抑癌基因PBRM1在腎細胞癌中的作用研究進展

唐余，辛慧，潘有福,2*

1遵義醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)教研室，貴州遵義 563003；2貴州省基因檢測與治療重點實驗室，貴州遵義 563003

腎癌是常見的泌尿系統(tǒng)腫瘤，其發(fā)生率占全部腫瘤的3%～5%，全世界每年報告腎細胞癌(renal cell carcinoma，RCC)病例超過30萬，且呈逐年增長的趨勢[1]。男性的腎癌發(fā)病率約是女性的2倍，且其生存率較低[2]。腎癌有多種組織病理學(xué)類型，根據(jù)2004年世界衛(wèi)生組織的分類，腎癌可分為10種類型，腎細胞癌在其中最為常見。腎細胞癌主要包括透明腎細胞癌(clear cell renal cell carcinoma，CCRCC)、乳頭狀腎細胞癌(papillary renal cell carcinoma，PRCC)、嫌色腎細胞癌(chromophobe renal cell carcinoma，ChRCC)、腎集合管癌(collecting duct carcinoma，CDC)、腎髓質(zhì)癌(renal medullary carcinoma，RMC)、腎黏液樣小管狀和梭形細胞癌(mucinous tubular and spindle cell carcinoma，MTSCC)等[3]。2016年世界衛(wèi)生組織的腎細胞癌分類中又增加了一些新的類型。在腎細胞癌中，CCRCC占65%～70%，PRCC占15%～20%，ChRCC占5%～7%，其余占3%～15%[4]。由此可見，CCRCC不僅是主要的腎細胞癌亞型，也是腎癌最常見的類型。

腎癌的發(fā)生發(fā)展機制十分復(fù)雜，遺傳、肥胖、吸煙、高血壓等均為其危險因素。大多數(shù)患者早期無癥狀，最常見的中晚期癥狀為腰痛、血尿、腹部腫塊等[5]。由于腎癌早期不易診斷，因此，明確其發(fā)生機制和遺傳背景，以及鑒定有效的分子標志物，對改進診斷和治療方案具有積極意義。本文對腎細胞癌的主要癌相關(guān)基因尤其是抑癌基因PBRM1的研究現(xiàn)狀、分子機制及臨床轉(zhuǎn)化研究進展進行綜述，以期為SWI/SNF與腎細胞癌及其他相關(guān)腫瘤的基礎(chǔ)和臨床轉(zhuǎn)化研究提供參考。

1 CCRCC中主要的癌相關(guān)基因

腎細胞癌的發(fā)生和發(fā)展是一個十分復(fù)雜且較為長期的過程，涉及許多遺傳學(xué)事件的發(fā)生，典型的如基因突變和拷貝數(shù)改變。不同類型的腎細胞癌基因突變譜并不相同。查詢癌癥基因組圖譜數(shù)據(jù)庫發(fā)現(xiàn)，CCRCC中突變率居于前10位的基因包括VHL(41.3%)、PBRM1(38.1%)、SETD2(12.2%)、BAP1(9.5%)、MTOR(7.7%)、KDM5C(5.0%)、PCLO(3.7%)、KMT2C(3.7%)、ARID1A(3.5%)、SPEN(3.5%)。見圖1。

圖1 CCRCC樣本中的前10位突變基因Fig.1 The top 10 mutant genes in CCRCC sample

這些突變基因大致可分為泛素化修飾系統(tǒng)基因、表觀遺傳調(diào)控基因及其他基因。泛素化修飾系統(tǒng)基因主要是von Hippel-Lindau(VHL)。VHL基因定位于人類染色體3p25.2，是CCRCC中突變率最高的基因[6]，其CpG島甲基化可見于20%的腎細胞癌臨床樣本中[7]。VHL的突變或失活可導(dǎo)致多種腫瘤的易感性升高，如嗜鉻細胞瘤、胰島細胞腫瘤、內(nèi)淋巴囊腫瘤和子宮腺瘤等，尤其是近70%的患者會罹患腎細胞癌或腎囊腫[8-9]。缺乏VHL基因使低氧誘導(dǎo)因子(HIF)α不能被泛素化并降解[10]，進而在細胞核中積累。HIF調(diào)控的基因(如VEGF)表達增加，導(dǎo)致血管生成；同時，一些與代謝和炎癥相關(guān)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路也常常失調(diào)，進而加速腫瘤的進展[11]。

CCRCC中大多數(shù)突變基因?qū)儆诒碛^遺傳調(diào)控基因，包括PBRM1、SETD2、BAP1、KDM5C、KMT2C、ARID1A、SPEN。PBRM1是CCRCC中第二大突變基因，定位于3號染色體短臂(3p)上，突變率為38.1%。SETD2基因也位于染色體3p上，在10%～15%的CCRCC中發(fā)生突變[12]。BAP1定位于3p21.1，編碼一種去泛素化酶[13]，最初被鑒定為與乳腺癌基因1(breast cancer gene 1，BRCA1)的RNG結(jié)構(gòu)域相互作用的蛋白質(zhì)[14]，通過去泛素化作用參與表觀遺傳調(diào)控、DNA損傷修復(fù)等過程，從而發(fā)揮抑癌作用[15-17]。BAP1失活可導(dǎo)致多梳抑制復(fù)合體(polycomb repressive complex，PRC)的調(diào)控功能失調(diào)，以及部分miRNAs表達的改變，從而使CCRCC進展到晚期[18-19]。

KDM5C基因編碼一種從組蛋白H3(H3K4me3)上去除甲基的脫甲基酶，而H3K4me3是活躍轉(zhuǎn)錄基因的標志[20]。組蛋白賴氨酸N-甲基轉(zhuǎn)移酶2C(KMT2C)是組蛋白甲基化修飾蛋白KMT2家族的一員，在調(diào)控發(fā)育途徑中發(fā)揮重要作用，KMT2C突變不僅存在于CCRCC中，還存在于管囊性腎細胞癌中[21-22]。ARID1A是SWI/SNF染色質(zhì)重塑復(fù)合體的一個亞單位，其突變可影響SWI/SNF復(fù)合物的活性，進而使部分信號通路蛋白轉(zhuǎn)錄表達發(fā)生異常[23]，如增加磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)的敏感性及抑制蛋白激酶B的活性[24]。ARID1A表達降低與CCRCC預(yù)后不良相關(guān)[25]，提示其可作為CCRCC預(yù)后的一個評估指標。SPEN編碼的SMRT/HDAC1蛋白是一種大型核蛋白，在轉(zhuǎn)錄調(diào)控及X染色體失活中發(fā)揮重要作用，也可影響乳腺癌初級纖毛形成及癌細胞遷移[26]，但SPEN在CCRCC中的作用及機制尚未見報道。

CCRCC中其他突變率較高的基因有mTOR、PCLO。哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(the mammalian target of rapamycin，mTOR)是PI3K相關(guān)激酶，也是細胞生長及增殖的重要調(diào)節(jié)因子[27]。PI3K/mTOR直接通過控制糖酵解相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄及糖酵解酶的翻譯后修飾[28]來調(diào)控腫瘤的Warburg效應(yīng)。CCRCC的特征之一是糖酵解的增加及PI3K信號通路的激活[29]，提示mTOR在CCRCC進程中可能發(fā)揮著重要功能。PCLO是一種新發(fā)現(xiàn)的420 ku鋅指蛋白，其突變與突觸前細胞瘤、神經(jīng)膠質(zhì)母細胞瘤相關(guān)，還與小細胞肺癌耐藥及肝癌等的發(fā)生相關(guān)[30-34]。PCLO在CCRCC中的作用也未見相關(guān)報道。

除上述突變率較高的基因外，在CCRCC中還存在部分突變率較低的基因如KDM6A。KDM6A(UTX)定位于人類染色體Xp11.2，編碼一種轉(zhuǎn)移H3K27甲基化的蛋白酶，在1%的CCRCC中發(fā)生突變[20]，并參與了表觀遺傳調(diào)控過程。KDM6A缺陷細胞的增殖依賴于甲基化H3K27的PRC2成員EZH2，提示抑制EZH2可能是治療KDM6A突變腫瘤的有效方法[35]。此外，microRNA是一種長約22nt的短鏈非編碼RNA，在許多癌癥中均發(fā)現(xiàn)了microRNA表達的失調(diào)，腎癌中也不例外。miR-205-5p、miR-143及miR-184均顯示出了抗CCRCC的作用[36-38]，對這些microRNA進行研究可為CCRCC的治療提供潛在的靶點。

2 PBRM1的研究進展

PBRM1是不久前才發(fā)現(xiàn)的CCRCC中的高頻突變基因，其突變率可達41%左右[39](圖1)。近年來研究發(fā)現(xiàn)，SWI/SNF各個成員在多種腫瘤中的突變率可超過20%[40]，表明SWI/SNF在多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。SWI/SNF染色質(zhì)重塑復(fù)合體可分為3種：經(jīng)典的cBAF，多溴蛋白結(jié)合的PBAF(polybromo-associated BRG1-associated factor)，以及近年來鑒定的含有GLTSCR1或GLTSCR1L和BRD9的GBAF[41]。PBRM1編碼BAF180蛋白，為PBAF的特異性組成部分，也是該SWI/SNF染色質(zhì)重塑復(fù)合體靶向染色質(zhì)的重要亞基[42]。PBAF復(fù)合體介導(dǎo)的染色質(zhì)重塑與DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、修復(fù)，以及細胞增殖、分化的控制有關(guān)[42]。PBAF 的活動依賴于各結(jié)構(gòu)域功能的發(fā)揮，PBRM1在CCRCC中的高突變率使其成為了近年的研究熱點。

2.1PBRM1的結(jié)構(gòu)及各結(jié)構(gòu)域的功能 PBRM1定位于染色體3p21，其編碼產(chǎn)物BAF180蛋白全長1689個氨基酸。BAF180由6個參與組蛋白尾上乙?；嚢彼釟埢Y(jié)合的溴結(jié)構(gòu)域(BrD)、2個參與蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用的溴鄰?fù)唇Y(jié)構(gòu)域(BAH)和1個與DNA結(jié)合的高遷移率族結(jié)構(gòu)域(HMG)組成[43](圖2)：(1)BAF180蛋白的BrD可特異性識別組蛋白乙酰化(Histone Ac)；(2)BAH有募集效應(yīng)蛋白的作用；(3)HMG可結(jié)合到DNA的凹槽中。

圖2 BAF180蛋白的結(jié)構(gòu)域及其主要功能Fig.2 The domains and main function of BAF180 protein

BrD是在染色質(zhì)重塑復(fù)合體的亞基及許多組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HATS)中發(fā)現(xiàn)的與乙酰化賴氨酸(acetylated lysine)結(jié)合的結(jié)構(gòu)域。BAF180的不同BrD與組蛋白的不同乙?；稽c有不同的親和性，表明它們可能有助于組蛋白“密碼”的“解讀”[44]。最近的研究發(fā)現(xiàn)，在細胞內(nèi)染色質(zhì)重塑和轉(zhuǎn)錄激活等過程中，溴結(jié)構(gòu)域-乙?；R別是調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用的關(guān)鍵機制[43]。

BAH最早是在脊椎動物多溴蛋白中發(fā)現(xiàn)的130個氨基酸區(qū)，能夠募集其他可結(jié)合的蛋白質(zhì)[44]。在BAF180蛋白中，串聯(lián)的BAH結(jié)構(gòu)域可能有助于錨定PBAF復(fù)合體中的亞基。在酵母細胞中，含有BAH結(jié)構(gòu)域的起始點識別復(fù)合體1(the origin recognition complex 1，Orc1)可與沉默信息調(diào)節(jié)因子1(silent information regulation 2 homolog 1，Sirt1)相互作用[45]。

HMG是由約80個氨基酸組成的區(qū)域，存在于各種真核生物染色體蛋白及核小體結(jié)合蛋白中，其主要作用是結(jié)合到DNA的小凹槽中。HMG結(jié)合DNA后可使后者的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而調(diào)節(jié)染色質(zhì)功能及基因表達[43]。

2.2PBRM1的突變類型 PBRM1是CCRCC中第二常見的突變基因(圖1)。有趣的是PBRM1突變主要發(fā)生于CCRCC，在其他RCC亞型中突變很少或未觀察到，如PRCC(4%)和ChRCC(0%)[46]。在CCRCC中PBRM1的突變大多數(shù)是截短突變(137個)，其次是錯義突變(23個)，移碼突變較少(2個)[47]。PBRM1突變位點沿整個基因分布，影響B(tài)rD、BAH及HMG[47](圖3)。此類突變可使PBRM1蛋白的結(jié)構(gòu)域發(fā)生變化，從而引起細胞的生理學(xué)改變，以至引發(fā)癌癥。

圖3 BAF180蛋白的常見突變位點Fig.3 Common mutation sites of BAF180 protein

2.3PBRM1的抑癌機制及主要相關(guān)信號通路PBRM1突變被認為是癌變的早期事件，已有不少研究對其抑癌機制進行了探討。Ibragimova等[48]通過分析TCGA的CCRCC Infinium數(shù)據(jù)庫中與染色質(zhì)修飾相關(guān)基因啟動子的甲基化狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)在所有腫瘤及正常標本中KDM5C、ARID1A、PBRM1、KDM6A、SETD2及BAP1的啟動子均未甲基化。此外，由于VHL、PBRM1、SETD2及BAP1均位于染色體3p上，染色體3p的缺失可能會賦予腫瘤細胞更強的生長優(yōu)勢[48]。在乳腺癌中，PBRM1可增強p21的表達，進而抑制細胞增殖[49]。此外，PBRM1還可能是細胞衰老所必需的基因，可通過調(diào)節(jié)p53介導(dǎo)特異性基因轉(zhuǎn)錄[50]。由于PBRM1既可影響p21的表達，也可影響p53的轉(zhuǎn)錄活性，而已知p21是p53的下游靶基因，因此，在CCRCC中PBRM1是直接調(diào)控p21的轉(zhuǎn)錄水平，還是通過p53影響p21的轉(zhuǎn)錄水平，或兩者皆有目前尚不清楚。最近Cai等[51]提供了PBRM1通過p53調(diào)控p21的證據(jù)，他們發(fā)現(xiàn)，在CCRCC患者中僅約3%存在TP53突變，但是BAF180的BrD4可通過特異性識別p53的K382賴氨酸殘基乙酰化狀態(tài)，增加p53與CDKN1A(編碼p21)啟動子的結(jié)合能力，最終使p21的表達水平上升。

PBRM1對DNA雙鏈斷裂(DSBs)誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄沉默也具有重要作用，并可促進受損部位的修復(fù)，而PBRM1突變體則不能發(fā)揮此功能[52]。PBRM1還可能通過促進著絲粒凝聚和基因組穩(wěn)定性來阻止腫瘤的發(fā)生[53]，敲除PBRM1基因后，參與染色體不穩(wěn)定及細胞增殖的基因表達上調(diào)，尤其是RNAi介導(dǎo)的PBRM1降低可促進CCRCC的細胞增殖、細胞克隆形成及遷移，這與其腫瘤抑制因子的作用一致[54]，提示在腎細胞癌中，PBRM1也可能通過以上機制發(fā)揮抑癌作用。

PBRM1表達升高可導(dǎo)致部分腎細胞癌細胞黏附、碳水化合物代謝、凋亡過程和缺氧反應(yīng)相關(guān)基因表達上調(diào)，以及部分參與細胞分裂不同階段的基因表達下調(diào)[55-56]，提示PBRM1可能作為一個上游主導(dǎo)基因來調(diào)控腫瘤細胞的黏附性，從而影響腫瘤細胞在體內(nèi)的轉(zhuǎn)移。

PBRM1的突變或缺失還可能導(dǎo)致細胞中幾種關(guān)鍵的信號通路失調(diào)。Gu等[57]通過建立PBRM1及BAP1突變的腎癌小鼠模型，發(fā)現(xiàn)PBRM1缺失可激活mTORC1信號通路，促進腎癌的發(fā)生。Miao等[58]通過對PBAF缺陷型CCRCC細胞株基因表達的分析，發(fā)現(xiàn)PBRM1缺乏可導(dǎo)致JAK/STAT通路相關(guān)蛋白的基因轉(zhuǎn)錄發(fā)生改變。沉默PBRM1基因可使RIG-Ⅰ樣受體(RLR)信號通路相關(guān)蛋白的表達上升[59]，后者是一個典型的與炎癥相關(guān)的免疫信號通路，提示PBRM1缺失還可能與免疫信號通路相關(guān)。

在VHL缺失的CCRCC中，PBRM1失活可降低干擾素刺激基因因子3(ISGF3)的表達，影響干擾素的生成。VHL丟失后可造成STAT3信號通路激活，PBRM1的進一步丟失或失活又增強了HIF1的表達和STAT3通路的激活，活化的STAT3可能抑制CCRCC細胞中ISGF3的表達[60-61]。這些結(jié)果提示ISGF3和STAT3有可能是PBRM1缺失的CCRCC的潛在治療靶點。

綜上所述，PBRM1作為許多腫瘤的抑癌基因，其突變/失活可以擾動腫瘤細胞內(nèi)多種信號通路相關(guān)基因的表達，進而影響腫瘤細胞的生長特性和腫瘤的發(fā)展進程。以上PBRM1抑癌機制的探索無疑將有助于鑒定一些有效的治療靶點，并可為控制腫瘤的浸潤和轉(zhuǎn)移提供對策。

2.4PBRM1在腎細胞癌中的臨床轉(zhuǎn)化研究 Nam等[62]通過對657例CCRCC患者的癌組織樣本進行PBRM1免疫組化分析發(fā)現(xiàn)，PBRM1表達降低的患者腫瘤特異性生存率(CSS)及無進展生存期(PFS)明顯降低(P＜0.001)；在多因素分析中，PBRM1表達是PFS較短的獨立預(yù)測因子(P=0.007)。研究還發(fā)現(xiàn)，在癌癥早期(Ⅰ期和Ⅱ期)組PBRM1的表達明顯下降，CSS及PFS明顯降低(P＜0.001)，而在晚期(Ⅲ期和Ⅳ期)組中則無明顯變化，因此認為PBRM1可以作為早期腎細胞癌患者的一個預(yù)后及診斷指標。但Kim等[63]對腎細胞癌Ⅳ期患者的PBRM1表達譜進行分析后得出了與此不一致的結(jié)論。他們比較了53例腎細胞癌患者的生存期及mTOR抑制劑的治療效果，發(fā)現(xiàn)腎細胞癌Ⅳ期患者PBRM1高表達組總生存期(OS)明顯低于低表達組[(23.0±8.3)個月vs.(45.0±4.8)個月，P=0.022]，即PBRM1的表達升高與OS降低相關(guān)，且晚期腎細胞癌患者對mTOR抑制劑的應(yīng)答效果較差(P=0.101)。導(dǎo)致這種不一致的原因可能與腫瘤分期及樣本量不同有關(guān)，也可能與患者對藥物的敏感性變化有關(guān)，因此，其中的機制仍需進一步研究。

在治療方面，腎細胞癌的傳統(tǒng)治療方式為手術(shù)切除和基于細胞因子的治療，但存在復(fù)發(fā)率高、毒性高及應(yīng)答率低等風(fēng)險[64]。對于VHL失活的腎細胞癌而言，臨床上使用的舒尼替尼、HIF拮抗劑等藥物已取得良好的治療效果[65-66]。對于PBRM1突變的腎細胞癌而言，雖然Fay等[67]發(fā)現(xiàn)，PBRM1突變在抗VEGF治療的患者中有所富集，但Beuselinck等[68]發(fā)現(xiàn)，PBRM1突變與蘇尼替尼治療反應(yīng)無明顯關(guān)系。此外，Miao等[58]通過分析35例轉(zhuǎn)移性CCRCC的全外顯子測序結(jié)果，以及臨床抗PD-1或阻斷PD-L1的免疫治療結(jié)果，發(fā)現(xiàn)PBRM1雙等位基因失活(loss of function，LOF)與臨床免疫治療效果的相關(guān)性較好，隨后在63例CCRCC患者中得到了驗證。Braun等[69]在對803例臨床腎細胞癌患者進行分析，探討PBRM1突變是否可以作為免疫檢查點抑制劑的標志物時也得出了類似的結(jié)論。最近有研究發(fā)現(xiàn)，一種新的EZH2抑制劑L501-1669可抑制PBRM1失活的癌細胞增殖，促進其凋亡[70]。

以上研究結(jié)果表明，PBRM1基因的突變情況、表達水平及下游關(guān)鍵分子的鑒定均對腎細胞癌患者的分型分期、治療和預(yù)后有著重要作用，且PBRM1失活所引起的腎細胞癌可通過特異性藥物進行干預(yù)。

3 總結(jié)與展望

腎癌作為常見的泌尿系統(tǒng)腫瘤，對人類的健康威脅極大。目前關(guān)于腎細胞癌中的VHL突變機制和臨床轉(zhuǎn)化的研究已經(jīng)取得了豐碩成果，但對腎細胞癌的第二大突變基因PBRM1的研究仍較少。雖然目前的實驗數(shù)據(jù)已表明PBRM1在臨床上對腎細胞癌的分期、治療、預(yù)后等均有影響，且已有研究揭示了PBRM1的部分抑癌機制，還提出了以PBRM1為靶點的治療方案，但是PBRM1在腎細胞癌中的作用機制尚未闡明，許多問題仍需進一步探討，如基因組水平PBRM1調(diào)控的靶基因有哪些，PBAF與哪些轉(zhuǎn)錄因子協(xié)同調(diào)控此類基因，其失活影響了哪些miRNA，對代謝的影響，以及腫瘤微環(huán)境發(fā)生的變化等。因此，PBRM1的功能和分子機制仍需進一步深入研究，這對腎細胞癌以及PBRM1缺陷的相關(guān)腫瘤的預(yù)防、個性化治療和預(yù)后有著積極的理論意義和臨床轉(zhuǎn)化價值。