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基因表达的表观遗传调控最终与癌症的发展相关，其中翻译后组蛋白修饰是有关疾病监测和治疗的重要靶点。研究表明，甲基转移酶SETDB1引起组蛋白赖氨酸甲基化是几种癌症基因调控的共同特征，SETDB1异常活性与各种癌症的发展有关。SETDB1可通过下调关键抑癌基因发挥促癌作用，然而，在特定的癌症和分型中，SETDB1也可产生相反效应。2021年，Dimitrios Strepkos等人在《Cancer research》上发表了一篇题为《Histone Methyltransferase SETDB1: A Common Denominator of Tumorigenesis with Therapeutic Potential》的综述，对SETDB1活性在癌症发展和进展中的细胞和分子效应，以及当前不同癌症类型的靶向策略进行了最新概述，现介绍如下：  真核生物的基因表达是一个复杂的过程，在许多不同的水平上受遗传和表观遗传事件的相互影响，包括染色质可及性、转录、RNA加工和稳定性、翻译和蛋白质活性。表观遗传机制已经成为基因表达的主要调控因子，通过DNA甲基化和RNA干扰(RNAi)诱导核苷酸的化学修饰， 通过ATP依赖过程和翻译后组蛋白修饰诱导核小体重塑。而表观遗传变化的特异性、稳定性和可逆性使其成为疾病监测和治疗的重点关注目标。 DNA甲基化是目前研究最多的表观遗传机制，s-腺苷蛋氨酸(SAM)提供甲基基团，在DNA甲基转移酶(DNMT)催化下共价加成到DNA的胞嘧啶碱基上。它通常发生在CpG双核苷酸簇外的CpG岛，也可能发生在不含CpG的区域。当DNA甲基化发生在基因启动子中，它通过抑制转录因子结合或招募甲基-CpG结合蛋白(MBP)来影响基因转录，而MBP有利于抑制染色质重塑。另一种表观遗传修饰DNA的方法依赖于RNAi机制的双链RNA（dsRNA）和蛋白质成分的作用。dsRNA裂解产生的小RNA可以引导或招募表观遗传酶，例如，哺乳动物中的短链RNA（siRNA）已被证明可以诱导DNA和组蛋白甲基化，从而下调基因表达。核小体重塑活动也可以调节核小体DNA的可及性；ATP依赖酶可以削弱组蛋白八聚体周围的DNA紧密环，从而开放核小体DNA的转录。 组蛋白翻译后修饰允许特定细胞间相互作用，加强不同细胞之间的交流，在特定的时间和环境中控制基因激活或沉默。在不同类型的组蛋白翻译后修饰(乙酰化、甲基化、泛素化和苏素化)中，甲基化是染色质转录可用性的主要调节因子。 组蛋白甲基化改变染色质凝聚，使其处于有利于染色质转录的“开放”状态，或与特定染色质段转录减少相关的“封闭”状态。有三个酶家族可以介导组蛋白甲基化，包括Su(var)3-9 enhancer-of-zeste和SET结构域蛋白，甲基化赖氨酸残基的端粒沉默样蛋白，以及参与精氨酸甲基化的蛋白精氨酸N-甲基转移酶(PRMT)家族。 组蛋白3赖氨酸9 (H3K9)甲基化由几种SET结构域甲基转移酶介导，是转录活性降低的标志。H3K9的单甲基化和二甲基化是由常染色质组蛋白赖氨酸甲基转移酶2 (G9a)-G9a样蛋白(GLP)异源二聚体诱导的，该异源二聚体下调了常染色质区域的转录活性。杂色抑制基因3-9同源基因1和2(SUV39H1和SUV39H2)以单甲基化的H3K9为底物，介导H3K9的二甲基化和三甲基化。PR结构域锌指蛋白(PRDM)家族成员能够直接或间接地通过与其他甲基转移酶如G9a的交相作用使H3K9甲基化。SET结构域分叉的组蛋白赖氨酸甲基转移酶1 (SETDB1)催化所有形式的H3K9甲基化，但主要是二甲基化和三甲基化，产生相应的H3K9me2和H3K9me3组蛋白标记。 SETDB1蛋白质结构是由一个分叉的SET结构域和一个由数百个进化保守的氨基酸组成的干扰链组成（图1A）。SETDB1的C端参与甲基转移酶活性，通常在K867处泛素化以实现其全部功能。N端由甲基-CpG结合域(MBD)组成，负责与DNA(胞嘧啶-5)-甲基转移酶3 (DNMT3) 和H3K9的三甲基化以及CpG甲基化相互作用。两个Tudor结构域确保其锚定到含K和R的位点上，参与与其他调控蛋白的复合体形成。 SETDB1介导的H3K9me3的末端反应需要与辅因子ATF7IP相互作用，招募异染色质蛋白1 (HP1)，介导从常染色质到异染色质的构象转换（图1B、C）。因此，SETDB1对基因表达的影响主要是抑制的，间接影响其他组蛋白修饰。一些控制正常细胞功能的关键基因受SETDB1调控，包括p53、Wnt通路基因，如载脂蛋白E (APOE)、胰岛素样生长因子结合蛋白4 (IGFBP4)、卷曲1蛋白(FZD1) 和低密度脂蛋白受体相关蛋白8 (LRP8)， 同源盒基因A (HoxA1-7, HoxA9-11, HoxA13)和原癌基因c-myc，因此提出了发育表观遗传事件的关键介质。  图1不同癌症类型的SETDB1蛋白结构、甲基转移酶活性和基因靶点 在正常发育过程中，SETDB1参与中枢神经系统细胞系的胚胎学分化、X染色体的失活、抑制内源性逆转录病毒和控制辅助性T细胞分化。它主要在中枢神经系统胚胎发生的早期被激活，抑制滋养外胚层分化标记物(Gata2，Hand1，Cdx2)的表达，允许控制多能性的转录因子的表达。在正常的大脑发育过程中，SETDB1参与了星形细胞基因、胶质纤维酸性蛋白（Gfap）和SRY-box转录因子9（Sox9）的抑制，而SETDB1的缺失会加速星形细胞的生成，损害神经元的发育。然而，在胚胎发生的后期，SETDB1水平下降并允许星形细胞的生成。SETDB1进一步参与调控小鼠卵母细胞和胚胎的减数分裂和细胞周期，其抑制导致减数分裂恢复的延迟。它还参与了与逆转录转座与癌症易感性相关的ERVs的抑制。ERVs调控参与CD4 T细胞分化，通过对它们的抑制作用，SETDB1对辅助性T细胞反应表现出proTh2效应。此外，SETDB1或其任意下游靶点的突变和/或功能障碍与多种疾病有关，包括神经系统紊乱、肥胖和癌症发生。 最近的研究表明，SETDB1在大多数癌症类型中过表达，有利于肿瘤的发展。根据TCGA研究网络的数据，SETDB1在10.8%的肝癌、9.1%的乳腺癌、8.4%的膀胱癌、7.4%的卵巢癌、6%的子宫癌中被扩增，在约5%的黑色素瘤中发生突变。 胶质瘤组织中，SETDB1核表达水平较正常脑组织上调（80%），并与晚期组织学分级呈正相关。同样地，在鼻咽癌和转移性头颈癌细胞和组织中观察到SETDB1的mRNA和蛋白水平上调，参与抑制肿瘤抑制基因的表达，降低患者生存。研究表明，上调SETDB1可促进细胞增殖、迁移和侵袭，可能是通过促进细胞从G1期过渡到S期，而缺失SETDB1可通过增加细胞凋亡抑制这些促肿瘤特性。 原发性肺癌细胞(小细胞和非小细胞)已被证明具有与SETDB1过表达相关的SETDB1拷贝数增加。这种过表达能够促进癌症在体内和体外的生长。在非小细胞肺癌(NSCLC)组织中，SETDB1表达增加与细胞增殖、迁移和侵袭相关；此外，它还与Ⅰ期NSCLC患者的肿瘤复发以及不良预后有关。然而，其他数据表明SETDB1水平和临床分期之间没有关联。此外，SETDB1在肺腺癌高转移亚系中表达受损，具有抗癌作用。因此，SETDB1可被认为是NSCLC早期的关键癌基因，在肿瘤进展和晚期阶段意义降低。 在乳腺癌中，SETDB1异常表达并促进其发生、进展和转移。肖和他的同事发现SETDB1 mRNA水平升高，H3K9甲基化轻微上调，提示SETDB1在乳腺癌中的致瘤功能可能与其甲基转移酶活性无关。此外，SETDB1在三阴性乳腺癌中被扩增，诱导上皮-间充质转化(EMT)，引起细胞粘附功能失调，呈梭形细胞形态。 胃癌也与SETDB1功能失调有关，有助于抑制细胞凋亡和不良预后。在结直肠癌细胞中，通过阻断G1-S细胞周期转化，SETDB1被证明是一种细胞生长抑制剂。此外，其过表达与结直肠癌的组织学分级和TNM分期增加有关。重要的是，SETDB1缺失逆转了受影响基因的转录状态，并诱导癌细胞向减数分裂后的正常样细胞分化和转化。 在卵巢浆液性癌(SOC)中，已经检测到与晚期临床阶段、淋巴结转移、化疗耐药性和更短的无进展患者生存期相关的高环状SETDB1 RNA（circSETDB1）水平，这意味circSETDB1可作为预测疾病复发、无进展生存期以及对铂类和紫杉类联合化疗的反应的一个很有前途的工具。 与邻近的正常前列腺或良性前列腺增生组织相比，在体外前列腺癌组织和雄激素非依赖性肿瘤中也检测到SETDB1的过表达。siRNA在体外敲除SETDB1可减少集落形成，诱导G0-G1细胞周期停滞，抑制癌细胞生长、侵袭和迁移。 在黑色素瘤的发生中，SETDB1表达与高有丝分裂计数、侵袭深度(Clark水平)和表皮受累程度呈正相关。在伴有肿瘤厚度和侵袭性增加的转移性和高危原发性黑色素瘤中已经观察到SETDB1的高表达，与较差的预后相关，并可作为一个有价值的预后因素。 在急性髓系白血病（AML）患者样本中，与正常造血细胞相比，检测到较低的SETDB1水平，而较高的SETDB1水平与更有利的总生存率呈正相关。SETDB1介导的H3K9甲基化被证明可以抑制细胞生长和自我更新，通过抑制前白血病基因，在体内促进 AML疾病进展。 多项研究表明，SETDB1可能通过抑制肿瘤抑制基因如Ras关联结构域家族1亚型A (RASSF1A)和TP53来促进脑肿瘤的发生。SETDB1可以招募RASSF1A启动子区域的DNMT3A，启动DNA从头甲基化，导致RASSF1A抑制，这与增殖、侵袭和晚期CNS肿瘤相关。此外，星形细胞瘤中H3K9me3和SETDB1水平同时升高，这表明SETDB1可能是中枢神经系统肿瘤中H3K9三甲基化的主要作用因子。SETDB1与转录调节因子MBD1和含MBD1的染色质相关因子1 （MCAF1）相互作用形成MBD1:SETDB1:MCAF1复合物，参与H3K9甲基化。MBD1与肿瘤抑制基因甲基化的CpG岛结合，如E-钙粘蛋白（CDH1）、RASSF1A、金属蛋白酶抑制剂3 （TIMP3）、P14交替阅读框（P14ARF）和视网膜母细胞瘤蛋白（Rb），下调它们的转录从而促进肿瘤发生。此外，SETDB1增加了 FBJ小鼠骨肉瘤病毒癌基因同源物B （FosB）的表达，FosB编码亮氨酸拉链蛋白，与Jun家族蛋白二聚形成激活蛋白1 （AP-1）转录因子复合物，增强机体对化疗药物的耐药性。FosB在应对慢性压力时上调，并促进脑细胞的应激恢复能力。siSETDB1转染的FosB/Jun AP-1的抑制进一步表明，降低了胶质瘤细胞的集落形成活性、增殖和迁移。 在LSCLC中，SETDB1表达与p53和AKT（AKT丝氨酸/苏氨酸激酶1）通路的细胞增殖、迁移和侵袭相关。miR-29已被证明可下调SETDB1的表达，并增加参与LSCLC形成的p53的表达。p53反过来能够上调miR-29的表达并进一步下调SETDB1。此外，SETDB1可以激活肺细胞中的Wnt通路，导致核b-连环蛋白的积累，并诱导肿瘤样表型。 恶性胸膜间皮瘤（MPM）最近被证明具有高频率的SETDB1突变，特别是无意义突变（Y249X）或移码突变（V132fs），产生无功能的SETDB1蛋白。在女性频率增加的年轻MPMs的临床亚群中，早期p53突变诱导染色体丢失，导致接近单倍体状态、基因组重复和SETDB1失活。 在乳腺癌中，SETDB1的沉默显著降低了与细胞周期进展相关的基因表达，如磷酸化的Rb蛋白、细胞周期蛋白E1和细胞周期蛋白A2。此外，SETDB1增强了内部核糖体进入片段（IRES）介导的癌基因c-myc和细胞周期蛋白D1（CCND1）的翻译。IRES片段位于c-myc和CCND1 mRNAs的5’非翻译区（5’UTR），允许直接进入核糖体内部，从而启动蛋白质翻译。多梳环指蛋白BMI1是c-myc的下游靶点之一，抑制两个主要的细胞周期衰老调节因子，CDKN1A/p21（细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂1A）和CDKN2A/p16（细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂2A）。沉默SETDB1可下调BMI1，上调p16和p21的表达，从而诱导细胞周期阻滞和细胞衰老。因此，激活的c-myc/BMI1轴介导SETDB1的致癌活性，导致肿瘤生长和集落形成。值得注意的是，c-myc本身与SETDB1启动子结合，增强其转录。 此外，SETDB1与DNp63a相互作用，促进了p63蛋白的稳定性。p63是p53家族的一员，是上皮细胞生物学的调节因子。假设这种相互作用将SETDB1重定向到特定的基因组区域，并改变其H3K9me3标记，导致乳腺癌细胞中的染色质修饰和基因沉默。这些区域的例子包括肿瘤抑制基因，如APOE、p53和HoxA，在沉默后会促进乳腺癌以及黑色素瘤、卵巢癌、肺癌和肝癌的侵袭性肿瘤表型。SETDB1也是乳腺癌细胞中肿瘤抑制基因RASSF1A启动子H3K9三甲基化的部分原因。SETDB1的沉默不利于肿瘤细胞的生长，这表明SETDB1与DNp63a联合在乳腺癌中显示出致癌的潜力。 SETDB1促进端粒选择性延长（ALT），这是一个重组的过程，以应对过度异染色质形成，使癌细胞永生。在缺乏SETDB1的细胞中，与端粒相关的乳腺癌1型易感蛋白（BRCA1）减少，端粒是一种ALT促进基因和端粒保护基因，与大多数家族性乳腺癌病例有关。 在小鼠胰管腺癌（PDA）中，SETDB1也被证明可以直接结合p53并调节其表达，而SETDB1缺失则会导致p53水平升高和p53诱导凋亡。另一方面，即使在失去两个p53等位基因后，它也能对KRAS诱导的PDA起保护作用。SETDB1缺失进一步诱导腺泡-导管化生和胰腺上皮内瘤变的加速形成，提示其在PDA的早期、癌前阶段具有肿瘤抑制作用。 TGF-β信号在调节卵巢表面上皮细胞生长中发挥重要作用，在卵巢肿瘤发生的早期起抑癌作用，在晚期卵巢癌中起肿瘤增强因子作用。TGF-β信号通路参与了SMAD2和3到IL-2启动子近端区域的募集。主要是SUV39H1，但也有SETDB1，与SMAD3结合，促进组蛋白甲基化和抑制T细胞受体介导的IL-2转录，表明SETDB1在卵巢肿瘤发生中的替代机制。在子宫内膜癌中， SETDB1可抑制肿瘤抑制因子p53及其靶点，凋亡蛋白TNF受体超家族成员10b（TNFRSF10B）和细胞周期抑制因子CDKN1A，促进肿瘤的发生。 SETDB1还被证明可以通过与参与逆转录转座子抑制的转录抑制因子RPB5前折叠蛋白（URI）相互作用影响前列腺癌细胞的基因组稳定性。由于逆转录转座子在整个基因组内具有内在的移动能力和激活宿主的免疫反应，因此可以破坏正常的细胞生理机能。在前列腺癌中， KAP1与前列腺细胞核中的URI相互作用。URI 表达的改变影响SETDB1介导的KAP1对逆转录因子的抑制功能，促进基因组重排。 在黑色素瘤中，SETDB1表达与p16INK4甲基化相关，同时与BRAFV600E突变合作促进黑色素瘤的发展和家族易感性。SETDB1的致癌作用是通过调控下游靶点介导的，包括THBS1，这是一种分泌糖蛋白，可促进黑色素瘤的侵袭和转移。 最后，骨肉瘤中的SETDB1调节谷氨酸受体，GRIK2。在一些骨肉瘤中，GRIK2基因的5’端基因间区和第一个内含子的6q16.3区域缺失，导致GRIK2过表达，肿瘤侵袭性降低。值得注意的是，在这些骨肉瘤的缺失区域中发现了一个SETDB1的结合位点，干扰了SETDB1的正常结合，这通常会导致GRIK2基因的甲基化和表达降低。因此，GRIK2的过表达，引起细胞凋亡，减少细胞增殖和迁移，从而揭示了SETDB1在骨肉瘤中可能的致瘤作用。 多项研究表明，SETDB1的缺失导致体外细胞周期进展延迟、细胞增殖和迁移减少，并降低体内肿瘤的生长。目前可用的影响SETDB1功能的药物包括SET-domain HMT抑制剂或H3K9甲基化抑制剂和miRNAs。然而，不幸的是，用于临床前测试的SETDB1抑制剂大多是非选择性化合物。 在肺癌细胞中，甲基转移酶抑制剂DZNep可降低H3K9me3水平和SETDB1的表达，同时增加肺癌细胞凋亡和细胞生长减少。此外，在NSCLC中，当SETDB1表达增加时，miR-29下调，提示了一个潜在的治疗靶点。研究还发现，一种可诱导活性氧生成的天然生物碱化合物Piperlongumine也能降低肺癌细胞株中SETDB1的表达，最终以更有选择性的方式导致癌细胞死亡。有趣的是，一些已批准的化疗药物，包括紫杉醇(PTX)、顺铂和阿霉素已被证明会影响SETDB1和H3K9me3的水平。PTX通过上调p53表达来降低SETDB1的水平。而顺铂和阿霉素可降低H3K9me3水平并抑制肿瘤生长。 在结肠癌细胞中耗尽SETDB1并联合细胞毒性药物，如5-氟尿嘧啶、伊立替康和奥沙利铂，可促进癌症干细胞向减数分裂后的正常样细胞分化，并促进其对已经使用的治疗药物的敏感性。这些结果显示了一种选择性靶向癌细胞的替代方法，增加了现有抗癌药物的疗效，并获得了更大的抗肿瘤效果。 通过下调SETDB1表达和p53活性，miR-621过表达可增强肝癌细胞的放射敏感性。此外，miR-29在肝癌细胞中与SETDB1相互作用，促进肿瘤的侵袭性。Mithramycin A也可降低SETDB1的表达，并显著降低过表达SETDB1的肝癌和黑色素瘤的肿瘤生长。 在黑色素瘤细胞系中，小抑制剂分子CAS 935693-62-2靶向降低SETDB1在活细胞中的水平。当使用SETDB1抑制剂、BRAF和MEK抑制剂维罗非尼和曲美替尼联合处理BRAF突变细胞时，效果增强。 在乳腺癌中，miR-381-3p抑制肿瘤进展并下调SETDB1表达，被认为是一种SETDB1抑制剂。然而，当SETDB1水平恢复时，抑制被克服，SETDB1实际上破坏了miR-381-3p的生理调节功能。 此外，许多特异性的TGF-β信号抑制剂已被证明可以靶向调控SETDB1。SMAD7是SETDB1的靶点和TGF-β信号通路的拮抗剂，已被证明可以防止多种癌症发生转移。通过上调TGF-β抑制基因SMAD7，降低间充质乳腺癌细胞株中TGF-β/SMAD4信号通路，导致DNA去甲基化和上皮相关基因（如CDH1）的重新表达，这些基因最初被SETDB1沉默。联合SETDB1和TGF-β通路的特异性抑制剂可能是抑制乳腺癌转移的更有效的治疗方法。 小豆蔻明通过下调与患者低生存率、化疗耐药性、侵袭性增加和干细胞表型相关的炎症介质，在乳腺癌肿瘤发生中显示出有益的作用。它还抑制SETDB1，并与抑制乳腺肿瘤生长有关。 Hox反义基因间RNA (HOTAIR)是一种功能性的非蛋白长链非编码RNA (lncRNA)，其过表达已被证明通过不同的机制促进乳腺癌的进展。在乳腺癌干细胞中，HOTAIR直接抑制miR-7，可以上调SETDB1、STAT3和c-myc并抑制E-cadherin，从而促进EMT。一些HOTAIR抑制剂(calycosin, genistein, delphinidin-3-glucoside, and BML-284)也被证实可以影响乳腺癌的发展，但它们在SETDB1调控中的潜在作用需要进一步研究。最后，SETDB1或H3K9me3甲基化抑制剂可用于乳腺癌细胞和其他能够利用该途径抑制ALT通路激活的癌细胞，从而抑制癌细胞生存和进展。 H3K9me2/3抑制剂UNC0638在髓系白血病细胞中表现出细胞毒性，而正常骨髓细胞显示cKit 造血干细胞和祖细胞系扩增的增加，表明了SETDB1抑制的治疗潜力。在APL中，三氧化二砷处理小鼠细胞可诱导PML降解，显著降低SETDB1水平，PML-NB分解，Id2表达增加。 “论肿道麻”述评 SETDB1参与了许多肿瘤的发展，主要负责由H3K9me3介导的基因抑制。虽然p53似乎是一个常见的SETDB1靶点，但甲基化基因的类别在不同类型的癌症中有显著差异。此外， 已经观察到SETDB1与转录因子如STAT1启动子直接结合的基因激活效应，这种新的作用机制需要进一步研究。总体而言，SETDB1的活性与增强的侵袭性和更差的疾病预后相关，并被分配为癌症基因普查（CGC）数据库中的致癌基因。鉴于这些效应，使用 SETDB1 抑制剂下调与更具侵袭性的癌症表型相关的基因，被证明可能有助于当前放射治疗和免疫治疗效果的最大化。如上所述，miR-621过表达已被证明可以通过下调SETDB1表达和p53活性来增强肝癌细胞的放射敏感性。然而，需要进一步的研究来确定这些推测在其他耐药癌症类型中的有效性。 此外，SETDB1的靶向可能在某些情况下（包括AML）的肿瘤抑制中起作用。因此，阐明SETDB1的细胞内机制和识别参与特定癌症类型发展的相关基因是必要的。SETDB1与其他甲基转移酶和去乙酰化酶的复杂相互作用还需要进一步研究，阐明特定的SETDB1靶点将增强药物靶向的特异性，避免脱靶效应，并在合理的治疗中成功地实施SETDB1通路操作。因此，我们需要进一步的临床研究来调查SETDB1靶向治疗癌症患者的疗效和副作用，以改善癌症预后和生存率。 审校：张军，缪长虹  |
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