软组织肉瘤表观遗传学研究进展*

时间：2024-07-28

软组织肉瘤是起源于原始间充质干细胞的一组全能型肿瘤，可分化成不同的间叶细胞系［1-2］。软组织肉瘤亚组众多，在最新公布的WHO软组织肿瘤分类中，软组织肉瘤分为11个亚组，此分类受到包括基因组变化及表观遗传学改变在内的分子生物学的影响。目前与肿瘤相关的表观遗传IP机制主要有4种类型：DNA甲基化、组蛋白修饰、microRNA和其他非编码RNA的调控、染色体重塑。近年关于软组织肉瘤表观遗传学改变的研究日益增加，这些研究的开展为治疗提供了很多新的生物靶点，一些新型药物也处于临床试验当中。本文就当前关于表观遗传改变导致软组织肉瘤发生、发展的研究进行综述，并讨论其在临床诊断与治疗中的潜在意义。

1 DNA甲基化

DNA甲基化是DNA分子加入甲基的过程，在人类细胞中，甲基化一般发生在CpG双核苷酸上，通过添加甲基至胞嘧啶环的5'碳上形成5-甲基胞嘧啶。CpG二核苷酸在基因序列中约占70%～90%，并且常发生DNA甲基化来介导相关基因失活。CpG二核苷酸富集的区域称为CpG岛，约占整个基因序列的1%。CpG岛常出现在真核生物编码基因的调控区，并且在正常情况下处于非甲基化状态。目前有研究发现介导DNA甲基化的DNA甲基转移酶有3种：DN⁃MT1、DMNT3A和DNMT3B［3］，同时也有3种可以将5-甲基胞嘧啶脱甲基的酶，其被称为TET（ten-eleven translocation）蛋白，TET蛋白可以将5-甲基胞嘧啶转化为5-羟甲基胞嘧啶，从而逆转基因的抑制状态。在人类肿瘤中普遍存在全基因组低甲基化、正常状态下非甲基化CpG岛的异常高甲基化和维持甲基化模式酶调节失控的现象，但是其复杂的分子机制目前尚未研究透彻。在软组织肉瘤中，DNA高甲基化所致的抑癌基因失活可以诱发肿瘤的发生。以磷酸酶-张力蛋白基因（phosphatase and tensin homolog，PTEN）为例，有研究表明在软组织肉瘤患者中PTEN存在异常的甲基化，其CpG位点发生超甲基化后可导致PTEN基因失活，进而发生细胞分裂失控，这种异常甲基化就有作为软组织肉瘤的潜在候选生物标志物的可能［4］。Mahoney等［5］在小儿横纹肌肉瘤的全基因组甲基化分析中，发现多个参与组织发育、分化和肿瘤形成的基因（如 DNAJA4、HES5、IRX1、BMP8A、GATA4、GATA6、ALX3和P4HTM在RMS）均高甲基化，同时发现胚胎型横纹肌肉瘤和腺泡型横纹肌肉瘤在基因启动子位点的甲基化谱存在差异，后者在多梳蛋白靶基因区域呈现明显的高甲基化状态。这些DNA甲基化特征可能有助于小儿横纹肌肉瘤的诊断和风险分层，并有助于确定治疗的新靶点。

2 组蛋白修饰

核小体是染色质的基本结构，除了DNA，每一个核小体还包含1个由H2A、H2B、H3、H4构成的八聚体，相邻2个核小体的八聚体之间由组蛋白H1相连接。组蛋白修饰也可影响基因表达，其末端的赖氨酸和精氨酸可以通过甲基化、乙酰化、泛素化、类泛素化或者磷酸化而化学修饰，直接使相关基因表达增加或减少，或通过改变启动子区域的亲和性来影响基因表达［6］。

组蛋白修饰和全部的组蛋白密码在基因表达的调节方面较复杂，仅组蛋白甲基化就可以使特定氨基酸发生三甲基化、二甲基化、单甲基化或根本不被甲基化修饰。当这些组蛋白甲基化过程发生异常时，就可以明显改变基因组的结构和稳定性，致使正常基因的表达破坏，从而诱发肿瘤。组蛋白甲基化修饰的异常可能与酶相关。组蛋白甲基化和去甲基化的过程均受到酶的调控，目前已知的组蛋白甲基转移酶有60多种，而赖氨酸的去甲基过程则仅有2个脱甲基酶（KDMs）家族调控，即黄素依赖性的KDM1家族和酮戊二酸依赖性（jumonji-type JmjC）的家族［7］。Walters等［8］在研究中发现，正常情况下JmjC组蛋白脱甲基酶JARID2处于低水平表达，细胞能顺着肌源性谱系方向正常分化。在横纹肌肉瘤中出现的融合蛋白PAX3-FPXO上调JARID2的表达水平，使肌细胞生成素（myoG）和MYL1启动子区域的H3K27发生三甲基化，抑制正常的肌细胞分化而致瘤。除了酶的异常会导致组蛋白甲基化状态的改变，发生甲基化的位点的改变也会使影响正常的化学修饰，从而改变基因的表达。组蛋白的甲基化可以发生在很多位点，不同位点的甲基化可以对基因表达的影响也不尽相同。有些位点的甲基化可以激活转录过程，如H3K4、H3K36和H3K79，而也有些位点甲基化可以抑制转录，如H3K9、H3K27、H3K56和H4K20［9］。

组蛋白的脱乙酰化过程依赖于组蛋白脱乙酰基酶，Sirtuins（SIRT）蛋白是一种NAD+依赖性的组蛋白脱乙酰基酶，目前人们已发现7种不同类型的SIRT。有研究表明，在约70%的肉瘤中可以观察到SIRT 1的阳性表达，并且提示临床分期较高，组织学分级更高，更易出现远处转移等不良预后事件。Kim等［10］在该研究中进行了多变量分析，发现SIRT1表达的软组织肉瘤患者死亡风险增加10.062倍（95%CI，2.851～35.509，P＜0.001），无事件生存率风险增加2.459倍（95%CI，1.166～5.185，P=0.018），说明SIRT1可以作为肉瘤患者总体生存和无事件生存的独立预后指标，因此其认为SIRT1活化化合物（STAC）可能是肉瘤的新的治疗靶点［10］。在Sonnemann等［11］设计的白藜芦醇和合成STAC SRT1720对尤文氏肉瘤（ES）细胞对化疗药物依托泊苷和长春新碱反应性的影响研究发现，与细胞抑制剂联合使用时，SRT1720能明显增强依托泊苷和长春新碱诱导的细胞死亡作用，而天然存在的STAC白藜芦醇则抑制此过程，所以在尤文氏肉瘤的治疗中应该避免含白藜芦醇的膳食摄入［11］。同时研究中还发现涉及SIRT1的NOTCH诱导的肿瘤抑制新机制。该机制提示NOTCH通路可以直接抑制SIRT1，从而激活p53来发挥其抑瘤作用。在尤文氏肉瘤中，NOTCH信号被融合基因EWS-FLI1消除，而且SIRT1的阳性表达可以抑制NOTCH信号诱导肿瘤生长，也影响p53的正常功能［11］。也曾有研究发现未结合HIC1的SIRT1可以导致p53失活，从而诱发肿瘤［12］。因此SIRT1抑制剂对这些肉瘤的治疗很有应用前景。

多梳蛋白家族（PcG）中的一些成员在组蛋白修饰后可发挥致瘤或抑瘤的作用。PcG是一类染色质水平上调控靶基因的转录因子，其通过表观遗传修饰抑制靶基因的转录。Bmi1、JARID2、EZH2是多梳蛋白复合物（PRC）的重要组分，其中JARID2、EZH2基因的组蛋白在H3K27位点可发生甲基化修饰，起到抑制靶基因转录的作用。目前研究最多的多梳蛋白复合物（PRC）为PRC1和PRC2，其可保持胚胎干细胞的未分化状态，抑制胚胎干细胞的发育调节，也可以沉默肿瘤抑癌基因。YY1属于PRC1的组成成分，YY1可以将组蛋白脱乙酰酶和组蛋白乙酰转移酶引导至启动子，激活或抑制不同数量的启动子，从而参与组蛋白的调控。有研究［13］发现EZH2是保持细胞干性PCR2复合物的一部分，其表达异常可以致瘤。Marchesi等［14］研究证明EZH2直接结合RD细胞中的肌肉特异性基因，与YY1相同，在正常肌细胞分化过程中EZH2低水平表达，但在横纹肌肉瘤呈高表达。横纹肌肉瘤中EZH2的过表达可以抑制肌原性分化基因表达（如myoD1），从而阻断肌细胞的正常分化，促进恶性肉瘤的发生。Cleary等［15］研究发现，腺泡状横纹肌肉瘤的发生与NFκB-YYI-miR29调节电路失调相关，其认为单独的NFκB失活可能不足以减少生长，但其当与另一种靶向治疗剂联合应用时，可能存在临床获益。上述研究表明，有必要进一步探讨潜在软组织肉瘤治疗靶点。

3 非编码RNA的调控

MicroRNAs（miRNAs）和其他非编码RNA虽然不能直接翻译成蛋白质发挥作用，但是可以通过与mRNA结合使其降解，从而阻断mRNA的翻译过程。miRNAs对人类约三分之一的基因起调节作用，其调节模式的异常可以引起软组织肉瘤的发生。一些MiRNAs参与肌肉的正常分化和增殖。有研究［16］发现miR133-1a、miR133-1b、miR-1和miR206均参与正常肌细胞的分化，其属于具有肌肉特异性的miR⁃NA。PAX3的表达上调是横纹肌肉瘤的特征之一，有研究［17］设计相关实验证明miR-1和miR206可以靶向结合PAX3，并用证实了miR-206可以显著下调横纹肌肉瘤中的PAX3表达。miR-1、miR206、miR29可以调节细胞周期基因CCND2的表达。在横纹肌肉瘤中CCND2转录物可以特异性被miR29抑制。所以miR-1、miR-206、miR-29可以通过稳定PAX3和CCND2的表达参与肌肉分化和增殖过程，起到抑制肿瘤的作用。miRNA-203可以抑制NOTCH和JAK1/STAT1/STAT3通路，从而促进正常的肌源性分化，有学者［18］认为miRNA-203是横纹肌肉瘤的肿瘤抑制剂。这些非编码RNA与疾病之间的联系有待进一步研究。

在尤文氏肉瘤中，miR-34的过度表达与长期无病生存相关，这可能归功于miR-34的抗增殖作用［19］。Fas信号通路涉及细胞凋亡和肿瘤增殖的调节，有实验表明miR-181c不受调节的表达可能通过影响Fas信号通路的表达促成尤文氏肉瘤，当miR181c减少时，FAS受体表达增加，可以抑制的尤文氏肉瘤生长。这为尤文氏肉瘤的治疗提供了新的靶点［20］。此外，Hameiri-Grossman等［21］认为let-7b的低表达与尤文氏肉瘤的复发风险增加显著相关，即let-7通过负调节RAS的表达来抑制尤文氏肉瘤的生长。因此，RAS抑制剂具有很大的治疗潜力。这些非编码RNA及其作用机制均可为尤文氏肉瘤提供新的治疗靶点以改善预后。

在不同的软组织肉瘤中，表达失调的miRNA可能存在特异性，这些发现有益于软组织肉瘤的鉴别诊断。通过等级聚类分析法发现，在700个miRNA中有35个在滑膜肉瘤里的表达具有差异性。Subra⁃manian等［22］在队列分析中运用全面的miRNA分析信息通过等级聚类法分离出平滑肌肉瘤、横纹肌肉瘤、滑膜肉瘤和正常的平滑肌细胞。Renner等［23］关于高级别肉瘤的研究中，滑膜肉瘤、恶性外周鞘瘤、黏液样脂肪肉瘤、平滑肌肉瘤也可以用等级聚类法区分开，但是其他的肿瘤并未在miRNA的队列表达中表现出特异之处。有研究表明，在关于腺泡型和胚胎型横纹肌肉瘤的235个miRNA队列中有69个miRNA存在差异性表达，从而可用于不同亚型的鉴别［17］。在血液样品中，根据miR-99 a-5p、miR-146b-5p［24］、miR-148b3p、miR-195-5p、miR-223-3p、miR-500b-3p和miR-505-3p的高表达可以区分滑膜肉瘤与健康对照的患者，也可以通过miRNAs的不同区分大多数其他种类的肉瘤，如平滑肌肉瘤，尤因肉瘤或脂肪肉瘤［24］。有研究［25］发现通过组织中miR-199b-5p、miR-320a、miR-199a-3p、miR-126、miR-22的不同表达水平，可以区分平滑肌肉瘤和未分化多形性肉瘤。同样地，不同类型的脂肪肉瘤可以通过其不同类型的miRNA表达进行区分。这些研究均对软组织肉瘤的鉴别诊断提供了新思路。

在软组织肿瘤细胞中，miRNA与组蛋白修饰的基因表达调节呈现协同作用，其表达失调可以促进肉瘤的进展。研究发现，miR-26a和miR29可以分别靶向影响EZH2和YY1，导致其在分化成肌细胞的细胞中降解［26］。在横纹肌肉瘤中，这些miRNA的表达下调导致EZH2和YY1的过表达，致使（EZH2和YY1）附着于DNA，促进肌细胞的原始分化并抑制miR29的表达［26］。在滑膜肉瘤中，SYT-SSX与EZH2的蛋白复合物将引起H3K27三甲基化和EGR1基因的表达下调。在尤文氏肉瘤中，EWS-FLI1融合蛋白可以直接诱导EZH2表达，也可以结合EZH2启动子，从而在肿瘤细胞中诱导出（肿瘤细胞）干细胞性而致瘤［26］。这些均可作为新的治疗靶点。目前人们公认EWS-FLI1在尤因氏肉瘤肿瘤发生中起主要作用，所以有研究已经发现用EWS-FLI1抑制剂作为治疗本病的手段［27-28］。此外有研究发现，米特拉霉素在小鼠模型中可以延缓肿瘤生长［28］。组蛋白乙酰化酶抑制剂因为具有可以部分沉默EZH2的作用，也可以尝试用于肉瘤的治疗［13］。

4 染色质重塑

在DNA复制、转录、修复、重组等过程中，染色持重塑可导致核小体位置和结构的变化，引起超染色质变化。染色质重塑包括多种变化，一般指染色质特定区域对核酶稳定性的变化。染色质重塑的调节复合物目前已知有4组：SWI/SNF（BAF复合物）、ISWI、色素-酪氨酸酶 DNA 结合蛋白（CHD）和INO80。这些复合物可以打开或滑动核小体，从而使DNA结合其他蛋白，或其可以将组蛋白替换为另一亚型［29］。有研究表明，BAF复合物可以改变滑膜肉瘤中的基因表达，其代替BAF47与SYT-SSX融合复合物结合，致使BAF47被降解并诱导Sox2基因表达，从而促进滑膜肉瘤细胞的转化［30］。有些染色质重塑调节复合物也受到其他表观遗传学的调控，如mir193a-5p可以负调节SWI/SNF复合物中的SMARCB1；研究还发现在横纹肌肉瘤与上皮样肉瘤中，miR193a-5p低水平表达时可以出现SMARCB1 表达的变化［29，31］。如何通过影响染色质重塑来抑制软组织肉瘤的发生、发展，有待更深一步的研究和探讨。