陳薪宇，張紅勝，吳同超

北京工業(yè)大學 生命科學與生物工程學院，北京 100124

人體的生長發(fā)育過程十分復雜，從微觀角度來看，細胞的增殖、分化會受到多種物質的調(diào)節(jié)。PcG（polycomb group）蛋白就是這眾多具有調(diào)節(jié)作用的物質中的一員，它可以與TrxG蛋白共同作用于Hox基因，兩者之間發(fā)生拮抗作用，維持細胞內(nèi)部轉錄模式穩(wěn)定運行[1]。多梳抑制復合物2（PRC2）是PcG蛋白家族成員，是PcG蛋白行使沉默功能的起始復合物。PRC2復合物以基因啟動子為標靶，催化組蛋白H3K27的甲基化，從而導致染色質凝結，造成基因表達沉默。PRC2復合物的核心組分包括SUZ12、EED和EZH2，其中SUZ12和EED主要起穩(wěn)定復合物的作用，而EZH2作為PRC2的催化亞基，直接參與對H3K27甲基化的催化作用[2]。EZH2（enhancer of zeste homolog 2）是果蠅zeste基因增強子的人類同源物，它是PRC2的核心組分，具有組蛋白賴氨酸甲基轉移酶活性，主要功能是參與催化H3K27的二甲基化和三甲基化，在細胞的生長周期中起調(diào)節(jié)作用，通過抑制相關的靶基因來調(diào)節(jié)細胞的增殖、分化。同時，該基因的超表達會導致細胞進入S期，從而加速細胞的分裂[3]。EZH2可介導許多重要目的基因，如細胞命運的決定、細胞周期調(diào)節(jié)、細胞分化、衰老、腫瘤發(fā)生等基因的表達沉默[4]。我們就EZH2的最新研究進展做簡要綜述。

1 EZH2簡介

人類的EZH2基因定位于染色體7q35位置上，包含20個外顯子，在基因組中約占40 kb，編碼746個氨基酸殘基構成的蛋白，包含4個保守區(qū)域，即區(qū)域Ⅰ、區(qū)域Ⅱ、半胱氨酸富集區(qū)、C端的SET區(qū)域[5]。其中，SET區(qū)域進化高度保守的結構域在EZH2介導的轉錄抑制中有至關重要的作用，PRC2復合物就是通過這段結構域對核小體組蛋白H3的第9位和第27位殘基進行甲基化的，從而觸發(fā)PRC1復合物成分在特定基因位點聚集，最終沉默靶基因[6]。EZH2最早是由Hobert等在酵母雙雜交實驗中發(fā)現(xiàn)的，當時將其命名為ENX-1[7]；后來，Chen等在研究唐氏綜合征致病基因位點附近的基因時，發(fā)現(xiàn)EZH2基因位于染色體21q22.2位置[8]；但在2000年，Cardoso等在染色體7q35處發(fā)現(xiàn)了EZH2的功能基因，并證實染色體21q22.2位置上的序列是一個假基因[9]。

由于具有核定位信號，EZH2主要位于細胞核中，但也可以出現(xiàn)在細胞質中[10]。自從發(fā)現(xiàn)EZH2是一種具有染色體修飾的酶以來，有關EZH2表達水平和多種腫瘤相關性的報道越來越多，在前列腺癌、乳腺癌、淋巴瘤、骨髓瘤、膀胱癌、結腸癌、肝癌、肺癌、胃癌等腫瘤組織中都發(fā)現(xiàn)EZH2的過度表達，EZH2也被定義為癌基因，并且與腫瘤的進展程度和不良預后有關[11]。另外，EZH2通過調(diào)節(jié)染色質結構和基因的表達譜在干細胞的自我更新、保持和分化成特定的細胞群等方面發(fā)揮了關鍵作用[12]。

2 EZH2的作用機制

EZH2作為轉錄抑制子，導致包括抑癌基因在內(nèi)的一系列靶基因高度失活的機制可能有[13]：①EZH2與DNA甲基轉移酶（DNMT）存在物理上和功能上的聯(lián)系。PRC2的亞單位（EZH2和EED）可與人類3種DNMT發(fā)生免疫共沉淀，且某些基因的表達沉默需要EZH2和DNMT的共同參與。②人類細胞中，EZH2與組蛋白去乙?；福℉DAC）1、2存在功能和物理上的聯(lián)系，HDAC的抑制劑曲古霉素A（TSA）可以減弱PRC2介導的轉錄抑制，盡管HDAC并不是PRC2的核心組分，但短暫的相互作用仍然很可能介導了二者的協(xié)同效應。③當PRC2募集到染色質時，EZH2發(fā)揮組蛋白H3K27甲基轉移酶活性，在H3K27上留下三甲基化標志，這導致了隨后RRC1復合物的募集并且單泛素化H2AK119，阻止RNA聚合酶Ⅱ依賴的轉錄延伸。

3 EZH2介導的信號通路

目前，隨著越來越深入的研究，得出的數(shù)據(jù)指明EZH2在癌癥中通過轉錄抑制來控制的關鍵信號通路中有重要的調(diào)控功能。PI3K-AKT信號途徑參與了細胞的許多重要功能，如存活、增殖、生長、運動等，而AKT可以磷酸化EZH2的第21位Ser，這種磷酸化沒有改變EZH2的亞細胞定位或它與其他PcG蛋白，如Suz12、EED的相互作用，但改變了EZH2和組蛋白H3的親和力，進而可導致H3K27me3的減少和沉默基因的去抑制，可能有助于腫瘤的發(fā)生[14]。

以Ras和NF-κB信號通路為例，Ras效應物通路（ERK和AKT激酶通路）的超活化可以促進致癌作用包括前列腺癌。然而編碼磷酸酶和張力蛋白同系物（PTEN）基因的缺失可以激活AKT，稱為ERK活化，其機理目前還不清楚。最近已鑒定了RasGAP家族的DAB2IP是前列腺腫瘤中新的腫瘤抑制基因，該RasGAP家族由Ras信號的負調(diào)節(jié)器構成，DAB2IP通過抑制ERK和AKT通路起作用。而且，DAB2IP通過它的周期性區(qū)域對NF-κB信號進行負調(diào)節(jié)，DAB2IP的缺失激活NF-κB通路，導致前列腺癌侵入。研究表明，EZH2在表觀遺傳上沉默DAB2IP并活化Ras、ERK、AKT和NF-κB，而DAB2IP的重構本質上抑制了活化作用。這一研究提供了體外和體內(nèi)可靠的數(shù)據(jù)，證明在2條突出的致癌通路中協(xié)同的表觀遺傳中的調(diào)節(jié)EZH2的成因，因此要建立一個在前列腺癌中促進其生長和轉移的由致癌基因造成的腫瘤抑制基因通路的串聯(lián)[15]。

4 EZH2與組蛋白脫乙酰酶的相互關系

研究證明組蛋白的去乙酰化與轉錄抑制有關。已發(fā)現(xiàn)的組蛋白去乙酰酶大致可分為4類：①與酵母 Rpd3 同 源 ，包 括 HDAC1、HDAC2、HDAC3、HDAC8；②與酵母Hda1同源，包括HDAC4、HDAC5、HDAC6、HDAC7、HDAC9、HDAC10；③與酵母Sir2同源，與前2類有諸多不同，在去乙酰化反應中不受前2類酶的抑制劑的影響，主要依賴NAD+進行反應，在哺乳動物中主要發(fā)現(xiàn)了7種這類蛋白，命名為SIRT1～7；④HDAC11，其結構與Ⅰ、Ⅱ型脫乙酰酶有同源性，但功能還不甚了解。以上脫乙酰酶在體內(nèi)參與了多條信號通路的信號傳導，并存在于多種染色質抑制復合物中。組蛋白脫乙酰酶一般都缺少底物特異性，但也有例外情況，如酵母Hda1偏好于H3和H2B，Hos2更易與H3和H2B反應，人類SIR蛋白家族的SIRT2也有特定的反應偏好[16]。

在細胞內(nèi)，PRC2能夠與Ⅰ型組蛋白脫乙酰酶反應，直接參與一些沉默機制。人類細胞中，PRC2與HDAC1、HDAC2存在一定關聯(lián)，研究表明HDAC抑制劑TSA可以抑制PRC2所介導的轉錄沉默。雖然大量生化研究證明HDAC不是組成PRC2的核心元件，但兩者之間短暫的相互作用可作用于相關的轉錄酶，但目前的研究還不夠深入，未能闡明這種作用的具體機制。HDAC能夠脫去H3K27的乙酰基，使ε位氨基酸殘基可以被PRC2復合物甲基化。同時，HDAC也可以對其他組蛋白氨基酸進行脫乙?；饔茫瑥亩{(diào)整沉默的局部組蛋白成分，如H3K9、H3K14、H3K8等[17]。

大量研究證明SIRT1有十分重要的生理功能。在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中，若神經(jīng)元軸突從胞體上斷開，而SIRT1的活性又有所提高的話，該軸突的生存時間就會大大延長[18]。多種多酚類物質包括白藜蘆醇等都可以激活SIRT1，這也可能闡釋了葡萄酒對心血管系統(tǒng)的保護作用[19]。在細胞周期中，SIRT1可以對p53、Ku70、Fox03A、NBS1等發(fā)生去乙?；饔茫辜毎趹顟B(tài)下減少凋亡，從而增加了細胞存活和自身修復的機會。這也表明SIRT1可能是人類的長壽基因之一。同時，SIRT1可以去乙?；疦F-κB P65亞基，不僅參與細胞凋亡的調(diào)節(jié)，也可能調(diào)節(jié)一些炎癥反應。SIRT1可以通過調(diào)節(jié)FOXO家族成員及PPARy、PGC-1α等來調(diào)節(jié)糖類和脂類代謝，SIRT1還在胰島β細胞中參與胰島素釋放的調(diào)節(jié)[20]。

也有研究發(fā)現(xiàn)EZH2可以和去乙酰化酶SIRT1間接作用。體外實驗表明，EZH2和SIRT1之間的相互作用可能是通過SIRT1與Suz12之間的相互作用實現(xiàn)的。在細胞內(nèi)過表達的EZH2會與SIRT1形成一種新的復合物PRC4，該復合物中EED2會取代EED。目前的研究表明，EED2僅存在于癌細胞和未分化的干細胞中，在平常的體細胞中基本沒有表達。而PRC2復合物的這種改變使得EZH2的性質也發(fā)生了一定的改變，它更傾向于對組蛋白H1進行甲基化作用，而且這種作用會強于對組蛋白H3的作用。這種底物偏好性的改變，可能與SIRT1本身對組蛋白H1的去乙酰化作用有關[21]。

5 EZH2在干細胞中的作用

胚胎干細胞具有分化成多種組織細胞的潛能性，其分化潛能性的維持及細胞分化的決定方向都與PcG蛋白有很大關聯(lián)[22]。PcG蛋白在內(nèi)細胞群、胚胎干細胞和成體干細胞中的表達都很豐富，但在干細胞分化過程中的表達水平有所降低。EZH2作為PcG蛋白家族的重要組成部分，通過調(diào)節(jié)與細胞分化相關的作用因子，使細胞分化成特定的細胞系。同時，EZH2是多能上胚層細胞H3K27發(fā)生甲基化所必需的[23]。2006年，Bracken等在人類胚胎成纖維細胞中發(fā)現(xiàn)了1000多種PcG蛋白的沉默靶基因，這些基因在胚胎發(fā)育和細胞決定分化方向方面都起著重要作用，包括 Notch、Hox、Hedehog、Wnt、TGF 和FGF信號通路[24-25]。

大量研究證明，包括EZH2在內(nèi)的PcG蛋白家族可以沉默多種與分化有關的因子，如Gate、Sox、Fox、Pou和Pax轉錄因子家族，以及Wnt、TGF-β、Notch、FGF和維甲酸信號通路的組成元件[26]。同時，三大轉錄因子Oct4、Sox2、Nanog的靶基因也與PRC2復合物存在結合位點。這三大轉錄因子在程序性控制胚胎干細胞的基因表達及保持干細胞的多潛能性過程中有重要作用。因此，PRC2是胚胎干細胞發(fā)育過程中重要的協(xié)同抑制因子[27]。與此同時，EZH1作為EZH2的同源物，被證實在EZH2對胚胎干細胞的分化和自我更新過程的作用中有代償作用[28]。更多研究證明，通過轉染小干擾RNA（siRNA）或小發(fā)夾RNA（shRNA）可以抑制EZH2的表達，會使細胞周期停滯在G1、G2和G2/M期，從而說明EZH2在細胞增殖過程中發(fā)揮了至關重要的作用[29-32]。

6 EZH2在癌癥中的作用

近年來越來越多的研究發(fā)現(xiàn)多種惡性腫瘤中常伴隨著EZH2的過量表達，但在良性腫瘤中卻沒有這種現(xiàn)象，而這其中以前列腺癌、乳腺癌最為典型。因此，EZH2的異常表達可以作為區(qū)分良性腫瘤和惡性腫瘤的標記，對EZH2表達的調(diào)控也可以作為今后腫瘤治療的一個新的方向[4]。

Varambally等在基因水平上第一次在前列腺癌中發(fā)現(xiàn)EZH2 mRNA的明顯增加，進一步通過RNA干擾特異性沉默EZH2基因，從而下調(diào)EZH2蛋白表達后，細胞的增殖明顯受到抑制；用流式細胞儀進行分析，發(fā)現(xiàn)EZH2 siRNA可使前列腺癌細胞G2/M期阻滯。因此證明，在前列腺癌中EZH2表達的上調(diào)可以抑制基因轉錄并促進細胞增殖[33]。蔡干慧等通過免疫組化分析發(fā)現(xiàn)，EZH2可能與胃腺上皮的增殖活動有關，可以促進細胞的增殖，這種能力可能參與胃癌的發(fā)生與發(fā)展；EZH2的表達水平與腫瘤大小、浸潤深度、淋巴結轉移和TNM分期相關，可能會促進胃癌細胞的轉移[34]。EZH2可以控制免疫球蛋白重鏈的重排，其高表達量參與了淋巴瘤的形成[35]。

在EZH2的致癌機制方面也進行了大量研究。一組與細胞增殖和侵略有關的基因受EZH2調(diào)控，這些基因中的RAD51、RUNX3、CDKN1C調(diào)控細胞增殖，F(xiàn)OXC1和CDH1與轉移有關。EZH2水平的提高與一些基因（RAD51、RUNX3、CDKN,C、FOXC1和CDH1）啟動子區(qū)域的H3K27的三甲基化有關，這些基因的表達量將會降低。RAD51水平降低會導致Raf/ERK信號通路的激活。RUNX3控制的CDKNIA基因的轉錄和更低的RUNX3濃度造成了p21水平的降低，這未能徹底阻礙細胞周期。CDKNIC基因編碼CDK抑制物p57，這是一個細胞周期蛋白E1和CDK2復合物的很強的抑制劑。CDKNIC基因的表達是通過其啟動子的H3K27的三甲基化調(diào)控的。p57的減少導致細胞由G1期向S期轉變的加快，這有利于乳癌的進程。FOXCI和CDHI（編碼E-鈣黏著蛋白）基因啟動子中H3K27me3的積累已經(jīng)在乳癌細胞系中被發(fā)現(xiàn)。這2種基因編碼的蛋白的降低，將會加強細胞的侵略和轉移[36]。

研究EZH2與疾病的相關性，進一步明確EZH2在癌癥等疾病發(fā)病、防治過程中的分子作用機理，可為臨床上開發(fā)新藥提供新的靶點，也將為今后進一步探究疾病治療方法提供新的思路。另外，由于基礎研究和臨床應用之間還存在一定距離，更多的與EZH2相關的轉化醫(yī)學研究將有助于使其作為預防和治療疾病的潛在靶點變成現(xiàn)實。

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