邢基，朱少明，赵胜，林方优，程帆

武汉大学人民医院泌尿外科，武汉 430000

膀胱癌是最常见的泌尿系统肿瘤，最新研究显示，2020 年全球膀胱癌新发病例超过57 万［1］。目前对于膀胱癌的综合治疗虽然取得了显著成果，但其预后仍不理想，其中非肌层浸润性膀胱癌的复发率高达50%～80%。膀胱癌发病机制复杂，同时又是基因突变最频繁的人类癌症之一，表观遗传学在膀胱癌发生发展中起重要作用。表观遗传调控紊乱可能导致膀胱癌进展，而其中组蛋白甲基化的改变使膀胱癌具有更高的恶性特征［2］。核小体作为染色质的基本构件，由四种核心组蛋白H3、H4、H2A、H2B组成，每个组蛋白的侧链上密集分布着碱性赖氨酸（K）和精氨酸（R）残基，组蛋白甲基化通常发生在赖氨酸和精氨酸残基上。通常甲基化位点（K 或R）和程度（单甲基化、二甲基化或三甲基化）用简写表示，如H3K27me3 表示H3 上的第27 位赖氨酸三甲基化。不同位点和不同程度甲基化对组蛋白功能的影响不同，研究显示，H3K4、H3K36、H3K79 的甲基化修饰诱导转录活化，而H3K9、H3K27、H4K20的甲基化修饰介导转录抑制。组蛋白甲基化修饰由组蛋白甲基转移酶与组蛋白去甲基化酶协同调控，直接参与膀胱癌的发生发展过程，对膀胱癌的增殖、迁移和侵袭等恶性生物学行为产生影响。此外，在膀胱癌发生发展过程中起关键作用的蛋白如磷酸酶和张力蛋白同源物（PTEN）、肿瘤蛋白p53 等，均受到组蛋白甲基化修饰的调控［3］。为进一步探究膀胱癌的发生发展机制并寻找新的治疗靶点，现将组蛋白甲基转移酶和去甲基化酶在膀胱癌发生发展中的作用综述如下。

1 组蛋白甲基转移酶在膀胱癌发生发展中的作用

组蛋白甲基化是由组蛋白甲基转移酶催化完成的，组蛋白甲基转移酶分为组蛋白精氨酸甲基转移酶（HRMT）和组蛋白赖氨酸甲基转移酶（HKMT），二者都是以S-腺苷甲硫氨酸（SAM）为底物催化组蛋白甲基化。组蛋白甲基化改变了核小体的原子结构，以促进或抑制各种效应蛋白募集。H3K27、H3K4、H3K9 甲基化是保证机体发育和维持细胞基因表达模式的基本条件，分别由多梳抑制复合物2（PRC2）、组蛋白赖氨酸甲基转移酶2（KMT2）和组蛋白甲基转移酶G9a 催化完成。在膀胱癌中，这几种基因不同程度的发生突变或失调，使染色质特定区域的H3K27、H3K4 和H3K9 甲基化发生沉淀差异，导致细胞原本的转录模式发生改变。

1.1 PRC2 和ZAST2 增强子（EZH2）与膀胱癌的关系 PRC2 属于多梳家族蛋白，作为关键的HKMT，其主要核心部分由EZH2、胚胎外胚层发育蛋白和ZAST12 抑制子（SUZ12）构成。EZH2 是其催化核心，通过SET 结构域催化H3K27 单甲基化、二甲基化和三甲基化；EZH2 在转录激活中具有独立于PRC2 复合物的作用，并且能以非组蛋白为催化底物。

H3K27 存在三种不同程度的甲基化，即H3K27me1、H3K27me2和H3K27me3，其中H3K27me 1覆盖5%～10%的组蛋白H3，在转录活跃的基因组内富集；H3K27me2覆盖50%～70%的组蛋白H3，抑制相关启动子或增强子的活性；H3K27me3 覆盖5%～10%的组蛋白H3，在PRC2结合位点处高度富集。目前大多数研究集中在H3K27me3 上，它被认为是PRC2 抑制基因表达的标志。H3K27me3 及EZH2 在膀胱癌中的表达明显异常，与膀胱癌分期和病理分级呈正相关，尤其在非肌层浸润性膀胱癌中，EZH2高表达预示着高复发的可能［4-5］。

EZH2 通过影响广泛的下游信号通路调控膀胱癌细胞生物学特性。微小RNA（miRNA）是一种小分子非编码RNA，参与细胞凋亡、分化和增殖等生物学过程。EZH2 通过miR-200 家族进行转录后调节来促进上皮间充质转化（EMT）和赋予干细胞表型［6］。转录激活因子3（STAT3）在促进癌细胞增殖和侵袭及介导药物抗性方面具有重要作用，体外和体内实验证明，EZH2 通过促进JAK2/STAT3 通路与膀胱癌细胞的增殖和侵袭性有关［7］。

EZH2 的调节极其复杂，几种在膀胱癌中起关键作用的基因及长链非编码RNA（lncRNA）和miRNA 均参与了EZH2 的调节过程。研究显示，视网膜母细胞瘤家族基因的失活导致转录因子E2F家族激活，促使EZH2表达升高［8］；进一步研究表明，转录因子E2F家族成员E2F1结合EZH2和SUZ12启动子区域，以激活EZH2 和SUZ12 转录，促进膀胱癌细胞的增殖、迁移和侵袭，而转录因子E2F4 被lncRNA GAS5 募集到EZH2 启动 子 来 抑制EZH2 转录［9-10］。Bromodomain-4蛋白作为重要的表观遗传学读取器，通过上调C-MYC 向EZH2 启动子的募集，促使膀胱癌细胞增殖并减少其凋亡［11］。lncRNA H19 和miR-144 有助于EZH2 和上皮钙黏素启动子上的H3K27me3 结合，并且通过结合EZH2 激活Wnt/β-catenin 信号通路，从而增强细胞迁移能力［12-13］；lncRNA SPRY4-IT1 通过直接结合miR-101-3p，上调EZH2 表达，促进细胞增殖、迁移和侵袭能力［14］。茉莉酸甲酯可通过下调miR-101降低EZH2表达，增加膀胱癌细胞对藤黄酸的敏感性，这有希望成为膀胱癌治疗的潜在靶点［15］。

由此可见，EZH2 作为催化H3K27me3 的组蛋白甲基转移酶，参与多个信号通路中，并与膀胱癌细胞的增殖、迁移、侵袭和凋亡密切相关，其表达水平与膀胱癌分期和病理分级呈正相关，影响膀胱癌的多种生物学特性，干预EZH2 表达能够有效抑制膀胱癌细胞的增殖、侵袭和迁移，并促进其凋亡。

1.2 KMT2 与膀胱癌的关系 KMT2 主要催化H3K4 甲 基 化，包 括KMT2A、KMT2B、KMT2C、KMT2D、KMT2F 和KMT2G 6 种主要成员，其家族成员都含有在进化上保守的SET 结构域，负责H3K4甲基化。H3K4 存在三种不同程度的甲基化，即H3K4me1、H3K4me2 和H3K4me3，它们在转录活跃的基因启动子和增强子的不同位置沉淀。H3K4me1和H3K4me2 与增强子元件和基因转录活性相关；H3K4me3 通常被认为是基因激活的标记，它选择性地定位在基因的启动子区域及转录起始位点，从而调节基因转录。

KMT2 是生物发育的关键基因，在胚胎期敲除KMT2 可导致严重发育缺陷。KMT2 家族成员也是各种癌症中最常发生突变的基因之一，其在肿瘤最初的发生阶段可能具有重要作用。目前KMT2 在膀胱癌中的研究较少，主要集中在KMT2B 及KMT2D中，二者与膀胱癌的干细胞特性相关。膀胱癌的发生可能是多种因素共同导致的结果，膀胱癌单细胞测序显示，膀胱癌干细胞中的KMT2B、ARID1A、GPRC5A 突变频率极高，在膀胱癌非干细胞中表达突变型KMT2B 可增强膀胱癌非干细胞自我更新和引发肿瘤的能力，同时表达突变型KMT2B、突变型GPRC5A 和突变型ARID1A 使自我更新和引发肿瘤的效应更为显著［16］。KMT2D催化H3K4me1，在膀胱癌中的突变频率很高，但相较于正常膀胱上皮，KMT2D 在膀胱癌细胞中的表达降低，KMT2D 低表达可诱导PTEN、p53 表达降低，并促进膀胱癌细胞增殖、迁移和侵袭［3］。

1.3 组蛋白甲基转移酶G9a 与膀胱癌的关系 组蛋白甲基转移酶G9a 作为组蛋白H3K9me2 的甲基化酶，在膀胱癌中的作用目前尚不明确，部分研究结论仍存在争议。组蛋白甲基转移酶G9a在膀胱癌中的表达异常升高，与膀胱癌的恶性程度有关，还可能与肿瘤免疫应答有关，使用组蛋白甲基转移酶G9a/DNA 甲基转移酶双抑制剂可抑制膀胱癌细胞增殖并诱导细胞凋亡，单独应用组蛋白甲基转移酶G9a抑制剂显示出同样的效果，但双抑制剂会导致干扰素α、干扰素γ 及肿瘤坏死因子α 启动子区域的H3K9me2 减少，并且富集与肿瘤免疫相关的相关信号通路，上调钙网蛋白、β2微球蛋白和自然杀伤细胞配体，增加高迁移率族蛋白B1 的表达，这表明组蛋白甲基化不止有单独的作用，在表观遗传中还存在复杂的相互调控［17-18］。同时有研究表明，抑制组蛋白甲基转移酶G9a 并不会诱导凋亡，但可上调腺嘌呤磷酸核糖基转移酶（AMP）活化水平，从而抑制mTOR磷酸化，通过自噬导致细胞自噬性死亡［19］。

2 组蛋白去甲基化酶在膀胱癌发生发展中的作用

组蛋白去甲基化酶可以去除核小体组蛋白尾部的甲基化标记，调节促癌基因和抑癌基因的表达，根据靶向的组蛋白残基不同，其对基因转录的影响可以是激活也可以是抑制。根据组蛋白去甲基化酶功能的不同，可分为赖氨酸特异性组蛋白去甲基化酶（KDM）和精氨酸组蛋白去甲基化酶两类。KDM 包括两大家族，一是黄素腺嘌呤二核苷酸依赖的氨基氧化酶家族KDM1；二是以Jumonji C 结构域为特征的Fe2+和二氧戊二酸依赖酶的家族，包括KDM2、KDM3、KDM4、KDM5、KDM6、KDM7、KDM8。目前对于精氨酸组蛋白去甲基化酶的报道较少，有研究指出KDM 家族的部分成员如KDM3A 和KDM6B 也存在精氨酸组蛋白去甲基化酶的功能，而精氨酸组蛋白去甲基化酶JMJD6 可催化H3R2、H4R3 去甲基化，同时它还具有赖氨酸羟化酶的作用［20］。但精氨酸组蛋白去甲基化酶在膀胱癌中的作用还未见报道，所知甚少。

KDM1A 属于KDM1 家族成员，含有黄素腺嘌呤二核苷酸依赖性胺氧化酶结构域，可以消除H3K9单甲基化和二甲基化标记，但不能使H3K9me3去甲基化。KDM1A在各种癌症中表达升高，其作用主要是平衡干细胞的自我更新和分化。KDM1A 在膀胱癌中的表达升高，其表达水平与膀胱癌分级、转移和预后高度相关。KDM1A 是EMT 的关键正向调节因子，抑制KDM1A表达可显著抑制膀胱癌的进展［21］。

KDM3A 的作用是催化H3K9me1、H3K9me2 去甲基化。虽然H3K9me1、H3K9me2是异染色质和非活性基因的标记，但研究表明KDM3A 催化的H3K9去甲基化对基因转录的影响取决于位点、细胞类型和细胞状态。KDM3A在膀胱癌中表达上调，协同缺氧诱导因子1α促进膀胱癌细胞增殖、集落形成和异种移植肿瘤生长，同时KDM3A 催化H3K9me2 去甲基化可激活同源盒蛋白Hox-A1基因表达，进而激活周期蛋白D1 转录，促进膀胱癌细胞的G1/S 期转变［22］。

KDM4 的作用是识别并催化H3K9me2、H3K9me3、H3K36me2、H3K36me3 去甲基化，调控抑制基因的H3K9me2、H3K9me3 标记和激活基因的H3K36me2、H3K36me3 标记可能是KDM4 最主要的功能。其家族成员KDM4A 在膀胱癌组织中的表达显著上调，并与患者的预后相关；KDM4A 通过调节EMT 和膀胱癌细胞的G1/S 期转变，促进细胞迁移、侵袭和调节细胞周期［23］。KDM4B 是H3K9 脱甲基酶，通过调控细胞周期蛋白依赖性激酶6 启动子区域组蛋白甲基化，促进膀胱癌细胞周期进程［24］。

KDM5B 是H3K4 去甲基化酶，在膀胱癌中表达明显升高，通过抑制连接蛋白26表达促进膀胱癌的发展［25］。

KDM6A 是H3K27 脱 甲基 酶，与 含有EZH2 的PRC2 具有拮抗作用，其突变直接导致膀胱癌细胞H3K27me3增加，促使膀胱癌细胞产生EZH2依赖性增殖，并且与成纤维细胞生长因子受体3 为拮抗关系［26］。KDM7A与膀胱癌的耐药性相关，在耐顺铂的膀胱癌细胞系中，KDM7A 通过H3K27me2 修饰调控雄激素受体与下游基因启动子的结合，促进膀胱癌细胞在顺铂作用下的存活［27］。

近年来，随着测序技术的兴起和对膀胱癌基因突变及基因表达的进一步深入研究，揭示了组蛋白甲基化与膀胱癌的发生和进展高度相关，膀胱癌存在全组蛋白甲基化修饰水平的改变，影响相关基因转录活性直接或间接影响膀胱癌的细胞周期及细胞增殖、迁移、凋亡等生物学进程。组蛋白甲基化作为潜在的治疗靶点，同时具有成为膀胱癌生物标志物的潜力，这为提高膀胱癌治疗效果和更加精确的早期诊断和预测复发提供了新的思路。