组蛋白修饰在口腔鳞状细胞癌中的研究进展

侯伊明，李 娜，禹文茜，陈 磊

口腔鳞状细胞癌(oral squamous cell carcinoma，OSCC)是口腔颌面部最常见的恶性肿瘤，来源于病变的口腔黏膜上皮，通常与接触烟草致癌物、过量饮酒及感染人乳头瘤病毒等因素相关。OSCC发病率高、侵袭性强、预后较差，目前仍需继续研究有效监测OSCC侵袭、转移及复发的靶点[1]。因此探讨OSCC发生的相关机制，寻找OSCC诊断、监测与治疗的有效靶点，对于改善口腔癌患者的预后极具临床价值。

研究表明，遗传和表观遗传改变的累积促进了肿瘤的发生和癌症的进展[2]。表观遗传改变是基因表达中不改变DNA序列基因的可遗传、可逆的修饰，其中，组蛋白修饰在OSCC的发生和进展方面的作用受到了广泛关注[3]。组蛋白修饰可导致染色质结构变化，从而影响相应位置基因的表达，进而影响基因转录、复制和修复等各项细胞生理过程[4]。目前已有许多研究从细胞、动物模型和人体试验等多个水平验证了组蛋白修饰对OSCC的进展产生影响，组蛋白修饰相关药物对OSCC具有潜在治疗价值。因此，我们有必要总结已发现的OSCC中组蛋白修饰变化，并对相关分子机制进行进一步的探究。

1 组蛋白修饰概述

过去十几年间，多项研究已证实OSCC中的组蛋白翻译后修饰水平发生变化。组蛋白修饰主要发生在四种组蛋白复合物(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、泛素化和组蛋白尾部特定残基的类泛素化等[5]。这些修饰通常对染色质构型有直接影响，进而可影响相关基因的转录活性。其中，组蛋白乙酰化和甲基化在OSCC的发生与发展中的作用已有较多研究，而组蛋白磷酸化、泛素化和ADP-核糖基化对OSCC的影响也有一定发现。

2 组蛋白修饰与口腔鳞状细胞癌

2.1 组蛋白的甲基化修饰

2.1.1 组蛋白甲基化 组蛋白甲基化修饰主要由甲基转移酶和去甲基化酶参与，在组蛋白的特定位点上发生甲基化与去甲基化。组蛋白尾部特定赖氨酸残基的甲基化与基因转录的激活或抑制有关，转录激活或抑制效应主要取决于被甲基化的组蛋白特定赖氨酸残基的位置和甲基化位点的数量[6]。组蛋白可以以单甲基化(me1)、二甲基化(me2)或三甲基化(me3)的形式发生于H3(K4、K9、K27、K36和K79)和H4(K20)这六个赖氨酸残基上。一般来说，H3K4、H3K36和H3K79的甲基化与转录激活相关，而H3K9、H3K27和H4K20的甲基化与转录抑制相关[7]。

许多研究关注了组蛋白甲基化水平与OSCC预后的相关性。Maia等[8]的研究表明，细胞质中H3K9me1与疾病死亡率负相关，而细胞核H3K9me2的水平与患者生存率负相关。近期有研究发现H3K9me3的高表达与患者年龄和症状有关[9]。另外，Chen等[10]发现H3K27me2的升高与生存时间呈负相关。这些结论均提示我们进一步关注组蛋白甲基化水平与患者预后的相关性。

2.1.2 组蛋白去甲基化 组蛋白去甲基化酶KDM家族成员可以移除甲基化修饰，在干细胞分化和组织器官发育及肿瘤、代谢性疾病发病过程中均起到关键作用。已发现在OSCC组织中，多种组蛋白去甲基化酶水平升高，其表达与肿瘤的侵袭、转移、复发正相关。

组蛋白去甲基化酶LSD1(KDM1A)在大多数舌鳞状细胞癌中过表达，并与肿瘤侵袭性和不良预后显著相关。值得关注的是，在动物模型中降低LSD1的表达，抑制了癌细胞的增殖、分化、侵袭和迁移，诱导了肿瘤细胞衰老，而在体内及体外实验中过表达LSD1都通过染色质修饰促进了肿瘤的恶性转化[11]。JMJD1A(KDM3A)水平与肿瘤的晚期分期和淋巴结转移正相关，JMJD1A表达升高是淋巴结转移的独立标志[8]。KDM4A可能是抑制人OSCC侵袭性生长和转移的关键靶点，KDM4A在OSCC的表达增加与淋巴结转移和晚期TNM分期显著相关，并在 OSCC患者的预后中起关键作用，其高表达也被认为是OSCC患者死亡的一项危险因素[12]。另有研究发现，舌鳞癌细胞中，P-ΔNp63α可以将组蛋白去甲基化酶KDM4C募集到MDM2基因的启动子，通过组蛋白去甲基化来促进MDM2基因的转录，而KDM4C的抑制导致MDM2表达降低、细胞周期停滞、细胞凋亡，从而有助于增强口腔鳞状细胞癌细胞对铂类化疗药物的反应[13]。Facompre等[14]的实验表明，PI3K依赖的组蛋白去甲基化酶KDM5B(JARID1B)上调驱动G0期细胞的干性转化，KDM5B高表达的细胞具有更强的增殖能力；靶向清除KDM5B高表达细胞，G0期细胞增多，表明KDM5B可作为治疗靶标。Huang等[15]进一步研究发现，KDM5B在癌症组织的表达高于邻近的非癌组织，其高表达与淋巴结转移、肿瘤复发、病情恶化和低生存率密切相关，这表明KDM5B可以应用于OSCC的预后预测，另有实验证明，降低KDM5B表达能够抑制细胞迁移能力与肿瘤侵袭性[16]。近期一项病例对照研究中发现UTX(KDM6A)的高表达可能预示接受手术切除鳞癌组织的患者预后不良[17]。尽管已有部分研究发现，组蛋白去甲基化酶家族在OSCC中的作用机制仍需进一步研究。

2.2 组蛋白的乙酰化修饰

2.2.1 组蛋白乙酰化 目前观点认为，相比DNA甲基化或组蛋白甲基化，组蛋白乙酰化反应对环境刺激更敏感，因此能更及时地参与组蛋白修饰，影响基因表达[18]。组蛋白乙酰化由组蛋白乙酰转移酶催化，乙酰基的加入促进了组蛋白结合区域基因的转录。

Li等[19]的实验表明组蛋白乙酰转移酶hMOF通过乙酰化H4K16，靶向ZEST同源基因增强子EZH2，使EZH2在人OSCC组织中表达上调，可引起OSCC患者整体生存率下降。缺氧环境下，H3K2被乙酰化可激活上皮间质转化相关基因，从而促进OSCC的转移[20]。高水平的H3K18乙酰化与肿瘤的晚期分期相关。

另一方面，低水平的H3K4乙酰化与较晚期的OSCC分期、淋巴结转移、低生存率显著相关[10]。一些研究者通过分析口腔冲洗样本和OSCC细胞系发现了H3K9乙酰化水平降低[21-22]，认为H3K9的低乙酰化水平表明预后不良，与细胞增殖和上皮间质转化有关[23]。但也有研究者在OSCC组织中观察到H3K9、H3K14和H3K56的乙酰化水平升高[21-24]，认为H3K9乙酰化水平升高与淋巴结转移和局部复发正相关，可能成为OSCC转移的预测因素[9]。对于不同组蛋白位点乙酰化水平与OSCC的TNM分期及预后的相关性，仍需要更多临床研究的支持。

2.2.2 组蛋白去乙酰化 组蛋白去乙酰化是组蛋白在各种组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases, HDACs)的催化下脱乙酰基的过程，在肿瘤发生发展的过程中起重要作用。组蛋白中乙酰基的移除导致染色质的压缩，从而抑制相应基因的转录[24]。HDACs是由18个酶组成的家族，根据其与酵母的同源性分为四类。其中Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅳ类是Zn2+依赖性HDACs，含11个成员。Ⅲ类HDACs分子即是Sir2相关酶类(Sir2-related enzymes，Sirtuins)，也称为“沉默信息因子”。

HDACs调节组蛋白尾部的乙酰化程度，影响生长、分化、细胞毒性和凋亡等过程[24]。降低HDACs表达可诱导OSCC细胞的凋亡，抑制肿瘤的侵袭和转移，并可能通过结合转录因子来调节G0/G1细胞周期进程。HDAC1、HDAC2[25]、HDAC6[26]、HDAC8[27]和HDAC9[28]在OSCC组织中上调，预示着患者的低生存率、不良预后，HDAC2同时提高了HIF-1a蛋白的稳定性，导致OSCC的侵袭和迁移能力增强[29]。HDAC6的表达具有阶段特异性，有研究将其在癌症早期和晚期的表达水平与肿瘤侵袭性联系起来[26]。各种组蛋白乙酰化酶影响OSCC的分子机制仍有待探究。

2.3 组蛋白的磷酸化修饰

酪氨酸、苏氨酸或丝氨酸残基的组蛋白磷酸化改变对有丝分裂、凋亡和转录等细胞过程十分重要[30]。Aurora蛋白激酶家族可磷酸化H3的丝氨酸位点，与染色质浓缩相关，其高表达与不良预后相关[31]。在头颈部鳞癌组织和细胞系中还观察到组蛋白磷酸化水平与肿瘤分期、转移、分化、预后、细胞异型性和细胞增殖相关[32-33]，有必要进一步研究组蛋白磷酸化对OSCC的影响。

2.4 组蛋白的泛素化修饰

组蛋白泛素化、去泛素化在DNA损伤和转录中起重要作用。组蛋白H2A的泛素化作用在染色体水平上调节基因活性，参与肿瘤的发生、侵袭、转移和耐药[34]。BMI1是多梳抑制复合物的一个组成部分，可诱导H2A的泛素化，人舌鳞癌细胞系中抑制BMI1使肿瘤对顺铂化学疗法敏感，并通过靶向鳞癌细胞减少了淋巴结转移，提示较高的泛素化水平与肿瘤转移相关，通过抑制BMI1表达可以起到克服顺铂耐药性并减少肿瘤转移的作用[35]。泛素结合酶E2S(Ube2S)可在DNA损伤后调节H2A/H2AX的Lys11连锁泛素化，是修复DNA损伤诱导的转录抑制所必需的[36]。Yoshimura等[37]在OSCC组织和细胞系中发现了泛素结合酶E2S(Ube2S)水平的升高，敲低Ube2S诱导细胞周期停滞在G2期向M期转化的过程，从而抑制肿瘤增殖。

Liu等[38]认为在OSCC中去泛素化酶，特异性蛋白酶USP22可以去泛素化H2B和H2A，上调的USP22与淋巴结转移、复发、较高的恶性程度相关，可作为预后不良的指标。Liu等[39]发现核去泛素酶BRCA1相关蛋白-1，即BAP1从H2AK119Ub中去除单泛素化。BAP1可通过组蛋白修饰诱导抗辐射效应，高水平BAP1与放疗效果不佳相关。组蛋白泛素化与去泛素化对于OSCC的临床治疗有重要意义。

2.5 组蛋白的ADP-核糖基化

聚腺苷酸二磷酸核糖基聚合酶(poly(ADP-ribose)polymerase, PARP)家族参与ADP-核糖到蛋白质的共价转移和ADP核糖聚合物的形成。早在1993年，Das就研究了不同阶段OSCC组织中的二磷酸腺苷核糖基化水平，并与正常邻近口腔组织的对比分析，发现在活跃增殖的OSCC组织中观察到PARP-1的活性与DNA合成速率的显著提高，组蛋白中加入聚腺苷二磷酸核糖会使染色质结构松散。随着恶性程度的增加，在OSCC组织的细胞核中观察到组蛋白的二磷酸腺苷核糖基化逐渐增加，这表明二磷酸腺苷核糖基化可能是OSCC的一个恶性标志[40]。

近年来，PARP抑制剂在治疗癌症方面的应用得到了关注。相比单独用药，将顺铂与PARP抑制剂AZD2281联合应用显著抑制了异种移植肿瘤的生长[41]。生物活性化合物姜黄素与PARP抑制剂Olaparib的联合应用降低了姜黄素的有效作用浓度，增加了癌细胞的死亡和DNA损伤，降低了癌细胞中碱基切除修复基因的表达和二磷酸腺苷核糖基化，诱导细胞凋亡并促进肿瘤体积减小[42]。目前，多种PARP抑制剂已在部分癌症中获批使用，相关药物在OSCC中的作用效果值得期待。

3 展 望

异常的组蛋白修饰以及相关的蛋白与OSCC有广泛联系。已有的研究通过过表达、敲除或药理学抑制各种组蛋白修饰酶，在肿瘤细胞或动物模型中研究相关作用机制，可能有助于阐明组蛋白修饰在OSCC中的价值。目前的研究结果显示组蛋白修饰在OSCC发生发展的各阶段具有重要意义，有成为OSCC的诊断、治疗与监控靶点的潜力。OSCC中的组蛋白修饰相关基础及临床研究仍是活跃的领域，期望未来能够发现更多OSCC中可作为诊断与治疗靶标的组蛋白修饰水平与相关酶变化，将相关研究结果应用于临床。