組蛋白賴氨酸甲基轉移酶2D在前列腺癌中的研究進展

卓 濤，王玉杰，安恒慶

（新疆醫科大學第一附屬醫院，新疆 烏魯木齊 830054）

前列腺癌（Prostate Cancer，PCa）是一個全球性的健康問題，發病率整體呈上升趨勢[1]。PCa 的發生發展機制十分復雜，與遺傳易感性、基因突變、表觀遺傳和代謝重編程密切相關，多條信號通路參與其中。雄激素信號通路（AR）是其中最重要的通路，另外PI3K/AKT/mTOR 和RAS/RAF/MEK/ERK 等多條信號通路均參與了PCa 細胞的增殖、轉移和耐藥的產生[2]。代謝重編程可引起腫瘤細胞中氨基酸、葡萄糖和脂肪酸的代謝改變，是腫瘤的標志性特征之一[3]。表觀遺傳調控包括DNA 甲基化、組蛋白修飾和染色質重塑，其中DNA 甲基化和組蛋白修飾是PCa 中最為重要的兩種表觀遺傳形式[4]。組蛋白賴氨酸甲基轉移酶2D（KMT2D）是哺乳動物組蛋白H3 第四位賴氨酸（histone H3 lysine 4，H3K4）甲基轉移酶家族成員，是重要的表觀遺傳因子，可以通過改變增強子區域的組蛋白甲基化、乙酰化等表觀遺傳修飾來促進腫瘤的進展[5]。KMT2D 在PCa 中高突變，并通過參與代謝重編程和表觀遺傳調控等多途徑促進PCa 的發生發展，本文對KMT2D 在PCa 中的研究現狀進行綜述。

1 KMT2D 通過過氧化物酶體增殖物激活受體γ（PPARγ）介導PCa 脂質代謝

表觀遺傳和代謝重編程相互作用促進PCa 的發生發展。PCa 高度依賴脂質代謝，通過上調AR 調節的脂肪生成酶來增加從頭脂肪生成和脂肪酸氧化，以滿足PCa 細胞的能量需要，并且脂肪酸代謝在癌細胞蛋白翻譯后修飾和細胞信號傳導中具有重要作用[6]。PPARγ 是研究最熱的配體誘導轉錄因子之一，其信號失調與一些腫瘤的發展有關。研究表明PPARγ 隨著PCa 的進展而擴增，并通過其在脂肪酸合成、線粒體生物發生以及AR 信號傳導中的作用來促進PCa 的生長[7]。近期對肝脂肪變性的研究發現，KMT2D 在脂質代謝過程中起著關鍵作用，并可能通過PPARγ被動員到與脂質代謝相關的多個靶基因序列中，脂肪生成和肝脂肪變性具有相似的基因調控程序[8-9]。Zhai 等[10]對KMT2D 如何介導PCa 脂質代謝進行了研究，他們敲低人PCa 細胞系PC-3 和DU-145 中的KMT2D，發現KMT2D 敲除可以顯著降低PCa 細胞的脂滴含量，并且與脂肪酸代謝相關基因的mRNA 和蛋白水平也顯著降低。PPARγ 是脂質代謝的蛋白調控中心，KMT2D 敲低后，ROSI（PPARγ 合成激動劑）不能有效誘導PPARγ 表達增加，說明KMT2D在PPARγ 轉錄激活中起著重要作用。另外，在對KMT2D-PPARγ 復合物的研究中發現，PPARγ 作為一種轉錄因子將KMT2D 招募到其靶基因上，KMT2D敲低后PC-3、DU-145 和LNCaP 細胞的PPARγ 表達下調[8,10]。KMT2D 參與PPARγ 脂質代謝的上游途徑，調節PPARγ 和脂質代謝相關下游基因的轉錄和翻譯，并通過PPARγ-KMT2D 復合物影響PCa 脂質合成，促進PCa 的生長和增殖。

2 KMT2D 通過表觀遺傳激活白血病抑制因子受體（LIFR）和Kruppel 樣因子4（KLF4）促進PCa 發生和轉移

LIFR 是 糖 蛋 白130（gp130）-LIFR 復 合 物 的組成部分，LIF 是其配體，LIF/LIFR 復合物與gp130結合可以激活包括PI3K/AKT 在內的多條信號通路，LIFR 在多種癌癥中起抑癌作用，但有證據表明它也可以作為致癌基因[11-12]。LIFR 被ERK2 在S1044位點磷酸化有助于AKT 途徑的后續激活，誘導一系列增殖和轉移基因的表達，LIFR 通過調節PI3K-AKT通路在PCa 中發揮致癌作用[13]。KLF4 轉錄因子在多數癌癥中突變，通過轉錄調控其下游靶基因，影響腫瘤的上皮- 間充質轉化（EMT）過程，促進腫瘤進展[14]。Lv 等[15]發 現KMT2D 缺 失 的DU145 和PC-3細胞中，Akt 在S473 和T308 位點的磷酸化顯著降低，p-Akt 的兩個下游靶點p-BRCA1 和p-CREB 也顯著降低，說明KMT2D 參與了PI3K/Akt 通路，KMT2D敲低后LIFR 和KLF4 下游的H3K4me1 結合位點大量缺失。對KMT2D 缺失細胞進一步研究發現，LIFR 和KLF4 的基因表達一致持續下降，并且KMT2D mRNA水平與LIFR 和KLF4 呈正相關，表明KMT2D 介導的PI3K/Akt 通路和EMT 的改變可能與LIFR 和KLF4的表觀遺傳激活有關[15]。KMT2D 在PCa 中維持細胞H3K4me1 的水平，并促進包括LIFR 和KLF4 在內的一系列基因表達，激活PI3K/AKT 通路下游靶點如CREB 和BRCA1，促進腫瘤生長，KLF4 促進EMT 通路轉錄，導致腫瘤轉移。

3 KMT2D 通過旁分泌白細胞介素-6（IL-6）信號促進PCa 進展

細胞因子是介導細胞間信號傳遞的小分子可溶性蛋白質，通過自分泌、旁分泌和內分泌途徑在炎癥、免疫和腫瘤免疫中發揮重要作用[16]。IL-6 是一種重要的細胞因子，IL-6 通過促進M2巨噬細胞極化進而促進PCa 進展，其乙酰化KLF5 刺激SHH/IL-6 旁分泌信號，維持晚期PCa 的間充質表型和致瘤性[17-18]。研究發現，KMT2D 與細胞因子表達的調節有關，IL-6在KMT2D 缺失的細胞中減少，IL-6 和KMT2D 之間在轉錄水平上呈正相關，IL-6R 敲低還能抑制PCa 細胞的增殖和遷移，表明IL-6 是KMT2D 調節細胞間通訊的重要下游靶點，KMT2D 通過旁分泌途徑誘導PCa 細胞生長和轉移[19]。進一步研究發現，KMT2D與IL-6 增強子區域的結合在KMT2D 敲低后顯著降低，同一區域的H3K4me1 水平也降低，表明IL-6 是KMT2D 的直接靶點，并通過KMT2D-H3K4me1-IL-6信號傳導軸促進PCa 進展[19]。

4 KMT2D 缺失通過抑制抗氧化轉錄因子FOXO3 的增強子活性和DNA 結合來誘導PCa活性氧（ROS）介導的DNA 損傷

DNA 損傷是癌癥形成的特征，但廣泛或不成對的DNA 損傷對癌細胞是有毒的，因此DNA 損傷也可作為腫瘤的抑制因素，ROS 是造成DNA 損傷的主要原因[20]。據報道，KMT2D 敲除可以增加造血干細胞中ROS 介導的DNA 損傷，KMT2D 可能對ROS 介導的DNA 損傷起保護作用[21]。Lv 等[22]發現，KMT2D敲低的PC-3 和DU145 細胞的DNA 損傷率顯著升高，且細胞內ROS 水平顯著增加，表明KMT2D 缺失的PCa 中DNA 損傷升高可能與ROS 的增加有關，另外在KMT2D 沉默后，多數氧化應激基因表達降低，說明KMT2D 在維持PCa 與抗氧化反應相關的轉錄程序中十分重要。FOXO3在氧化應激時被激活，其誘導抗氧化防御酶的表達以降低ROS 水平和氧化應激，KMT2D 在FOXO3功能中起關鍵作用[23]。KMT2D 參與PCa 中FOXO3的DNA 結合，FOXO3轉錄調節主要通過增強子區域進行，KMT2D 功能受損時，在增強子區域觀察到H3K4me1 和H3K27ac 水平的變化，表明KMT2D 通過影響增強子活性水平而不是FOXO3本身的遺傳改變來影響FOXO3DNA 結合并影響FOXO3介導的靶基因調控，這在PCa 細胞實驗中也得到了證實[22,24]。KMT2D 缺失通過抑制H3K4me1 和H3K27ac的組蛋白修飾降低增強子活性，從而抑制FOXO3DNA 結合和氧化應激的轉錄反應來誘導PCa ROS 介導的DNA 損傷。ROS 介導的DNA 損傷能觸發損傷應答信號，阻斷細胞周期，促進PCa 細胞衰老和凋亡。

5 總結與展望

代謝重編程和表觀遺傳對PCa 的發生發展至關重要，表觀遺傳因子異常正成為PCa 的驅動事件。KMT2D 作為重要的表觀遺傳因子，在各種腫瘤中異常突變且機制不盡相同，在淋巴瘤中作為腫瘤抑制因子存在，在乳腺癌等腫瘤中又促進腫瘤的增殖和轉移。KMT2D 富含多個基因的增強子，可催化H3K4的單甲基化，并通過表觀遺傳刺激多種途徑的基因表達。KMT2D 突變在PCa 中具有特異性，在中國PCa患者中高度突變和過表達，可能參與了從高級別前列腺上皮內瘤變到PCa 的惡性進展。回顧相關研究，KMT2D 通過多途徑、多靶點參與PCa 的發生、進展和耐藥過程，與PCa 預后不良相關。隨著蛋白組學、代謝組學、基因組學和高通量測序等關鍵技術的不斷發展，以及對PCa 中KMT2D 相關研究的進一步深入，可能為PCa 的精準靶向治療提供新的方向和思路，對獲得更好的疾病預后具有重要意義。