组蛋白甲基化修饰 组蛋白修饰对基因表达的影响
乡情-元宵节英语介绍
2023年3月3日发(作者：雷锋精神作文)组蛋白修饰与癌症
摘要：表观遗传调节异常逐渐被认为是癌症的标志。尤其是翻译后的组蛋白修
修饰，被认为在癌症发展过程中起到关键作用。后翻译组蛋白修饰参与致癌作
用的各个阶段。组蛋白修饰也被探索为疾病发生发展的可能标志物。这篇文章
讨论了组蛋白修饰在癌症生物学中扮演的角色以及探索他们预后的可能性。
癌症一直被公认为多效性和多方面的疾病，和发展的起始，是由无数的因素的
影响。由于其显著的错综复杂性，癌症的概念作为表观遗传疾病，以及遗传，
改变已经获得了相当大的势头，在科学界，[1]。表观遗传学是研究遗传的表
型，这是不是由DNA序列编码[2，3]。对于癌症，“表观遗传学”通常是指在
DNA甲基化变化微小，组蛋白翻译后修饰，和其他染色质元素，可以改变基因的
表达。
组蛋白修饰和癌症
组蛋白是高度保守的碱性蛋白质，可以成为氨基酸残基位于N-末端C-
末端的翻译后修饰。有四个核心组蛋白：蛋白2个（H2A），B组蛋白2（H2B）、
组蛋白3（H3），和组蛋白4（H4），和一个连接组蛋白，组蛋白1（H1）。约146
个碱基对的DNA缠绕在组蛋白八聚物，组成每个核心组蛋白的两个副本，在左
手超螺旋圈。H1，这是不包括在核小体的“珠”，作为一个连接有助于安全的DNA
缠绕在核小体。
组蛋白残基磷酸化，乙酰化，甲基化可以成为，，sumolyated，泛素化
和ADP-核糖基化。不像其他的修饰。氨基酸的甲基化，如赖氨酸和精氨酸，
可以改变量。赖氨酸残基（K）可以是单，双，或三甲基化，而精氨酸残基（R）
可以是单甲基化和对称或不对称的二甲基化。值得注意的是，无论是乙酰化（AC）
和精确的（me）的赖氨酸甲基化（即单-，二-，和三甲基化）都可以影响染色
质的活性和失活的状态和随后的基因的转录状态。
浓缩的乙酰化组蛋白尾巴是具有代表性的与转录激活有关的基因。而
甲基化的功能性结果取决于甲基基团的数目，残基本身，其位置在组蛋白尾部。
例如，组蛋白3赖氨酸4二和三甲基化（H3K4me2和H3K4me3）和组蛋白3赖氨
酸9（H3K9me1）化与开放的染色质和活性相关的基因表达，而组蛋白3赖氨酸
27二和三甲基化（H3K27me2和H3K27me3）和组蛋白3赖氨酸9二和三甲基化
（H3K9me2和H3K9me3）与活性染色质和基因表达的激活有关。此外，一些标志，
如组蛋白3赖氨酸4单甲基化（H3K4me1）和组蛋白乙酰化赖氨酸27（3H3K27ac）
在基因增强子中被发现，甚至远距离影响基因表达。活性剂富含H3K27ac，而那
些只有H3K4me1的活性增强剂准备响应一个刺激激活。
从组蛋白的尾部添加或去除翻译后修饰是动态的，是由多个不同的组
蛋白修饰酶进行的。该酶参与所谓的“写作”和“擦除”这些可逆的标志包括
组蛋白乙酰转移酶（HATs）和组蛋白去乙酰化酶（HDAC），组蛋白甲基转移酶
（HMTs），组蛋白去甲基化酶（HDMS），组蛋白泛素化酶以及去泛素化酶，可以
是具体的（即组蛋白甲基转移酶和demethylses）或一般（即HATs和HDACs）
他们都可以识别和改变组蛋白尾部的氨基酸残基。应该指出的是，例如组蛋白
去甲基化酶在2006年被第一次发现，这些酶以及组蛋白的甲基化都可以修饰组
蛋白以外的蛋白。由于组蛋白修饰在基因调控和表达的基本作用，所以在癌症
中发现组蛋白标志物的异常模式不是令人惊讶的。在高通量测序技术的进步已
经发现在肿瘤发生过程中出现染色质变化的全基因组的映射。据报道，癌细胞
失去了组蛋白乙酰化和甲基化，主要发生在乙酰化和三甲基化的组蛋白H4Lys16
Lys20残基。这些损失也与DNA重复序列的甲基化有关，癌细胞的一个显著的特
征。
组蛋白修饰酶不恰当的修饰，如HDACs，HATs，HMTS和HDMS，通常负
责异常的组蛋白修饰。例如组蛋白去乙酰化酶，经常被认为在前列腺癌和胃癌
是过度表达。HDAC1被证明与视网膜母细胞瘤蛋白（Rb）的抑制有关，与Rb共
同抑制与编码细胞周期蛋白cyclinE相关的转录因子E2F调控的启动子。同时，
融合蛋白的异常结构是通过HAT和与HAT相关的基因的染色体易位而发生的，
是在白血病中被发现的。在肿瘤细胞中的组蛋白甲基转移酶和去甲基化酶的异
常也会导致异常的组蛋白修饰方式。删除一个特定的甲基转移酶EZH2、，与小鼠
体内自发的T细胞白血病发生高频率相关。此外，EZH2基因被发现在前列腺癌
和乳腺癌中高表达。
Histonemodificationandcancerprognosis
乳腺癌是一种异质性的疾病，从癌变前的增生到具有浸润性和转移性
的癌症是导致女性死亡的第二大杀手。检查人乳腺癌的特点显示，组蛋白修饰
状态，肿瘤生物标志物的表型和临床结果有高度显着的相关性。在腔样乳腺肿
瘤中检测到全组蛋白乙酰化和甲基化水平升高与良好预后相关。同时，中等
水平低的h4k12acH3K18ac、和，以及H3K4me2，H4K20me3，和H4R3Me2与较差
的预后相关包括基底癌HER-2阳性肿瘤。此外，该分析还显示大多数乳腺癌病
例中表达量低或缺失H4K16ac，可能是乳腺癌的一个早期迹象。除了在全球范围
内的组蛋白修饰的改变，乳腺癌也表现出特定的基因特异性组蛋白改变。乳腺
癌组织的染色质免疫共沉淀（ChIP）分析表明，着丝粒卫星（SAT2）随着H3K9me3
的水平上调，这是转录抑制的标志。
组蛋白修饰酶的异常表达与乳腺癌的预后有关。EZH2的过表达，被证
明与乳腺癌的侵袭性和患者较差的预后相关。LSD1，或kdm1a也在雌激素受体
（ER）高阴性肿瘤被发现。此外，患者的肿瘤具有组蛋白去乙酰化酶6（HDAC6），
高表达是一种晚期反应雌激素诱导上调表达的基因，有一个较低的水平，这种
酶的预后较好，在无病生存期
白血病
美国癌症协会估计，2012年将有47150个新的白血病患者。白血病是
骨髓和血液的一种癌症，根据细胞类型和生长为四个主要群体速率分类：急性
淋巴细胞（ALL）、慢性淋巴细胞性（CLL）、急性髓系白血病（AML），及慢性粒
细胞白血病（CML）。几乎90%的白血病病例诊断成人AML患者和慢性淋巴细胞性
白血病。芯片分析AML患者样本显示，上百个启动子区域与H3K9me3水平下降
有关，H3K9突变信号改善，染色体核型、年龄都与预后预测有关。芯片分析还
表明，在AML患者中组蛋白去乙酰化酶1（HDAC1）和许多的HDAC1的结合改变
了参与造血基因的启动子从而调控转录和信号转导是一种常见的特征。此外，
HDAC1的结合模式也与患者生存率相关。
胃癌和食管癌
胃癌是一种常见的侵袭性恶性肿瘤，其预后较差。2012年GC发生在美
国估计有21300例新病例，估计10540人死亡。胃腺癌的免疫组织化学分析表
明，H3K9甲基化水平（H3K9me3）与肿瘤分期，淋巴管浸润，肿瘤复发呈正相关。
此外，基因组分析表明，高表达的H3K9me3与低生存率呈正相关，这是转录抑
制的标志。芯片分析显示128个基因的H3K27me3水平差异显著，有119个基因
处于高水平表达（即MMP15、UNC5B，和SHH）的标记和9个处于低水平表达（即
Rb1和aff3）
食管癌的发生占美国所有癌症1-3%，据估计，2012年大约有12000人
将死于食管癌。从恢复的食管癌患者样本进行临床病理分析食管鳞状细胞癌
（ESCC）显示肿瘤的分化和H3K18acH4R3Me2H3K27me3水平呈正相关。早期阶
段H3K18ac和H3K27me3低表达与更好的预后相关。食管鳞状细胞癌的H3K18ac
和H4R3Me2表达也与无复发生存率（RFS）相关。食管癌患者也表现出EZH2基
因的异常表达，这是与浸润深度更大，远处转移，与较短的无病生存时间显著
相关。
肾脏，肝脏，胰腺癌症
在2012年，大约有65000例新发病例，13540例（肾）癌死亡。肾细
胞癌可分为3类：肾细胞癌（RCC）（92%），肾盂癌（RPC）（7%），肾母细胞瘤（1%）
（儿童癌症，通常发生在5岁之前）。当组蛋白H3赖氨酸4（H3K4）单，二和三
甲基化水平在RCC样本发现H3K4me3染色更加强烈，而H3K4me1和H3K4me2在
不同肾癌中表达相似。H3K4甲基化的联合修饰是RFS的独立预测因子。在RCC
患者的不良预后也与较低水平的H3K9me1相关。
2012年预计有28720例新发的肝癌（包括肝内胆管癌），其中80%以上
为肝细胞癌（肝癌）。肝癌是全世界癌症死亡的主要原因，尽管改进外科技术和
化疗长期预后仍然不佳。免疫组织化学分析显示高表达的H3K4me3与HCC患者
预后呈负相关。H3K27me3的高表达水平也预示着HCC患者较差的预后。相关分
析表明，H3K27me3在肝癌高表达与肿瘤体积大小，多样性，分化差显著相关。
此外，在肝癌患者H3K27me3的高表达与生存时间缩短，血清甲胎蛋白α水平，
肿瘤大小和多样性、临床分期、血管浸润和复发密切相关。
胰腺癌是一个死亡率高达97-98%且极具侵略性的疾病。这种恶性肿瘤
的预后极差，主要是由于其侵袭性的生物学行为和晚期症状的临床诊断。有关
胰腺癌的分析显示低水平的H3K4me2，H3K9me2，或H3K18ac都可以作为单因素
和多因素模型中独立的预测因子，结合低水平H3K4me2和/或H3K18ac是最重要
的预测因子。在亚组分析中，在胰腺导管腺癌EZH2的表达还与患者的生存率和
疾病的侵袭性相关。高水平的EZH2与E-cadherin的表达量的降低均具有显著
的相关性。
总结
尽管诊断和技术有所改进，癌症治疗仍然具有挑战性。这是一个异质
性的疾病，不同的患者往往有不同的临床表现。因此，预测癌症的临床行为可
以确定最合适的治疗干预措施。更好地了解早期的组织学和分子的变化，在
前体病变的发生以及恶性肿瘤，也可能改善临床预后，并允许更好的治疗药物
的发展。
通过文献综述表明，组蛋白翻译后修饰在肿瘤生物学中发挥重要的作
用，成为疾病亚型的显著预测因子。在肿瘤组织中，组蛋白标记总体水平的下
降，如，H3K9Ac、H3K18ac、H3K4me1，H3K4me2，H3K9me2，H3K9me3，H4K5ac，
h4k8ac，H4K16ac，H4K20me3，和H4R3Me2与许多癌症患者的不良预后有关。而
且文章还表示组蛋白甲基化和乙酰化水平的下降可能导致癌细胞的转移，因为
癌细胞的增值速率很快而且癌细胞内大分子生物合成反应可能耗尽供体甲基化
和乙酰化的水平，如AcCoA
虽然还需要进一步的研究来证实组蛋白标记为癌症的预后标志物，以
后还可能用于表观遗传病的治疗。组蛋白的靶向药物，如组蛋白去乙酰化酶
（HDAC）抑制剂，羟肟酸（萨哈，Zolinza），和罗米地辛（Istodax）已经被FDA
批准临床使用。被疾病和抗癌治疗的目标都给出了双重潜在生物标志物，在肿
瘤病因组蛋白翻译后修饰的作用值得进一步研究和探索。