前列腺癌中雄激素受体的表观遗传学研究进展*

尚芝群 马 媛 田 晶 韩瑞发 牛远杰

·国家基金研究进展综述·

前列腺癌中雄激素受体的表观遗传学研究进展*

尚芝群 马 媛 田 晶 韩瑞发 牛远杰

雄激素受体（androgen receptor，AR）作为核内转录因子是前列腺癌中最常见的治疗靶标，在去势抵抗性前列腺癌（castration resistant prostate cancer，CRPC）中雄激素受体也起到了非常重要的作用。去势抵抗性前列腺癌的发生发展机制是当前的研究热点。表观遗传学的改变在前列腺癌的发展中具有重要作用。甲基化、乙酰化及非编码RNA可以通过对雄激素受体信号通路的调控促进或者抑制前列腺癌的发生发展。本文将近期关于前列腺癌雄激素受体信号通路表观遗传学的调节机制进行综述。

雄激素受体 表观遗传学 超甲基化 去势抵抗性前列腺癌

前列腺癌（prostate cancer，PCa）是西方国家男性最常见的恶性肿瘤之一，其死亡率在2013年已经超过肺癌占据首位［1］。尽管大多数前列腺癌在早期就可以被诊断出来，但是当前对前列腺癌的治疗仍然面临着巨大的困难。前列腺癌在我国的发病率和致死率也逐年升高，与欧美国家不同，由于我国对易感人群行普查工作的相对滞后，大多数的初诊前列腺癌患者是晚期前列腺癌。对这类患者采用雄激素阻断治疗（androgen ablation therapy，ADT）是当前公认的治疗手段。然而，在经过1.5至2年的雄激素阻断治疗有效期后，几乎所有的患者均进展为对去势不敏感前列腺癌阶段，即“去势抵抗性前列腺癌”。几乎所有前列腺癌患者的死因归根结底都是由于现有的医学手段不能有效控制和治愈转移性进展的去势抵抗性前列腺癌，而最终导致患者死亡。因此，去势抵抗性前列腺癌的发生发展和转移的机制是国际泌尿外科学界研究的难点和热点，也是提高前列腺癌患者的生存率和生活质量的关键。

雄激素受体是一种细胞核内的性激素受体，通过与其配体雄激素结合而被激活。与雄激素结合后，雄激素受体与胞浆内热休克蛋白90解离，转移至细胞核内。在细胞核内，雄激素受体与雄激素反应元件（androgen response elements，AREs）结合，激活下游靶基因［2］。在所有关于雄激素受体在前列腺癌中功能的研究中，雄激素受体均发挥了重要的作用，而且雄激素受体信号通路在大多数来源于去势抵抗性前列腺癌患者的细胞内仍然具有重要作用［3］。

表观遗传学是指在不改变基因DNA序列的前提下，通过某些机制引起可遗传基因表达或细胞表型的变化［4-5］。表观遗传学主要包括DNA甲基化、染色质改变、X染色体失活、非编码RNA调控等内容。DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA在去势抵抗性前列腺癌发生发展中起关键作用。

1 前列腺癌中AR基因的高甲基化

在CRPC中AR基因发生高甲基化的频率为29%，原发前列腺癌中AR高甲基化的发生频率为10%［6］。由此可见，高甲基化可能是去势抵抗性前列腺癌发生发展的机制之一。Gravina等［7］研究AR阳性的22RV1和AR阴性的PC-3去势抵抗性前列腺癌细胞系在去甲基化药物5-AZA与比卡鲁胺共同作用下，是否可被逆转为激素依赖性前列腺癌细胞系。实验结果显示PC-3细胞经过这2种药物的联合处理后恢复了AR的表达。然而，在22RV1细胞中未看到同样的现象，揭示了去甲基化药物的活性对于AR阳性的去势抵抗性前列腺癌细胞系也许是不足的［7］。Chen等［8］研究显示低甲基化药物可以作为一种延缓去势抵抗性前列腺癌出现的治疗选择。DNA甲基化的抑制能够逆转去势抵抗的机制可能与下调DNMT1依赖性的STAT3的活性相关。

近年来，前列腺癌的研究主要集中在干细胞研究方面，研究学者们希望通过对干细胞的研究更好的揭示前列腺癌的发生、发展和转移，最终能更有效的治疗前列腺癌，前列腺癌干细胞不表达AR。CD133+前列腺癌细胞AR的表达阴性，然而CD133+前列腺癌细胞也表达AR，而且雄激素可以通过促进CD133+前列腺癌细胞的增殖来促进肿瘤的进展。来源于前列腺癌细胞系的CD44阳性的细胞中AR也是阴性的。然而，这些研究并未说明去势抵抗的出现和AR的上调是AR阴性的前列腺癌干细胞造成的［9］。Tian等［10］研究发现三种由CD133分选出来的前列腺癌干祖细胞内的AR启动子区域内的CpG岛上出现了不同的甲基化位点，进一步研究发现正常前列腺/前列腺癌干祖细胞内AR的低表达对于维持该细胞的干细胞特性是非常重要的，低水平的AR可以抑制该细胞的分化，促进该细胞的自我更新和增殖的能力。由于去势抵抗性前列腺癌的发生发展与前列腺癌干祖细胞的增殖有关，因此应用低甲基化药物处理这些前列腺癌干祖细胞可以改变AR的表达，使前列腺癌干祖细胞失去干性，从而达到抑制干祖细胞增殖的效果，为去势抵抗性前列腺癌的治疗提供了一个新的方向。

2 前列腺癌中AR的乙酰化修饰

许多恶性肿瘤的发生发展过程中均存在组蛋白乙酰化的现象，其中包括前列腺癌。雄激素受体作为前列腺癌发生发展中的最重要的转录因子也存在乙酰化的现象。Tip60（Tat-interactive protein 60kD），一种组蛋白乙酰化转移酶，可以通过C末端的HAT区域直接乙酰化组蛋白H2A、H3和H4。研究发现Tip60在去势抵抗性前列腺癌组织中的表达水平异常增高，体内实验研究发现Tip60通过内在的乙酰化转移酶因子的活性，直接乙酰化AR［11］。组蛋白乙酰化转移酶P300和PCAF（p300/CBP-associating factor）通过乙酰化AR的3个赖氨酸残基，即Lys-630、Lys-632和Lys-633，诱导AR内在转录活性的增加。由此可见，AR是一个普遍的共激活子介导乙酰化的靶点。Tip60完全调控AR630和AR632/633的失败提示Tip60在KLKK修饰的前提下可以乙酰化AR所有的3个赖氨酸残基。研究结果提示Tip60激活AR结合到内源性前列腺癌特异性抗原（PSA）的启动子是与激素活跃度相关。综上所述，研究学者们一致认为Tip60作为一类性激素核受体特异性共激活子，在生理学范围内对AR的乙酰化和活化起到了重要的作用。虽然Tip60、P300和PCAF都能单独乙酰化AR的赖氨酸残基，即Lys630、Lys632和Lys633，但不分享相似的组蛋白乙酰化特异性底物。Tip60可以直接乙酰化组蛋白H4上的核小体DNA，而P300则可以随意的乙酰化所有的4种组蛋白。最近的研究发现Tip60可以通过乙酰化AR而增强AR的转录活性，促进AR的核转移，从而导致去势抵抗性前列腺癌细胞的增殖［12-13］。应用Tip60特异性抑制因子NU9056抑制Tip60对AR乙酰化作用，可以降低AR的表达水平，抑制前列腺癌细胞的增殖［14］。

组蛋白乙酰化转移酶P300与前列腺癌的进展相关。有研究发现在P300基因敲除小鼠模型中AR的表达减弱，这种现象在PTEN调低的前列腺癌细胞系中也得到了证实［15］。上述结果与临床上的结果相一致，即前列腺癌患者中P300与AR的的表达呈正相关。进一步研究发现PTEN的缺失促进AR在丝氨酸81位点的磷酸化，增加P300与AR的结合，从而乙酰化AR［15］。N-乙酰化转移酶捕获缺失蛋白1（N-acetyltransferase arrest-defect 1 protein，ARD1）在前列腺癌中异常高表达，可激活AR下游靶基因，促进前列腺癌的进展，但并不能改变AR的表达水平，由于是乙酰化转移酶，因此有可能通过调节AR的乙酰化水平来激活AR下游的靶基因。Wang等［16］在前列腺癌LNCaP细胞系中调低ARD1可以抑制AR的乙酰化水平，从而减少AR与其靶基因启动子区域的相互作用。沉默P300的确可以降低总体AR的水平，但是不能减弱被ARD1乙酰化的AR的水平。而且，突变的AR在上述的3个赖氨酸残基（KLKK633）被谷氨酸盐所替代后仍然可以被ARD1乙酰化。这些数据提示AR基因上的ARD1乙酰化位点与P300不同。ARD1特异性乙酰化AR的位点需要随后的研究进一步证明。

众所周知，AR的乙酰化是受雄激素刺激所诱导的。然而，细胞受到其他的刺激也可以影响AR的乙酰化水平。蛙皮素，一种神经肽物质，在前列腺癌进展中发挥重要作用，能正向调节P300的活性。在Src激酶的刺激下蛙皮素能够提高AR乙酰化水平［17］。IL-4能够在雄激素缺乏的情况下，通过提高CBP/ P300水平来增强AR乙酰化，继而激活AR，最终促进去势抵抗性前列腺癌的发生［18］。AR的乙酰化是可逆的过程，可以被去乙酰化酶HDACs和Sirtuin 1所逆转，使AR去乙酰化，从而降低AR的活性［19-20］。AR乙酰化也能够被罗莎玫瑰提取物［21］、白藜芦醇［22］、原花青素B3［23］、绿茶提取物［24］等所抑制，AR的表达和活性降低，从而导致前列腺癌细胞增殖减弱。

3 非编码RNA对AR的调控

除了DNA的甲基化和乙酰化可以调节AR之外，其他的表观遗传性机制也可以影响AR的功能。近年来的研究发现一些非编码RNA，如miRNA和长链非编码RNA也参与了AR的调控，从而调控前列腺癌的发生与进展。

3.1 miRNA与AR

miRNA是一种短链的非编码RNA，可以调节转录后特定基因的表达。通过与mRNA的3'UTR端相互作用，miRNA可以导致该mRNA的降解或者抑制其翻译成蛋白。研究证明miRNA参与多种生物学过程，且与肿瘤的发生密切相关［25-26］。近年来研究发现许多miRNA通过对AR信号通路的调节，促进或者抑制前列腺癌发生发展。有研究发现前列腺癌中let-7通过调节Myc的表达来抑制AR的表达和活性［27-28］。另一项研究发现miRNA-185能够结合到AR的3'非翻译区（3'UTR）的173～179核苷酸，从而能降低AR的表达，抑制LNCaP细胞的增殖、迁移和侵袭［29］。有研究发现miR31通过与AR的DNA特定结合区域的直接相互作用，抑制AR的表达和活化，从而抑制前列腺癌的进展［30］。Hagman等［31］研究发现miRNA-205与肿瘤的转移和患者的低生存率呈负相关，在去势抵抗性前列腺癌中呈低表达。机制研究发现miRNA-205能结合到AR的3'UTR端，同时下调AR的转录与蛋白水平，从而抑制前列腺癌的进展。Shi等［32］发现miRNA-124也可以直接靶向AR，最终引起P53的上调，从而促进前列腺癌细胞的凋亡。由此可见，众多miRNA对前列腺癌发生发展的作用机制都是通过与AR相互作用来实现的。

3.2 lncRNA与雄激素受体

lncRNA是长度超过200个核苷酸的非编码RNA，缺乏开放的阅读框，不编码蛋白质，以RNA的形式在多种层面上调控基因的表达水平，并且还可作为修饰染色质复合物的支架［33］。有报道PRNCR1和PCGEM1两种长链非编码RNA，可以与AR相结合，增强配体介导和非配体介导的AR所调节下游基因活化和增殖［34］。PRNCR1与羧基末端乙酰化的AR增强子相结合，而与DOT1L的联合需要募集另一种PCGEM1长链非编码RNA，结合到被甲基化酶DOT1L（dot1-like protein）甲基化的AR氨基残基。PCGEM1对特异性蛋白标记物的识别需要组蛋白甲基化识别子Pygo2（pygopus 2）的PHD区域增强对雄激素受体增强子到靶基因的启动子所形成的选择性循环的识别，这两种过表达的长链非编码RNA能够与短链或者全长的AR相互作用，最大限度的激活AR，进而导致配体非依赖性雄激素受体转录程序的激活和细胞的增殖［34］。因此，这两种长链非编码RNA可以作为治疗去势抵抗性前列腺癌新的靶点。

4 小结

前列腺癌是受表观遗传学机制调控的，其中最常见的为DNA的甲基化、乙酰化以及非编码RNA。雄激素受体信号通路是前列腺癌发生发展的最重要信号通路之一，即使在去势抵抗性前列腺癌中雄激素受体信号通路也具有重要作用。AR的甲基化、乙酰化及非编码RNA对其的调控是前列腺癌由激素依赖性向去势抵抗性前列腺癌转变的重要机制之一。针对DNA甲基化、乙酰化以及非编码RNA所引起的前列腺癌的发生发展机制的治疗方法正处于初级阶段，无论是进一步的机制研究，还是针对这一领域的治疗方法的研究都需要科学研究者投入更多的精力。雄激素受体及其所调节的信号系统的表观遗传学机制将是人类攻克前列腺癌的重要方向。

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（2014-01-15收稿）

（2014-06-20修回）

（本文编辑：周晓颖）

Epigenetic regulation of androgen receptors in prostate cancer

Zhiqun SHANG,Yuan MA,Jing TIAN,Ruifa HAN,Yuanjie NIU

Yuanjie NIU;E-mail:niuyuanjie9317@163.com
Department of Surgical Urology,The Second Hospital of Tianjin Medical University,Tianjin Institute of Urology,Tianjin Key Laboratory of Urology Based Medicine,Tianjin 300211,China
This work was supported by the National Natural Science Foundation of China Youth Project(No.81302211,81202024)and National Special Project for International Cooperation in Science and Technology(No.2012DFG32220)

The androgen receptor(AR),a nuclear hormone and transcription factor,is the most therapeutic relevant target in prostate cancer(PCa)and in the castration-resistant prostate cancer(CRPC).Significant efforts have been focused on understanding the mechanisms involved in the development and progression of CRPC.Recent work has revealed the importance of epigenetic events including the regulation of AR signaling by methylation,acetylation,and non-coding RNA in the tumorigenesis and development of PCa. We summarize recent findings on the mechanisms of epigenetic regulation ofAR signaling in PCa.

androgen receptor,epigenetics,hypermethylation,castration resistant prostate cancer

10.3969/j.issn.1000-8179.20141146

天津医科大学第二医院泌尿外科，天津市泌尿外科研究所，天津市泌尿外科基础医学重点实验室（天津市300211）

ƽ本文课题受国家自然科学青年基金（编号：81302211，81202024）和国家国际科技合作专项（编号：2012DFG32220）资助

牛远杰 niuyuanjie9317@163.com

尚芝群 博士。专业方向为激素受体、干细胞与泌尿系肿瘤相关研究。

E-mail：zhiqun_shang@163.com