表遗传学是研究没有DNA序列变化的、可遗传的基因表达与调控的改变，主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰、RNA干扰、基因组印记等。大量研究表明，恶性肿瘤的发生与表遗传学的改变有关，尤其是DNA甲基化和组蛋白修饰；在胃癌和大肠癌的发生发展中，抑癌基因的表达沉默起着重要作用，而这种沉默与组蛋白修饰关系密切。本文就组蛋白修饰及其在胃肠道恶性肿瘤相关抑癌基因中的研究进展作一综述。

1组蛋白及组蛋白修饰概况

染色体的基本单位核小体是由组蛋白 H2A、H2B、H3、H4各2分子形成的八聚体核心和在八聚体上缠绕175圈的146 bp DNA所组成，这四种组蛋白是由一球状区和突出核小体外的组蛋白尾组成的碱性蛋白质。组蛋白的翻译后修饰（HPTM）有着重要的生物学功能，主要包括乙酰化、磷酸化、甲基化、泛素化、SUMO化等，各种修饰的组合构成了调节生物学功能的组蛋白密码（histone code）。在特定的时间和空间中，组蛋白发生一系列的共价修饰，从而将组蛋白密码翻译成特定的染色质状态，实现对基因表达的调节。此外，组蛋白修饰还可通过对不同剪接调节物的募集而影响pre\|mRNA的剪接，从而丰富了组蛋白密码的内涵\[1\]。

2组蛋白修饰

21组蛋白乙酰化乙酰化主要发生在组蛋白N端特定的赖氨酸ε\|氨基上，在组蛋白乙酰转移酶（HAT）和去乙酰化酶（HDAC）的作用下保持动态平衡,且与染色质转录活性密切相关。研究表明，组蛋白乙酰化可使核小体松散暴露结合位点，使转录因子复合体顺利结合于起始位点，激活转录；而在转录延伸中，RNA聚合酶Ⅱ通过甲基化的H3K36时发出去乙酰化信号，Rpd3S通过其chromo和 PHD结构域被募集到H3K36处并使其去乙酰化，从而抑制隐藏于编码区中的起始位点的转录，使特定的转录顺利进行\[2\]。组蛋白乙酰化和去乙酰化的协同作用维持着正常的细胞活动，若这种协调作用被破坏，则导致基因调控紊乱，如癌基因的激活、抑癌基因的沉默等。此外，组蛋白乙酰化在DNA损伤反应、B细胞活化和记忆T细胞的分化中也发挥着重要作用\[3\]。

22组蛋白磷酸化 磷酸化是一种常见的组蛋白修饰方式，其对于细胞分裂中DNA复制和染色质的聚集至关重要\[4\]，还与DNA损伤和修复密切相关\[5\]。研究发现，H3S10是一个重要的转录相关磷酸化位点，且H2BS14的磷酸化与细胞凋亡有关，这种磷酸化依赖于H2BK15的去乙酰化，其暗示这两个相邻位点的修饰协同参与细胞凋亡的发生\[6\]。

23组蛋白甲基化组蛋白甲基化由组蛋白甲基转移酶（HKMT）催化完成，研究显示H3K4甲基化酶SMYD3和H3K27甲基化酶EZH2的表达异常与肿瘤的发生密切相关。新近发现H3K9去甲基化酶GASC1在癌组织中高表达并能诱导细胞增殖，提示其也可促进肿瘤的发生\[7\]。组蛋白甲基化与DNA甲基化之间也可能存在着一种协同作用，从而使DNA和组蛋白的甲基化模式保持一致。此外，组蛋白甲基化还参与DNA修复、基因组印记、细胞分化调节和记忆形成等生命活动\[8\]。Akimoto C等\[9\]发现Y染色体上的SMCY基因产物有雄性特有的H3K4去甲基化酶活性，且该基因与减数分裂有关，提示组蛋白甲基化也可能涉及精子的发生。

24组蛋白泛素化组蛋白泛素化通常属于单泛素化修饰,与甲基化类似，且因泛素化的位点不同而引起抑制或激活作用。目前认为，泛素化修饰对基因调控的机制为泛素化通过与其他组蛋白修饰相互作用并作为转录因子的募集信号而起始转录。组蛋白泛素化是动态可逆的，通过去泛素化酶Ubp8和Ubp10，可以使H2BK123位点去泛素化，其与基因激活和异染色质的维持相关。

3常见肿瘤抑制基因的组蛋白修饰

31P16基因P16又称多肿瘤抑制基因（MTS），其编码产物是一种细胞周期负调节蛋白，可通过与细胞周期蛋白依赖激酶CDK4和CDK6结合而阻滞细胞周期。研究表明，P16的表达下调与胃肠道肿瘤的发生发展有关。在结肠癌中，H3K9和 H3K4的修饰异常与DNA甲基化共同引起P16的表达沉默，虽然HDAC抑制剂（HDACI）TSA能够引起沉默位点H3K9和H3K4乙酰化增加，但对甲基化没有影响，并且对P16的表达只有很小的影响；相反，DNA甲基转移酶抑制剂5\|aza\|dC可降低H3K9和DNA的甲基化并引起P16表达恢复，二者联用时效果更明显。HDACI scriptaid还可增加H3K4的甲基化并降低H3K9的甲基化，使结直肠癌细胞株的生长以scriptaid剂量依赖的方式被抑制，其提示scriptaid对翻转抑制性染色体标记比TSA有着更广泛的作用。

32hMLH1基因hMLH1是错配修复系统最重要的基因之一，其缺陷可引起突变频率增加、微卫星不稳定等，从而导致肿瘤发生。Meng等\[10\]在胃癌的研究中发现，hMLH1的表达沉默除了与DNA甲基化有关外，还与H3K9的低乙酰化和高甲基化及H3K4的低乙酰化有关，TSA对hMLH1表达的影响与其对P16的影响相似。但用5\|aza\|dC处理hMLH1阴性表达的结肠癌细胞株时，发现DNA甲基化先发生，然后是hMLH1的转录复活，最后才是组蛋白修饰的逆转，而HDACI的干预却没有这种现象。因此推测，DNA甲基化不是必须与组蛋白修饰结合才可发挥表达抑制作用，其可能是hMLH1表达沉默最直接、最主要的表遗传机制，而组蛋白修饰可能只是DNA甲基化抑制作用的辅助因素，这可以解释TSA仅能微弱影响hMLH1的表达、而5\|aza\|dC可明显恢复其表达，且二者联合有更强作用的原因。

33MGMT基因MGMT是一种重要的错配修复基因，负责DNA烷基化损伤的切除修复。研究发现，胃癌MGMT基因的表达与其启动子区DNA的高甲基化呈负相关，且5\|aza\|dC干预可恢复MGMT表达，其说明表遗传学改变确实是导致MGMT表达缺失的一种独立机制。通过比较联用5\|aza\|dC与TSA和单用5\|aza\|dC对MGMT表达的影响，可以发现5\|aza\|dC与TSA联用时MGMT表达水平更高\[11\]，因此推测组蛋白修饰在MGMT的沉默中与DNA甲基化起协同作用。在结肠癌的研究中则发现MGMT的沉默伴随H3K9甲基化的增加和H3乙酰化的降低，其进一步证实组蛋白修饰异常参与了MGMT的表达调节。

34E\|cadherin基因E\|cadherin是一种重要的钙依赖性粘附分子，可以维持上皮细胞间的同质性粘附及组织结构完整性，其表达与肿瘤的浸润转移呈负相关。研究表明，E\|cadherin启动子区的DNA甲基化状态与其表达和胃癌癌前病变密切相关。Liu 等\[12\]研究发现，在无DNA甲基化的结肠癌细胞株中，TSA能引起H3K9乙酰化增加的同时还能诱导E\|cadherin的表达。研究还发现，ZNF198样蛋白也参与E\|cadherin表达调控，该蛋白能与LSD1\|CoREST\|HDAC1(LCH)复合体结合，通过去除与转录活化有关的组蛋白修饰而抑制E\|cadherin的表达\[13\]。其说明组蛋白修饰参与了E\|cadherin的表达调控。

35RUNX3基因RUNX3是近年来新发现的肿瘤抑制基因，其在人类多种恶性肿瘤尤其是胃癌的发生过程中起重要作用。Lee 等\[14\]发现胃癌细胞在低氧条件下RUNX3的表达缺失并不伴随其启动子的DNA高甲基化,而此时RUNX3启动子区H3K9的二甲基化增加并有组蛋白H3乙酰化的下调；研究还发现低氧可诱导HMT G9a和HDAC1表达上调，而且这种效应弱化了RUNX3的表达，说明低氧可通过组蛋白修饰的调节来沉默RUNX3的表达，进而补充了RUNX3失活的表遗传机制。

36BNIP3基因BNIP3属于促凋亡蛋白,可通过促进线粒体通透性转运孔开放和线粒体的损伤诱导细胞凋亡,其表达受低氧诱导因子\|1（HIF\|1）和其他因素的影响。Murai等\[15\]研究发现BNIP3的表达缺失在胃癌和结肠癌中较为频繁,而且不仅与DNA高甲基化有关，还与组蛋白H3和H4低乙酰化或缺失有关。进一步分析发现，BNIP3表达阴性细胞在单用TSA时BNIP3的表达没有恢复，在单用5\|aza\|dC时BNIP3仅有低水平的表达，而二者联用时BNIP3呈现出高水平的表达，说明组蛋白修饰和DNA甲基化协同调控BNIP3表达。

4组蛋白修饰与肿瘤治疗的展望

由于表遗传学改变与肿瘤的发生发展密切相关,且是不涉及DNA序列改变的可逆过程,因而提示针对表遗传学的肿瘤治疗有广泛的应用前景,尤其是针对组蛋白修饰的逆转治疗,已经在临床上显示出一定的应用价值。如HDAC抑制剂能诱导肿瘤细胞凋亡、分化，并能够阻止肿瘤细胞增殖，充分显示出良好的临床效果\[16\]。目前，SAHA、MS\|275、CI\|994、4\|丁酸苯酯、缩肽等药物已进入Ⅰ期或Ⅱ期临床试验阶段，在某些实体瘤和血液系统恶性肿瘤的治疗中已取得一定的疗效，但这些药物治疗特定肿瘤的具体作用机制还有待进一步研究。

参考文献\[1\]Luco RF,Pan Q,Tominaga K,et alRegulation of alternative splicing by histone modifications\[J\]Science，2010，327(5968)：996\|1000

\[2\]Li B,Gogol M,Carey M,et alCombined action of PHD and chromo domains directs the Rpd3S HDAC to transcribed chromatin\[J\]Science，2007，316(5827)：1050\|1054

\[3\]Dispirito JR,Shen HHistone Acetylation at the Single\|Cell Level:A Marker of Memory CD8+ T Cell Differentiation and Functionality\[J\]J Immunol，2010，184(9)：4631\|4636

\[4\]Baker SP,Phillips J,Anderson S,et alHistone H3 Thr 45 phosphorylation is a replication\|associated post\|translational modification in Scerevisiae\[J\]Nat Cell Biol，2010，12(3)：294\|298

\[5\]Oki M,Aihara H,Ito TRole of histone phosphorylation in chromatin dynamics and its implications in diseases\[J\]Subcell Biochem，2007，41：319\|336

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\[9\]Akimoto C,Kitagawa H,Matsumoto T,et alSpermatogenesis\|specific association of SMCY and MSH5\[J\]Genes Cells，2008，13(6)：623\|633

\[10\]Meng CF,Zhu XJ,Peng G,et alRe\|expression of methylation\|induced tumor suppressor gene silencing is associated with the state of histone modification in gastric cancer cell lines\[J\]World J Gastroenterol，2007，13(46)：6166\|6171

\[11\]Meng CF,Zhu XJ,Dai DQ,et alEffects of 5\|Aza\|2'\|deoxycytidine and trichostatin A on P16,hMLH1 and MGMT genes and DNA methylation in human gastric cancer cells\[J\]Zhonghua Wei Chang Wai Ke Za Zhi，2009,12(5)：494\|497

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\[13\]Gocke CB,Yu HZNF198 stabilizes the LSD1\|CoREST\|HDAC1 complex on chromatin through its MYM\|type zinc fingers\[J\]PLOS One，2008，3(9)：3255

\[14\]Lee SH,Kim J,Kim WH,et alHypoxic silencing of tumor suppressor RUNX3 by histone modification in gastric cancer cells\[J\]Oncogene，2009，28(2)：184\|194

\[15\]Murai M,Toyota M,Suzuki H,et alAberrant methylation and silencing of the BNIP3 gene in colorectal and gastric cancer\[J\]Clin Cancer Res，2005，11(3)：1021\|1027

\[16\]Beckers T,Burkhardt C,Wieland H,et alDistinct pharmacological properties of second generation HDAC inhibitors with the benzamide or hydroxamate head group\[J\]Int J Cancer，2007，121(5)：1138\|1148