十字形結構域蛋白2C在腫瘤中的研究進展

殷維姣綜述劉 剛，高社干，馮笑山審校

十字形結構域蛋白2C在腫瘤中的研究進展

殷維姣綜述劉 剛，高社干，馮笑山審校

摘要賴氨酸甲基化是調控染色體結構的組蛋白后修飾中的一種。在腫瘤的形成過程中可觀察到其修飾狀態的改變，這可能是組蛋白賴氨酸甲基轉移酶或去甲基化酶作用的結果。十字形結構域蛋白2C（JMJD2C）是組蛋白去甲基化酶（JMJD2）家族的重要成員之一，包含有一個具有催化組蛋白賴氨酸去甲基化作用的JmjC結構域，同時其還具有誘導基因型改變、調控基因表達及介導蛋白質間相互作用等重要功能。近年研究顯示，JMJD2C基因在食管癌、前列腺癌和乳腺癌等多種惡性腫瘤中高表達，剔除JMJD2C基因等，可以減慢多種腫瘤細胞的生長。因此，JMJD2C為一潛在致癌基因，并可能成為腫瘤治療新的靶點。

關鍵詞組蛋白去甲基化酶；JMJD2C；腫瘤

2015-02-02接收

作者單位：河南科技大學第一附屬醫院腫瘤科，洛陽 471003

腫瘤是基因突變和表觀遺傳學改變多因素綜合的結果，尤其是表觀遺傳學改變，近年來在腫瘤研究領域引起了極大的注意。許多研究［1-4］顯示基因表觀遺傳學的改變可導致腫瘤形成。組蛋白的翻譯后修飾在控制基因表達程序、維持基因組穩定性上具有重要作用，并可決定細胞的命運。組蛋白甲基化酶及去甲基化酶等染色體修飾酶對機體的正常生長發育至關重要，其表達失控可引起病理狀態形成。多項研究［1-4］顯示腫瘤的形成伴隨著染色質表觀遺傳的改變，如對沉默相關的H3K9me2／me3的誘導轉化等。JMJD2C蛋白為一H3K9me3／me2去甲基化酶，近年越來越多的研究證明其可能具有潛在致癌性，并可能成為腫瘤治療的靶點。現重點對JMJD2C在腫瘤中的研究進展進行綜述。

1　組蛋白去甲基化酶JMJD2C

組蛋白甲基化是表觀遺傳變化的重要類型之一，主要發生在組蛋白N末端的賴氨酸（K）和精氨酸（R）殘基上。組蛋白八聚體由兩個H2A、H2B、H3和H4亞基組成，其中以H3亞基的賴氨酸甲基化最為常見，如H3K4、H3K9、H3K27、H3K36、H3K79等，包括一、二和三甲基化修飾。2004年發現第一個賴氨酸特異性去甲基化酶1（lysine specific demethylase 1，LSD1），由此證明組蛋白甲基化修飾也是一個可逆的過程，LSD1和LSD2主要催化單甲基化或二甲基化的H3K4或H3K9去甲基化，而三甲基化修飾的去甲基化主要由JMJD家族完成，其中，JMJD2C蛋白在催化H3K9me3／me2去甲基中具有重要作用。

2000年，Yang et al［5］通過比較基因組雜交等方法，發現食管鱗狀細胞癌（esophageal squamous cell carcinomas，ESCC）細胞系染色體9p23-p24區的DNA拷貝數頻繁擴增，并通過熒光原位雜交等方法成功克隆出JMJD2C基因。JMJD2C蛋白（1056 aa）［5-6］是組蛋白H3K9me3／me2去甲基化酶，去甲基化反應同樣需要Fe2＋和α-酮戊二酸作為輔因子。JMJD2C基因位于人的第9號染色體的p24.1區，全長由4 239個堿基組成，有13種不同的轉錄產物，含有22個外顯子，3個啟動子，共形成6種變異體。JMJD2C蛋白含1個JmjC、1個JmjN、2個PHD樣鋅指節構和2個Tudor區。其中，PHD指結構域定位于核蛋白中，出現在許多原癌基因中，參與染色質介導的轉錄調控及蛋白之間的相互作用，也可激活多成分的復合物，是Mi2與組蛋白脫乙酰基酶直接作用所必需的。4-羥基吡唑復合物具有抑制組蛋白賴氨酸去甲基化酶（the catalytic core of JMJD2C，ccJMJD2C）的作用［7］。

在二價鐵離子（Fe2＋）和α-酮戊二酸等輔酶的參與下，JMJD2C通過羥化作用脫去H3K9me3／me2。異染色質的形成和維持需要有H3K9me3／me2與異染色質蛋白1（heterochro-matin protein1，HP1）的結合。在體內試驗中，JMJD2C基因異位表達顯著減少了H3K9me3／me2，同時增加了H3K9me1，從而影響HP1的定位、結合，從而減少異染色質。這些都使基因組穩定性下降，正常組織易轉化為癌。

Nanog基因編碼一種維持胚胎干細胞（embryonic stem cell，ESC）多潛能性和自我更新能力的關鍵轉錄因子，JMJD2C為Nanog基因的正調節蛋白，Nanog基因是JMJD2C調節ESC細胞功能的一個下游效應物。JMJD2C為逆轉Nanog基因啟動子區域H3K9me3所必須，可阻止轉錄共阻遏物HP1和KAP1在其啟動子區結合成復合物，由此將多能干細胞中的ESC細胞轉錄通路與H3K9去甲基化調控的染色體調變聯系起來。小鼠胚胎植入子宮前，JMJD2C基因呈階段特異性表達［8］，在2個細胞到8個細胞階段時表達最高。在孤雌激活前的有絲分裂中期去除JMJD2C基因可使胚泡前的發育阻滯。在ESC細胞，去除JMJD2C基因也可顯著下調多潛能基因Nanog、Pou5f1、Sox2和與細胞增生密切相關的Myc和Klf4基因。JMJD2C通過它的兩個Tudor區特異性結合在H3K4me3正轉錄起始點［9］，從而調控轉錄，調節細胞增生、ESC自我更新和胚胎發育。

2　JMJD2C與消化道腫瘤

2000年，首次在食管癌細胞系上成功克隆出JMJD2C基因，并發現它在ESCC細胞系中KYSE系列的多種細胞系中高表達［5］。2008年，Pollard et al［10］研究表明，在一些細胞系中，低氧通過低氧誘導因子1α（hypoxia-inducible factor，HIF-1α）誘導JMJD2C基因表達上調。2013年，我國學者發現JMJD2C基因的表達與胃癌的浸潤深度、TNM分期、淋巴結轉移、遠處轉移、分化程度均有關，且JMJD2C和HIF-1α基因在胃癌中的表達呈正相關性，JMJD2C和HIF-1α基因共同表達陽性的生存時間顯著降低［11］。Sun et al［12］在食管癌組織中也發現JMJD2C基因的表達明顯與淋巴結轉移和TNM分期相關。

2013年，Yamamoto et al［13］通過研究JMJD2C基因在結腸直腸癌（colorectal cancer，CRC）細胞系中的表達發現，JMJD2C基因和β-連環素綁定到JAG1（Jagged 1）基因啟動子上，形成一種復合物，其過表達對大部分結腸腫瘤的發展起著至關重要的作用。敲除復合物上的JMJD2C則β-連環蛋白不能募集到JAG1基因啟動子上，減少了JAG1基因的表達，使CRC細胞系球體的形成減少。由此證明，JMJD2C蛋白通過前饋介導JAG1基因的β-連環蛋白依賴性轉錄，保持CRC細胞系的球體形成能力。Kim et al［14］研究也發現JMJD2C基因在結腸癌中高表達，是HCT-116細胞最大化的生長所必須。也證實JMJD2C基因和β-連環蛋白結合在一個復合物中，從而調控β-連環蛋白下游許多關鍵性效應器的表達，更令人感興趣的是，他們發現JMJD2C與JMJD2A和JMJD2B基因在幾種結腸癌細胞中同時高表達，但是尚無報道闡述它們之間的確切關系。

3　JMJD2C與前列腺癌

早期研究［15］表明，雄激素受體（androgen receptor，AR）活性的升高是促進前列腺癌（prostate cancer，PC）發生的重要因素。未結合配體的AR對靶基因無激活效應，且其調節靶基因處的組蛋白往往發生甲基化，這可保證誘導表達基因不發生組成性表達，從而維持機體正常發育，這種現象被稱為共抑制效應；結合配體后，這些受體在與靶基因結合發生激活效應的同時招募JMJD家族成員催化靶基因處的組蛋白去甲基化以解除抑制，實現共激活效應，以確保靶基因最大程度的表達，這是促進雄激素依賴靶基因激活的關鍵。

JMJD2C和LSD1（lysine-specific demethylase 1，LSD1）共表達于人類PC的雄激素受體上，它們聯合作用使受抑制的靶基因附近受抑制的單、二和三甲基化H3K9去甲基，使雄激素誘導的靶基因轉錄激活效應明顯升高，去除任何一方均可嚴重抑制雄激素依賴的PC細胞增殖。在病理性低氧狀態下，JMJD2C的催化活性被阻斷［16］，因為缺乏底物-氧，低氧也增加了前列腺特異性抗原（prostate specific antigen，PSA）增強子處的H3K9me3。

通過搜索MSKCC數據庫［17］得出JMJD2C的表達隨著腫瘤分級的升高而增高，Oncomine數據表明與正常前列腺組織相比，JMJD2C在前列腺癌中呈明顯高表達，在前列腺癌三級組織中的表達也明顯高于二級組織，這也從另一方面說明了JMJD2C可能具有致癌性。

2010年，Suikki et al［18］的研究表明JMJD2C在PC中沒有發生基因改變。JMJD2C在激素抵抗型PC和AR陰性PC中的表達較未經治療的PC和良性前列腺增生組織中高。同年，根據JMJD2C和JMJD2A的結構設計的異羥肟酸類似物8單獨使用時對JMJD2家族無明顯抑制性，但與LSD1抑制劑同時使用時則顯現出對前列腺癌及結腸癌細胞中JMJD2C很強的抑制性［19］。

4　JMJD2C與乳腺癌

2009年，Liu et al［20］發現JMJD2C基因在乳腺

癌9p23-24區域擴增，其在侵襲性、基底樣型乳腺癌中表達的水平明顯高于非基底樣型乳腺癌。體外測定表明，當JMJD2C基因在非轉化性乳腺上皮細胞系MCF10A中過表達時，可以誘導表型轉化，發生形態學和微球體形成能力的改變。并推測JMJD2C是人類乳腺癌9p23-24擴增子處的驅動基因。然而，之后有研究［21］顯示JMJD2C基因表達陽性的乳腺癌患者有更長的特異生存期并且對放療和激素治療反應較好。

JMJD2C是一個HIF-1靶基因，其選擇性作用于HIF-1α，并作為HIF-1特異性共激活劑，通過減少H3K9me3和增加HIF-1與低氧反應元件的結合，從而刺激乳腺癌中的SLC2A1、LDHA和PDK1基因轉錄，促進轉移。Luo et al［22］還發現JMJD2C可刺激乳腺癌細胞中HIF-1依賴性的糖代謝重編，由此可能促進乳腺腫瘤的生長和轉移。

2012年，Wu et al［23］全面的描繪了人類乳腺癌9p24擴增子處的基因特征，JMJD2C基因在乳腺癌Colo824、HCC1954、HCC70和SUM-149細胞的表達水平高于沒有基因擴增的乳腺癌細胞。更重要的是JMJD2C基因在非致瘤性乳腺細胞系MCF10A的穩定高表達可誘導表型轉變。然而，敲除JMJD2C基因可抑制腫瘤生長，與JMJD2C作為新一類致癌基因的特性一致。2014年，Hong et al［24］鑒定出JMJD2C是半胱天冬酶-3的一種新底物，并提出JMJD2C的D396N多態性通過半胱天冬酶-3的剪切作用和DNA雙鏈斷裂影響人類乳腺癌的預后。

5　JMJD2C與其他腫瘤

肺肉瘤樣癌（sarcomatoid carcinoma of the lung，LSC）組織中有一個含有許多結構突變和4～6個小編外標記染色體近似三倍體的核型［25］，其中，小編外標記染色體包含了9號染色體。他們也在原發腫瘤和同一患者的另一轉移腫瘤中檢測到9p處的擴增，由此推測它可能是LSC發病的重要因素。近年有研究者發現，在肺癌中，腺癌上JMJD2C基因在胞核及胞質陽性表達率比鱗癌高，不吸煙者比吸煙者的JMJD2C基因表達高，且細胞漿染色陽性多的患者生存時間相對較短［26］。

擴增子JMJD2C和JAK2在原始縱隔B細胞淋巴瘤和霍奇金淋巴瘤染色體9p24處頻繁擴增［27］。被抑制的JMJD2C和JAK2通過減少酪氨酸41磷酸化、增加H3K9me3和促進異染色質形成來殺死淋巴瘤。

在體外，恢復控制H3K9甲基化基因表達，大大減少了成神經管細胞瘤的擴增［28］。在復制、翻譯、剔除及編碼過程中具有關鍵性作用的基因，尤其是H3K9，拷貝數目的異常阻礙組蛋白賴氨酸甲基化狀態，暗示控制編碼組蛋白的基因缺陷可致成神經管細胞瘤發病。

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作者簡介：殷維姣，女，住院醫師，碩士研究生；馮笑山，男，教授，主任醫師，博士生導師，責任作者，E-mail：everbei＠hotmail.com

基金項目：國家自然科學基金（編號：U1204821）

文獻標志碼A

文章編號1000-1492（2015）05-0716-04

中圖分類號R 34