低氧诱导的组蛋白去甲基化酶JMJD2B在大肠癌发生发展中的作用

近期研究提出表观遗传是低氧反应的中心。我们亦发现大肠癌组织JMJD2B和慢性低氧标志物CA9的表达异常增高，两者呈正相关。为此，我们设想低氧微环境下，HIF-1启动低氧适应性反应后，JMJD2B在维持和促进大肠癌细胞恶性表型中起重要作用。我们拟在前期工作基础上，通过临床标本、细胞学实验和动物体内试验：(1)明确癌前疾病向大肠癌发生发展中，低氧信号和JMJD2B在不同病理阶段的具体作用，及其与大肠癌生物学行为、预后和化疗敏感性的关系；(2)深入研究低氧微环境下JMJD2B影响大肠癌细胞增殖、浸润和转移的分子机制：DNA损伤修复途径的缺陷抑或诱导沉默基因的异常转录？(3)初探低氧微环境时，改变的组蛋白修饰和DNA甲基化之间是否存在cross-talk。鉴于表观遗传是可逆转的，是否能通过调节组蛋白甲基化修饰而改变低氧压力下肿瘤细胞的异常表型继而防治大肠癌? 本课题的实施将为临床治疗提供新的思路。

大肠癌是常见的恶性肿瘤。我们研究发现：①大肠癌组织中组蛋白去甲基化酶JMJD2B的表达要显著高于相应的癌旁正常组织，且JMJD2B与肿瘤的低氧状态之间具有正相关关系；JMJD2B的核定位与肿瘤大小、浸润深度、临床分期显著相关。②在人大肠癌细胞中，JMJD2B受低氧诱导表达上调，并依赖于HIF-1。无论在常氧还是低氧中，JMJD2B主要定位于细胞核内，可能与其发挥组蛋白去甲基化功能有关。JMJD2B可通过促进大肠癌细胞增殖、周期转换、侵袭和抑制细胞凋亡，调控低氧微环境中大肠癌细胞的恶性表型。受低氧诱导的JMJD2B通过特异性地降低某些低氧相关基因启动子区H3K9me3水平，上调这些基因表达，进而导致大肠癌细胞恶性表型的转化。③免疫荧光及Western blotting技术发现依托泊苷处理和敲低JMJD2B均可诱导大肠癌细胞γH2AX表达上调。无论在常氧还是1%低氧下，抑制JMJD2B均可激活ATM和ATR DNA损伤反应信号通路；通过高通量芯片筛选及Real time-PCR明确了敲低JMJD2B引起DNA修复基因的表达下调；此外发现下调JMJD2B可引起大肠癌细胞发生周期阻滞、凋亡和衰老，上述现象可能是通过DNA损伤反应介导。④在1%低氧下静默HIF-1α诱导的DNA损伤部分是通过JMJD2B介导的。敲低JMJD2B后可影响STAT3的活化，这可能是JMJD2B引起DNA损伤反应的机制之一；通过建立裸鼠大肠癌移植瘤模型，予以瘤内注射JMJD2B siRNA后观察到可激活DNA损伤反应并抑制肿瘤的生长，这一结论与体外实验结果也一致。⑤在人大肠癌细胞中，抑制JMJD2B的表达引起大肠癌细胞凋亡增加，主要是通过下调抗凋亡基因Bcl-2表达，促进Bcl-2家族的促凋亡蛋白Bak和Bax胞浆向线粒体移位，导致线粒体膜电位降低，进而诱导细胞色素C从线粒体向胞浆的移位。细胞色素C的线粒体内释放激活了线粒体凋亡途径相关的caspase-9，进而激活效应性caspase-3。此外，JMJD2B的静默还可激活死亡受体相关的外源性凋亡通路中的特异性casapse-8，caspase-8的特异性底物BID也在JMJD2B敲低后发生了剪切而激活。然而，内质网应激反应介导的凋亡途径特异性标志物CHOP和GRP78的蛋白水平无显著变化。上述结论为JMJD2B作为大肠癌潜在治疗靶点奠基础。