EZH2与癌症*

唐博瑞，宋檀婧，孙立栋

华中科技大学同济医学院 1第二临床学院儿科学1801班 2基础医学院生物化学与分子生物学系，武汉 430030

1 EZH2概述

EZH2(enhancer of zeste homolog 2)基因位于人染色体7q35～7q36区间，其编码的组蛋白甲基转移酶EZH2与胚胎外胚层发育蛋白(embryonic ectoderm development，EED)、zeste 12同源物1抑制因子2(suppressor of zeste 12 homolog，SUZ12)及组蛋白结合蛋白RBBP4共同组成多梳抑制复合物2(polycomb repressive complex 2，PRC2)的核心亚基。EZH2最重要的功能是催化组蛋白H3第27位赖氨酸单、双、三甲基化，其中H3第27位赖氨酸的三甲基化(H3K27me3)可使染色体结构变得致密，作为转录抑制标志和多梳抑制复合物1(PRC1，可催化组蛋白泛素化)的停泊位点，长效地介导靶基因沉默[1](图1)。EZH2包括4个结构域，分别是H1区、H2区、半胱氨酸富含区和SET结构域，其中半胱氨酸富含区和SET结构域是组蛋白甲基转移酶活性所必需的[2]。

基于以上分子作用机制，EZH2能够平衡细胞的自我更新和分化。在造血干细胞、成骨细胞等细胞中，EZH2可以沉默促分化基因，促进细胞周期的进展，防止干细胞耗竭，而EZH2的抑制则可促进分化[3-4]。

EZH2亦有非H3K27me3依赖功能。首先，EZH2可以参与非组蛋白底物的甲基化。例如，EZH2可以直接控制DNA的甲基化，通过直接与DNA甲基转移酶(DNMTs)相互作用，促进DNMTs与靶基因启动子区域结合而实现CpG甲基化水平的提高[5]；EZH2还可以通过甲基化信号传导和转录激活因子3(STAT3)、雄激素受体(AR)等底物，激活一组基因的转录，这种作用不依赖PRC2和H3K27me3但需要EZH2的S21磷酸化和完整的功能结构域[6-7]。另外，EZH2也可通过影响RNA聚合酶Ⅱ来抑制转录因子的作用[8]。除基因沉默作用外，EZH2还能够直接结合DNA实现转录激活，如在乳腺癌细胞中游离的EZH2可直接结合于NOTCH1的启动子增加NOTCH1表达量[9]。

2 EZH2与癌症

2.1 EZH2的突变与癌症

EZH2的突变被广泛发现于多种癌症中，最常见的是几种功能获得性突变，如在淋巴瘤等肿瘤中发现的Y641(Y641F，Y641N，Y641H，Y641S，Y641C)、A677G及A687V。这些突变均发生在EZH2的SET结构域，不同程度地改变了EZH2的底物特异性，并增强了其催化活性。如Y641突变使EZH2的催化活性随组蛋白H3的甲基化数目增加而增强，A677G使EZH2对各种甲基化状态组蛋白的催化活性均显著增强[10-11]。而A687V突变则仅对单甲基化组蛋白的催化活性增强，且对未甲基化组蛋白的催化活性降低。结构分析表明，突变产生的效应与突变发生的空间位置及其对EZH2结构中赖氨酸结合通道的影响有关[12]。

另外，EZH2功能缺失性突变在恶性肿瘤中也有发现。如在儿童急性髓系白血病(AML)中发现的一种体细胞突变，是在EZH2基因的20号外显子中插入了一段长6 bp的DNA片段，使SET结构域的743和744位置分别插入赖氨酸和苏氨酸，导致EZH2失活[13]。可见，EZH2是正常细胞所必需的基因，其突变在肿瘤等疾病的发生中起着双向调节作用[14]。

图1 EZH2催化组蛋白H3第27位赖氨酸三甲基化(H3K27me3)Fig.1 EZH2 catalyzes trimethylation of the 27th lysine of histone H3(H3K27me3)

2.2 EZH2在癌症中的异常表达机制

2.2.1 转录、翻译水平的调控 EZH2的表达调控机制主要有以下几种：① EZH2的表达与其他基因的表达存在联系，如在大B细胞淋巴瘤中，EZH2的过表达正性依赖于TP53的表达量[15]。②非编码RNA可调控EZH2的表达，主要是miRNA，能够负性调节EZH2的表达量。在肿瘤细胞中，多种miRNA的数量下调与EZH2的过表达显著相关，原因可能是miRNA直接抑制EZH2的转录翻译过程[16]。③一些转录因子也参与了EZH2的异常表达，如E2F和MYC可结合于EZH2基因的启动子，它们的表达量增多可直接影响转录起始而导致EZH2过表达[17]。

2.2.2 EZH2的翻译后调控 EZH2的翻译后修饰可通过影响其稳定性来调节其功能。例如细胞周期蛋白依赖性激酶2(CDK2)介导的T416磷酸化可促进EZH2在靶基因启动子处的募集[18]，SMYD2介导的K307甲基化增强了EZH2的稳定性[19]。O-GlcNAc糖基化可发生在EZH2分子的多个位点，如S73，S84，S87，T313和S729等，这些位点的糖基化能够调节游离EZH2的水平[20]。此外，泛素化对EZH2的调控也十分重要，如肿瘤坏死因子受体相关因子6(TRAF6)介导的K63泛素化降解在S期激酶相关蛋白(SKP2)丢失时可降低EZH2水平[21]；母体胚胎亮氨酸拉链激酶(MELK)催化的S220磷酸化与USP36介导的S222去泛素化相关，从而减少EZH2的降解[22]。

多种调控分子可与EZH2相互作用而影响EZH2在细胞中的有效浓度及定位，其中研究较多的是非编码RNA。lncRNA可作为分子支架结合EZH2，将EZH2等表观遗传酶募集到相应的靶基因处，增强EZH2对靶基因的沉默作用。最先发现的相关lncRNA是HOTAIR，它可以通过5′端和3′端附近的结构分别结合PRC2和LSD1/CoREST/REST复合体，介导他们与靶基因位点结合，且EZH2的H3K27me3作用也一定程度上依赖于这种RNA介导的效应[23]。此外，Chen等[24]发现lncRNA SNHG1不仅可以增加EZH2的表达量，还可与EZH2分子结合，作用于下游通路。EZH2的非PRC2依赖功能也受到非编码RNA调控，如环状RNA circ-LRIG3可与EZH2、STAT3组成三元复合物，促进EZH2对STAT3的甲基化[25]。

2.3 EZH2在癌症中的靶基因及信号通路

分子层面上，肿瘤细胞中EZH2的突变和异常表达对多种靶基因及信号通路产生了影响。

染色质由富含不同组蛋白标记的拓扑结构域(TADS)组织而成，EZH2在肿瘤细胞中能够使多个染色体结构域整体失活，从而彻底沉默一些抑癌基因[26]。例如在上皮性卵巢癌细胞中，EZH2的过表达沉默了抑癌基因DAB2IP，继而导致C-Jun的激活[27]；在子宫内膜癌中，EZH2被募集到抑癌基因结肠腺瘤性息肉病基因(APC)的启动子处，发挥基因沉默作用[28]。在乳腺癌、前列腺癌、非霍奇金淋巴瘤等肿瘤细胞中，细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子(CDKN)也是EZH2的靶基因，CDKN编码多种肿瘤抑制蛋白如p16 INK4A/p14ARF等，能够调节细胞周期。另外，在乳腺癌、前列腺癌、卵巢癌等癌症中，EZH2可以抑制E-cadherin表达，减弱细胞的粘附稳定性[29]。EZH2还能沉默DNA损伤修复途径的关键基因如XPA基因、RAD51基因等[30-31]。这些重要基因的沉默将导致细胞增殖周期及形态功能的异常，与癌症的产生密切相关。

EZH2在一些经典的促癌信号途径中也发挥重要作用。例如Wnt/β-catenin通路可以影响多种癌症的发生，EZH2的表达增加可促进Wnt的表达，抑制EZH2可减少β-catenin、c-myc等下游靶基因的表达[32-33]。EZH2的丢失、错义、移码等失活突变可使其基因沉默作用消失，癌基因异常活化，也会导致肿瘤发生[34]。如EZH2的缺失使原本在正常造血中被沉默的胞浆支链氨基酸转氨酶基因(BCAT1)失去抑制，它和致癌的NRAS共同激活了支链氨基酸代谢和mTOR信号通路，促进高侵袭性髓系白血病的发生[35]。此外，EZH2还在NOTCH1、BMP、STAT3等信号通路的激活中发挥作用。

2.4 EZH2对癌症生物学行为的影响

在细胞、组织和个体层面上，EZH2异常会影响癌症的多种生物学行为。

首先，EZH2的异常表达能够促进恶性肿瘤细胞的增殖、侵袭、转移等恶性行为，与不良预后相关。早期研究发现，增殖活跃的淋巴瘤细胞中EZH2的表达量明显高于静止细胞[36]。在乳腺导管原位癌(DCIS)中，EZH2的高表达与患者手术后升级为浸润性癌的风险呈正相关，可能是预测DCIS升级的独立风险因子[37]。在卵巢癌中EZH2的表达水平与患者生存期呈负相关，而EZH2拮抗物SMARCA4的表达水平与患者生存期呈正相关[38]。在前列腺癌中，EZH2也已被证实是提示不良预后的生物标志分子[39-40]。

EZH2表达异常还参与了肿瘤细胞的免疫逃逸及化疗耐药。如对弥漫性大B细胞淋巴瘤(DLBCL)细胞使用EZH2抑制剂可以显著增加MHC-Ⅱ表达，增强肿瘤免疫反应[41]；对B细胞淋巴瘤细胞使用EZH2抑制剂EPZ6438和GSK126可以恢复被沉默的CD58表达，而CD58的沉默是肿瘤细胞免疫逃逸的常见机制[42]。在黑色素瘤等实体肿瘤中，DNA的广泛甲基化和EZH2的激活可促进PD-L1的高表达及细胞毒性T细胞(CTL)的耗竭，与免疫治疗抵抗密切相关[43]。一系列研究表明，EZH2可介导卵巢癌的顺铂耐药；在ER+乳腺癌中，EZH2可通过EZH2-ERα-GREB1转录轴介导他莫昔芬耐药[44]；在结直肠癌中，EZH2稳定性的提高促进了奥沙利铂耐药[45]。

EZH2还可影响癌症的其他特征及行为。代谢方面，EZH2高表达可增强前列腺癌细胞的有氧糖酵解[46]，在头颈鳞癌中EZH2可抑制胆固醇的合成代谢[47]。在肺癌和前列腺癌中，EZH2参与了癌细胞的表观遗传重编程，使癌细胞表现出系谱可塑性而转变为另一种表型，如促使肺腺癌转变为神经内分泌癌[48]。在胰腺的损伤修复中，EZH2能够维持胰腺十二指肠同源盒-1(PDX1)阳性祖细胞的增殖潜能，EZH2的缺失在慢性损伤情况下会导致胰腺癌的发生[49]。

2.5 EZH2与癌症治疗

EZH2已经作为癌症治疗的靶标受到广泛关注，其应用现状也较为可观。全球第1个获批上市的EZH2抑制剂Tazemetostat于2020年1月被FDA首先批准用于罕见上皮样肉瘤的治疗，随即于2020年6月被批准用于EZH2突变型或难治性滤泡样淋巴瘤(FL)，并获得了较好的效果和耐受性[50-53]，目前正在进行关于其对DLBLC及恶性胸膜间皮瘤(MPM)等治疗效果的广泛研究[54-56]。

其他针对EZH2的药物，如DZNep能够非特异性地抑制H3K27me3、H4K20me3等各种组蛋白甲基化修饰[57]；选择性EZH2抑制剂如UNC1999、GSK343、GSK126、MS1943等，以及辣椒红素等天然化合物，在研究中表现出对一些靶向药物(如吉非替尼等)的增效作用以及对部分肿瘤细胞(如三阴性乳腺癌、AML等)的细胞毒作用[58-61]。

联合用药方面，EZH2抑制剂作为可能的免疫治疗增敏药物之一，目前已经开始在尿路上皮癌、淋巴瘤、非小细胞肺癌(NSCLC)等治疗中进行与派姆单抗、Atezolizumab联合用药的临床试验，效果值得期待[62]。另有研究发现，EZH2的沉默增加了HR+，CARM1-浆液性卵巢癌细胞对PARP抑制剂的敏感性[63-64]；抑制EZH2使BRG1和EGFR突变型肺癌对TOPOⅡ抑制剂敏感，这为靶向治疗联合用药提供了方向[65]。

在转录或翻译后水平对EZH2进行调控的分子如miRNA、lncRNA、相关修饰酶等，以及在功能上与EZH2相拮抗的分子，如去甲基化酶KDM6A等，也都是潜在的治疗靶点。还有能够影响EZH2功能的组蛋白去乙酰化酶(HDAC)抑制剂、CDK抑制剂等，也显示出抑癌作用。

3 小结与展望

EZH2对癌症发生发展的影响多样且复杂，其作为治疗靶点也逐渐体现出重要意义，但EZH2的调控机制还有待进一步明确，EZH2抑制剂的致癌副作用和联合用药策略也值得探究。未来关于EZH2的研究势必需要与日益兴起的组学研究相结合，如基因组学、表观遗传组学、代谢组学、蛋白质组学等。只有通过大规模的数据信息整合才能描绘出系统的EZH2调节网络，在每个个体中确定EZH2的具体作用方向，锁定特异的调节分子，才能发挥EZH2在精准医学中的价值。