馬妮，張昌軍，3，刁紅錄，3*

(湖北醫(yī)藥學(xué)院 1.附屬人民醫(yī)院生殖醫(yī)學(xué)中心，十堰 442000；2.生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，十堰 442000；3.胚胎干細(xì)胞湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，十堰442000)

組蛋白甲基化轉(zhuǎn)移酶同源序列增強(qiáng)子(enhancer of zeste homolog，EZH)是由EZH基因編碼的一種組蛋白賴氨酸甲基化轉(zhuǎn)移酶，屬于多梳家族(Polycomb Group，PcG)蛋白成員，有EZH1和EZH2兩種亞型。PcG家族的成員相互結(jié)合形成的多聚蛋白復(fù)合物參與基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控、DNA甲基化，促進(jìn)異染色質(zhì)的形成從而發(fā)揮沉默基因的功能、維持胚胎細(xì)胞的正常增殖與分化[1-2]。EZH2主要是通過(guò)表觀遺傳學(xué)發(fā)揮作用，在不改變核苷酸序列的情況下，使基因表達(dá)功能發(fā)生改變，并且可以穩(wěn)定地遺傳給下一代，其中主要作用機(jī)制有非編碼RNA調(diào)控、DNA甲基化、組蛋白修飾、染色體重塑、基因組印記等[3]。EZH2最初是通過(guò)研究腫瘤細(xì)胞中的甲基化而被大家所知，近年來(lái)關(guān)于EZH2在哺乳動(dòng)物生殖方面的研究越來(lái)越受到人們的關(guān)注，它主要參與到哺乳動(dòng)物生殖發(fā)育的配子形成、胚胎發(fā)育、胚胎著床和器官分化發(fā)育等過(guò)程及與生殖發(fā)育的相關(guān)疾病中。本文主要介紹EZH2的基本功能及其在哺乳動(dòng)物生殖和相關(guān)疾病中的作用。

一、概述

PcG蛋白由三種亞型多梳抑制復(fù)合體1(Polycomb repressive complex 1，PRC1)、多梳抑制復(fù)合體2(PRC2)和PhoRC組成[4]。其中，PRC2在轉(zhuǎn)錄起始階段發(fā)揮作用，它有EZH2、EZH1兩個(gè)亞基，它們都具有組蛋白賴氨酸甲基化和抑制基因轉(zhuǎn)錄的功能，但是具有空間和時(shí)間特異性[4]。目前關(guān)于EZH2基本功能的研究比較透徹，而關(guān)于EZH1的研究還有待進(jìn)一步的探討。

EZH2是由EZH2基因編碼的一種組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶。EZH最初是在果蠅屬中被發(fā)現(xiàn)，隨后又在哺乳動(dòng)物的同源序列中發(fā)現(xiàn)并被命名為EZH1和EZH2[5]。EZH2基因定位于染色體7q35位置上，包含20個(gè)外顯子，在基因組中約占40 kb，編碼由746個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成的蛋白，其有4個(gè)保守區(qū)域：區(qū)域I、區(qū)域II、半胱氨酸富集區(qū)、C端的SET區(qū)域，其中SET區(qū)域是高度保守的序列結(jié)構(gòu)，在EZH2介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄抑制中有至關(guān)重要的作用[6-7]。EZH2基因和它的同源染色體在植物、哺乳動(dòng)物、魚類、昆蟲的發(fā)育、細(xì)胞分化、細(xì)胞分裂等過(guò)程中均發(fā)揮重要作用[8]，它是維持胚胎健康發(fā)育、控制細(xì)胞分化、參與基因調(diào)控的關(guān)鍵調(diào)控因子，可以使DNA甲基化和X染色體失活[9]，促進(jìn)異染色質(zhì)的形成從而發(fā)揮沉默基因的功能[10]。

在小鼠實(shí)驗(yàn)研究中，發(fā)現(xiàn)有EZH1和EZH2兩種蛋白，它們可形成多聚抑制復(fù)合物EZH1-PcG和EZH2-PcG，兩者都可使組蛋白甲基化并發(fā)揮其生物學(xué)功能，但是EZH1甲基化能力比EZH2弱，壓縮和抑制染色體的機(jī)制不完全相同[4，11]；EZH2編碼的蛋白(EZH2)屬于多梳家族(PcG)成員，PcG家族成員相互結(jié)合形成多聚蛋白復(fù)合物，這種復(fù)合物涉及到在細(xì)胞世代間維持基因的轉(zhuǎn)錄抑制狀態(tài)，參與細(xì)胞的增殖與分化的調(diào)控[4，12]，其主要機(jī)制是EZH2使H3K27甲基化并與分化相關(guān)基因的啟動(dòng)子區(qū)域結(jié)合而阻止其轉(zhuǎn)錄[13]。EZH1是EZH2的同源物，也具有催化組蛋白3賴氨酸27位甲基化功能，但是甲基化的機(jī)制不同，EZH1主要是通過(guò)抑制轉(zhuǎn)錄模板和壓縮染色體來(lái)抑制轉(zhuǎn)錄，而EZH2主要是通過(guò)甲基化H3K27來(lái)抑制轉(zhuǎn)錄；EZH1主要是在成年非增生組織中高表達(dá)，而EZH2則主要在增生組織中高表達(dá)；它們扮演的角色也不同，在沒有甲基供體的情況下可以壓制染色體發(fā)揮抑制轉(zhuǎn)錄功能[4，14]。已經(jīng)有研究證明在成體組織發(fā)育過(guò)程中EZH1對(duì)于EZH2的丟失具有補(bǔ)償作用[12]。

二、EZH2與腫瘤的發(fā)生/發(fā)展

EZH2最初的研究主要集中于腫瘤細(xì)胞，EZH2可以使H3K27甲基化，這種能力在腫瘤細(xì)胞中表現(xiàn)突出，由此可以認(rèn)為EZH2可以促進(jìn)癌細(xì)胞的增長(zhǎng)與增殖。在胚胎早期發(fā)育過(guò)程中，各種細(xì)胞也呈現(xiàn)為一個(gè)高度增殖分裂的過(guò)程，所以腫瘤組織中的許多蛋白將會(huì)應(yīng)用于哺乳動(dòng)物生殖發(fā)育中[15]。

在大量癌組織中發(fā)現(xiàn)EZH2高表達(dá)，包括乳腺癌、前列腺癌、大腸癌、子宮內(nèi)膜癌、腎癌以及黑色素瘤和淋巴瘤[16-17]。當(dāng)EZH2過(guò)度表達(dá)時(shí)，腫瘤抑制性基因被抑制就可以導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生，在一些臨床病例中使用EZH2抑制劑可以使惡性腫瘤縮小或者改善腫瘤癥狀，就是因?yàn)镋ZH2抑制劑解除了EZH2對(duì)腫瘤抑制性基因的沉默[18]。EZH2可以與PAF通過(guò)Wnt/Β-catenin信號(hào)通路共同激活調(diào)節(jié)基因c-myc 和細(xì)胞周期蛋白D1(cyclin D1)最終導(dǎo)致癌癥的發(fā)生[19]。EZH2還可以激活Ras和NF-κB的信號(hào)途徑，從而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生，有研究表明減少PcG蛋白或使H3K27去甲基化可以激活抑癌基因INK4a/ARF影響癌基因RAS的功能從而抑制腫瘤的發(fā)生[20]。約57%的卵巢透明細(xì)胞癌中發(fā)現(xiàn)ARID1A(染色質(zhì)重塑復(fù)合物)基因缺失而EZH2的表達(dá)上升，ARID1A和EZH2共同調(diào)節(jié)PIK3IP1(促進(jìn)細(xì)胞凋亡)的表達(dá)，在卵巢癌中ARID1A和EZH2表達(dá)失衡就會(huì)使PIK3IP1的表達(dá)降低，從而誘發(fā)癌癥的發(fā)生[21]。所以，研究EZH2抑制劑對(duì)于一些腫瘤的發(fā)展與轉(zhuǎn)歸具有積極的作用，對(duì)于臨床靶向治療腫瘤具有極大的意義。

三、EZH2與生殖發(fā)育

哺乳動(dòng)物生殖發(fā)育就是指配子成熟，受精卵結(jié)合后在母體子宮發(fā)育成胎兒并從母體分娩的連續(xù)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)生物學(xué)過(guò)程。EZH2在此過(guò)程的各個(gè)階段都發(fā)揮重要的作用，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的表達(dá)異常都會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的癥狀，包括配子發(fā)育、胚胎發(fā)育、母體子宮內(nèi)膜的變化、子宮內(nèi)膜與胚胎之間的相互對(duì)話等過(guò)程。

1.EZH2與配子發(fā)育：雌雄配子生成的過(guò)程即配子發(fā)生，是指原始的生殖細(xì)胞經(jīng)過(guò)減數(shù)分裂形成精子和卵母細(xì)胞的過(guò)程。在精子發(fā)生過(guò)程中的主要特點(diǎn)是細(xì)胞具有高度增殖分化的能力，在缺乏經(jīng)典PRC2-EZH2的情況下，EZH1可能補(bǔ)充EZH2的某些功能來(lái)維持精原干細(xì)胞的增殖分化能力和減數(shù)分裂過(guò)程中H3K27的甲基化狀態(tài)[22]。有研究表明EZH2蛋白參與精原干細(xì)胞的自我更新并維持其多能性，可以認(rèn)為是精原干細(xì)胞的一種分子標(biāo)志[23]。5氮雜2脫氧胞苷(5-Aza-2′ -deoxycitidine，5-Aza)對(duì)男性生殖系統(tǒng)有重大毒性，它可以降低睪酮的表達(dá)進(jìn)而導(dǎo)致精子質(zhì)量下降。有研究證明5-Aza作用于睪丸后可以通過(guò)影響EZH2而降低H3K27me3的表達(dá)最終影響男性精子的質(zhì)量[24]。精子的發(fā)生是一個(gè)復(fù)雜的細(xì)胞分化過(guò)程，包括減數(shù)分裂、單倍體基因表達(dá)、頂體和鞭毛的形成，最終分化成為精子[25]。在精子發(fā)生染色質(zhì)重構(gòu)過(guò)程中生殖細(xì)胞要經(jīng)歷大量的表觀遺傳過(guò)程，圓形精子細(xì)胞頭部是表觀遺傳發(fā)生的主要位置，有關(guān)研究認(rèn)為EZH2參與大鼠圓形精子的表觀調(diào)控過(guò)程，使染色質(zhì)發(fā)生重塑[26-27]。有研究認(rèn)為在正常睪丸組織中EZH2的表達(dá)較高，但在生精障礙的組織中表達(dá)會(huì)降低，由此可以認(rèn)為它的表達(dá)水平與生精障礙嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān)[28]。

在卵細(xì)胞減數(shù)分裂的GVBD期到MII期，EZH2的表達(dá)上升，如果缺乏EZH2，就會(huì)導(dǎo)致染色體錯(cuò)位、異常紡錘體、非整倍體形成并加速第一極體的排出；如果增加EZH2的表達(dá)水平，同樣會(huì)導(dǎo)致染色體錯(cuò)位、非整倍體的形成和第一極體的排出[29]。有研究認(rèn)為EZH2可以和BubR1(調(diào)節(jié)紡錘體形成的一個(gè)蛋白)、PCAF(p300/cAMP應(yīng)答元件結(jié)合蛋白關(guān)聯(lián)因子)形成復(fù)合物，共同調(diào)節(jié)卵母細(xì)胞的減數(shù)分裂過(guò)程[29-30]。

在小鼠有關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，EZH2-EED結(jié)合形成的復(fù)合物首先表達(dá)在受精卵的母原核中，如果母原核缺乏EZH2，就會(huì)干擾EZH2-EED復(fù)合物的結(jié)合及受精卵中親本組蛋白的甲基化，從而影響胚胎發(fā)育[31]。盡管在胚胎基因激活的時(shí)候EZH2可以恢復(fù)正常，但是如果敲除卵細(xì)胞中的EZH2就會(huì)影響胚胎的正常發(fā)育，說(shuō)明EZH2對(duì)早期染色質(zhì)重塑有重要的意義[32]?？偠灾?，卵母細(xì)胞中EZH2的表達(dá)量會(huì)影響卵母細(xì)胞和胚胎的正常發(fā)育。

2.EZH2與胚胎發(fā)育：胚胎發(fā)育是指從受精卵分裂分化發(fā)育為完整個(gè)體的生物學(xué)過(guò)程。PRC2復(fù)合物影響早期胚胎發(fā)育過(guò)程。缺乏EZH2則無(wú)法完成原腸胚的形成，缺乏SUZ12(EZH2活化所需要的蛋白)的后果與缺乏EZH2一致，而缺乏EED的胚胎將會(huì)導(dǎo)致原腸胚的中胚層發(fā)育障礙[31]。有研究表明，在小鼠胚胎圍著床期，受精卵中EZH2表達(dá)最高，分裂為2細(xì)胞胚胎時(shí)EZH2表達(dá)下降，之后胚胎從2細(xì)胞分裂到8細(xì)胞過(guò)程中EZH2表達(dá)一直上升，從囊胚以后EZH2的表達(dá)下降，在胚胎的分裂分化過(guò)程中EZH2呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律，說(shuō)明在不同時(shí)期它所發(fā)揮的作用不同[32]。相關(guān)研究表明，在胚胎分裂1細(xì)胞到4細(xì)胞為胚胎基因激活階段，該階段H3K4me3的表達(dá)呈下降趨勢(shì)，但是總體表達(dá)較高，可以認(rèn)為H3K4me3與胚胎基因激活的過(guò)程有關(guān)；而H3K27me3表達(dá)從4細(xì)胞時(shí)開始上升直至囊胚期，與H3K27me3相關(guān)的因子如EZH2、EED、SUZ12的表達(dá)均升高，但是在外胚層H3K27me3的表達(dá)下降，說(shuō)明EZH2主要對(duì)細(xì)胞的增殖發(fā)揮作用[33]。H3K27me3存在于正常細(xì)胞囊胚的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)和克隆細(xì)胞囊胚的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)，尤其表達(dá)于正常囊胚的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)，克隆胚胎在植入子宮不久后就死亡，可能是缺乏EZH2的表達(dá)，使H3K27me3的表達(dá)降低，從而干擾胚胎的正常發(fā)育[34]。

在胚胎細(xì)胞增殖分化過(guò)程中，多能性基因的表達(dá)隨著細(xì)胞的增殖分化也呈現(xiàn)出一個(gè)先上升后下降的表達(dá)規(guī)律，這種規(guī)律的變化與EZH2的表達(dá)密切相關(guān)。在胚胎細(xì)胞增殖期多能性基因表達(dá)較高，在囊胚細(xì)胞分化期多能性基因表達(dá)下降，整個(gè)過(guò)程的變化可能是隨著OCT4和SOX2表達(dá)的增多而提高EZH2使H3K27甲基化的能力，這樣就會(huì)使OCT4和SOX2啟動(dòng)子處甲基化增多后抑制多能性基因的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)細(xì)胞的分化[35]。

綜上所述，在胚胎發(fā)育過(guò)程中EZH2可以調(diào)節(jié)多能性標(biāo)志基因OCT4、SOX2、Nanog的轉(zhuǎn)錄狀況，影響胚胎的分化發(fā)育[36]。

3. EZH2與子宮內(nèi)膜變化的關(guān)系：有研究表明在人類子宮內(nèi)膜中，各種分子都隨月經(jīng)周期性的變化而變化。在人類子宮內(nèi)膜增生期EZH2 mRNA表達(dá)比分泌期高，在分泌期EZH2 mRNA的表達(dá)在分泌前期表達(dá)最高在分泌中期表達(dá)最低；同樣，用Western Blot技術(shù)檢測(cè)出EZH2在增生期的表達(dá)是分泌期的1倍多，用實(shí)時(shí)定量PCR檢測(cè)分泌期EZH2的表達(dá)在分泌中期下降最多，約為分泌早期的1/3，說(shuō)明EZH2在蛻膜化細(xì)胞中呈現(xiàn)低表達(dá)模式，可能的機(jī)制是在孕激素和cAMP的作用下蛻膜化組織中EZH2的表達(dá)迅速下降，位于PRL和IGFBP1啟動(dòng)子區(qū)的H3K27me3表達(dá)下降，H3K27乙?；缴仙?，從而有助于蛻膜化分子PRL和IGFBP1的轉(zhuǎn)錄[37-38]。EZH2發(fā)揮作用主要是通過(guò)甲基化H3K27，在蛻膜化組織中EZH2的表達(dá)發(fā)生明顯的下降，使在兩種蛻膜化標(biāo)志基因啟動(dòng)子區(qū)域的H3K27me3表達(dá)下降，這樣兩種蛻膜化因子得以表達(dá)，但是H3K27me3表達(dá)總量沒有變化[37]，說(shuō)明在蛻膜化細(xì)胞中存在其他途徑激活H3K27甲基化并且不影響蛻膜化的表達(dá)。

綜上所述，在子宮蛻膜化組織中，有可能存在這樣的途徑促進(jìn)子宮內(nèi)膜基質(zhì)蛻膜化：孕激素通過(guò)cAMP途徑使EZH2表達(dá)水平下降，而使位于PRL和IGFBP1啟動(dòng)子區(qū)的H3K27的甲基能力下降、乙?；芰ι仙?，使蛻膜化標(biāo)志PRL和IGFBP1因子表達(dá)上調(diào)，從而促進(jìn)基因的轉(zhuǎn)錄與細(xì)胞的分化[37，39]。

四、展望

通過(guò)以上研究我們可以發(fā)現(xiàn)EZH2與配子發(fā)生、胚胎發(fā)育、胚胎著床和子宮內(nèi)膜周期性變化有密切的關(guān)系，我們推測(cè)EZH2可能對(duì)哺乳動(dòng)物生殖發(fā)育具有指導(dǎo)作用?，F(xiàn)在關(guān)于EZH2的研究主要集中于腫瘤的形成和針對(duì)該基因的治療，關(guān)于EZH2基因控制哺乳動(dòng)物生殖發(fā)育方面的機(jī)理及相互關(guān)系還值得進(jìn)一步深入探索?，F(xiàn)有的EZH研究尚未闡述胚胎著床及胚胎發(fā)育的具體機(jī)制，從該方面入手研究EZH是與哪些分子相互作用影響配子的發(fā)生，就可以指導(dǎo)臨床夫婦的備孕；研究EZH在胚胎著床中主要是在哪個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)揮作用，就可以為臨床輔助生殖技術(shù)提供理論知識(shí)；研究EZH在哺乳動(dòng)物胚胎發(fā)育并形成個(gè)體過(guò)程中的表達(dá)變化規(guī)律，可以了解胎兒發(fā)育過(guò)程中疾病的發(fā)生發(fā)展規(guī)律。研究該基因在哺乳動(dòng)物生殖發(fā)育過(guò)程中的作用及機(jī)制，可以為人類成功妊娠提供理論基礎(chǔ)，為不孕不育患者帶來(lái)福音。

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