蛋白质精氨酸甲基转移酶在前列腺癌中的研究进展△

胡平 综述，陈平 审校

同济大学生命科学与技术学院，上海200092

蛋白质的翻译后修饰（post-translational modification，PTM）是许多蛋白质行使功能的必要环节，这些修饰包括甲基化、乙酰化、糖基化、磷酸化、泛素化以及新发现的小泛素相关修饰物（small ubiquitin-related modifier，SUMO）化。蛋白质甲基转移酶主要分为蛋白质赖氨酸甲基转移酶和蛋白质精氨酸甲基转移酶（protein arginine methyltransferase，PRMT）。PRMT的研究虽然仅有短短20年，但是越来越多肿瘤的发生、发展被发现与PRMT有关。本文总结了PRMT与恶性肿瘤的关系，以及PRMT各个成员在前列腺癌中的表达和调控机制，为进一步了解PRMT与前列腺癌的关系提供理论基础。

1 PRMT

1.1 PRMT概述

PRMT是蛋白质甲基转移酶之一。蛋白质精氨酸底物甲基化是一种广泛的翻译后修饰，以S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosyl-methionine，SAM或AdoMet）作为甲基供体，通过PRMT的酶催化作用将SAM的甲基转移至目的蛋白精氨酸胍基氮分子上。

在哺乳动物细胞内，已鉴定出11种PRMT家族的成员，分别是PRMT1～11。精氨酸甲基化有3种方式，分别为精氨酸单甲基化、非对称精氨酸二甲基化和对称精氨酸二甲基化。根据催化方式的不同分为可催化产生单甲基化和非对称双甲基化修饰的Ⅰ型 PRMT（PRMT1、PRMT3、PRMT4、PRMT6、PRMT8）、可催化产生单甲基化和对称双甲基化修饰的Ⅱ型PRMT（PRMT5、PRMT9）以及仅可催化产生单甲基化修饰的Ⅲ型PRMT7。PRMT10、PRMT11被鉴定是PRMT7、PRMT9的同系物，目前，尚无研究表明PRMT10、PRMT11是否具有甲基转移酶活性[1]。

1.2 PRMT的功能与作用

PRMT的主要功能包括DNA修复、信号转导、转录激活和抑制以及细胞周期调控等。研究发现，PRMT1在胰腺癌、乳腺癌、肝癌、结直肠癌、膀胱癌和肺癌等肿瘤组织中呈高表达[2-7]，PRMT5在乳腺癌、宫颈癌、胃癌、食管癌、卵巢癌等肿瘤组织中呈高表达[8-12]。PRMT1是通过转录因子Twist1的甲基化（Arg-34）从而参与上皮-间充质转化过程，并抑制上皮钙黏素（E-cadherin，E-cad）的表达，导致肿瘤细胞的增殖和转移[13]。PRMT1能甲基化表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）Arg198和Arg200，增强EGFR与EGF的结合，激活信号传导，促进肿瘤细胞增殖[14]。PRMT5在肺癌中的表达上调，其导致的组蛋白修饰能够发挥基因激活和基因抑制的作用，从而调控细胞内的信号转导[15]，与恶性肿瘤的发生、发展有关。PRMT5可以与肿瘤基因产物核糖体蛋白S10作用，催化其于Arg158和Arg160残基发生甲基化[25]，这一过程调控核糖体的正确装配过程，影响蛋白质合成。

PRMT2在乳腺癌中呈高表达[16]。PRMT3的甲基转移酶活性在肺癌、乳腺癌和胰腺癌中明显升高[17]。PRMT6在肺癌中的表达水平升高，且与预后不良有关。PRMT7在恶性乳腺癌组织和转移性乳腺癌细胞中呈高表达，上调的PRMT7提高了E-cadherin启动子H4R3me2s的修饰水平，导致E-cadherin的表达下调，降低细胞间的黏附能力而发生转移[18]。有研究发现，PRMT9在肝癌细胞中的转录水平较高，且PRMT9表达水平高的肺癌患者的生存率低[19]。PRMT7在肺癌中的表达水平高于正常肺组织，肺癌细胞过表达PRMT7后虽然不能在很大程度上影响细胞的增殖，但是其侵袭能力增强[20]。然而，PRMT7在肝癌组织中呈低表达，在癌旁组织中呈高表达[21]。

2 PRMT与前列腺癌的关系

前列腺癌是激素依赖的上皮性恶性肿瘤，根据是否受雄激素调控将前列腺癌分为激素依赖性前列腺癌（hormone-dependent prostate cancer，HDPC）和激素非依赖性前列腺癌（hormone independent prostate cancer，HIPC）。HDPC在阻断了生理水平的雄激素后，前列腺癌细胞会发生程序性凋亡，而HIPC的发生、发展不依赖于任何内分泌激素。雄激素阻断疗法是前列腺癌的主要治疗方法，然而大多数患者经过雄激素阻断治疗后，其肿瘤细胞会由激素依赖性转变为激素非依赖性，此时手术剥夺或药物阻断治疗无效。有研究发现，前列腺癌中组蛋白甲基化的比例很高[22]。关于前列腺癌组蛋白甲基化的数据十分有限，目前在前列腺癌细胞中发现H3K9me3/H3K27me3的表达量增加[23]。前列腺癌组织中高表达的PRMT家族成员直接参与肿瘤细胞的增殖、迁移及信号通路，或间接参与前列腺癌的发生、发展，但各个成员调控的具体机制不尽相同。

2.1 Ⅰ型PRMT与前列腺癌

PRMT1的异常活动与激素依赖性肿瘤有关，包括依赖于雄激素的前列腺癌。PRMT1抑制剂能够抑制前列腺细胞的生长[24]，说明PRMT1的表达可能有促进肿瘤细胞增殖的能力。RNAi筛选与前列腺癌细胞活力相关的具有组蛋白甲基化功能的酶，PRMT2是从88种具有组蛋白甲基化功能的酶shRNA中筛选出的、能够调控前列腺癌细胞活力的酶之一[25]。目前，在前列腺癌中，PRMT1和PRMT2的主要功能是促进前列腺癌细胞的增殖。

PRMT4（CARM1）在前列腺癌中呈高表达，其过表达参与了雄激素非依赖性前列腺癌的发生[26]，被证明能与雄激素相互作用。研究表明，PRMT4作为雄激素受体的转录共激活因子，参与前列腺癌的发生，可能成为治疗雄激素非依赖性前列腺癌的新靶点[26]。敲低PRMT4不仅能够抑制前列腺癌细胞的增殖，促进前列腺癌细胞的凋亡，还可抑制雄激素依赖性前列腺特异性抗原（prostate-specific antigen，PSA）的表达。雄激素非依赖性前列腺癌细胞的细胞核中CARM1表达的上调可能成为治疗雄激素非依赖性前列腺癌的靶点[27]。

有研究发现，PRMT6在前列腺癌细胞和组织中呈高表达，且其表达与前列腺癌细胞的促癌基因PSA和人激肽释放酶2（kallikrein-related peptidase 2，KLK2）的表达均呈正相关，其通过调控雄激素受体信号通路中的一些下游靶基因从而促进前列腺癌细胞的增殖和迁移[28]。稳定敲低PRMT6后，PC-3细胞的恶性程度降低，凋亡数目增加，基质金属蛋白酶9（matrix metalloproteinase 9，MMP9）表达水平降低，转移和侵袭能力均下降[29]。在筛选与前列腺癌发生、发展密切相关的组蛋白甲基化酶时，使用实时荧光定量聚合酶链反应（quantitative real-time polymerase chain reaction，qRT-PCR）在37种预选的能够甲基化组蛋白的分子中检测到了PRMT6，并且其在前列腺癌组织中呈高表达[30]。

2.2 Ⅱ型、Ⅲ型PRMT与前列腺癌

PRMT5在前列腺癌中的表达水平明显升高，在mRNA和蛋白质水平均与雄激素受体呈正相关。Deng等[31]研究发现，PRMT5能够激活雄激素受体基因的转录，通过与Sp1相互作用被招募至雄激素受体启动子周围，并在AR基因的近端启动子区域与依赖腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）的染色质重构因子Brg1形成复合物。约50%的前列腺癌存在跨膜丝氨酸蛋白酶2（transmembrane protease serine 2，TMPRSS2）和 Ets相关基因（Ets related-gene，ERG），此种变异导致细胞产生高水平的ERG蛋白，ERG招募PRMT5至AR靶基因，其中，PRMT5能甲基化雄激素受体的761位精氨酸诱导AR增殖而非分化。这一过程会阻断AR调控其他基因的转录[32]。此外，另一实验发现，前列腺癌细胞的细胞质内的PRMT5能够促进前列腺癌细胞的生长，细胞核内的PRMT5能够抑制前列腺癌细胞的生长[33]，但具体机制尚有待研究。

PRMT7由692个氨基酸组成，是一种共价二聚体，具有两个催化甲基转移的结构域，其可以催化细胞内多种底物的单甲基化修饰，也可以在R531位点发生自甲基化[34]。经典Wnt信号通路在前列腺癌中具有重要作用，散乱蛋白（dishevelled，Dvl）是Wnt信号通路中的中心支架蛋白，通过精氨酸甲基化修饰，有研究发现，此过程是由PRMT7和PRMT1催化完成的，Dvl甲基化的缺失激活了Wnt信号通路下游靶基因的转录[35]，说明PRMT7可以参与调控Wnt信号通路进而影响前列腺癌的发展。

CTCFL作为印迹控制区域（imprinting control region，ICR）的结合蛋白之一，能激活PRMT7的组蛋白甲基转移酶活性，PRMT7可能在雄性生殖系印迹基因的甲基化中起作用[36]。Seligson等[37]发现，在前列腺癌中，H4R3的甲基化程度与肿瘤分级呈正相关。Dhar等[38]发现PRMT7可以甲基化H4R3。上述研究均提示PRMT7可能参与前列腺癌的发展，探究PRMT7在前列腺癌发生、发展中的调控机制具有重要意义。

2.3 其他PRMT与前列腺癌

研究发现，PRMT10在雄激素依赖性前列腺癌中活跃表达；通过酵母双杂交实验证明PRMT10是与雄激素受体相互作用的蛋白质之一，是LNCaP前列腺癌细胞雄激素依赖性增殖所必需的，与雄激素受体相互作用；在siRNA敲低PRMT10的实验中：敲除PRMT10后，DHT依赖的PSA的表达下调，LNCaP细胞的生长受到抑制，却不影响激素非依赖性前列腺癌细胞的生长[39]。PRMT10对于激素依赖性前列腺癌细胞的生长是必须的。

3 小结与展望

PRMT这一具有催化精氨酸甲基化催化的酶，广泛分布于人类的各种组织中，然而在恶性肿瘤组织中，PRMT家族的多数成员呈过表达。PRMT在前列腺癌中呈高表达，能够促进前列腺癌细胞的增殖和迁移。在一些前列腺组织中存在组蛋白甲基化的现象（PRMT1催化H4R3me2a[40]，PRMT2催化H3R8me2a[41]，PRMT5催化H4R3me2s[15]、H2AR3me2s、H3R2me2s，PRMT7催化H4R17me1[42]等），虽然目前此方面数据较为匮乏，但关于表观遗传是否会成为前列腺癌发病因素的研究不断增多。PRMT4作为雄激素受体的转录共激活因子同PRMT5、PRMT6等与雄激素受体相互作用，调控雄激素信号通路，并能够通过影响雄激素受体，抑制它对其他基因的转录作用。PRMT7的过表达使Wnt信号通路紊乱，提示PRMT7在前列腺癌中可能是关键蛋白。PRMT的表达与某些促肿瘤基因的表达呈正相关，可能是细胞信号通路重要的中间调控或最终效应分子。PRMT通过这些过程在的前列腺癌的发生、发展过程中发挥重要作用。

PRMT与前列腺癌发生、发展的关系为其机制的研究积累了证据，但是目前尚未总结出PRMT在前列腺癌中发挥作用的公认机制，其可能关键机制包括PRMT可能通过甲基化组蛋白，表观遗传调控前列腺；PRMT与AR相互作用，通过信号通路调控前列腺癌的进程；PRMT通过调控细胞周期从而发挥促癌作用等。了解和掌握PRMT与前列腺癌的关系有助于充分认识前列腺癌，寻找有效治疗靶点，开发新的治疗药物和治疗方法。