組蛋白修飾在口腔鱗狀細胞癌中的研究進展

侯伊明，李 娜，禹文茜，陳 磊

口腔鱗狀細胞癌(oral squamous cell carcinoma，OSCC)是口腔頜面部最常見的惡性腫瘤，來源于病變的口腔黏膜上皮，通常與接觸煙草致癌物、過量飲酒及感染人乳頭瘤病毒等因素相關。OSCC發病率高、侵襲性強、預后較差，目前仍需繼續研究有效監測OSCC侵襲、轉移及復發的靶點[1]。因此探討OSCC發生的相關機制，尋找OSCC診斷、監測與治療的有效靶點，對于改善口腔癌患者的預后極具臨床價值。

研究表明，遺傳和表觀遺傳改變的累積促進了腫瘤的發生和癌癥的進展[2]。表觀遺傳改變是基因表達中不改變DNA序列基因的可遺傳、可逆的修飾，其中，組蛋白修飾在OSCC的發生和進展方面的作用受到了廣泛關注[3]。組蛋白修飾可導致染色質結構變化，從而影響相應位置基因的表達，進而影響基因轉錄、復制和修復等各項細胞生理過程[4]。目前已有許多研究從細胞、動物模型和人體試驗等多個水平驗證了組蛋白修飾對OSCC的進展產生影響，組蛋白修飾相關藥物對OSCC具有潛在治療價值。因此，我們有必要總結已發現的OSCC中組蛋白修飾變化，并對相關分子機制進行進一步的探究。

1 組蛋白修飾概述

過去十幾年間，多項研究已證實OSCC中的組蛋白翻譯后修飾水平發生變化。組蛋白修飾主要發生在四種組蛋白復合物(H3、H4、H2A和H2B)的氨基末端尾部，形式包括甲基化、乙酰化、ADP-核糖基化、磷酸化、泛素化和組蛋白尾部特定殘基的類泛素化等[5]。這些修飾通常對染色質構型有直接影響，進而可影響相關基因的轉錄活性。其中，組蛋白乙酰化和甲基化在OSCC的發生與發展中的作用已有較多研究，而組蛋白磷酸化、泛素化和ADP-核糖基化對OSCC的影響也有一定發現。

2 組蛋白修飾與口腔鱗狀細胞癌

2.1 組蛋白的甲基化修飾

2.1.1 組蛋白甲基化 組蛋白甲基化修飾主要由甲基轉移酶和去甲基化酶參與，在組蛋白的特定位點上發生甲基化與去甲基化。組蛋白尾部特定賴氨酸殘基的甲基化與基因轉錄的激活或抑制有關，轉錄激活或抑制效應主要取決于被甲基化的組蛋白特定賴氨酸殘基的位置和甲基化位點的數量[6]。組蛋白可以以單甲基化(me1)、二甲基化(me2)或三甲基化(me3)的形式發生于H3(K4、K9、K27、K36和K79)和H4(K20)這六個賴氨酸殘基上。一般來說，H3K4、H3K36和H3K79的甲基化與轉錄激活相關，而H3K9、H3K27和H4K20的甲基化與轉錄抑制相關[7]。

許多研究關注了組蛋白甲基化水平與OSCC預后的相關性。Maia等[8]的研究表明，細胞質中H3K9me1與疾病死亡率負相關，而細胞核H3K9me2的水平與患者生存率負相關。近期有研究發現H3K9me3的高表達與患者年齡和癥狀有關[9]。另外，Chen等[10]發現H3K27me2的升高與生存時間呈負相關。這些結論均提示我們進一步關注組蛋白甲基化水平與患者預后的相關性。

2.1.2 組蛋白去甲基化 組蛋白去甲基化酶KDM家族成員可以移除甲基化修飾，在干細胞分化和組織器官發育及腫瘤、代謝性疾病發病過程中均起到關鍵作用。已發現在OSCC組織中，多種組蛋白去甲基化酶水平升高，其表達與腫瘤的侵襲、轉移、復發正相關。

組蛋白去甲基化酶LSD1(KDM1A)在大多數舌鱗狀細胞癌中過表達，并與腫瘤侵襲性和不良預后顯著相關。值得關注的是，在動物模型中降低LSD1的表達，抑制了癌細胞的增殖、分化、侵襲和遷移，誘導了腫瘤細胞衰老，而在體內及體外實驗中過表達LSD1都通過染色質修飾促進了腫瘤的惡性轉化[11]。JMJD1A(KDM3A)水平與腫瘤的晚期分期和淋巴結轉移正相關，JMJD1A表達升高是淋巴結轉移的獨立標志[8]。KDM4A可能是抑制人OSCC侵襲性生長和轉移的關鍵靶點，KDM4A在OSCC的表達增加與淋巴結轉移和晚期TNM分期顯著相關，并在 OSCC患者的預后中起關鍵作用，其高表達也被認為是OSCC患者死亡的一項危險因素[12]。另有研究發現，舌鱗癌細胞中，P-ΔNp63α可以將組蛋白去甲基化酶KDM4C募集到MDM2基因的啟動子，通過組蛋白去甲基化來促進MDM2基因的轉錄，而KDM4C的抑制導致MDM2表達降低、細胞周期停滯、細胞凋亡，從而有助于增強口腔鱗狀細胞癌細胞對鉑類化療藥物的反應[13]。Facompre等[14]的實驗表明，PI3K依賴的組蛋白去甲基化酶KDM5B(JARID1B)上調驅動G0期細胞的干性轉化，KDM5B高表達的細胞具有更強的增殖能力；靶向清除KDM5B高表達細胞，G0期細胞增多，表明KDM5B可作為治療靶標。Huang等[15]進一步研究發現，KDM5B在癌癥組織的表達高于鄰近的非癌組織，其高表達與淋巴結轉移、腫瘤復發、病情惡化和低生存率密切相關，這表明KDM5B可以應用于OSCC的預后預測，另有實驗證明，降低KDM5B表達能夠抑制細胞遷移能力與腫瘤侵襲性[16]。近期一項病例對照研究中發現UTX(KDM6A)的高表達可能預示接受手術切除鱗癌組織的患者預后不良[17]。盡管已有部分研究發現，組蛋白去甲基化酶家族在OSCC中的作用機制仍需進一步研究。

2.2 組蛋白的乙酰化修飾

2.2.1 組蛋白乙酰化 目前觀點認為，相比DNA甲基化或組蛋白甲基化，組蛋白乙酰化反應對環境刺激更敏感，因此能更及時地參與組蛋白修飾，影響基因表達[18]。組蛋白乙酰化由組蛋白乙酰轉移酶催化，乙酰基的加入促進了組蛋白結合區域基因的轉錄。

Li等[19]的實驗表明組蛋白乙酰轉移酶hMOF通過乙酰化H4K16，靶向ZEST同源基因增強子EZH2，使EZH2在人OSCC組織中表達上調，可引起OSCC患者整體生存率下降。缺氧環境下，H3K2被乙酰化可激活上皮間質轉化相關基因，從而促進OSCC的轉移[20]。高水平的H3K18乙酰化與腫瘤的晚期分期相關。

另一方面，低水平的H3K4乙酰化與較晚期的OSCC分期、淋巴結轉移、低生存率顯著相關[10]。一些研究者通過分析口腔沖洗樣本和OSCC細胞系發現了H3K9乙酰化水平降低[21-22]，認為H3K9的低乙酰化水平表明預后不良，與細胞增殖和上皮間質轉化有關[23]。但也有研究者在OSCC組織中觀察到H3K9、H3K14和H3K56的乙酰化水平升高[21-24]，認為H3K9乙酰化水平升高與淋巴結轉移和局部復發正相關，可能成為OSCC轉移的預測因素[9]。對于不同組蛋白位點乙酰化水平與OSCC的TNM分期及預后的相關性，仍需要更多臨床研究的支持。

2.2.2 組蛋白去乙酰化 組蛋白去乙酰化是組蛋白在各種組蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases, HDACs)的催化下脫乙酰基的過程，在腫瘤發生發展的過程中起重要作用。組蛋白中乙酰基的移除導致染色質的壓縮，從而抑制相應基因的轉錄[24]。HDACs是由18個酶組成的家族，根據其與酵母的同源性分為四類。其中Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅳ類是Zn2+依賴性HDACs，含11個成員。Ⅲ類HDACs分子即是Sir2相關酶類(Sir2-related enzymes，Sirtuins)，也稱為“沉默信息因子”。

HDACs調節組蛋白尾部的乙酰化程度，影響生長、分化、細胞毒性和凋亡等過程[24]。降低HDACs表達可誘導OSCC細胞的凋亡，抑制腫瘤的侵襲和轉移，并可能通過結合轉錄因子來調節G0/G1細胞周期進程。HDAC1、HDAC2[25]、HDAC6[26]、HDAC8[27]和HDAC9[28]在OSCC組織中上調，預示著患者的低生存率、不良預后，HDAC2同時提高了HIF-1a蛋白的穩定性，導致OSCC的侵襲和遷移能力增強[29]。HDAC6的表達具有階段特異性，有研究將其在癌癥早期和晚期的表達水平與腫瘤侵襲性聯系起來[26]。各種組蛋白乙酰化酶影響OSCC的分子機制仍有待探究。

2.3 組蛋白的磷酸化修飾

酪氨酸、蘇氨酸或絲氨酸殘基的組蛋白磷酸化改變對有絲分裂、凋亡和轉錄等細胞過程十分重要[30]。Aurora蛋白激酶家族可磷酸化H3的絲氨酸位點，與染色質濃縮相關，其高表達與不良預后相關[31]。在頭頸部鱗癌組織和細胞系中還觀察到組蛋白磷酸化水平與腫瘤分期、轉移、分化、預后、細胞異型性和細胞增殖相關[32-33]，有必要進一步研究組蛋白磷酸化對OSCC的影響。

2.4 組蛋白的泛素化修飾

組蛋白泛素化、去泛素化在DNA損傷和轉錄中起重要作用。組蛋白H2A的泛素化作用在染色體水平上調節基因活性，參與腫瘤的發生、侵襲、轉移和耐藥[34]。BMI1是多梳抑制復合物的一個組成部分，可誘導H2A的泛素化，人舌鱗癌細胞系中抑制BMI1使腫瘤對順鉑化學療法敏感，并通過靶向鱗癌細胞減少了淋巴結轉移，提示較高的泛素化水平與腫瘤轉移相關，通過抑制BMI1表達可以起到克服順鉑耐藥性并減少腫瘤轉移的作用[35]。泛素結合酶E2S(Ube2S)可在DNA損傷后調節H2A/H2AX的Lys11連鎖泛素化，是修復DNA損傷誘導的轉錄抑制所必需的[36]。Yoshimura等[37]在OSCC組織和細胞系中發現了泛素結合酶E2S(Ube2S)水平的升高，敲低Ube2S誘導細胞周期停滯在G2期向M期轉化的過程，從而抑制腫瘤增殖。

Liu等[38]認為在OSCC中去泛素化酶，特異性蛋白酶USP22可以去泛素化H2B和H2A，上調的USP22與淋巴結轉移、復發、較高的惡性程度相關，可作為預后不良的指標。Liu等[39]發現核去泛素酶BRCA1相關蛋白-1，即BAP1從H2AK119Ub中去除單泛素化。BAP1可通過組蛋白修飾誘導抗輻射效應，高水平BAP1與放療效果不佳相關。組蛋白泛素化與去泛素化對于OSCC的臨床治療有重要意義。

2.5 組蛋白的ADP-核糖基化

聚腺苷酸二磷酸核糖基聚合酶(poly(ADP-ribose)polymerase, PARP)家族參與ADP-核糖到蛋白質的共價轉移和ADP核糖聚合物的形成。早在1993年，Das就研究了不同階段OSCC組織中的二磷酸腺苷核糖基化水平，并與正常鄰近口腔組織的對比分析，發現在活躍增殖的OSCC組織中觀察到PARP-1的活性與DNA合成速率的顯著提高，組蛋白中加入聚腺苷二磷酸核糖會使染色質結構松散。隨著惡性程度的增加，在OSCC組織的細胞核中觀察到組蛋白的二磷酸腺苷核糖基化逐漸增加，這表明二磷酸腺苷核糖基化可能是OSCC的一個惡性標志[40]。

近年來，PARP抑制劑在治療癌癥方面的應用得到了關注。相比單獨用藥，將順鉑與PARP抑制劑AZD2281聯合應用顯著抑制了異種移植腫瘤的生長[41]。生物活性化合物姜黃素與PARP抑制劑Olaparib的聯合應用降低了姜黃素的有效作用濃度，增加了癌細胞的死亡和DNA損傷，降低了癌細胞中堿基切除修復基因的表達和二磷酸腺苷核糖基化，誘導細胞凋亡并促進腫瘤體積減小[42]。目前，多種PARP抑制劑已在部分癌癥中獲批使用，相關藥物在OSCC中的作用效果值得期待。

3 展 望

異常的組蛋白修飾以及相關的蛋白與OSCC有廣泛聯系。已有的研究通過過表達、敲除或藥理學抑制各種組蛋白修飾酶，在腫瘤細胞或動物模型中研究相關作用機制，可能有助于闡明組蛋白修飾在OSCC中的價值。目前的研究結果顯示組蛋白修飾在OSCC發生發展的各階段具有重要意義，有成為OSCC的診斷、治療與監控靶點的潛力。OSCC中的組蛋白修飾相關基礎及臨床研究仍是活躍的領域，期望未來能夠發現更多OSCC中可作為診斷與治療靶標的組蛋白修飾水平與相關酶變化，將相關研究結果應用于臨床。