申雪芳，花 晴 综述，许平波 审校

复旦大学附属肿瘤医院麻醉科，复旦大学上海医学院肿瘤学系，上海 200032

细胞的生长增殖依赖于细胞周期的正常运行，从间期的DNA合成前期（G1期）、DNA合成期（S期）与DNA合成后期（G2期），到细胞分裂期（M期）；每个环节对于细胞正常生长和功能的维持都很重要，任何环节出现错误，都会导致细胞生长和功能的异常，进而导致肿瘤的发生［1］。SET8亦称PR-set7、SETD8或KMT5A，是哺乳动物中唯一的组蛋白单甲基转移酶。SET8定位于细胞核的染色体上，调节细胞周期的运行，SET8和组蛋白单甲基化在G2期最为丰富，而G1期和S期会降到最低［2-4］；它作用于组蛋白以及非组蛋白的甲基化，维持细胞周期运行、调节细胞增殖和侵袭以及细胞代谢等，对于维持细胞的功能至关重要。研究发现很多肿瘤中SET8都高表达，如乳腺癌［5-6］、小细胞肺癌［7］、前列腺癌［8］、甲状腺癌［9］、肝癌［10］、肾癌［11］和卵巢癌［12］等。肿瘤作为一种由基因和环境共同作用而导致的慢性代谢性疾病，与转录后修饰调节的失调密切相关，本文选取表观遗传学中的一个位点-SET8，阐述其在肿瘤发生、发展中的作用及其机制。

1 SET8的分子生物学特征

在GeneCards数据库中检索发现，SET8（KMT5A）是包含SET区［Su（var），Enhancer of zeste，Trithorax］的甲基转移酶之一，其编码基因定位于12q24.31，包含25 586个碱基对。研究发现SET8可分为保守的SET区、Cdk1/Cyclin B区、D Box区、PIP Box区以及非保守区域，相互调节、相互作用的因子分别结合在SET8的功能区域，与之相互作用，调节细胞周期［1］。PIP Box位于SET区上游，通常与复制因子PCNA相结合，作为共刺激因子，促进SET8与CRL4Cdt2的结合，进而促进SET8泛素化以及蛋白酶依赖的降解，这也就是我们观察到的在S期，SET8水平降低的原因［1，13］。Cdk1/Cyclin B区、D Box区位于PIP Box区的上游，由APC/C（促进分裂后期复合物-细胞周期体）泛素化E3复合物识别并降解蛋白，而其上游的S29位点可被Cdk1/Cyclin B复合物识别，在G1～G2早期磷酸化S29位点，磷酸化的修饰并不改变SET8的活性，而是将其从分裂的染色体上移除；并且能够抑制SET8的泛素化和降解［14］。

2 在肿瘤中的作用

2.1 SET8作用于组蛋白，增加肿瘤的增殖和侵袭能力

研究发现SET8可作用于组蛋白，调节细胞周期与增殖凋亡，进而促进肿瘤的发生、发展。如在乳腺癌中，TWIST招募SET8于其靶基因E-cadherin和N-cadherin的启动子，正向调节TWIST和N-cadherin，抑制E-cadherin的表达，进而促进上皮-间质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），促进肿瘤的侵袭和转移［5-6］。在前列腺癌中，二氢睾酮刺激后，SET8聚集于性激素受体的靶基因前列腺特异性抗原（prostate-specific antigen，PSA）基因的启动子区域，使该区域的H4K20me1增加，增加PSA的基因转录，促进癌细胞的增殖［15］。在此之前研究也发现，LEF1/TCF4招募SET8于Wnt信号的靶基因AXIN2、c-MYC、NKD1和LEF1的启动子，促进基因的表达，同样在结肠癌中SET8也调节Wnt信号的激活［8］。miR-382直接作用于SET8的3’-UTR，负向调节SET8，在神经胶质瘤中，miR-382下调，使得SET8表达增加，增加了神经胶质瘤的转移侵袭能力［16］。与之相似的是miR-7也能够作用于SET8的3’-UTR，负性调节SET8，能够抑制EMT并降低乳腺癌的转移和侵袭能力［17］，miR-502通过对SET8 mRNA的3’-UTR不同的结合力，负向调节SET8转录水平，进而影响肿瘤的增殖和转移能力［7，10-12］。

SET8不仅可以促进基因的表达，增加肿瘤的增殖与转移，同时还可以参与基因的抑制作用。如在SET8发现之时，研究者就注意到，在男性和女性的X染色体上H4K16Ac和H4K20me呈相反的关系，H4K20me抑制邻近的赖氨酸乙酰化，进而发挥基因沉默的作用［18］；我们知道H4K20me1在G2/M期会达到高峰，Vaquero等［19］发现在这一时刻SirT2也会定位在染色体中，并使H4K16Ac去乙酰化，Serrano等［20］后续补充了该通路：SET8招募SirT2与染色体，SirT2使SET8的K90位点去磷酸化，增加SET8的稳定性和活性，促进SET8的定位，同时SirT2也可以使临近核小体的H4K16Ac去磷酸化，进一步增加了SET8的甲基化。也有研究发现SET8可以招募L3MBTL1到其作用的基因的启动子区，增强L3MBTL1对下游基因的抑制作用，但其生物学作用仍有待进一步研究［21］。

2.2 SET8作用于非组蛋白，促进肿瘤的增殖

随着研究的不断深入，我们发现SET8还可作用于非组蛋白，如SET8不仅可以修饰细胞核内组蛋白的甲基化，也可以与抑癌基因P53相互作用，SET8单甲基化P53蛋白第382位点的赖氨酸（p53K382me1），抑制P53的生物学作用，降低其促进凋亡和抑制细胞周期的作用等［22］。后续的研究发现，SET8与P53的相互作用由Numb介导，SET8甲基化Numb的磷酸酪氨酸结合位点，阻断Numb与P53的结合，导致P53泛素化降解，进而发挥抑制凋亡等生物学作用［23］。有研究［17］报道，该调节作用可能是由miR-7介导，miR-7通过抑制SET8甲基化，促进P53的转录活性。SET8也可以甲基化增殖细胞核抗原（proliferating cell nuclear antigen，PCNA）第248位点的赖氨酸，抑制PCNA的泛素化降解，增加PCNA的稳定性，促进肿瘤的增殖［24］。

2.3 SET8对能量代谢的调节

自20世纪初发现有氧糖酵解之后，肿瘤的代谢方式便被认为是肿瘤的一大特点；虽然有氧糖酵解合成ATP的效率低于氧化磷酸化，但是它能更快地合成ATP，并且糖酵解的中间产物可以为细胞的生物合成提供底物，有利于肿瘤的发生、发展［25］。代谢和表观遗传修饰之间具有紧密的联系，二者互相调节；在肝癌中SET8除了能够促进肿瘤的增殖和侵袭，还能够影响肿瘤细胞的代谢变化，SET8通过KLF4/SIRT4信号转导通路，促进糖酵解，抑制线粒体呼吸，影响肿瘤细胞的代谢功能［26］。SET8能够增加ATP的合成，降低氧消耗，增加糖酵解，其机制为SET8与HIF-1共定位于细胞核，调节HIF-1及其下游基因（如HK2、PKM2、LDHA）的转录活性，SET8还可降低HIF-1的羟化和乙酰化，进而增加其稳定性；当通过降低氧供增加HIF-1的表达后，SET8可作为HIF-1的下游基因，其表达也会随之上升［5］，但具体机制仍有待进一步探究。

此外也有研究认为，在甲状腺乳头状瘤中SET8除了增加肿瘤侵袭、促进转移、促进肿瘤进展外，还调节脂质的代谢，促进固醇调节元件结合转录因子1（sterol regulatory element binding transcription factor 1，SREBF1）的表达，以及其下游与脂质代谢相关的基因，如硬脂酰辅酶A去饱和酶（stearoyl-CoA desaturase，SCD）、脂肪酸合成酶（fatty acid synthase，FAS）和乙酰辅酶A羧化酶（acetyl-CoA carboxylase，ACC）；而Liao等［9］研究认为，肿瘤高表达SET8与其预后不良相关，与之相似的是在胃癌患者中，SET8的高表达与患者的5年生存率降低相关，这可能成为判断肿瘤预后的独立预测因子［27］。

2.4 SET8在基因稳定性中的作用

研究发现SET8在维持基因稳定性、基因复制和细胞周期的正常循环中发挥重要作用，SET8缺失会导致细胞复制应激和染色体损伤，导致单链DNA含量增加［28］。外界因素导致的DNA损伤后，SET8的表达和p53K382me1都会降低；但是有研究也发现DNA损伤后，SET8依赖的DNA修复基因GADD45的表达量反而会上升，而其具体的机制和生物学作用仍需进一步的研究［22］。缺乏SIRT2基因后，断裂的双链DNA在S期增加，这与H4K20me1、H4K20me2减少以及基因稳定性降低有关，同时缺乏SIRT2基因也会导致肿瘤的发病率增加［20］。Takawa等［24］也发现SET8能够增强PCNA和核酸内切酶FEN1之间的作用，PCNA甲基化的降低可导致冈崎片段异常、DNA复制减慢以及DNA损伤等一系列问题。

3 在其他系统中的作用

SET8除了在肿瘤的发生、发展以及代谢中发挥重要的作用，在其他系统如免疫系统和血管内皮细胞等也有着重要的作用。SET8能够重新编码宿主的免疫反应，从而增加结核分枝杆菌的存活，SET8与单核细胞的氧化应激和凋亡相关，通过miR-30e-3p-FoxO3a作用于Nqo1和Txnrd1的启动子，促进NAD(P)H醌氧化还原酶1（NQO1）和硫氧还蛋白还原酶（thioredoxin reductase 1，TRXR1）的表达，而NQO1还能与PGC1相互作用，促进M2型单核细胞的极化，发挥抗炎的作用；SET8还可与肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）相关凋亡诱导配基（tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL）相互作用，发挥抗炎抗凋亡的作用［29］。同时SET8还可以通过53BP1影响子宫内膜腺体中DNA的修复，进而调节腺体的发生、发展，影响小鼠的生育能力［30］。

4 总结

SET8作为核小体H4K20的单甲基转移酶，在维持DNA复制、基因稳定性、细胞周期循环和基因的表达等方面发挥重要的作用。SET8通过作用于相应基因的启动子区或者直接作用于转录后修饰（非组蛋白修饰），调节染色体的折叠和基因的表达，维持细胞的功能。SET8表达的异常对于肿瘤的发生、发展具有重要的意义，研究发现在很多肿瘤中SET8都高表达，而其高表达能够促进肿瘤的能量代谢，促进肿瘤的进展、侵袭和转移。同时SET8的高表达与肿瘤的不良预后和生存率降低相关，其相关的机制仍有待于进一步研究。SET8与肿瘤的相关性使得其可能为判断肿瘤预后提供线索，并为临床开发治疗肿瘤的靶向药提供相应的靶点。