彭靈智, 祝成樓,劉天祥

(1.甘肅省人民醫(yī)院 腫瘤外科,甘肅 蘭州 730030;2.蘭州大學(xué) 第一臨床醫(yī)學(xué)院,甘肅 蘭州 730030)

增強(qiáng)子是一類不依賴于其與靶基因的距離和方向而激活靶基因的一段DNA調(diào)控序列。增強(qiáng)子常與染色質(zhì)形成長染色質(zhì),在生長發(fā)育過程中控制時間特異性和組織特異性基因的表達(dá),其失調(diào)將導(dǎo)致多種疾病的發(fā)生[1]。人類所有細(xì)胞的基因組都是一樣的,但細(xì)胞的形態(tài)和功能卻不同,主要是由增強(qiáng)子決定的。2013年Young等[2]首次提出超級增強(qiáng)子(super-enhancers,SEs)模型,指出SEs為長度8～20 kb具有增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄活性的超長順式作用元件,該元件可以高密度結(jié)合主轉(zhuǎn)錄因子及其輔因子,主要功能是負(fù)責(zé)調(diào)控決定細(xì)胞特性的基因表達(dá),包括決定腫瘤細(xì)胞特性的致癌基因。SEs是由多個增強(qiáng)子組成的一個大簇,位于基因組上的DNA酶Ⅰ超敏感位點(diǎn),具有和增強(qiáng)子一樣的表觀標(biāo)記(H3K4me1、H3K27me3和H3K27ac分別代表SEs的待發(fā)、準(zhǔn)備和活化狀態(tài))[3-4]。p300、轉(zhuǎn)錄輔基、活蛋白、組蛋白修飾H3K4me1、H3K27ac以及輔因子轉(zhuǎn)錄中介復(fù)合體亞基1的ChIP-Seq中所獲得的長片段峰值均可作為鑒定SEs的標(biāo)記[5]。與普通增強(qiáng)子相比,SEs的長度更長,可與更多的轉(zhuǎn)錄因子(transcription factors, TFs)結(jié)合;具有高密度的H3K27ac和H3K4me1修飾,能與中介復(fù)合體亞基1和溴結(jié)構(gòu)域蛋白4(bromodomain-containing protein 4,BRD4)高密集結(jié)合;受外界信號干擾后反應(yīng)更加靈敏;SEs相關(guān)基因表達(dá)水平顯著高于普通增強(qiáng)子調(diào)控基因[1,6]。正是由于SEs調(diào)控基因表達(dá)的特性和其敏感性,因而才能夠協(xié)調(diào)細(xì)胞在生長、發(fā)育、分化和疾病等各種狀態(tài)的過渡[7]。隨著SEs的發(fā)現(xiàn)及對其功能的挖掘,越來越多的證據(jù)證實(shí)SEs對靶基因具有強(qiáng)大的轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用,是普通增強(qiáng)子的近4倍[2]。其在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的調(diào)控作用及其靶向治療價值也逐步被發(fā)現(xiàn)。本文主要綜述了以SEs為靶點(diǎn)的腫瘤治療新方法。

1 SEs在腫瘤中的作用

致癌性SEs首先在多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞中被發(fā)現(xiàn)[8]。事實(shí)上,在非小細(xì)胞肺癌、髓母細(xì)胞瘤、乳腺癌、食管癌、胃癌、結(jié)腸癌、彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤、T細(xì)胞急性淋巴細(xì)胞白血病、默克爾細(xì)胞癌、急性髓性白血病和黑色素瘤等多種惡性腫瘤中,發(fā)現(xiàn)SEs可通過調(diào)控具有致癌特性和決定細(xì)胞特性基因的轉(zhuǎn)錄水平來調(diào)控癌細(xì)胞的增殖、遷移、侵襲等生物學(xué)行為[6]。SEs也可整合Wnt、Lif、TGF-β、Hippo、Ras等多種致癌信號通路的終末TFs的一個或多個結(jié)合位點(diǎn),來有效調(diào)控基因的表達(dá)[9-11]。目前研究已經(jīng)證實(shí)致癌性SEs的激活可以促使正常細(xì)胞向腫瘤細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化[12]。因此,致癌性SEs的活化可以作為細(xì)胞癌變的一種標(biāo)志。

許多腫瘤細(xì)胞關(guān)鍵致癌基因都是由SEs驅(qū)動的[8]。另外,在腫瘤發(fā)生過程中,腫瘤細(xì)胞自身可以在癌基因附近區(qū)域構(gòu)建SEs,用以調(diào)控癌基因的表達(dá)[13]。受SEs調(diào)控的基因被稱為SEs相關(guān)基因。SEs相關(guān)基因的異常表達(dá)在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用[14]。其中SE-LncRNAs受到了更多的關(guān)注。在食管鱗癌中轉(zhuǎn)錄因子TP63和SOX2可以通過直接與SEs和啟動子結(jié)合來激活LncRNA CCAT1的轉(zhuǎn)錄,并通過激活下游MEK/ERK 1/2和PI3K/AKT信號通路促進(jìn)食管癌的發(fā)生發(fā)展[15]。SEs促進(jìn)LINC01503在食管鱗狀細(xì)胞癌中高表達(dá),LINC01503的高表達(dá)促進(jìn)食管鱗狀細(xì)胞癌增殖、遷移、侵襲,并與不良預(yù)后有關(guān)[16]。在卵巢癌中,SE-LncRNA UCA1直接與AMOT相互作用,并激活YAP及其靶基因,促進(jìn)卵巢癌細(xì)胞的生長,并與卵巢癌患者不良預(yù)后有關(guān)[17]。研究表明激活的增強(qiáng)子或SEs區(qū)域也可以被轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生RNA,稱為增強(qiáng)子RNA,其可以協(xié)同SEs激活轉(zhuǎn)錄[18-19]。

2 SEs在腫瘤治療中的應(yīng)用

在腫瘤細(xì)胞中癌基因的轉(zhuǎn)錄被激活,抑制癌基因的轉(zhuǎn)錄是治療腫瘤的一個潛在靶點(diǎn)。Yang等[20]研究發(fā)現(xiàn),在三陰性乳腺癌的細(xì)胞中存在大量“腫瘤特異性轉(zhuǎn)錄本”,并成功繪制出世界首個三陰性乳腺癌“腫瘤特異性轉(zhuǎn)錄本”圖譜。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),SEs能夠激活“腫瘤特異性轉(zhuǎn)錄本”MARCO-TST在三陰性乳腺癌中的表達(dá),首次證實(shí)BET抑制劑可作為三陰性乳腺癌患者的潛在治療選擇。與單個致癌基因或分子相比,腫瘤細(xì)胞特性的維持更依賴于SEs的活性。這意味著,SEs是更加理想的抗癌靶點(diǎn)[21]。因此,靶向抑制SEs的活性或敲除SEs片段可能成為腫瘤治療的新方法。然而,轉(zhuǎn)錄作為一個在體內(nèi)普遍發(fā)生的生物學(xué)過程,不能被整體抑制,需要高度特異性抑制才能抗腫瘤治療。因此,有必要在參與SEs機(jī)制的小分子中尋找一個可能的干預(yù)靶點(diǎn)。

2.1以SEs為靶點(diǎn)的小分子抑制劑 SEs調(diào)控的轉(zhuǎn)錄依賴BRD4、Mediator復(fù)合體、包含細(xì)胞周期依賴性激酶7(cyclin-dependent kina SEs 7,CDK7)的TFⅡH復(fù)合體和包含CDK9的轉(zhuǎn)錄延伸復(fù)合體[22]。因此,SEs調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)是Mediator復(fù)合體、BRD4和關(guān)鍵的CDKs[23]。當(dāng)前,以SEs為靶點(diǎn)的小分子抑制劑主要包括以下幾類:①BET家族蛋白抑制劑或降解劑;② CDKs抑制劑;③其他抑制劑[7],見表1。目前以SEs為靶點(diǎn)的腫瘤治療相關(guān)研究逐漸增加,部分小分子抑制劑已進(jìn)入臨床試驗階段,見表2。SEs有望成為腫瘤治療的新靶點(diǎn)。

表1 在腫瘤治療中以超級增強(qiáng)子為靶點(diǎn)的小分子抑制劑

表2 在腫瘤治療中以超級增強(qiáng)子為靶點(diǎn)的小分子抑制劑臨床試驗

2.1.1BET家族蛋白抑制劑或降解劑 BET家族蛋白由4個成員組成,BRD2、BRD3、BRD4和BRDT,前3種蛋白在人類各種細(xì)胞中廣泛表達(dá),而BRDT僅表達(dá)于男性生殖細(xì)胞中,四者之間的功能差異仍不清楚[56]。目前BRD4是BET家族蛋白中研究最為廣泛的成員,其抑制劑JQ1是最先被報道的BET家族蛋白抑制劑[57]。越來越多的研究已經(jīng)探索了BET家族蛋白抑制劑或降解劑在腫瘤治療中的作用,部分抑制劑已進(jìn)入臨床試驗階段,并初步顯現(xiàn)出滿意的抗腫瘤效果。

BRD4選擇性抑制劑JQ1可以選擇性的與BRD4的溴區(qū)結(jié)構(gòu)域結(jié)合而阻止BRD4識別SEs上的乙?；揎椢稽c(diǎn),從而限制BRD4與SEs的H3K27ac位點(diǎn)結(jié)合,影響SEs與啟動子的相互作用,抑制癌基因的轉(zhuǎn)錄[58]。文獻(xiàn)報道JQ1在多種腫瘤中可通過抑制SEs活性而發(fā)揮抗腫瘤作用。在多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞中,JQ1選擇性的抑制BRD4與SEs結(jié)合,導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄延長缺陷,優(yōu)先抑制SEs相關(guān)癌基因MYC的表達(dá),并抑制了腫瘤生長[8]。在結(jié)直腸癌中,SEs與MAPK信號通路相關(guān),在維莫非尼(BRAF抑制劑)中加入JQ1,可以通過抑制SEs的活性而抑制由維莫非尼引發(fā)的MAPK信號通路的反饋激活,明顯改善了維莫非尼的抗腫瘤作用[59]。JQ1也可以通過抑制TGFBR2的SEs,下調(diào)TGFBR2的表達(dá),從而阻斷TGF-β信號通路,抑制胰腺癌細(xì)胞生長[60]。BRD4選擇性抑制劑I-BET151可以通過下調(diào)SEs相關(guān)基因,如CEBPA, IRF8, IRF1和ETV6的表達(dá),而發(fā)揮抗急性髓性白血病(AML)作用[27]。BET家族蛋白降級劑BETd-246可以特異地降解BRD家族蛋白,從而阻止BRD家族蛋白識別SEs的乙酰化位點(diǎn),影響SEs活性,抑制轉(zhuǎn)錄,從而抑制了三陰性乳腺癌的發(fā)展[30]。

2.1.2CDKs抑制劑 CDKs是一組絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶,其與周期蛋白cyclin協(xié)同作用,在調(diào)控細(xì)胞周期和轉(zhuǎn)錄過程中發(fā)揮著重要作用,CDKs的表達(dá)和功能失調(diào)是人類腫瘤形成最常見的改變之一[61]。有報道稱,CDK7不僅影響細(xì)胞周期,還與SEs驅(qū)動的致癌基因的調(diào)控相關(guān)[62]。近期的研究表明,CDK7抑制劑可以通過抑制SEs驅(qū)動的致癌基因轉(zhuǎn)錄選擇性殺死癌細(xì)胞。這一過程可能由于CDK7抑制劑可以降低作用于SEs區(qū)域的致癌性TFs的水平,導(dǎo)致多種癌基因轉(zhuǎn)錄抑制,從而抑制腫瘤細(xì)胞的生長和增殖。因此,CDK7已成為熱門抗癌靶點(diǎn)[63]。CDK7抑制劑THZ1可以和CDK7的第312位半胱氨酸共價結(jié)合,抑制CDK7的激酶活性,從而抑制CDK7 對于Pol Ⅱ CTD的第5位絲氨酸磷酸化,抑制轉(zhuǎn)錄起始,進(jìn)一步阻止Pol Ⅱ在啟動子近端暫停。SEs主要調(diào)控暫停的Pol Ⅱ釋放,THZ1處理之后在啟動子近端的Pol Ⅱ減少,也減少在增強(qiáng)子處的Pol Ⅱ結(jié)合,最終抑制轉(zhuǎn)錄[5]。THZ1可通過抑制SEs驅(qū)動的基因,如: RUNX1, TAL1和GATA3的轉(zhuǎn)錄而抑制T細(xì)胞淋巴瘤的生長[44]。有研究表明,CDK7共價抑制劑YKL-5-124與BRD4抑制劑JQ1聯(lián)合使用治療神經(jīng)母細(xì)胞瘤可以提高JQ1的治療效果并延緩耐藥的產(chǎn)生,提示聯(lián)合用藥可能是一個研究方向[64]。除此之外,CDK12/13抑制劑THZ531可以特異性抑制CDK12/13,有效抑制SEs介導(dǎo)的基因表達(dá),從而發(fā)揮抗急性T細(xì)胞淋巴瘤的作用[49]。CDK4/6抑制劑 Lee011也被證實(shí)可選擇性抑制CDK4,下調(diào)cyclin D1相關(guān)的SEs活性,有效的促進(jìn)尤因肉瘤細(xì)胞的凋亡[52]。

2.1.3其他抑制劑 GZ17-6.02可以影響基因的乙酰化,降低主轉(zhuǎn)錄因子、超音速刺猬蛋白通路中的蛋白質(zhì)和干細(xì)胞標(biāo)志物的轉(zhuǎn)錄[53]。在胰腺導(dǎo)管腺癌中,GZ17-6.02可以降低主轉(zhuǎn)錄因子Oct-4在SEs區(qū)域的占有率,降低SEs的活性,從而抑制了胰腺導(dǎo)管腺癌細(xì)胞的生長[53]。GZ17-6.02也可以通過下調(diào)超增強(qiáng)子基因的表達(dá),抑制惡性膠質(zhì)細(xì)胞瘤的生長[54]。此外,Syros公司利用其基因控制平臺,找到了具有RARA或IRF8基因SEs的急性髓細(xì)胞白血病病人和骨髓增生異常綜合征亞群患者,并且發(fā)現(xiàn)了可以識別這些SEs的生物標(biāo)記物,這些SEs被認(rèn)為驅(qū)動了RARA或IRF8基因的過度表達(dá),通過鎖定不成熟、未分化及增殖階段的細(xì)胞,從而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。視黃酸受體-α激動劑SY-1425可以促進(jìn)RARA或IRF8基因高表達(dá)急性髓細(xì)胞白血病細(xì)胞的分化,從而抑制腫瘤生長[55]。

3 展望

SEs是目前臨床和基礎(chǔ)研究中備受爭議的話題,其功能和潛在的臨床治療前景備受關(guān)注。目前已有大量BET家族蛋白抑制劑或降解劑及CDKs抑制劑被納入靶向SEs的臨床研究中,其在抗腫瘤治療中的價值逐步被發(fā)掘。然而值得注意的是,靶向SEs治療癌癥可能會產(chǎn)生顯著的不良反應(yīng),因為在阻斷SEs時,一些正常基因也會被抑制。例如,研究表明THZ1可以抑制肌源性分化,這表明THZ1在治療過程中可能對肌肉功能產(chǎn)生不良反應(yīng)[65]。此外,通過CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)干擾致癌性SEs的生成,可以阻斷SEs,調(diào)控SEs驅(qū)動的致癌基因,避免腫瘤的發(fā)生。也可以通過CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)敲除致癌性SEs,從而發(fā)揮抗腫瘤作用。然而由于CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)的脫靶效應(yīng),任何非目標(biāo)位點(diǎn)的基因編輯都與臨床風(fēng)險相關(guān)[63]。因此,迫切需要更多的研究來更好地理解其機(jī)制。