zeste基因同源蛋白2在腫瘤免疫中的研究進(jìn)展

尚 開姚啟盛付圣賜

(1.湖北醫(yī)藥學(xué)院,湖北 十堰 442000;2.太和醫(yī)院泌尿外科,湖北 十堰 442000)

表觀遺傳學(xué)讓我們認(rèn)識到子代表型取決于親代基因的局限性,組蛋白修飾、DNA甲基化和非編碼RNA等表觀遺傳在腫瘤的發(fā)生過程中起重要作用。細(xì)胞的生長發(fā)育同時(shí)受到環(huán)境因素影響,特定環(huán)境中表觀的遺傳特征甚至表現(xiàn)出可逆潛能[1-2]。EZH2通過對組蛋白甲基化修飾,激活或抑制相關(guān)基因表達(dá)導(dǎo)致腫瘤發(fā)生,研究發(fā)現(xiàn)其還參與組成腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment,TME)干擾破壞免疫穩(wěn)態(tài)而促進(jìn)腫瘤進(jìn)展,在不同免疫細(xì)胞中差異表達(dá)發(fā)揮不同的生理作用[3-4]。本文就EZH2在TME中如何調(diào)節(jié)免疫功能及其免疫治療的意義作一綜述。

1 EZH2基因及其生物學(xué)功能

EZH2是重要的表觀遺傳調(diào)控因子,是哺乳動物細(xì)胞中組蛋白H3賴氨酸27(H3K27)甲基化的兩種必需的催化酶之一,哺乳動物中已發(fā)現(xiàn)了兩個PcG復(fù)合物家族:PRC1(polycomb-complex 1)和PRC2。PRC1復(fù)合物由多個亞基組成,如PCGF、HPH、CBX和RING1同源基團(tuán)組成,催化組蛋白H2A的單雙基化;而PRC2復(fù)合物主要由EED、SUZ12、RbAp46/48、EZH1或EZH2組成,參與H3K27的甲基化[5]。EZH2作為PRC2的催化亞基,是PRC2體外酶活性所必需的組成部分,其基因定位于7號染色體長臂7q35,包含20個外顯子,編碼746個氨基酸殘基。EZH2包括幾個結(jié)構(gòu)域:SET保守結(jié)構(gòu)域(位于C端維持組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶活性)、CXC結(jié)構(gòu)域和ncRBD結(jié)構(gòu)域(與其他PRC2成分和調(diào)控蛋白相互作用所必需)[6]。EZH2修飾組蛋白H3K27甲基化(H3K27me3)是一種轉(zhuǎn)錄抑制的表觀遺傳標(biāo)記,參與維持干細(xì)胞特性(見表1),調(diào)控基因表達(dá)、細(xì)胞周期、細(xì)胞分化和組織器官的發(fā)育,H3K27me3可促進(jìn)多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和演變[7-9]。

2 EZH2在腫瘤微環(huán)境中的作用

TME影響腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和演變,而EZH2可以調(diào)控TME不同組分的功能。腫瘤微環(huán)境不僅包括腫瘤細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和脂肪細(xì)胞,還包括T細(xì)胞、B細(xì)胞、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)、NK細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞(DCs)和腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAMs)等免疫細(xì)胞[4,10]。在TME中,腫瘤細(xì)胞、免疫細(xì)胞、多種細(xì)胞因子和趨化因子相互作用形成免疫穩(wěn)態(tài)[4]。EZH2在腫瘤微環(huán)境中主要有兩種免疫調(diào)節(jié)功能:維持慢性炎癥和建立免疫耐受[5]。慢性炎癥可誘導(dǎo)表觀基因重新編程,腫瘤細(xì)胞基因和表觀遺傳參與形成TME,致使腫瘤發(fā)生轉(zhuǎn)化,同時(shí)慢性免疫細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞相互作用,進(jìn)一步抑制抗腫瘤免疫反應(yīng),最終促進(jìn)腫瘤進(jìn)展[5,11]。在前列腺癌細(xì)胞中,EZH2激活PI3K-AKT信號通路介導(dǎo)其在S21位點(diǎn)發(fā)生磷酸化,致使EZH2復(fù)合體從抑制因子轉(zhuǎn)變?yōu)榧せ钜蜃?通過IL-6、IL-8和TNF等反作用激活NF-κB靶基因,形成慢性炎癥-NFκB-EZH2通路循環(huán)并促進(jìn)腫瘤進(jìn)展[12]。卵巢癌中靶向EZH2發(fā)現(xiàn)相關(guān)microRNA表達(dá)增加,幫助腫瘤細(xì)胞逃避免疫監(jiān)測[13];彌漫大B細(xì)胞淋巴瘤中EZH2基因易發(fā)生突變,導(dǎo)致MHC-II獲得性缺陷,參與腫瘤免疫逃逸[14]。惡性黑色素瘤腫瘤內(nèi)T細(xì)胞浸潤和INF-α可使微環(huán)境中EZH2表達(dá)上調(diào),EZH2甲基化H3K27me3可抑制MHC-I、免疫蛋白酶體、細(xì)胞引誘趨化因子等抗原提呈相關(guān)蛋白,并沉默腫瘤細(xì)胞的免疫原性[15](見表1)。一系列報(bào)道顯示EZH2在腫瘤免疫微環(huán)境中的作用正在不斷被發(fā)現(xiàn),如免疫選擇、免疫編輯、免疫監(jiān)測、免疫維持、免疫逃逸等[16],研究其在不同時(shí)期不同免疫細(xì)胞類型中的調(diào)節(jié)功能,為指導(dǎo)臨床靶向EZH2的免疫治療具有重要意義。

3 EZH2在免疫細(xì)胞中的作用

在TME中,EZH2過表達(dá)或缺失均可干擾免疫穩(wěn)態(tài),其在多種免疫細(xì)胞中表達(dá)并發(fā)揮不同的生理作用。

3.1 T細(xì)胞

初始T細(xì)胞識別腫瘤抗原,分化為效應(yīng)性T細(xì)胞,趨化至腫瘤組織,形成浸潤性淋巴細(xì)胞發(fā)揮效應(yīng),但其壽命短,大部分在發(fā)揮效應(yīng)后凋亡,有一少部分可快速增殖、分化成效應(yīng)性T細(xì)胞,介導(dǎo)最主要抗腫瘤免疫反應(yīng),即細(xì)胞免疫。TME中記憶T細(xì)胞壽命長,可自我更新并在再次識別抗原時(shí)快速表達(dá)并發(fā)揮作用。EZH2通過調(diào)節(jié)T細(xì)胞分化、效應(yīng)、趨化和凋亡等不同功能影響其抗腫瘤作用[17-18]。

CD8+T:EZH2對CD8+記憶性T細(xì)胞的發(fā)育和維持發(fā)揮關(guān)鍵作用。He等[18]人利用穩(wěn)定表達(dá)卵清蛋白(OVA)抗原的黑色素瘤荷瘤發(fā)現(xiàn),特異性敲除T細(xì)胞EZH2,降低OVA特異性記憶性T細(xì)胞數(shù)量。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)EZH2可通過抑制ID2,PRDM1和EOMES等基因轉(zhuǎn)錄,增強(qiáng)H3K4me3和Pol II與ID3基因座結(jié)合,上調(diào)ID3轉(zhuǎn)錄而增強(qiáng)記憶性T細(xì)胞的分化。當(dāng)TCR信號活化Akt,磷酸化EZH2,其活性被抑制,能增加效應(yīng)性而減少記憶性T細(xì)胞。EZH2增強(qiáng)抗腫瘤免疫的能力還體現(xiàn)在能提高CD8+T細(xì)胞增殖活性和抵抗凋亡的能力增強(qiáng)。NUMB和FBXW7是Notch的主要負(fù)性調(diào)節(jié)因子,EZH2通過H3K27me3抑制2種阻遏物轉(zhuǎn)錄,從而激活T細(xì)胞Notch信號,增加細(xì)胞的增殖。抗凋亡基因Bcl-2也受EZH2調(diào)控。EZH2活化,上調(diào)Bcl-2信號抵抗凋亡,促進(jìn)T細(xì)胞生存。Zhao等[13]發(fā)現(xiàn),卵巢癌通過增加microRNA101和microRNA26a抑制浸潤性CD8+T細(xì)胞中EZH2表達(dá)從而逃避免疫攻擊,同時(shí)發(fā)現(xiàn)使用shRNA或抑制劑可干擾CD8+T細(xì)胞EZH2作用,能夠抑制其抗腫瘤功能。還有學(xué)者發(fā)現(xiàn)CD8+T細(xì)胞長期暴露于抗原環(huán)境中易發(fā)生衰竭,表現(xiàn)為對抗原免疫反應(yīng)性下降,進(jìn)一步削弱抗腫瘤免疫[19]。

CD4+T:EZH2抑制CD4+初始T細(xì)胞分化成效應(yīng)細(xì)胞。通過特異性性敲除T細(xì)胞EZH2發(fā)現(xiàn),EZH2-/-CD4+初始T細(xì)胞體外分化成Th1、Th2和Th17等效應(yīng)細(xì)胞增多,分泌的IFN-γ、IL13和IL-17等對應(yīng)的效應(yīng)分子明顯增加。體內(nèi)研究也有相同的結(jié)論,CD4CreEzh2Fl/FlC57在OVA接觸實(shí)驗(yàn)中誘發(fā)的過敏性哮喘癥狀,病理特征更嚴(yán)重,進(jìn)一步證實(shí)了EZH2對Th2分化的抑制作用。EZH2抑制CD4+T細(xì)胞分化可能與其沉默T-bet和Gata3等效應(yīng)細(xì)胞關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子相關(guān),H3K27me3在IFNG、Il10等基因位點(diǎn)的調(diào)控也依賴PRC2-EZH2[20]。

這些證據(jù)均表明EZH2在T細(xì)胞中扮演重要角色,EZH2磷酸化維持記憶CD8+T細(xì)胞的抗腫瘤作用,與腫瘤細(xì)胞EZH2過表達(dá)提示其惡性程度較高是否矛盾?EZH2在CD4+T細(xì)胞中的作用尚未完全明確,TME中T細(xì)胞如何參與EZH1和EZH2之間的相互轉(zhuǎn)換?這些問題仍有待進(jìn)一步探討。

3.2 Treg細(xì)胞

Treg細(xì)胞是一類特殊的CD4+T細(xì)胞,對維持免疫穩(wěn)態(tài)和自我耐受至關(guān)重要。EZH2介導(dǎo)表觀遺傳對調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cell,Treg)的募集和發(fā)揮其免疫抑制作用不可或缺[21]。EZH2在未成熟或休眠的Treg細(xì)胞中以基礎(chǔ)速率表達(dá),誘導(dǎo)激活后迅速表達(dá)。EZH2缺失的Treg細(xì)胞在突變小鼠模型中不能維持免疫穩(wěn)態(tài),表現(xiàn)出組織中浸潤較多淋巴細(xì)胞,同時(shí)小鼠壽命縮短[22]。FOXP3是Treg的轉(zhuǎn)錄因子,FOXP3表達(dá)降低可導(dǎo)致EZH2缺失,EZH2與FOXP3相互作用激活Treg,EZH2在FOXP3結(jié)合位點(diǎn)的募集性降低,將導(dǎo)致H3K27me3沉積和基因抑制[21]。Yang等[21]評估EZH2對Treg功能的影響,在特異性缺失EZH2的轉(zhuǎn)基因小鼠發(fā)現(xiàn)脾和淋巴結(jié)中幼稚T細(xì)胞明顯減少,CD4細(xì)胞中FOXP3表達(dá)降低,INF-γ和IL-4抗體可逆轉(zhuǎn)FOXP3的表達(dá),可能機(jī)制是FOXP3在缺失EZH2的轉(zhuǎn)基因小鼠體內(nèi)表達(dá)減少將導(dǎo)致INF-γ和IL-4等細(xì)胞因子異常表達(dá)。因此,Treg中EZH2的表達(dá)在TME發(fā)揮重要調(diào)控作用[23],Treg失調(diào)如何引起效應(yīng)T細(xì)胞功能紊亂仍是一大問題。

3.3 B細(xì)胞

EZH2在生發(fā)中心B細(xì)胞(GC B)中表達(dá)升高,在介導(dǎo)GC B細(xì)胞表型中發(fā)揮重要作用,是GC B細(xì)胞成熟和形成免疫球蛋白親和力所必需的[24]。EZH2在B細(xì)胞各個發(fā)育和分化階段的作用不可或缺。在B細(xì)胞前體階段,EZH2協(xié)調(diào)IL-7響應(yīng)能力、增殖和lgκ鏈重組;EZH2通過抑制漿細(xì)胞關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子Prdm1和Irf4,使GC B細(xì)胞能夠耐受AID介導(dǎo)的體細(xì)胞高頻突變,防止末端過早分化,促進(jìn)細(xì)胞增殖;在漿細(xì)胞中,EZH2與Blimp-1相互作用促進(jìn)Xbp1和未折疊蛋白(UPR)反應(yīng)以及特異性代謝,可抑制B細(xì)胞基因表達(dá)并提高免疫球蛋白產(chǎn)生率[24]。Guo等[25]也證實(shí)在EZH2缺失的情況下,抗體分泌細(xì)胞中組蛋白H3賴氨酸27三甲基化基因?qū)l(fā)生異常調(diào)控,致使抗體分泌細(xì)胞的成熟、新陳代謝和功能發(fā)生紊亂。TME中EZH2調(diào)節(jié)B細(xì)胞功能發(fā)揮關(guān)鍵作用,如何促進(jìn)B細(xì)胞成熟、參與形成免疫球蛋白及分泌仍有待深入研究。

3.4 NK細(xì)胞

NK細(xì)胞是先天免疫系統(tǒng)的組成部分,能夠不經(jīng)過MHC-I抗原提呈對各種外來抗原、感染和腫瘤細(xì)胞迅速作出反應(yīng)[26]。研究表明EZH2可通過表觀遺傳機(jī)制調(diào)節(jié)NK細(xì)胞的發(fā)育參與腫瘤免疫。造血干細(xì)胞中CD122、NKG2D、TOLL樣受體和NK細(xì)胞顆粒酶可促進(jìn)NK細(xì)胞及其前體細(xì)胞發(fā)育增殖,抑制EZH2后均表達(dá)增加,增強(qiáng)抗腫瘤作用[27-28]。NK細(xì)胞中靶向EZH2免疫治療可能是抗腫瘤治療的一種有效方法。

3.5 DC細(xì)胞

樹突狀細(xì)胞(DC)是抗原呈遞細(xì)胞,是連接先天免疫系統(tǒng)和適應(yīng)性免疫之間的重要橋梁。Tian等[29]報(bào)道EZH2過表達(dá)在多數(shù)組織細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞腫瘤的成瘤過程中發(fā)揮重要作用,如組織細(xì)胞肉瘤、濾泡性樹突狀細(xì)胞肉瘤、朗格漢斯細(xì)胞增多癥和樹突狀細(xì)胞肉瘤。Gunawan等[30]也證實(shí)EZH2調(diào)節(jié)DCs整合素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和粘附動力學(xué),促進(jìn)自身免疫性腦脊髓炎的發(fā)生。這些均表明EZH2在DC中發(fā)揮重要調(diào)控作用,但其機(jī)制尚未完全清楚。

3.6 TAM細(xì)胞

巨噬細(xì)胞是在造血系統(tǒng)中形態(tài)表現(xiàn)多樣,具有維持體內(nèi)穩(wěn)態(tài)、組織修復(fù)和免疫調(diào)節(jié)等多種功能,所謂腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAMs)指可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖和存活或者調(diào)節(jié)免疫抑制微環(huán)境而促進(jìn)腫瘤進(jìn)展一類巨噬細(xì)胞[31-32]。Qiao等[33]研究發(fā)現(xiàn)EZH2介導(dǎo)H3K27me3甲基化,沉默MERTK、PPARG等基因,使IFN-γ誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞活化。另有學(xué)者也提出小膠質(zhì)細(xì)胞中EZH2通過抑制細(xì)胞信號抑制因子3(Socs3)可導(dǎo)致自身免疫性炎癥,EZH2缺失直接刺激Socs3表達(dá),從而增強(qiáng)腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6的降解,通過建立小膠質(zhì)細(xì)胞EZH2缺失的小鼠模型發(fā)現(xiàn)沉默Socs3可重新激活小膠質(zhì)細(xì)胞的功能并抑制自身免疫性炎癥[32]。然而TAM中EZH2失調(diào)能夠促進(jìn)腫瘤進(jìn)展的機(jī)制仍然不明。

3.7 其他細(xì)胞

PLZF(promyelocytic leukemia zinc finger)是EZH2甲基化和降解的靶點(diǎn),EZH2通過調(diào)節(jié)PLZF濃度,使胸腺產(chǎn)生的iNKT(invariant natural killer T)細(xì)胞數(shù)量維持在適當(dāng)水平,促進(jìn)免疫穩(wěn)態(tài)。EZH2的缺失使PLZF激活I(lǐng)L-4,促進(jìn)NKT細(xì)胞擴(kuò)增,破壞TME適應(yīng)性免疫[34]。通過建立EZH2缺陷的小鼠模型也顯示其中NKT2細(xì)胞數(shù)量增加,并導(dǎo)致免疫穩(wěn)態(tài)紊亂和出現(xiàn)哮喘樣病理改變;還有報(bào)道EZH2缺失將損害朗格漢斯細(xì)胞(langerhans cells,LCs)的粘附結(jié)構(gòu),導(dǎo)致遷移基底膜受阻,參與調(diào)節(jié)皮膚耐受[35-36]。

這些結(jié)果均表明腫瘤微環(huán)境免疫改變將破壞免疫穩(wěn)態(tài)可促進(jìn)腫瘤發(fā)生。EZH2在腫瘤和各種免疫細(xì)胞之間起著關(guān)鍵作用,對自身免疫、異源反應(yīng)和抗腫瘤免疫的調(diào)控有重要意義。隨著研究的深入我們可能發(fā)現(xiàn)新的治療策略,提高免疫治療的療效。

4 EZH2的免疫治療

大量證據(jù)表明EZH2通過表觀遺傳參與抗腫瘤免疫和免疫逃逸,其相關(guān)的免疫治療如免疫檢查點(diǎn)阻滯劑和EZH2特異性抑制劑逐漸成為活躍的研究領(lǐng)域,越來越多以EZH2為靶點(diǎn)的藥物被相繼報(bào)道,并在體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)、體內(nèi)臨床前模型實(shí)驗(yàn)和患者臨床試驗(yàn)中顯示出對各種惡性腫瘤的抗腫瘤作用。

免疫檢查點(diǎn)是指免疫系統(tǒng)存在大量抑制通路,這些通路對于維持自我耐受和調(diào)節(jié)外周組織生理免疫反應(yīng)強(qiáng)度及持續(xù)時(shí)間,減少組織損傷至關(guān)重要[37]。免疫檢查點(diǎn)阻滯劑,包括抗CTLA-4抗體,GITR抗體、抗PD-1(PDCD1)抗體和抗PDL-1(CD274)抗體是抗腫瘤免疫治療方法之一[38]。有報(bào)道在結(jié)直腸癌中,靶向抑制EZH2可以增強(qiáng)CXCL9和CXCL10趨化因子的表達(dá),阻止效應(yīng)T細(xì)胞向TME的轉(zhuǎn)運(yùn)[39]。通過小鼠腫瘤模型中發(fā)現(xiàn)EZH2表達(dá)升高可抑制T細(xì)胞抗腫瘤免疫,抗CTLA-4免疫治療和靶向抑制EZH2可增強(qiáng)抗腫瘤免疫反應(yīng),改善抗腫瘤作用[21,40]。

此外,以EZH2為靶點(diǎn)的抑制劑的研究亦是熱點(diǎn)之一,EZH2抑制劑能夠競爭性抑制S-腺苷-L-同型半胱氨酸水解酶(SAH),增加細(xì)胞SAH水平,從而抑制S-腺苷-L-蛋氨酸依賴組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶活性,可顯著降低H3K27me3水平,具有明顯抗腫瘤增殖作用[7]。隨著研究的深入,新型EZH2抑制劑如GSK126[7]、GSK343[41]、GSK503[41]、EI1[7]、CPI-1205[42]、+UNC1999[7]、Constellation Compound 3[7]、OR-S1[43]、OR-S2[43]、Tazemetostat[44](見表1)等相繼被發(fā)現(xiàn),特別是在EZH2高表達(dá)的腫瘤中應(yīng)用前景極具吸引力,研究顯示抑制EZH2有助于逆轉(zhuǎn)抗腫瘤免疫,但同時(shí)在一定時(shí)間內(nèi)也可降低免疫細(xì)胞的生存[39](見表1)。報(bào)道指出EZH2在抗腫瘤免疫中對腫瘤細(xì)胞和免疫細(xì)胞表現(xiàn)出截然相反的作用,所以此方法對抗腫瘤免疫影響尚未完全明確,EZH2對免疫細(xì)胞的作用可能取決于腫瘤類型、TME和治療方法[15,45]。

此外,任何單一藥物治療都可使腫瘤細(xì)胞耐藥,對EZH2抑制劑的耐藥機(jī)制已有報(bào)道。在細(xì)胞系模型研究中,長期暴露于EZH2抑制劑的細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)EZH2的兩個新的次級突變(Y111L和Y661D)可產(chǎn)生協(xié)同作用導(dǎo)致細(xì)胞耐藥[46]。彌漫大B細(xì)胞淋巴瘤中IGF-1R,PI3K和MAPK通路的激活亦可促進(jìn)對EZH2抑制劑的耐藥[14]。最新研究指出,復(fù)發(fā)性頭頸部鱗狀細(xì)胞癌中靶向EZH2可以增強(qiáng)抗原呈遞,GSK126聯(lián)合抗PD-1治療可以規(guī)避抗PD-1耐藥,改善藥物敏感性[47](見表1);亦有報(bào)道惡性黑色素瘤中EZH2失活與CTLA-4抗體和IL-2聯(lián)合治療具有協(xié)同作用[15]。這些結(jié)果表明免疫、基因、內(nèi)分泌等聯(lián)合治療可能是未來抗腫瘤的一種方法。

表1 臨床免疫治療結(jié)果Table 1 Clinical immunotherapy results

5 結(jié)論與展望

大量研究已表明,EZH2是表觀遺傳腫瘤相關(guān)的重要調(diào)節(jié)因子,其在腫瘤免疫中的作用機(jī)制尚不明確,對靶向EZH2免疫治療提出了新的挑戰(zhàn)。EZH2既可以作為腫瘤抑制因子,也可以作為腫瘤啟動因子,取決于EZH2發(fā)揮功能的細(xì)胞環(huán)境。EZH2在腫瘤中功能也可能僅僅反映了在腫瘤的不同階段該蛋白所扮演的作用,即在腫瘤發(fā)生起始階段表達(dá)抑制因子,當(dāng)細(xì)胞環(huán)境改變時(shí),表觀遺傳學(xué)參與基因調(diào)控后成為腫瘤啟動因子。了解EZH2在TME復(fù)雜的作用機(jī)制應(yīng)是今后研究的重點(diǎn),將EZH2抑制劑與免疫療法相結(jié)合可能是一有效途徑,但需同時(shí)考慮其對宿主和腫瘤免疫的潛在影響,這些都有待進(jìn)一步研究證實(shí)。明確EZH2在TME、免疫細(xì)胞、免疫應(yīng)答和抗腫瘤免疫中作用,為以后藥物研發(fā)及指導(dǎo)臨床腫瘤靶向免疫治療具有重要意義。