结直肠癌细胞中组蛋白赖氨酸特异性去甲基化酶1（LSD1）表达增高，并且LSD1与其发生、发展、增殖、侵袭和转移密切相关。LSD1是一种去甲基酶，其功能依赖黄素腺嘌呤二核苷，能特异性催化组蛋白赖氨酸的去甲基化反应，通过使赖氨酸H3第4位和第9位发生去一甲基、二甲基反应（H3K4me、H3K4me2、H3K9me、H3K9me2），进而调控靶基因的表达。靶向抑制LSD1已被证实能够发挥显著的抗肿瘤效应，但由于肿瘤涉及多个中心和因素，后期的研究发现单一抑制LSD1并不能完全有效杀死肿瘤细胞，并且LSD1催化底物的特异性很大程度上依赖于与其结合的协同因子并形成复合体。基于LSD1的双靶点抑制剂在抑制肿瘤方面呈现出更加显著的效果，所以寻找LSD1结合的协同因子可能会为多靶点抑制剂的研究提供基础。
版权归中华医学会所有。
未经授权，不得转载、摘编本刊文章，不得使用本刊的版式设计。
除非特别声明，本刊刊出的所有文章不代表中华医学会和本刊编委会的观点。
结直肠癌是世界第三大常见的恶性肿瘤和第四大癌症死亡原因，且在世界范围内无论男性还是女性，其新发病例数均位列前三位[1]。肿瘤的发生与染色质的功能异常密切相关，染色质的基本功能单位是核小体，它由2个组蛋白的H2A、H2B、H3、H4组成八聚体及缠绕在其外面DNA组成，组蛋白的N-末端氨基酸残基可以发生一系列共价修饰，包括甲基化、乙酞化、磷酸化、泛素化等，进而组蛋白与DNA链的亲和性受到影响，从而染色质的疏松或凝集状态发生改变，最后调控基因的转录激活或抑制[2]。
组蛋白赖氨酸去甲基化酶（HKDM）分两类：一类为赖氨酸特异性去甲基化酶（LSD），也称依赖性胺氧化酶，其发挥功能依赖于黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD），包括组蛋白LSD1，LSD1也叫作AOF2、CPRF、KDM1、BHC110。LSD1包括3个重要的结构域，分别是N-端的SWIRM、突出的Tower和C端的胺氧化酶（AOL）结构域。SWIRM结构域高度保守，负责与组蛋白结合；AOL结构域包括催化活性中心和与FAD结合的结构，催化活性中心负责与组蛋白的底物结合；Tower结构域是从AOL结构域向外伸出的部分，能与FAD结合，是LSD1与其他协同因子相互作用的区域。LSD1能特异地去除组蛋白H3K4、H3K9的二甲基化和一甲基化修饰，调控靶基因表达[3]。另一类HKDM是JMJD组蛋白去甲基化酶家族，其包括KDM2-7，其中KDM5从组蛋白H3K4中去除二-甲基和三-甲基，从而激活相关肿瘤基因的转录[4]。赖氨酸H3K4、H3K36位点的甲基化和H3K27的单甲基化与基因的激活有关，而H3K9、H3K79、H4K20位点的甲基化及H3K27的双甲基化和三甲基化与基因的抑制相关，并且上述氨基酸残基的甲基化修饰与消化道肿瘤密切相关[5,6]。
结直肠癌细胞中LSD1异常表达增高，并且LSD1与其发生、发展、增殖、侵袭、转移密切相关[7]，但LSD1本身并不能直接与核小体发生反应，其催化底物的特异性很大程度上依赖与之结合的协同因子，因而LSD1在很多结合在DNA转录因子的复合体中均有发现，它们互相协同共同调控靶基因。LSD1需与抑制元素1沉默转录因子（REST）、抑制元素1辅助沉默转录因子（CoREST）和组蛋白去乙酰化酶（HDAC）等协同转录因子结合后才能起到促癌的作用。
REST是一种转录阻遏物，归属于具有转录调控作用的GliKruppel家族，REST与控制转录因子基因的表达密切相关。REST包含1个结合DNA结构域和C端及N端各1个阻抑结构域，而这2个阻抑结构域则是REST发挥作用的主要结构。REST的转录调控功能需要CoREST介导的甲基化作用，CoREST含有2个SANT结构域，与REST形成阻遏复合物后以蛋白复合体形式存在并结合在含有抑制元素1原件表型编码基因的启动子区域，进而抑制这些特异性基因的转录。并且研究发现，大部分的CoREST靶基因翻译转录后可负责调控细胞的分化周期和诱导细胞凋亡，CoREST在复合体中常发挥作为"分子靶标"招募多种酶[8,9]。结直肠癌细胞中REST和CoREST表达增高，并协助LSD1激活PI3K-AKT信号通路促进结直肠癌的转移[10]。
组蛋白乙酰化的动态平衡维持着基因的表达和染色质结构的稳定，打乱这种动态平衡可导致基因异常表达，最终可引起肿瘤的发生。HDAC可催化组蛋白发生去乙酰化，便于染色质更加紧密的结合，从而抑制基因转录，结直肠癌细胞中多种HDAC则异常高表达[11]。HDAC常与其他调节蛋白形成复合物而发挥抑制转录的作用。核小体重塑与去乙酰化酶（NuRD）及组蛋白去乙酰基酶复合物（BHC）是HDAC形成的常见的复合体。研究证实，LSD1与HDAC在形成的复合体中关系相当密切，LSD1是NuRD的核心成分，LSDI的Tower结构域可以直接与NuRD复合体亚基转移相关蛋白（MTA）分子的SANT结构域相互作用；NuRD复合体除含有LSD1和HDAC外，还包含Sin3转录调控蛋白家族成员A（Sin3A）和CoREST，NuRD复合体全基因组转录调控的下游靶基因多分布在转化生长因子、细胞连接、细胞黏附、丝裂原活化蛋白激酶、信号转导和细胞周期等通路，这些通路在细胞生长、迁移、侵袭和转移中起到非常重要的作用[12,13]。BHC复合体不仅具有去乙酰化作用，其核心蛋白BHC80还可阻止H3K4me0位点发生甲基化，从而达到去甲基化的作用。另外，SIRT1是Ⅲ类HDAC成员，同样作为转录协同抑制物介导多种细胞信号通路。
HKMT催化不同的组蛋白赖氨酸的甲基化，使甲基转移至组蛋白的赖氨酸上，这种作用看似与HKDM作用相反，但有时该家族的某些成员与其他因子形成复合体后可以协同HKDM使组蛋白赖氨酸发生去甲基化。Liang等[14]研究发现LSD1能与HKMT复合体中的HCF-1相互作用，进而开启H3K9的去甲基化，最终降低H3K9的甲基化水平。结直肠癌中Suv39h1及EZH2表达异常，Suv39h1是哺乳动物特异性H3K9甲基转移酶，可以催化H3K9位点三甲基化，研究表明，甲基化H3K9与HP1特异性结合，抑制基因转录[15]。EZH2属于HKMT的EZ家族，是多梳抑制复合物2（PRC2）中重要的催化亚基，PRC2能使组蛋白H3K27发生三甲基化，H3K27甲基化能够诱导其下游基因的转录抑制并参与基因表达，EZH2的表达和活性与结直肠癌的发生及结直肠癌患者预后显著相关[16]。EHMT则是HKMT的另外一个家族成员，EHMT2可和EZH2相互作用使组蛋白H3K9和H3K27甲基化，H3K27三甲基化及H3K9和H3K27甲基化均与基因的抑制相关[17]。
上述蛋白的作用位点都是组蛋白，并非作用于DNA的启动序列或转录序列，此时需要CTBP作为DNA修饰酶的支架，募集LSD1、EHMT和HDAC等转录抑制复合体到特定的DNA区域，进而影响基因的转录，尤其是使抑癌基因的表达下降。研究表明，CTBP2在结直肠癌细胞中异常表达增高[18]。
Snail家族成员通过编码锌指类的转录因子进而影响转录基因的启动序列，结直肠癌细胞中Snail1表达增高，Snail1含有4~6个稳定保守的结构域，其中1个SNAG结构域与组蛋白H3尾巴结构非常相似，像"分子挂钩"一样将相关共阻遏复合体招募至相关转录基因的启动子区域。并且Snail1氨基末端的C2H2结构域能够识别DNA上特定的CAGGTG序列并与之结合，在共阻遏复合体多种协同因子的作用下影响特定的基因序列从而发挥转录抑制的功能。在结直肠癌中，Snail1可将LSD1复合体招募至E盒结合同源盒1启动子上，促进癌细胞转移[19]。
Snail1将共阻遏复合体招募至转录基因的启动子区域，此时复合体中的DNMT特异性识别DNA启动子的CpG岛区域并结合催化使之发生甲基化。DNA启动子甲基化也是抑癌基因失活的重要机制。人类的DNMT家族包括DNMT1、DNMT2、DNMT3a、DNMT3b和DNMT3L 5种，结肠癌细胞中多种DNMT异常表达增高[20]。
DNMT催化DNA启动子的CpG岛区域发生甲基化，MeCP特异地识别及结合被甲基化CpG岛上，形成复合体并在甲基化的启动子区域募集LSD1、Suv39H1、NuRD、转录因子SPI1等抑制基因表达，在结直肠癌细胞中MeCP2增加，MeCP2与转录因子SPI1结合，转移到锌指E盒结合同源盒1的启动子上，促进锌指E盒结合同源盒1的转录表达，进一步诱导基质金属蛋白酶14和SOX2的表达，从而维持结直肠癌的发生和转移[21]。
上述几个协同因子均为蛋白，但除了蛋白协助LSD1形成复合体外，RNA也参与其中。长链非编码RNA（lncRNA）具有一定的调控作用，涉及细胞的周期及分化过程，并且lncRNA也在表观遗传学的调控中扮演着重要角色。HOTAIR是HOX基因座转录而来的反义RNA，也是lncRNA的一种，目前研究证实，HOTAIR通过PI3K-AKT-mTOR途径介导结直肠癌的发生、发展[22]。
LSD1/CoREST/HDAC/SIN3A/REST复合体中，CoREST的SANT1结构域负责与REST的氨基端阻抑结构域中的C2H2型锌指结构结合，之后，REST与染色质结合能力便得到增强，CoREST进一步招募LSD1、CoREST的SANT2结构域与LSD1的Tower结构域结合在一起，此时LSD1的结构与功能逐渐稳定[23]。而CoREST的SANT2结构域与LSD1的Tower结构域结合能力依赖于盐和蛋白的乙酰化，如果在高盐浓度或低乙酰化的情况下，二者的结合能力增强，由于HDAC可从赖氨酸残基中去除乙酰基，因此HDAC在促进二者的结合中发挥着重要作用。但HDAC发挥作用需有Sin3A作为支架为其提供平台，Sin3A是一个多蛋白的转录共阻遏复合物的核心组分，包含了许多蛋白质相互作用结构域，Sin3A不仅与HDAC结合，还与REST的N端阻抑结构域结合，HDAC使蛋白发生去乙酰化，CoREST便结合于被暴露的去乙酰化位点，此时CoREST与LSD1的结合力增强，LSD1的活性位点也得以暴露[24,25]。LSD1的活性被激活后，稳定保守的LSD1/CoREST/HDAC识别核小体底物，LSD1的SWIRM结构域能够通过其表面的浅沟与组蛋白尾部结合，LSD1-CoREST-REST的C端和N端复合物均能下调基因转录活性[26]。
上述复合体的作用靶标是组蛋白，而进一步研究发现，CTBP、SIRT1、KDM5、EHMT形成的复合体也参与LSD1复合体中，其中，SIRT1负责去除组蛋白H4K16的乙酰基，KDM5使组蛋白H3K4发生二和三位点的去甲基化，LSD1使组蛋白H3K4发生单和二位点的去甲基化，CTBP不仅通过与BHC80结合及EHMT的协助阻止H3K4me0位点发生甲基化，还充当衔接子作为"支架"将转录抑制复合体转移到特定DNA的序列或转录因子上[4,2,27,28]。
DNA包括外显子、内含子、转录启动序列和终止序列等功能基团。对复合体的进一步研究发现，Snail1在其中发挥着重要作用，Snail1不仅发挥"分子挂钩"一样的作用，使转录抑制复合体作用于某些特定的基因启动子序列，同时还促进组蛋白H3K4去甲基化和H3K4去乙酰化，而H3K4的去甲基化有利于PRC2及EHNT2和Suv39H1的结合，H3K4的去甲基化与去乙酰化后可以促进PRC2的H3K27甲基化作用[19]。SUV39H1作用于组蛋白H3K9位点三甲基化，又协同HDAC催化H3K9去乙酰化与LSD1催化H3K9的去甲基化，H3K4的去甲基化和去乙酰化、H3K9的去甲基化、H3K27的三甲基化均参与基因的转录抑制。实际上在基因的转录抑制过程中，SUV39H1作用非常重要，因为SUV39H1可招募DNMT，使得DNA发生甲基化，MeCP特异识别甲基化CpG二核苷酸并与特定的DNA基序结合。上述所有功能协同因子共同发挥作用，使组蛋白甲基化及乙酰化失衡、染色质重塑和DNA甲基化等最终导致染色质结构变得致密[29]。
相关研究发现，不仅只有CTBP在复合体中作为支架，HOTAIR也为复合体修饰组蛋白及DNA搭建桥梁，其HOTAIR的5'端结构域能与PRC2复合体结合，3'端结构域能与LSDl/REST/CoREST复合体结合，将相关复合体介导结合到特异性的基因组位点，继而沉默相应抑癌基因抑制基因启动子的表达[30]。最终，LSD1相关转录抑制复合体被招募至抑癌基因的启动子序列上，抑制抑癌基因的表达及活性介导结直肠癌的发生、发展。作用于Sox2的启动子序列，进而参与结直肠癌的发生、发展与增殖[31]。被招募至E盒结合同源盒1的启动子上，抑制了E-钙黏蛋白的表达，通过激活上皮间质转化参与结肠癌的侵袭、转移[32]。
表观遗传学是基于非基因序列改变所致基因表达水平变化，包括组蛋白修饰、DNA修饰、非编码RNA及核小体重塑等。分子靶向药物治疗为肿瘤已取得了重大突破，尤其在胃肠道间质细胞瘤、乳腺癌的治疗，LSD1在结直肠癌的发生、侵袭、转移及预后中扮演着极其重要的角色，因此也成为一个重要的抗肿瘤药物靶点。继而诞生了一些LSD1抑制剂，但后期试验发现单一应用LSD1抑制剂在治疗直肠癌时效果不佳，而且不良反应及耐药性也比较常见。同样，靶向HDAC的表达也已被证实能够抑制肿瘤细胞的增殖、侵袭、转移，但单一HDAC抑制剂在治疗直肠癌时面临着与LSD1抑制剂一样的境遇。如何提高药物的疗效、减少不良反应发生率、减轻耐药的发生成为靶点药物研究的重点。结合目前临床用药的特点，联合多种作用机制不同的药物并且小剂量用药可能是一个出发点。本文的观点是为了寻找LSD1的相关作用的协同因子，为继续探讨复合体的组分及相互之间的结合方式提供思路，同时也为多靶点联合药物治疗提供新的思路。Duan等[33]报道的基于LSD1抑制剂tranylcypromine和HDAC抑制剂TSA的组合产生的杂合物中，多个杂合物显示出对LSD1和HDAC强烈的双重抑制作用，能够强有效增加H3乙酰化和H3赖氨酸4/9甲基化，降低线粒体膜电位，损伤氧化功能，诱导结肠直肠SW-620凋亡。同样，Anastas等[34]报道的corin是一种HDAC和LSD1的双功能抑制剂，corin增加了HDAC对H3K27去乙酰化和LSD1对H3K4、H3K27去甲基化的作用，最终，corin延长弥漫性桥脑胶质瘤患者生存时间。这项研究不仅证实了多靶点用药的前景，还在人体试验中获得成功，遗憾的是corin未开展在结直肠癌的研究中，但我们可以预想的是，随着对复合体研究的深入，分子靶向药物在肿瘤治疗中的前景广阔。
所有作者均声明不存在利益冲突
