JMJD2B蛋白結(jié)構(gòu)功能及在惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展中的研究進(jìn)展

侯思宇 綜述 陳秀瑋 審校

組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶以及去甲基酶在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中起著重要作用，是潛在的癌癥治療靶點，JMJD2B是JmjC家族成員，主要參與組蛋白H3第9位賴氨酸(H3K9)的甲基化，導(dǎo)致了轉(zhuǎn)錄激活。最近研究表明，JMJD2B在腫瘤細(xì)胞內(nèi)過度表達(dá)，通過p53通路進(jìn)行調(diào)控參與癌細(xì)胞增殖。隨著不斷的研究發(fā)現(xiàn)，JMJD2B與許多惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展相關(guān)，例如JMJD2B催化的組蛋白修飾在胃癌的低氧環(huán)境下的致癌機(jī)制中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用；JMJD2B/MLL2復(fù)合體與ERα一起在乳腺癌發(fā)生和發(fā)展期都起到非常關(guān)鍵的作用，近年來，JMJD2B與惡性腫瘤之間存在的關(guān)系已經(jīng)成了研究領(lǐng)域非常關(guān)注的焦點，本文將對JMJD2B在多種惡性腫瘤中的具體研究進(jìn)程和結(jié)果加以闡述。

1 JMJD2B蛋白結(jié)構(gòu)與功能

表觀遺傳學(xué)(Epigenetics)在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用受到越來越多的關(guān)注，著重分析在遺傳因子序列維持不變的狀態(tài)下，表現(xiàn)固定的基因特征進(jìn)而實現(xiàn)控制遺傳的目的。其中，組蛋白發(fā)生甲基化的過程實際上是展現(xiàn)遺傳演變的一個關(guān)鍵內(nèi)容。此過程同X染色體失活、特定基因轉(zhuǎn)錄調(diào)整、出現(xiàn)異常染色體、基因組缺失等有非常緊密的關(guān)系。但是，此過程的進(jìn)行并不穩(wěn)定，去甲基化酶可使其修飾成為一種可逆過程。到目前為止已經(jīng)分析研究出2種促使甲基化過程發(fā)生的酶：一種是氨基酸氧化酶大家庭的一名成員的賴氨酸特異性去甲基化酶1(Lysine specific demethylase1，LSD1)，另一種則是含有Jmjc結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)(Jumonji domain-containing protein，JMJD)大家庭的一名成員。在這里，JMJD大家庭的成員的N端以及C端均含有一個Jumonji大家庭的微弱特征組成區(qū)(N端稱為JmjN，C端則是JmjC)。其中，JmjC屬于整個大家庭中酶活性管理的重要成員，所以，在此條件下，這個家庭也會被叫做含有JmjC組成區(qū)的組蛋白去甲基化酶(JmjC domain-containing histone demethylase，JHDM)家族。其中，該大家庭也包含很多的組員，例如：JHDM1B、JMJD2A、JMJD2B、JMJD3、JARID1A、JARID1以及UTY等。其中JMJD2B屬于一組除JmjN與JmjC結(jié)構(gòu)域以外的、約120 kDa大小的、包涵PHD與Tudor結(jié)構(gòu)域的蛋白，在從低等的酵母到高等生物包括人中高度保守。JMJD2B，也稱為KDM4B，作為一種去甲基酶的能力，把三甲基組從哺乳動物細(xì)胞壁間異染色質(zhì)上的H3K9位點移除[2]，且已被證明存在低氧誘導(dǎo)因子結(jié)合位點的啟動子序列[3]。因為此類去甲基化酶發(fā)揮作用需伴隨有性激素受體信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)，因此有參與精子發(fā)育、調(diào)節(jié)性激素受體活性等作用，可能與女性生殖系統(tǒng)腫瘤也有一定關(guān)系。

2 JMJD2B蛋白與惡性腫瘤

2.1 JMJD2B蛋白與皮膚鱗狀細(xì)胞癌(SCC)

研究發(fā)現(xiàn)JMJD2B在SCC內(nèi)的表達(dá)遠(yuǎn)高于正常皮膚組織，當(dāng)siRNA抑制JMJD2B表達(dá)后，A431細(xì)胞凋亡明顯，且增殖極大被遏制[4]。盡管此類型酶在SCC形成中的實際作用還不清楚，但是經(jīng)過對這些年的研究進(jìn)行歸納不難發(fā)現(xiàn)，腫瘤抑制因子p53對SCC的形成有關(guān)鍵的作用。同時p53因子在SCC中突變的可能性大概在40%～50%之間[5]，此實驗和研究得出結(jié)論，在SCC中，如果特異性抑制JMJD2B轉(zhuǎn)錄，則p53表達(dá)將上升，進(jìn)一步造成A431細(xì)胞壞死變得更嚴(yán)重，分裂會受到阻礙。該研究提示，JMJD2B在SCC中的表達(dá)遠(yuǎn)高于正常組織，能夠同時在A431細(xì)胞核以及細(xì)胞質(zhì)內(nèi)進(jìn)行表達(dá)，且其siRNA組細(xì)胞克隆能力以及增殖活性受到極大抑制。侵襲和遷移能力也受到顯著抑制[4]。

2.2 JMJD2B蛋白與乳腺癌

JMJD2B在乳腺癌中呈現(xiàn)高表達(dá)，同時與ER表達(dá)水平呈正相關(guān)[6]。ER相較于陰性細(xì)胞株，JMJD2B在ER陽性細(xì)胞株中有明顯的高表達(dá)。據(jù)研究報道，H3K9三甲基化去甲基酶JMJD2B與H3K4甲基轉(zhuǎn)移酶MLL2復(fù)合體的整體構(gòu)建存在相關(guān)性，實驗證明JMJD2B/MLL2復(fù)合體與ERα相互影響并且被ERα的細(xì)胞功能所需要，JMJD2B/MLL2復(fù)合體影響H3K4的甲基化和被激活的ER中的H3K9的轉(zhuǎn)錄，也就是說H3K9的去甲基化優(yōu)于H3K4的甲基化，JMJD2B本身作為ER的轉(zhuǎn)錄目標(biāo)并因此構(gòu)成一個促進(jìn)激素相關(guān)的乳腺致癌作用的前饋調(diào)節(jié)環(huán)[7]。通過實驗可以得出以下幾點結(jié)論：(1)JMJD2B在ER受體陽性的乳腺癌中高表達(dá)且正向調(diào)節(jié)其增殖；(2)JMJD2B影響ERα和SWI/SNF-B復(fù)合體；(3)JMJD2B調(diào)整ER目標(biāo)基因的感應(yīng)和雌性激素依賴的乳腺癌細(xì)胞增殖；(4)JMJD2B可被ER結(jié)合部分復(fù)原：H3K9me3在ER結(jié)合部分去甲基化[6]。簡而言之，JMJD2B無論在生理上還是功能上都與MLL2復(fù)合體有聯(lián)系，它提升細(xì)胞的體外增殖和體內(nèi)的乳腺致癌作用，這就支持了JMJD2B作為乳腺癌相關(guān)基因的結(jié)論，JMJD2B被ERα轉(zhuǎn)錄調(diào)控是JMJD2B在乳腺致癌作用中有重要價值的依據(jù)[7]。

2.3 JMJD2B蛋白與腎透明細(xì)胞癌

JMJD2屬特異性組蛋白H3K9me3/me2和H3K36me3/me2的去甲基化酶，主要含有三個約為130 kDa的JMJD2A-C蛋白、PHD及Tudor結(jié)構(gòu)域缺失的JMJD2B蛋白，這些蛋白具體產(chǎn)生作用的底物不一，但都是會帶來關(guān)鍵的影響[8]。HIF-1α可以上調(diào)乏氧環(huán)境下腎透明細(xì)胞癌中JMJD1A表達(dá)，該物質(zhì)主要在血管附近，考慮到其同該癌細(xì)胞血管生成之間的緊密聯(lián)系，所以也就成了檢測該癌癥治療狀態(tài)的一個關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)[9]。JMJD2B主要定位于腎透明癌細(xì)胞核中，且在高分化及中分化的組織中呈現(xiàn)弱陽性表達(dá)，可能與其調(diào)控部分腫瘤細(xì)胞中細(xì)胞轉(zhuǎn)導(dǎo)通路相關(guān)基因有關(guān)，但在低分化腎透明細(xì)胞癌組織中卻表達(dá)較少，處于表達(dá)抑制狀態(tài)，并未呈現(xiàn)隨腫瘤惡性程度增加表達(dá)增加的狀態(tài)[10]。

2.4 JMJD2B蛋白與結(jié)直腸癌

相較于正常組織，大腸癌中JMJD2B表達(dá)顯著提高，這說明JMJD2B與大腸癌發(fā)生發(fā)展存在極大的關(guān)聯(lián)性[11]。JMJD2B催化啟動子區(qū)H3K9去甲基化，進(jìn)一步上調(diào)缺氧誘導(dǎo)因子1α(HIF-1α)表達(dá)，來影響結(jié)直腸癌細(xì)胞增殖或者凋亡，在癌癥血管生成和腫瘤分化中扮演關(guān)鍵角色[12]。有研究發(fā)現(xiàn)：(1)相較于正常人結(jié)直腸細(xì)胞，結(jié)直腸癌細(xì)胞內(nèi)JMJD2B表達(dá)與ERK磷酸化明顯增高；(2)ERK2 siRNA、U0126能夠阻斷癌細(xì)胞中SRK2活化，但對JMJD2B表達(dá)沒有任何影響；(3)JMJD2B siRNA能夠抑制癌細(xì)胞ERK2表達(dá)及其磷酸化；(4)抑制JMJD2B表達(dá)能夠通過誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生G2/M或者G0/G1期阻滯從而抑制人結(jié)直腸癌細(xì)胞增殖[13]。沉默JMJD2B通過減少抗凋亡的基因Bcl-2家族表達(dá)來誘導(dǎo)結(jié)直腸癌細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致了Bak和Bax蛋白質(zhì)的易位，并促進(jìn)線粒體膜的破壞，導(dǎo)致來自于線粒體和Caspase-9、Caspase-3的細(xì)胞色素C的分裂。它還增加了與死亡受體相關(guān)的細(xì)胞凋亡途徑中所包含的裂解Caspase-8的數(shù)量，Bcl-2同源3腦死亡相關(guān)激動劑(Bid)是一種在Fas信號通路中的特殊Caspase-8基質(zhì)，通過Caspase-8激活誘導(dǎo)分裂。然而，在JMJD2B沉默后CHOP和CRP78的水平保持不變。從而得出結(jié)論：利用線粒體以及死亡受體等相關(guān)途徑沉默，JMJD2B可誘導(dǎo)結(jié)直腸癌細(xì)胞凋亡，被Caspase-8活化的Bid的分裂可能起到結(jié)直腸癌兩種途徑的中介作用[14]。

2.5 JMJD2B蛋白與肝癌

JMJD2B在肝細(xì)胞中起到致癌的作用，并且高表達(dá)的JMJD2B可以作為一種有效的肝癌患者的早期診斷標(biāo)志物[15]。最近的研究表明，JMJD2B在腫瘤發(fā)生過程中有助于調(diào)節(jié)Wnt/β鏈、TGF-β、Notch和PI3K通路[16]，JMJD2B可以作為一種高價值分子標(biāo)志物，或者說可以作為癌癥治療的靶點[17]。細(xì)胞增殖在腫瘤活動整個過程中扮演著一個重要角色，Ki-67蛋白表達(dá)與其存在一定關(guān)聯(lián)，并且在除了G0外的細(xì)胞周期的所有階段表達(dá)，在G2/M達(dá)到最高表達(dá)狀態(tài)，同時也與許多腫瘤的預(yù)后有關(guān)，這其中就包括肝癌，而實驗發(fā)現(xiàn)在肝癌中JMJD2B的表達(dá)與Ki-67關(guān)聯(lián)，就此說明JMJD2B也許參加了肝癌形成的細(xì)胞增殖過程。在肝癌細(xì)胞中，還發(fā)現(xiàn)JMJD2B與組織學(xué)分級和TNM分期都相關(guān)，這就支持了它可能作為治療靶點，在阻止癌癥進(jìn)展的過程中逆轉(zhuǎn)EMT[15]。

2.6 JMJD2B蛋白與胃癌

實驗已證明在胃癌中JMJD2B促進(jìn)細(xì)胞增殖、浸潤和遷移[18]，表明了JMJD2B在整個胃癌發(fā)展期間扮演了一個關(guān)鍵角色[19]。JMJD2B的表達(dá)譜在正常和癌變的人體胃組織中有顯著的不同，在大多數(shù)胃癌標(biāo)本中觀察到JMJD2B的過度表達(dá)，它的核積累隨著腫瘤的減少而增加，表明JMJD2B在胃癌的臨床相關(guān)性，結(jié)合體內(nèi)和體外實驗表明，JMJD2B是導(dǎo)致胃腫瘤發(fā)生的重要的表觀遺傳因素，而作為靶向目標(biāo)可能是人類胃惡性腫瘤的一種新的治療策略[18]。JMJD2B在其他方面也可與胃癌有關(guān)，當(dāng)胃癌腺細(xì)胞暴露在缺氧及輻射環(huán)境中，觀察在腫瘤細(xì)胞生長中的JMJD2B的調(diào)節(jié)作用，在缺氧和/或輻射暴露下，對組蛋白修飾因子的復(fù)雜規(guī)則重現(xiàn)，實驗研究了在缺氧和輻射下組蛋白H3甲基化的動態(tài)轉(zhuǎn)換，在不同的染色質(zhì)重塑過程中，關(guān)注缺氧引起H3K9去甲基化反應(yīng)，會發(fā)現(xiàn)它導(dǎo)致某些癌癥相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄激活。因此，在缺氧及輻射下，JMJD2B的表達(dá)模式已是確定的，觀察結(jié)果顯示，由JMJD2B介導(dǎo)的增強(qiáng)的CCNA1表達(dá)在缺氧條件下引起胃腺癌細(xì)胞的顯著增長。總而言之，這些結(jié)果表明，處于低氧環(huán)境的情況下，JMJD2B催化的組蛋白修飾在胃癌形成機(jī)制過程中發(fā)揮著極其重要的作用[21]。關(guān)于JMJD2B在胃組織中的致癌作用，還有其他相關(guān)研究，JMJD2B和COX-2在被幽門螺旋桿菌感染的體內(nèi)胃組織中表達(dá)明顯增強(qiáng)，此外，從胃正常組織到其癌組織，觀察臨床標(biāo)本中過表達(dá)的JMJD2B與COX-2，JMJD2B表達(dá)水平與幽門螺旋桿菌感染存在明顯相關(guān)性，同時發(fā)現(xiàn)無論在正常胃組織還是胃癌組織中，JMJD2B都與COX-2表達(dá)呈正相關(guān)，表明JMJD2B的激活和COX-2的上調(diào)促進(jìn)胃的炎癥形成和癌癥的發(fā)生發(fā)展[20]。最后，研究確定了在被幽門螺旋桿菌感染的胃炎和胃癌中，JMJD2B扮演的角色和它的調(diào)節(jié)機(jī)制，幽門螺旋桿菌-β連環(huán)蛋白-JMJD2B-COX-2信號通路可能是一個新的胃癌發(fā)生發(fā)展的途徑，JMJD2B也許會作為胃癌診治和早期干預(yù)的一個新靶點[20]。

2.7 JMJD2B蛋白與婦科惡性腫瘤

劉麗等[22]發(fā)現(xiàn)JMJD2B蛋白主要定位于卵巢癌細(xì)胞株的細(xì)胞核內(nèi)，這可能同其控制細(xì)胞中信號通路基因表達(dá)相關(guān)聯(lián)，也為進(jìn)一步深層討論該蛋白在卵巢腫瘤中的作用機(jī)理提供了基礎(chǔ)參考。而此蛋白在子宮內(nèi)膜癌及宮頸癌中的表達(dá)尚不明確，需要進(jìn)一步的研究與調(diào)查。

3 小結(jié)與展望

JMJD2B蛋白在多種惡性腫瘤中呈陽性表達(dá)，并且與臨床分期及病理分級有著密切關(guān)系，未來可能作為監(jiān)測惡性腫瘤新的腫瘤標(biāo)志物及惡性腫瘤治療中新的靶點，這就需要覆蓋面更廣、更深程度的進(jìn)一步研究。