蛋白質精氨酸甲基轉移酶5在腫瘤中的研究進展

竇佳，蘇烏云

(內蒙古醫(yī)科大學附屬醫(yī)院腫瘤內科，呼和浩特 010059)

腫瘤的發(fā)生是遺傳學和表觀遺傳學共同作用、多種因素共同參與的過程。腫瘤發(fā)生發(fā)展的遺傳學改變通過DNA堿基序列突變、缺失、插入和微衛(wèi)星不穩(wěn)定等方式完成，與遺傳學相比，表觀遺傳學可致遺傳基因表達發(fā)生改變，但遺傳基因無DNA堿基序列的改變，主要通過組蛋白的結合和不同的修飾產生生命現(xiàn)象的多態(tài)性。在表觀遺傳學中，甲基化、組蛋白修飾和異常表達等均參與了腫瘤的形成和侵襲過程，導致腫瘤進展、耐藥，并對腫瘤預后產生影響。p16是結直腸癌癌基因重要調控基因之一，李天煜和陳利生[1]研究發(fā)現(xiàn)，結直腸腫瘤中p16發(fā)生甲基化；存在淋巴結轉移乳腺癌患者的CCND2，RAR-β等基因的甲基化明顯增高。組蛋白的修飾主要包括乙?；图谆瘍煞N方式，其中組蛋白乙?；蓪е履I母細胞瘤相關抑癌基因、熱激蛋白基因等部分基因開始轉錄，進而使其表達水平升高；此外，組蛋白去乙酰/甲基化酶1還可與乳腺癌轉移抑制基因-1啟動子結合，從而抑制乳腺癌轉移抑制基因-1的轉錄，導致乳腺癌轉移[2]。此外，Scartozzi等[3]對卵巢癌的研究發(fā)現(xiàn)，hMLH1基因可通過表觀遺傳學修飾發(fā)生沉默，降低鉑類藥物對卵巢癌的敏感性，導致卵巢癌患者對鉑類藥物耐藥。蛋白質精氨酸甲基轉移酶(protein arginine methyltransferase，PRMT)5是近年研究較多的表觀遺傳酶，與惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉移密切相關?，F(xiàn)就PRMT5生物學功能、PRMT5與惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展的關系以及PRMT5抗腫瘤藥物的開發(fā)予以綜述。

1 PRMT5的生物學功能

PRMT家族是一類可將底物S-腺苷甲硫氨酸上的甲基轉移到精氨酸胍基氮原子上的酶[4]。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)了11個PRMT家族成員，根據(jù)甲基化修飾方式的不同分為4類，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型均能夠催化生成ω-N單甲基，Ⅰ型的二甲基化產物不對稱，Ⅱ型的二甲基化產物對稱，Ⅳ型只能催化生成δ-N甲基化產物。

PRMT5是Ⅱ型PRMT家族成員之一，可與體內多個伴侶蛋白結合形成復合物，通過催化多種組蛋白與非組蛋白底物對多種細胞起調節(jié)作用。核心組蛋白包括H2A、H2B、H3和H4，在細胞核中，PRMT5與swi/snf的相互作用導致底物啟動子區(qū)組蛋白H2A、H3R4及H4R3發(fā)生對稱性修飾。有研究表明，組蛋白H4R3位點對稱二甲基化(H4R3me2s)可通過募集DNA甲基轉移酶抑制下游周期調節(jié)因子與抑癌基因的轉錄[5]。PRMT5還參與了高爾基體裝配、核糖體生物合成和染色質重塑等細胞過程，如在RNA剪接過程中，PRMT5與甲基化小體蛋白50(MEP50)、線粒體磷酸轉載體(pICIn)組裝成復合物，催化Sm樣蛋白D1、D3的C端發(fā)生二甲基化修飾，隨后，該修飾被運動神經元生存蛋白(SMN蛋白)的Tudor結構域識別，從而影響剪接小體的組裝[6]；此外，PRMT5還可直接修飾多種轉錄因子，從而直接影響細胞的生長及分化，如調節(jié)核因子κB、轉錄因子E2F-1等[7]。潰瘍性結腸炎患者中，PRMT5的表達與調節(jié)性T細胞的表達相反，可能與免疫治療存在緊密聯(lián)系[8]。

PRMT5與腫瘤的關系密切。一方面，PRMT5通過抑制腫瘤抑制因子(p53、細胞周期相關轉錄因子E2F-1、腫瘤抑癌基因7、腫瘤轉移抑制基因23、凋亡相關蛋白4、視網膜細胞瘤基因Rb等)的轉錄，為腫瘤的發(fā)生提供必備條件[9-11]；另一方面，PRMT5通過與LIM結構域蛋白家族第三類Zyxin蛋白家族成員AJUBA蛋白的非LIM結構域相互作用，共同抑制鋅指蛋白轉錄因子SNAIL，以降低上皮鈣黏素的表達，為腫瘤的遷徙創(chuàng)造條件[12]。

2 PRMT5與腫瘤的發(fā)生發(fā)展

許多人類疾病的PRMT5表達均異常，尤其是腫瘤，如血液、呼吸及消化系統(tǒng)腫瘤患者的PRMT5呈高表達[13]。因此，PRMT5被認為是腫瘤的致癌基因。

2.1PRMT5與白血病和淋巴瘤 白血病及套細胞淋巴瘤患者的PRMT5表達水平較高[14-15]。Mei等[16]對小兒急性淋巴細胞白血病的研究發(fā)現(xiàn)，PRMT5過表達可促進小兒B細胞急性淋巴細胞白血病的發(fā)生；且PRMT5在轉化的慢性淋巴細胞白血病細胞系中也呈過表達。為了進一步了解PRMT5介導的組蛋白甲基化對惡性腫瘤的影響，Wang等[17]對正常人群和B淋巴細胞轉化人群PRMT5表達的研究表明，微RNA(microRNA，miRNA/miR)-19a、miR-25、miR-32、miR-92、miR-92b和miR-96的表達改變可引起PRMT5過表達，并導致H3R8和H4R3的全局對稱甲基化增加。

PRMT5是維持EB病毒介導B細胞淋巴瘤惡性表型轉化的關鍵。Alinari等[18]對B細胞淋巴瘤惡性表型的研究發(fā)現(xiàn)，抑制PRMT5表達可減少EB病毒介導的B細胞轉化，從而阻斷B細胞淋巴瘤惡性表型的發(fā)展。此外，Pal等[19]研究發(fā)現(xiàn)，PRMT5可與細胞周期蛋白D1共同作用促進淋巴瘤發(fā)生，且慢性淋巴瘤的miR-92b/miR-96亦可調節(jié)PRMT5的表達 。由此可見，PRMT5表達在白血病和淋巴瘤發(fā)生發(fā)展中均發(fā)揮了重要作用，全面了解PRMT5致白血病和淋巴瘤的作用機制，將為白血病和淋巴瘤的治療提供新的思路。

2.2PRMT5與肺癌 PRMT5在肺癌組織的表達明顯高于鄰近正常組織，且不同臨床病理特征肺癌患者的PRMT5表達存在差異[20]。Sheng和Wang[21]對肺癌周期進展及癌細胞生長和分化過程的研究發(fā)現(xiàn)，PRMT5/p44通過增加Rb磷酸化、阻礙p21表達加快細胞由G1期向S期的進展；還可通過調節(jié)轉化生長因子-β信號通路實現(xiàn)肺癌細胞的生長和分化。精氨酸50烯醇化酶-1是腫瘤細胞運動所必需的，Zakrzewicz等[22]對肺腺癌細胞的研究發(fā)現(xiàn)，脂多糖可刺激PRMT5的表達，催化糖酵解酶的單甲基化，進而生成促進肺腺癌細胞侵襲與轉移的精氨酸50烯醇化酶-1。另有研究發(fā)現(xiàn)，PRMT5可抑制miR-99家族轉錄，增加表皮生長因子受體3表達，激活胞外信號調節(jié)激酶1/2和蛋白激酶B表達，最終導致肺癌細胞的生長和轉移[23]。此外，PRMT5與肺癌的發(fā)生密切相關，肺腺癌和肺鱗癌組織PRMT5和MEP50的表達水平顯著升高，PRMT5和MEP50通過組蛋白H3R2位點對稱二甲基化(H3R2me2s)發(fā)揮基因激活作用，通過H4R3me2s發(fā)揮基因抑制作用[24]。

2.3PRMT5與乳腺癌 近年來，乳腺癌的發(fā)病率逐年升高，嚴重威脅人類健康。有研究發(fā)現(xiàn)，乳腺癌患者PRMT5的表達水平顯著升高，可能與核因子κB影響腫瘤壞死因子受體相關因子4表達，進而調節(jié)PRMT5表達，導致乳腺癌細胞增殖有關[25]。不同病理類型乳腺癌PRMT5的表達存在差異，三陰性乳腺癌PRMT5的表達水平最高[26]。對乳腺癌原位模型的研究發(fā)現(xiàn)，凋亡相關蛋白4與PRMT5的共表達可加快腫瘤細胞生長[27]。敲除PRMT5后，乳腺癌磷酸化-胞外信號調節(jié)激酶及Bcl-2基因的表達水平均降低，PRMT5與增殖細胞相關核抗原Ki-67的表達呈正相關，且轉移性乳腺癌患者的PRMT5表達水平較原位乳腺癌患者明顯升高，人表皮生長因子受體2(+)、三陰性乳腺癌及PRMT5高表達乳腺癌的總生存率明顯降低。此外，PRMT5還可通過調節(jié)乳腺癌中的OCT4/A(由Pou5FI基因編碼產生的含POU結構域的轉錄因子家族成員之一)、Krüppel樣因子4和CMYC可易位基因改變乳腺癌細胞的干性，影響化療藥物的治療效果，且乳腺癌細胞的干性改變通過PRMT5調節(jié)組蛋白甲基化和叉頭框蛋白1的表達實現(xiàn)[28-29]。Kong等[30]研究發(fā)現(xiàn)，多西他賽注射液治療PRMT5高表達乳腺癌細胞株(MDA-MB-231)的有效率較高，其機制可能與PRMT5高表達提高了乳腺癌G2/M期細胞百分比，并延長了藥物作用時間有關。

2.4PRMT5與胃癌 胃癌是常見的消化系統(tǒng)的惡性腫瘤之一，預后較差，其發(fā)病原因尚不完全清楚。研究發(fā)現(xiàn)，PRMT5在正常胃組織細胞質呈低表達；而PRMT5在胃癌組織細胞質和細胞核呈高表達[31]。PRMT5表達減少可阻礙胃癌細胞的增殖。研究表明，miR-203a-3p可減少PRMT5的表達，阻礙胃癌細胞增殖[32]。PRMT5還可通過同源盒基因IRX1的表觀遺傳沉默促進胃癌細胞的致瘤作用并促進胃癌細胞轉移，Liu等[33]對胃癌SGC7901和NCI-N87細胞的研究發(fā)現(xiàn)，敲除PRMT5基因可阻礙胃癌細胞的生長、浸潤和遷移。另有研究認為，胃癌細胞PRMT5的表達水平升高與病變深度、分化類型、有無淋巴結轉移無關[34]。

2.5PRMT5與結直腸癌 結直腸癌的發(fā)病率及死亡率逐年升高，且有年輕化的趨勢，與飲食結構及遺傳因素密切相關。更多的研究者正在對其進行積極研究，希望可以通過快速便捷的方式來診斷結直腸癌、預測其預后或為其治療提供新的可能。結直腸癌患者PRMT5呈高表達，PRMT5可影響真核翻譯起始因子4E和表皮生長因子受體3等致癌基因的精氨酸甲基化，在結直腸癌的發(fā)病中起重要作用[35]。既往研究發(fā)現(xiàn)，N-α-乙?；D移酶40及其相應組蛋白H4的N端乙?；c結直腸癌的發(fā)生密切相關。Demetriadou等[36]研究發(fā)現(xiàn)，敲除N-α-乙?；D移酶40和N-α-乙?；D移酶40相應組蛋白H4的N端乙?；瘉G失均可下調PRMT5的轉錄，進而使H4R3me2s的對稱二甲基化水平降低，從而抑制結直腸癌細胞的生長。為了能夠早期發(fā)現(xiàn)結直腸惡性腫瘤，Pak等[37]采用免疫組織化學染色方法對108例內鏡手術切除組織樣本進行PRMT5表達檢測的研究發(fā)現(xiàn)，細胞核內PRMT5的高表達是評估內鏡切除黏膜下浸潤早期結直腸癌的潛在有用標志物，有助于結直腸癌的早期發(fā)現(xiàn)及預后判斷。

2.6PRMT5與其他惡性腫瘤 PRMT5的表達與多種惡性腫瘤密切相關，如肝癌、胰腺癌、卵巢癌、子宮內膜癌。PRMT5通過調控共價閉環(huán)DNA抑制乙型肝炎病毒復制，從而延緩肝癌的發(fā)生[38]。朱凱等[39]采用免疫組織化學染色方法檢測323份肝癌組織樣本以及相應正常肝組織樣本PRMT5表達的研究發(fā)現(xiàn)，PRMT5集中在細胞核外表達的肝癌患者預后較差。胰腺癌往往惡性程度較高，PRMT5在胰腺癌組織呈高表達，甲基化組蛋白H4R3阻礙了ST7的表達，導致胰腺癌的發(fā)生和發(fā)展；魏野等[40]通過對人卵巢癌HO8910的研究證實，PRMT5對卵巢癌細胞有增殖作用。Bao等[41]研究發(fā)現(xiàn)，PRMT5可通過調節(jié)轉錄因子E2F-1、上皮鈣黏素表達影響卵巢癌細胞的增殖、凋亡及轉移。PRMT5在不同病理類型子宮內膜癌患者的表達水平不同，在子宮內膜樣腺癌中的表達水平較高，而在子宮黏液腺癌中幾乎不表達。子宮內膜癌中，PRMT5與細胞周期蛋白D1、增殖細胞相關核抗原ki-67和可易位基因c-Myc 的表達呈正相關，可促進腫瘤細胞增殖。此外，PRMT5還可通過調節(jié)雌激素受體完成子宮內膜樣腺癌的增殖，并可與雄激素受體輔助激活蛋白-1和雌激素受體相互作用形成復合物，且隨著雌二醇水平的升高，PRMT5的表達受到抑制，這可能是激素治療內分泌相關腫瘤的依據(jù)之一。

3 以PRMT5為靶點的抗腫瘤藥物開發(fā)

惡性腫瘤已嚴重威脅人類健康。打破傳統(tǒng)治療理念，尋求新型治療方法，成為腫瘤治療的新方向，表觀遺傳學的研究為惡性腫瘤患者的治療開辟了一條新的道路，其中對Ⅱ型精氨酸甲基轉移酶家族中PRMT5的研究較多。PRMT5在正常組織及腫瘤組織均有表達，多項研究表明，PRMT5在多種腫瘤呈高表達，且與患者預后有關[42-44]。因此，準確有效地抑制PRMT5的表達成為以PRMT5為靶點抗腫瘤藥物的研究重點。

目前尚無治療效果確切的PRMT5抑制劑，以PRMT5為靶點的相關藥物篩選研究正在進行中。Alinari等[18]利用建模PRMT5結構篩選出具有抑制PRMT5作用的化合物46(CMP5)。隨后，Tarighat等[45]對化合物46進行篩選和結構優(yōu)化，獲得了對PRMT5有特異性抑制作用，而對PRMT1、CARM1和PRMT7無明顯抑制作用的化合物47(HLCL-61)。化合物46對EB病毒所致B細胞淋巴瘤患者的PRMT5異常表達具有明顯的抑制作用[46]。研究發(fā)現(xiàn)，以多樣性文庫和多種生物化學分析為參考進行反復篩選，可得到化合物48(EPZ007345)，其對PRMT5-MEP50復合物IC50值約為0.3 μmol/L，隨后進一步優(yōu)化可獲得對PRMT5具有高度選擇性但無法被肝微粒體代謝失活的化合物49(EPZ015666)[47-48]。目前，研究獲得的主要PRMT5抑制劑還包括蛋白精氨酸N-甲基轉移酶抑制劑1[49]、C9(7664243)、C9a(9032604)[50]和PR5-LL-CM01(PRMT5的新型選擇性小分子抑制劑)[51]。

4 小 結

表觀遺傳學研究在惡性腫瘤等疾病的研究中具有重要意義，尤其是表觀遺傳學酶的研究。表觀遺傳學酶的表達水平可用于評估惡性腫瘤等疾病的發(fā)生及其預后，表觀遺傳學酶——PRMT5可參與細胞的多種生理和病理過程，并在多種惡性腫瘤細胞中異常表達。目前，PRMT5在各種惡性腫瘤中的作用機制尚不明確，且關于PRMT5抑制劑的研究仍處于研究階段。對PRMT5的深入研究將有助于PRMT5的作用機制的明確，并可推進以PRMT5為精準靶標藥物的研發(fā)，未來高效、毒副作用低的PRMT5抑制劑的成功研發(fā)將為惡性腫瘤的治療帶來新的希望。