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EZH2在恶性血液病中的表达及临床意义的研究进展

  2020-12-15    362  上传者:管理员

摘要:EZH2是一种参与基因表观遗传调控的甲基转移酶,其在多种肿瘤中均存在异常表达。随着EZH2在血液系统恶性肿瘤中研究的不断深入,发现EZH2参与多种恶性血液病的发生发展,在血液系统恶性肿瘤中可能扮演着致癌及抑癌基因的双重角色。近年来,EZH2抑制剂的不断涌现为今后血液系统恶性肿瘤的治疗提供了一个新的选择。本文将对EZH2在各种血液系统肿瘤中的表达及临床意义的最新研究进展作一综述。

  • 关键词:
  • EZH2
  • EZH2抑制剂
  • 恶性血液病
  • 研究进展
  • 血液学
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EZH2位于7q35染色体,是表观遗传学调控因子PcG家族的重要成员之一,EZH2具有甲基转移酶活性,其主要通过对组蛋白H3第27位赖氨酸三甲基化(H3K27me3)的催化进而抑制靶基因的表达,由此进一步导致肿瘤的发生[1]。迄今为止,诸多研究发现,EZH2在多种肿瘤组织中存在异常表达,参与疾病的发生、发展,甚至影响疾病的疗效及预后;如肺癌、食管癌、乳腺癌、前列腺癌及原发髓母细胞瘤等[2]。近年研究表明,EZH2的异常表达及突变也可发生在一些淋巴瘤组织及骨髓恶性肿瘤组织中,在多种血液系统肿瘤中扮演着致癌及抑癌基因的双重角色[3]。以上研究有望为今后恶性肿瘤的治疗提供一个新的可选择的靶点,尤其给血液系统肿瘤病人的治疗带来新的希望。本文综述了EZH2在恶性血液病中的表达及临床意义。


EZH2的结构及生物学功能


EZH2基因是果蝇zeste基因增强子的人类同源物,属于表观遗传学调控因子PcG家族的重要成员之一;EZH2位于7q35染色体,在其C末端具有高度保守的SET结构域,EZH2介导的转录抑制作用主要依赖SET区域的完整性。PcG蛋白主要由PRCl(Polycombrepressivecomplex1,PRC1)和PRC2(Polycombrepressivecomplex2,PRC2)两种蛋白质复合物构成。EZH2与EED、SUl2、RbAp46等亚基共同构成PRC2复合物,它是PRC2蛋白的核心组成部分,具有组蛋白甲基转移酶活性,主要通过SET结构域对组蛋白H3K27位点赖氨酸进行甲基化修饰,诱导PRCl在靶基因启动区域募集、结合,从而发挥转录抑制作用[1,4]。

研究显示,在肿瘤性疾病中EZH2主要存在表达异常和基因突变2种状态,在包括肺癌、食管癌、乳腺癌、前列腺癌等在内的多种实体瘤中存在过表达,且与肿瘤的临床分期、恶性程度、肿瘤细胞的增殖、凋亡及化疗药物的耐药、较差的预后均有相关性;其主要作用是促进肿瘤细胞增殖以及通过上皮细胞间质转化(EMT)及细胞外基质降解参与肿瘤细胞侵袭与转移。随着二代测序(NGS)技术的普及,有研究显示,EZH2的突变同样与肿瘤的发生、发展密切相关[2]。最新研究还发现,EZH2在肿瘤微环境的重要组成部分———免疫细胞(如T细胞、NK细胞、树突状细胞及巨噬细胞)中同样扮演重要角色[5,6]。随着对EZH2研究的不断深入,针对EZH2抑制剂的临床研究也逐渐涌现,为肿瘤的治疗提供了新的靶点[7]。

近年来,EZH2在血液系统肿瘤中的研究也逐渐增多,有研究发现,EZH2在不同肿瘤微环境中,其过表达及相关突变可能起着致癌基因和抑癌基因的双重角色[3]。


EZH2在髓细胞肿瘤中作用的研究


EZH2在急性髓系白血病(AML)及骨髓增生异常综合征/骨髓增殖性肿瘤(MDS/MPN)中作用的研究

诸多研究显示,在髓系造血系统肿瘤如AML及MDS中,EZH2表达的异常(过表达及功能缺失突变)在疾病中起着致癌及抑癌的双重角色[8,9]。

有研究表明,高危MDS患者中EZH2的表达明显高于低危患者,尤其是复杂核型的患者,其主要的作用机制是:EZH2可抑制白血病干细胞分化,从而增强白血病细胞的增殖活性[10]。

在对AML的相关研究中发现,EZH2蛋白及mRNA的表达均明显高于正常对照组,且与临床上高白细胞和血清LDH水平的升高显著相关,这提示,过表达EZH2可能通过某种机制参与AML的发生;但EZH2基因的表达与其蛋白表达水平并不相关,这提示,EZH2基因可能存在转录后的调节[11]。Tanaka等[12]在人工构建的MLL-AF9融合基因阳性的AML小鼠模型体内证明,EZH2可通过抑制与细胞周期及分化相关的基因如Cdkn2a、Egr1等,进而抑制白血病干细胞的分化并促进白血病的发生。另有研究显示,DNA甲基化转移酶(DNMT1)在AML患者骨髓细胞中的表达明显升高,且其表达水平与其上游调控基因EZH2呈显著正相关,DNMTl与EZH2的相互作用,调控了抑癌基因启动子甲基化,导致其转录失活,进而导致白血病的发生;该研究也为新的治疗方案提供了理论依据[13]。另外,AML伴髓外浸润的患者中,EZH2的表达水平显著高于无髓外浸润的患者,并发现EZH2可能是通过调控基质金属蛋白酶2(MMP2)的表达从而影响白血病细胞的迁移能力。同时在AML中,下调EZH2可增加白血病细胞的凋亡,降低其增殖及迁移能力[14]。

Mechaal等[15]在对211例AML患者的最新研究中发现,31%的患者存在EZH2突变,且EZH2的突变与AML患者巩固治疗的失败明显相关,这与FLT3-ITD、NPM1、DNMT3A及IDH2的突变无明显差异;当EZH2突变与FLT3-ITD或IDH2突变同时出现时,则导致患者无病生存期的缩短。这提示,EZH2可作为AML的1个预后指标,参与AML的分期并指导其有效的治疗。

以上研究提示,EZH2的异常表达在髓系恶性肿瘤AML及MDS中起着致癌基因的作用。近年来,随着对EZH2突变研究的不断深入,其在髓系恶性肿瘤中所发挥的抑癌作用逐渐显露。

先前的研究发现,EZH2基因在髓系恶性肿瘤如MDS/MPN、AML及CMML中的突变率为13%[16],EZH2基因的失活突变导致其表达的蛋白甲基转移活性降低,减少组蛋白H3的甲基化状态,导致相关基因的异常激活,这提示,EZH2可作为髓系恶性肿瘤的抑制因子。EZH2基因突变在MDS/MPN中更常见,对大宗MDS患者EZH2的突变分析显示,EZH2失活突变可降低总生存率及无病生存率,在国际预后评分系统中是MDS独立的临床预后不良预测因子[7,17]。Basheer等[9]最新研究发现,在转染了MLL-AF9或AML1-ETO9a癌性融合基因的AML小鼠模型中,删除EZH2明显加速了疾病的进程并缩短了小鼠的生存期。这提示,EZH2可作为1个抑癌基因发挥作用。

有研究发现,EZH2突变(失功能突变)同样也是特发性骨髓纤维化(PMF)病人的一个独立的不良预后因素[18]。


EZH2在慢性髓系白血病(CML)中作用的研究


在CML中,EZH2基因和蛋白的表达水平均明显高于对照组,但基因和蛋白表达水平也并非完全一致,这提示了EZH2在CML的发生发展中有着复杂的作用。酪氨酸激酶抑制剂(TKI)的出现使CML的治疗取得了革命性的进展,但随着TKI的使用,耐药的出现成为影响CML疗效的主要原因。有文献报道,CML白血病始动细胞(LIC)与耐TKI突变体的产生密切相关,而EZH2在CML细胞菌落形成、生存和细胞周期进展所必需的LICs中过表达;在小鼠CML模型中,EZH2的失活以及通过CRISPR/cas9介导的基因编辑可以阻止疾病的发生和维持以及LICs的存活来延长生存时间,而不论BCR-ABL1的突变状态如何。因此,认为EZH2抑制剂的使用对TKI耐药的CML患者的治疗带来希望[19]。


EZH2在淋巴细胞肿瘤中作用的研究


EZH2在淋巴瘤中作用的研究

正常情况下,EZH2仅表达于淋巴滤泡生发中心B淋巴细胞和滤泡间散在分布的免疫母细胞中,在生发中心的形成中起着非常重要的作用;其功能异常可能导致淋巴滤泡生发中心B淋巴细胞增殖、分化异常及恶性转化,因此,在生发中心型(GCB)弥漫大B细胞型淋巴瘤(DLBCL)和滤泡淋巴瘤(FL)的发生中起重要作用。EZH2介导的表观沉默使生发中心B细胞发生恶性转化并与进一步发展为DLBCL和FL密切相关[20,21]。有研究发现,致癌基因BCL-6与EZH2协同可加速DLBCL的进展[22];在原发中枢神经系统DLBCL中,EZH2的过表达与肿瘤增殖指数(Ki-67)相关[23];在原发胃肠道的DLBCL中同样发现了EZH2的高表达,且其与H3K27me3的高表达、c-MYC蛋白的表达、高的IPI指数以及差的预后相关[24]。在套细胞淋巴瘤(MCL)中,EZH2高表达组患者生存率显著低于低表达组患者,且其与MCL患者B症状、IPI评分及分期存在相关性,同时还发现,miR-101可靶向EZH2基因表达从而抑制MCL细胞增殖并诱导细胞凋亡[25]。蔡露青等[26]在对NK/T淋巴瘤细胞株SNK-6的最新研究中发现,抑制NK/T细胞中EZH2的高表达可增强细胞的凋亡比例,增加细胞对放化疗的敏感性,这提示,EZH2可能成为今后治疗NK/T细胞淋巴瘤的一个潜在靶点。Zhang等[27]的最新研究也发现,EZH2及HDAC1/2在外周T细胞淋巴瘤(PTCL)中同样存在高表达,且其表达越高,患者的生存率越差,这提示,EZH2可作为PTCL尤其是PTCL-NOS的一个预后指标。

EZH2641位酪氨酸(Y641)编码基因的突变在22%的GCB型DLBCL和7%的FL中被检测到,主要突变位点为苯丙氨酸(Y641F)、丝氨酸(Y641S)、组氨酸(Y641H)、天门冬氨酸(Y641N)和半胱氨酸(Y641C),其中Y641F是最常见的突变形式;EZH2Y641的突变位点位于具有催化活性的SET结构域内,为杂合性的功能获得性突变,该突变通过增高H3K27me3的水平进而抑制基因的转录,导致生发中心B淋巴细胞的增殖及分化异常,在DLBCL和FL的发生中起着重要作用[28]。从表观遗传学的角度来看,EZH2抑制剂因可同时抑制EZH2突变型和野生型DLBCL肿瘤细胞的生长,使其为DLBCL这种高侵袭性淋巴瘤的治疗提供了新的思路[29]。EZH2功能获得性突变与组蛋白乙酰化转移酶失活突变在GCB型淋巴瘤的发生机制中是有关联的。EZH2抑制剂与组蛋白去乙酰化酶(HDACs)抑制剂可通过对PRC2复合物的解离从而在EZH2异常表达的GCB型淋巴瘤的治疗中起到协同作用。这也为EZH2异常表达的淋巴瘤的治疗提供了一种新的治疗策略[27,30]。

EZH2在急性淋巴细胞白血病(ALL)中作用的研究

EZH2在髓系血液系统肿瘤中因存在功能获得性和缺失性突变两种状态,从而发挥促癌或抑癌的双重作用[8,9],以上作用也同样存在于ALL中。

Chen等[31]通过分析B-ALL细胞株Nalm.6和正常B细胞株的基因表达谱发现,EZH2通过招募甲基化的H3K27至p21、PTEN的启动区域而沉默其表达,从而促进白血病的形成,这提示,EZH2过表达与ALL的发生密切相关。EZH2基因突变后通过SET结构域催化H3K27me3以介导HOX基因的转录抑制,从而导致ALL的发生[32]。D'Angelo等[33]的研究发现,在75%儿童T-ALL的研究样本中存在EZH2不同程度的高表达,且可根据EZH2的表达来预测T-ALL患者的临床转归,这提示EZH2可作为儿童T-ALL的一个治疗靶并可提高传统化疗的疗效。

也有研究报道,含有EZH2基因失活突变的细胞系内,H3K27me3的表达水平整体下降;在T-ALL中,EZH2的失活突变间接的促进了NOTCH1驱动的癌基因的活化。同样,小鼠体内的研究也显示,EZH2纯合性突变缺失的转基因小鼠发生T-ALL,而伴有野生型EZH2和EZH2杂合突变缺失的小鼠均不发病,这提示EZH2在小鼠体内具有抑制白血病发生的作用[34,35]。

EZH2在慢性淋巴细胞白血病(CLL)中作用的研究

EZH2基因突变通过H3K27me3使其表达受抑,从而导致HOX基因的沉默;EZH2基因的突变或缺失可导致CLL的发生与发展,因此,EZH2亦可作为CLL的潜在预后指标及治疗靶点[36]。有研究表明,EZH2的过表达与CLL的不良预后相关,在15个CLL/SLL病人的增殖中心(PCs)及淋巴结间的小细胞区中,EZH2的表达明显升高,但其中并没有EZH2突变的发生[37]。

EZH2在多发性骨髓瘤(MM)中作用的研究

EZH2在初治及难治复发的MM中均存在异常高表达,但未明显检测到EZH2的相关突变;EZH2的高表达可能参与MM的发生、发展、复发及耐药[38]。Agarwal等[39]对比分析了MM细胞和正常骨髓浆细胞中受H3K27Me3抑制的基因谱,结果发现,在晚期MM细胞中,受H3K27Me3影响的基因数量显著增加。用EZH2抑制剂UNC1999处理MM细胞株和源于CD138+MM患者的癌细胞,可显著性降低细胞内H3K27Me3总体水平,抑制癌细胞体外克隆形成并诱导MM发生细胞凋亡,这提示,EZH2同样可作为MM治疗的一个潜在靶点发挥重要作用[40,41]。

EZH2抑制剂的研究

鉴于EZH2在肿瘤中不断显现出的地位和作用,EZH2抑制剂的研发近年来越来越多,它不仅可通过抑制EZH2活性降低H3K27me3水平,从而抑制瘤细胞生长和诱导细胞分化,产生抗肿瘤效应,而且EZH2被抑制后还可增加其他药物如HDAC抑制剂、伊马替尼、紫杉醇、吉西他滨、顺铂等的敏感性,在肿瘤的治疗上起到一定的协同作用,在临床试验中也逐渐体现出其应用价值[5,42]。

EZH2抑制剂的出现在恶性血液系统肿瘤的治疗中也起着重要的作用。3-去氮腺嘌呤(DZnep)是第一个被报道的EZH2抑制剂,它是S-腺苷同型半胱氨酸(SAH)水解酶抑制剂,它的应用使得细胞内SAH积累,抑制EZH2在内的多种甲基转移酶活性。Momparler等[43]报道,在AML中应用DZnep能抑制AML细胞堆积,且5-氮-2'-脱氧胞苷(5-AZA-CdR)与DZnep联合疗效更显著,能抑制人类HL-60细胞系,从而激活抑癌基因;但目前DZnep尚未进入临床。EPZ-5676是第一个用于人类的组蛋白甲基转移酶DOT1L抑制剂,具有抑制增殖、促凋亡和分化的作用,在人急性白血病细胞系MOLM-13、MV4-11中将抗AML药物如阿糖胞苷、多柔比星与EPZ-5676联合应用,表现出协同性[44];相关基础与临床研究发现,EZH2抑制剂可选择性杀伤含有EZH2功能获得性突变基因的淋巴瘤细胞,其中Y641是报道最多的EZH2功能获得性突变位点,多种EZH2抑制剂对含有Y641N突变的淋巴瘤细胞具有显著性杀伤作用,包括UNC1999、GSK-126、CPI-360、CPI-369和EPZ005687等,这些抑制剂可将突变型淋巴瘤细胞的生长阻滞于G1期,并抑制DNA合成和诱发细胞凋亡[5,45]。GSK126是近年新研发的EZH2抑制剂,可选择性抑制具有Y641F突变的DLBCL细胞的生长[46];且GSK126与HDACs抑制剂罗米地辛等药物可协同作用于EZH2异常表达的GCB型淋巴瘤,从而起到更好的治疗作用[30]。Knutson等[47]发现,抑制剂EPZ-6438对含野生型和获得突变型EZH2(Y646F,Y646N)的NHL细胞均具有剂量和时间依赖的生长抑制作用,并导致细胞内H3K27Me3的总水平下降,但该抑制剂仅选择性杀伤具有EZH2突变的NHL。另有前期临床研究数据表明,EZH2抑制剂E7438可通过剂量依赖使MM细胞系及小鼠模型中H3K27Me3总水平下降,从而体现出其在MM中的治疗作用;同样,GSK126的使用也可起到抑制MM细胞生长并促进其凋亡的作用[41,42]。


结语


近年来,随着表观遗传学研究的快速发展,与肿瘤尤其是血液系统恶性肿瘤相关的基因表达备受关注,组蛋白甲基转移酶EZH2在血液系统恶性肿瘤中的研究也逐渐增多。由以上内容可知,EZH2在多种血液系统恶性肿瘤中存在过表达及突变,且根据表达及突变状态的不同,EZH2在相同的肿瘤中可发挥不同甚至截然相反的作用,这提示,EZH2在血液系统恶性肿瘤尤其是髓系恶性肿瘤中可能有着复杂的作用机制,尚需进一步深入的研究。同时,正因为EZH2表达的异常及其突变的发生,也为临床治疗恶性血液病提供了一个潜在治疗靶点。相信随着对EZH2在恶性血液系统肿瘤中研究的不断深入,针对EZH2的药物将成为今后治疗血液病的一个新的选择。


参考文献:

[11]吴圣豪,郑翠苹,徐杰.EZH2和microRNA-101在急性髓系白血病中的相关性分析及对预后的影响.中华血液学杂志,2012,33(3):232-235.

[25]林燕玲,邹宗楷,苏海燕,等.miR-101和EZH2在套细胞淋巴瘤中的表达及其临床意义.中国实验血液学杂志,2019,27(3):820-826.

[26]蔡露青,袁小龙,童铸廷,等.多梳基因蛋白EZH2对NK/T淋巴瘤细胞放化疗敏感性的影响.安徽医科大学学报,2017,52(8):1147-1153.

[28]张姣,潘云,李艳.组蛋白修饰在B细胞淋巴瘤发病机制中的研究进展.中国实验血液学杂志,2018,26(2):615-620.

[38]侯越,邱婷婷,王莹,等.EZH2在多发性骨髓瘤中的表达及临床意义.临床血液学杂志,2019,32(3):363-366.


胡静宇,及月茹,刘利.EZH2在恶性血液病中的表达及临床意义的研究进展[J].中国实验血液学杂志,2020,28(06):2097-2102.

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