸，從而激活特定基因的轉錄過程。組蛋白的乙酰化程度與轉錄活性密切相關:轉錄活動區域核心組蛋白的乙酰化密度高,而不活動區域乙酰化密度低。組蛋白脫乙酰化酶抑制劑則主要通過抑制小細胞肺癌細胞系染色體的解聚，封閉DNA進而抑制小細胞肺癌的發生、發展。

1.2組蛋白脫乙酰化酶抑制劑在小細胞肺癌臨床治療中的應用

1.2.1組蛋白脫乙酰化酶抑制劑 組蛋白的乙酰化與小細胞肺癌的發生、發展有很大的相關性，Li等[3]通過分析組蛋白H4乙酰化在不同種類的肺癌中的丟失情況，發現H4乙酰化的缺失在各種肺癌中是不同的，其中在小細胞肺癌中的丟失率較高。組蛋白脫乙酰化酶抑制劑則主要通過干擾組蛋白的乙酰化狀態而達到治療的目的。根據化學結構和抑制的機制，去乙酰化抑制可分為短鏈脂肪酸類、環氧化物、環肽、苯酰胺類、異羥肟酸類和其他化合物[4]，主要包括曲古抑菌素A、二苯基乙酸鈉、異羥肟酸、丙戊酸[5]，以及一些新的組蛋白脫乙酰化酶抑制劑。它們與維持細胞內環境穩定相關的蛋白質、細胞增殖分化及細胞凋亡等密切相關。在許多關于組蛋白脫乙酰酶抑制劑的研究中，只有少部分的組蛋白脫乙酰酶抑制劑單獨使用能夠對小細胞肺癌細胞的分裂增殖有比較明顯的抑制作用，但是大部分的組蛋白脫乙酰酶抑制劑需要和其他藥物，如DNA甲基轉移酶抑制劑、破壞DNA結構的藥物或者拓撲異構酶-Ⅰ抑制劑等聯合應用才能顯示出較強的抑癌作用。盡管組蛋白脫乙酰化酶抑制劑與其他藥物聯用對小細胞肺癌的抑制作用良好，對正常細胞毒性低，但是對于與其他藥物合用時劑量搭配的調控，用藥順序的改變所產生的不同抑癌效應，以及合用后藥物的作用機制等方面仍然存在著諸多不足之處，仍需要進行更深入的研究。

1.2.2組蛋白脫乙酰化酶抑制劑調控癌細胞內環境的穩定性 Otterson等[6]通過對羅咪酯肽的研究發現，盡管在初步的體外研究中羅咪酯肽對小細胞肺癌的抑制效果相當明顯，但是進一步的研究發現羅咪酯肽對小細胞肺癌的作用效果不佳，Otterson等[6]在分析結果失敗原因的基礎上提出：將組蛋白脫乙酰酶抑制劑和其他藥物治療方法相結合以提高組蛋白脫乙酰酶抑制劑對小細胞肺癌的治療效果，且指出組蛋白脫乙酰酶抑制劑不僅僅是作用于組蛋白的修飾，同時還可能作用于維持細胞內與內環境穩定相關的蛋白質，如微管蛋白和p53，為組蛋白脫乙酰酶抑制劑的作用機制提供新思路。

1.2.3組蛋白脫乙酰化酶抑制劑抑制癌細胞的增殖、分裂 Luszczek等[7]通過合用DNA甲基轉移酶抑制劑(5-AZA-dC)和組蛋白脫乙酰酶抑制劑(LBH589或MGCD0103)來研究其對小細胞肺癌的抑制作用，發現小細胞肺癌細胞系的增殖、分裂能力明顯下降。進一步研究發現，兩種抑制劑的協同效應使敏感性小細胞肺癌細胞系增殖能力喪失與表觀遺傳學的關系不大，而兩種抑制劑的協同效應促進干擾素激活相關基因的表達決定了小細胞肺癌對兩種藥物的敏感性。Luchenko等[8]通過CalcuSyn數學模型分析的方法，研究了合用組蛋白脫乙酰酶抑制劑(N-羥基-3-丙烯酰胺和羅咪酯肽)與DNA損傷藥物(順鉑和依托泊苷)對小細胞肺癌細胞系增殖、分裂的影響，其通過免疫染色的方法監測磷酸化組蛋白(γ-H2AX)的變化來鑒定同時加入兩種藥物和先后加入兩種藥物時DNA的損傷程度，發現用組蛋白乙酰化酶抑制劑預處理小細胞肺癌細胞系24 h后再加入DNA損傷藥物，或者在加入DNA損傷藥物后再加入組蛋白乙酰化酶抑制劑，對小細胞肺癌細胞系增殖能力的抑制作用均比同時加入兩種藥物時減弱，其同時證明了兩種藥物合用后的作用機制與DNA解旋的關系不大，這對臨床合理用藥提供了有力的依據。此外，拓撲異構酶-Ⅰ抑制劑拓撲替康作為現今唯一用于治療復發性小細胞肺癌的藥物，在治療血液惡性腫瘤和實體瘤(包括小細胞肺癌)有良好的臨床應用前景。Bruzzese等[9]則通過研究拓撲異構酶-Ⅰ抑制劑拓撲替康與組蛋白脫乙酰化酶抑制劑伏立諾他合劑對小細胞肺癌細胞系(分別為H209和H526)增殖能力的抑制作用，發現兩種藥物合用對兩種細胞具有協同的腫瘤細胞毒性作用。此外，Kaminskyy等[10]則發現丙戊酸鈉主要通過激活Notch1信號途徑，從而阻礙小細胞肺癌細胞的生長、增殖。

1.2.4組蛋白脫乙酰化酶抑制劑促進癌細胞的凋亡 腫瘤壞死因子凋亡相關誘導配體是一種在腫瘤治療方面很有應用前景的藥物，但是許多腫瘤對其耐受，研究表明，腫瘤對該藥物耐受的主要原因是細胞內胱天蛋白酶(caspase)8表達的缺乏[11]。雖然有研究已經發現DNA損傷藥物阿霉素和依托泊苷可通過提高死亡受體5和降低細胞內增殖細胞核抗原抑制蛋白的表達水平,提高小細胞肺癌對腫瘤壞死因子凋亡相關誘導配體的敏感性，但是這些傳統的化療藥物不能通過提高細胞內caspase-8的表達來恢復其對腫瘤壞死因子凋亡相關誘導配體的敏感性[12]。Luszczek等[7]則通過研究發現,DNA甲基轉移酶抑制劑地西他濱和組蛋白脫乙酰酶抑制劑(丙基戊酸或CI-994)相結合能夠有效地恢復小細胞肺癌中caspase-8基因的表達，并且降低腫瘤凋亡抑制因子1和生存素的表達水平，從而表明DNA甲基轉移酶抑制劑(地西他濱)和組蛋白脫乙酰酶抑制劑(2-丙基戊酸或CI-994)的結合有望成為腫瘤壞死因子凋亡相關誘導配體治療低caspase-8表達小細胞肺癌的輔助劑。Crisanti等[11]研究發現，組蛋白脫乙酰酶抑制劑帕比司他(LBH589)通過調控細胞周期調節因子(如p21)和細胞凋亡相關因子(如caspase-3和caspase-7)表達的上升以及抗凋亡因子(Bcl-2和Bcl-x)表達的下降，能夠顯著抑制小細胞肺癌細胞的分裂、增殖，并且加入化療藥物依托泊苷能夠增加抗癌效果，從而證明帕比司他有望成為治療胸部惡性腫瘤，尤其是小細胞肺癌的藥物之一。

2 微RNA與小細胞肺癌

2.1微RNA調控小細胞肺癌發生和發展 微RNA(microRNA，miRNA)是一類具有調控功能的內源性非編碼RNA，大小為20～25個核苷酸，可通過結合靶信使RNA(mRNA)中的3′非編碼區，從而降解靶mRNA或阻遏靶mRNA的翻譯[12]。據統計，人類約有30%的基因受到miRNA的調控[13]。現已證明，位于靶基因中的3′非編碼區中的單核苷酸可調控miRNA與靶基因的結合，進而調控小細胞肺癌發生、發展[14]。因此，miRNA可通過調控原癌基因和抑癌基因的表達以及參與調控細胞周期來調控腫瘤的發生、發展。

2.1.1miRNA調控原癌基因的表達 在小細胞肺癌細胞中 MYCL1(L-myelocytomatosis oncogene)和ASCL1(achaete-scute complex homolog 1)基因表達下降，Xiong等[15]檢測了分別位于這兩個基因的單核苷酸位點(rs3134615和rs2291854)，發現rs3134615為位于MYCL1基因3′非編碼區的單核苷酸位點，has-miR-1827能夠與MYCL1基因3′非編碼區結合來下調MYCL1基因的表達，當位于rs3134615的單核苷酸從G變為T時，has-miR-1827與MYCL1基因3′非編碼區的結合受到阻遏，導致原癌基因MYCL1表達上調，進而促進小細胞肺癌的發生、發展；而rs2291854雖為位于原癌基因ASCL1 3′非編碼區的單核苷酸位點，但是其與小細胞肺癌的發生、發展關系不大。此外，有研究表明Let-7能夠抑制多種原癌基因的表達，如Ras家族、HMGA2、C-myc[16]；同時其還能夠抑制調節細胞周期的因子，如CDC25A[17]。Pan等[18]通過研究表明，RNA結合蛋白Lin-28能夠加速Let-7前體pri-let-7a-1/7g的裂解，使小細胞肺癌細胞中的Let-7表達下降，進而促進小細胞肺癌的發生、發展，但是至于Lin-28能否抑制Let-7的轉錄，能否阻遏pre-let-7從細胞核轉運到細胞質，則需要更多的研究。

2.1.2miRNA調控抑癌基因的表達 Du等[19]通過實驗證明，miR-93、miR-98和miR-197可作用于肉瘤融合基因1的3′非編碼區，調控肉瘤融合基因1蛋白的表達量，進而促進小細胞肺癌的發生、發展。此外，其還發現miR-93和miR-98在小細胞肺癌細胞中的表達量均比支氣管表皮細胞和非小細胞肺癌細胞高，而miR-197在小細胞肺癌細胞和非小細胞肺癌細胞的表達量均比支氣管表皮細胞低[19]。

2.1.3miRNA參與調控細胞周期 SLC7A5(Solute carrier family 7,member 5)基因是轉運異質二聚體4F2氨基酸的輕鏈，與多種腫瘤的發生、發展均有密切的關系[20-22]。Miko等[16]通過研究miR-126表達對H69細胞增殖和細胞周期的影響發現，當H69細胞處于G1期時，miR-126能夠結合其SLC7A5基因的3′非編碼端，進而抑制H69細胞的增殖。

2.2miRNA在小細胞肺癌臨床治療中的應用前景

2.2.1miRNA作為小細胞肺癌診斷和預后的指標 Ranade等[23]通過檢測經過化療的小細胞肺癌樣本，發現miR-92a-2*與小細胞肺癌患者的耐藥和生存率的下降密切相關，而miR-92a-2*能否作為小細胞肺癌患者耐藥的檢測指標，則需要更多的臨床試驗去探索。此外，Du等[24]通過對支氣管表皮細胞、小細胞肺癌細胞和非小細胞肺癌細胞中miRNA表達量的檢測發現，許多miRNA(如miR-338、miR-101和miR-98等)在這三種不同的細胞中的表達量均不同，而且均在支氣管表皮細胞的表達量最低，非小細胞肺癌細胞次之，小細胞肺癌細胞最多。其通過深入的分析提出：小細胞肺癌可能是由支氣管表皮細胞癌變成非小細胞肺癌，然后再由非小細胞肺癌惡化形成的，因而對異常表達的miRNA進行定量可能成為小細胞肺癌診斷和預后的可靠方法[24]。

2.2.2miRNA調控小細胞肺癌的耐藥過程 Guo等[25]通過miRNA微陣列芯片和DNA微陣列芯片分別檢測了非耐藥小細胞肺癌細胞細胞和耐藥小細胞肺癌細胞中的856個miRNA和22 000個基因發現，miR-134通過結合耐藥小細胞肺癌的細胞周期G1期的多耐藥相關基因1，從而阻止耐藥小細胞肺癌細胞的分裂，表明miRNA可調控小細胞肺癌的耐藥過程，為耐藥小細胞肺癌的治療提供一個新的途徑。

2.2.3miRNA調控化療藥物的細胞毒性 紫杉烷類藥物是治療肺癌的一線藥物，Niu等[26]進行全基因組關聯研究，將紫杉醇和多烯紫杉醇兩種紫杉烷類藥物作用于276個類原始淋巴細胞系，探討單核苷酸多樣性是否與紫杉烷類藥物的抗癌作用相關，發現單核苷酸位點(rs2662411和rs1778335)可能通過調控hsa-miR-584和hsa-miR-1468這兩種miRNA的表達，進而調控CMBL(carboxymethylenebutenolidase)和PIP4K2A(phosphatidylinositol-5-phosphate 4-kinase,type Ⅱ,alpha)兩個基因的表達，而兩個基因則可能成為調控紫杉烷類藥物對H196細胞系細胞毒性的位點，從而從基因水平上為小細胞肺癌患者的預后治療提供一定的依據。

3 展 望

小細胞肺癌倍增時間短，轉移早而廣泛，惡性程度高，而組蛋白修飾與miRNA調控是表觀遺傳學修飾的重要組成部分，對其進行深入的研究可為小細胞肺癌的發生、發展及其治療預后提供新的途徑。近年來雖然對組蛋白修飾與miRNA調控進行了一定程度的研究，但是對兩者的研究相對有限，仍然存在著諸多問題，如組蛋白乙酰化酶抑制劑與其他藥物聯用治療小細胞肺癌的增效作用有很大的研究空間，miRNA對一些與腫瘤密切相關的mRNA靶點的調控機制仍不明確。因此，揭示組蛋白修飾與miRNA調控等在腫瘤發生、發展中的作用機制，有望在將來成為小細胞肺癌診斷及治療的有效工具。

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