综述：解明染色框蛋白在人类癌症中的作用

《Cell Death & Disease》：Unravelling the impact of the chromobox proteins in human cancers

这篇综述深入探讨了染色框（CBX）蛋白在癌症中的复杂角色。CBX 蛋白作为关键的表观遗传调控因子，参与胚胎发育、干细胞维持等过程。文中阐述其在多种癌症（如乳腺癌、胃癌等）中的作用机制，还介绍了针对 CBX 蛋白的潜在抗癌疗法，为癌症研究提供新思路。

　　

引言

在生命的微观世界里，基因表达的调控就像一场精密的交响乐，而表观遗传学则是这场演出中至关重要的指挥家。表观遗传学可不改变 DNA 序列，却能根据外界影响、细胞功能和发育信号来激活或抑制基因表达。它主要依靠 “作家（writers）”“读者（readers）” 和 “橡皮擦（erasers）” 这三个关键角色来完成调控。“作家” 给 DNA 或组蛋白添加化学修饰，影响基因的可及性和功能；“读者” 负责识别和解读这些化学标记，将其转化为特定的细胞功能；“橡皮擦” 则能去除这些标记，让基因表达模式得以重置。这三者相互协作，构建了一个精细且微妙的基因控制机制，对细胞分化、胚胎发育以及身体对外界刺激的反应都有着重要意义。在癌症治疗领域，针对表观遗传调控因子的药物展现出了巨大潜力，它们能重新激活抑癌基因、沉默促癌基因，从而抑制癌细胞增殖。

染色框（CBX）蛋白家族是表观遗传调控中的重要成员，由 8 个成员组成，它们都有一个保守的染色框结构域（ChD），凭借这个结构域，CBX 蛋白能够与甲基化的组蛋白残基结合，在众多生物过程中发挥关键作用。本综述将深入探索 CBX 蛋白家族的各种功能，以及它们在癌症发展和肿瘤形成中扮演的角色，研究它们调控基因表达、干细胞更新等细胞过程的机制，探讨其在不同癌症中的临床意义和预测能力，为癌症治疗寻找新的靶点和预后指标。

CBX 蛋白的生理作用

染色框蛋白

CBX 蛋白家族这 8 个成员，就像 8 个各具特色的 “小工匠”，它们的 N 端都有高度保守的染色框结构域（ChD）。这个结构域是它们的 “魔法工具”，能让它们与组蛋白修饰（如 H₃K₂₇me³和 H₃K₉me³）相互作用，在干细胞多能性、细胞周期控制、衰老和癌症进展等各种生物过程中，调控基因表达。

根据 C 端结构域的差异，CBX 蛋白家族又可细分为两个 “小团队”：Polycomb group（PcG）家族和异染色质蛋白 1（HP1）家族。PcG 家族包括 CBX2、CBX4、CBX6、CBX7 和 CBX8，它们拥有保守的 Polycomb 抑制盒（Pc box），可以整合到经典的 PRC1（cPRC1）复合物中。HP1 家族则包含 CBX1（HP1β）、CBX3（HP1γ）和 CBX5（HP1α），其特点是有一个保守的染色阴影结构域（CSD），这个结构域有助于它们在不依赖 PRC1 复合物的情况下参与异染色质的形成。

在哺乳动物中，PcG 家族 CBX 蛋白的 ChD 对 H₃K₂₇me³和 H₃K₉me³有着不同的亲和力。比如，CBX4 更倾向于与 H₃K₉me³结合，CBX7 对 H₃K₂₇me³和 H₃K₉me³都有亲和力，而 CBX6 对这两种修饰的亲和力则较低。CBX2 还存在一种磷酸化依赖机制，酪蛋白激酶 2（CK2）将其 ChD 内的丝氨酸 42 磷酸化后，它与 H₃K₂₇me³的结合亲和力会进一步增加。不过，识别 H₃K₂₇me³始终是一个核心的调控机制，因为它对 Polycomb 抑制复合物 1（PRC1）的定位和功能至关重要。PcG 家族的 CBX 蛋白还有一些额外的 DNA 结合基序，像 CBX2 特有的 AT-hook 基序，以及其他 CBX 蛋白含有的 AT-hook-like 基序。CBX2 的 AT-hook 结构域能与 DNA 小沟内的富含 AT 区域结合，介导一种不依赖组蛋白的 DNA 相互作用。而 HP1 家族主要在异染色质形成中发挥作用，其 ChD 与 PcG 家族 CBX 蛋白的 ChD 有同源性，能选择性地结合 H₃K₉me^2/3。这种结合可以招募 H₃K₉甲基转移酶 SUV39H1，使相邻的 H₃K₉残基甲基化，形成一个正反馈环，为 HP1 创造更多的结合位点。此外，HP1 蛋白在 C 端区域也有一个保守的 CSD，它虽然与 ChD 结构相似，但功能不同，主要促进 HP1 蛋白的同源和异源二聚化。

PRC1 和 PRC2

CBX 蛋白作为 Polycomb group 复合物的重要组成部分，在表观遗传调控、基因沉默和染色质重塑中扮演着关键角色。

在果蝇身上进行的生化纯化实验，让科学家们发现了 Polycomb 机制主要由两个复合物构成：Polycomb 抑制复合物 1（PRC1）和 Polycomb 抑制复合物 2（PRC2）。这两个复合物都有组蛋白修饰活性，能诱导染色质重塑和压缩，形成一种抑制性的染色质状态，有效地沉默基因表达。

PRC1 主要介导组蛋白 H2A 在赖氨酸残基 117 和 118（H₂Ak₁₁₇ub 和 H₂Ak₁₁₈ub）处的单泛素化，而 PRC2 则催化组蛋白 H3 在赖氨酸 27（H₃K₂₇me¹、H₃K₂₇me²、H₃K₂₇me³）处的单甲基化、二甲基化和三甲基化。PRC1 的催化亚基 RING1A/B 与辅助亚基相互作用，形成至少 8 种不同的 PRC1 复合物，根据发现顺序和特定的亚基组成，可分为 “经典” 的 PRC1（cPRC1）和 “非经典” 或 “变体” 的 PRC1（ncPRC1 或 vPRC1）。CBX 蛋白与 RING1 和 YY1 结合蛋白（RYBP）或 YY1 相关因子 2（YAF2）会相互竞争与 RING1A/B 的结合，从而决定 cPRC1 和 ncPRC1 复合物的组成、功能和分子活性。PRC1 复合物还可以根据特定的 Polycomb group Ring Finger 蛋白（PCGF1 - 6）细分为 6 个主要组（PRC1.1 - PRC1.6）。cPRC1 复合物通常包含 PCGF2（也称为 MEL18）或 PCGF4（也称为 BMI1），而 ncPRC1 复合物则可以包含 6 种 PCGF 蛋白中的任何一种。此外，PRC1.2 和 PRC1.4 还可以进一步分为经典（cPRC1.2 和 cPRC1.4）和非经典（ncPRC1.2 和 ncPRC1.4）变体。

PRC2 催化组蛋白 H3 赖氨酸 27 的甲基化，维持靶基因的转录抑制状态。PRC2 由两个功能叶组成，由 SUZ12（Zeste 12 的抑制因子）亚基连接。SUZ12 参与复合物的稳定、催化活性的调节以及定位的确定。PRC2 的催化叶包含 EZH2 或其旁系同源物 EZH1（Zeste 同源物增强子 2/1），以及 EED（胚胎外胚层发育）亚基和 SUZ12 的 VEFS 结构域。靶向和调节结构域主要由 SUZ12 的 N 端部分与视网膜母细胞瘤结合蛋白 4/7（RBBP4 或 RBBP7）组成。这些蛋白质相互作用，使得 PRC2 分为 PRC2.1 和 PRC2.2 两个不同的变体，它们具有不同的调控特性。H₃K₂₇me³和 H₂AK₁₁₉ub¹标记的组合足迹在基因抑制中起着关键作用，它们协同作用，实现 PRC1 和 PRC2 活性之间的通信。生化研究揭示了 PRC2.2 与 PRC1 沉积的 H₂AK₁₁₉ub¹之间的功能联系。具体来说，PRC2.2 通过其 JARID2（通过其泛素相互作用基序）和 AEBP2（通过其 C₂H₂锌指结构域）亚基与 H₂AK₁₁₉ub¹标记的核小体结合，刺激 PRC2.2 的甲基转移酶活性，导致这些位点 H₃K₂₇me³的富集。H₃K₂₇me³作为 cPRC1 中 CBX ChD 的识别信号，CBX ChD 与 H₃K₂₇me³结合，将复合物定位到先前由 PRC2 标记的位点，从而建立了一种依赖 PRC2 的招募机制。这种相互依赖还通过一种自我传播机制得到加强，PRC 变体将其催化标记扩展到相邻的核小体。具体而言，ncPRC1 的 RYBP 亚基（通过其 N 端锌指结构域）识别 H₂AK₁₁₉ub¹，在组蛋白 H1 的支持下，促进该标记向相邻核小体的延伸。同时，PRC2 通过其 EED 亚基（通过 WD40 重复结构域）结合含有 H₃K₂₇me³的核小体，使 EZH2 的 SET 结构域能够甲基化相邻核小体上未修饰的 H3 尾巴。PRC2 的最佳甲基转移酶活性还需要核小体之间较短的 DNA 连接长度，这有助于高效的染色质浓缩和基因沉默。

生物学作用

CBX 蛋白在胚胎发育、干细胞特性维持、细胞增殖、DNA 损伤反应和 X 染色体失活等多个重要的生物过程中都有着不可或缺的作用。

以干细胞调控为例，CBX7 是防止造血干细胞和祖细胞（HSPCs）过早分化的关键 “守门员”，它守护着干细胞的 “青春”，让它们保持多能性。而 CBX6 和 CBX4 则像是一对精准的 “平衡器”，通过抑制多能性基因 SOX2 和 NANOG 的表达，平衡胚胎干细胞的多能性和分化，在细胞命运的抉择中发挥着关键作用。在细胞增殖方面，CBX2 对人类造血祖细胞的增殖有着重要影响，其表达异常会干扰细胞的正常增殖和集落形成能力。CBX8 则像一个 “助推器”，它的过表达能增强 HSPCs 的集落形成能力和体内细胞增殖。在胚胎发育过程中，敲除小鼠的研究充分显示了 CBX 蛋白的重要性。比如，CBX2 敲除小鼠会出现 HOX 基因表达的过早激活，影响性别决定和生殖器官的发育；CBX4 对胸腺和皮肤的正常发育至关重要；CBX7 是神经发生所必需的，其缺失会促进胚胎皮质神经元和成年背根神经节（DRG）神经元的轴突生长；CBX1 在神经发生和大脑发育中也起着关键作用；CBX3 和 CBX5 则对肾脏发育意义重大，参与肾脏分支和肾形态发生的调控。

在细胞周期调控这个 “细胞生命的时钟” 里，CBX 蛋白也有着各自独特的角色。CBX2 通过 PI3K/AKT 和 Hippo/YAP 信号通路调节细胞周期相关基因的表达，影响细胞周期的进程。CBX4 在 G2/M 期调控细胞周期进展，影响有丝分裂的进入，并通过降低增殖细胞核抗原（PCNA）、细胞周期蛋白 E2（CCNE2）和 CDK2、细胞周期蛋白 A2（CCNA2）的水平，同时上调 CDKN2A/p16 的表达，延迟 G1/S 期的转换。CBX6 能通过下调细胞周期蛋白 CCND1 和 CCNE1，间接促进 CDK 抑制剂 CDKN1A（p21）、CDKN1B（p27）和 CDK2B/p15 的上调，从而抑制细胞分裂。CBX7 则通过与组蛋白去乙酰化酶 2（HDAC2）相互作用，抑制细胞周期蛋白 E1（CCNE1）的表达，负向调控 G1/S 期的转换。CBX8 通过正向调节 YBX1 和细胞周期蛋白 D1（CCND1）来促进细胞生长。CBX1 通过调节经典的 Wnt/β - Catenin 信号通路促进细胞增殖，CBX3 则增强细胞周期在 G2/M 期的进展，防止细胞凋亡和 G0/G1 期的停滞。虽然 CBX5 在细胞生长方面的研究相对较少，但它与 DNA 修复机制的缺陷有关。总之，CBX 蛋白家族的各个成员在不同的生物过程中都发挥着独特而重要的作用。

CBX 蛋白在癌症中的分子作用

CBX2 在癌症中的分子作用

在 CBX 蛋白家族中，CBX2 就像一个 “麻烦制造者”，它的失调会严重扰乱重要的表观遗传控制，影响细胞增殖和存活途径，从而推动肿瘤的起始和进展。

在三阴性乳腺癌（TNBC）中，CBX2 就像一个 “帮凶”，通过激活 PI3K/AKT 通路，促进肿瘤的生长和侵袭。PI3K/AKT 通路是细胞内一条重要的信号传导通路，它被激活后，会引发一系列反应，促使癌细胞疯狂增殖、存活和代谢。CBX2 还会抑制 DREAM 复合物，导致细胞周期失调，癌细胞不受控制地增殖。此外，CBX2 还能增强 mTORC1 信号，进一步推动乳腺癌细胞的生长和代谢改变。在 TNBC 患者中，CBX2 的过表达与不良预后相关，它可以作为一个重要的预后生物标志物。

在胃癌（GC）细胞系中，高表达的 CBX2 就像一个 “加速器”，通过激活 YAP/β - catenin 通路，促进癌细胞的增殖、侵袭和迁移。抑制 CBX2 可以阻止 YAP 向细胞核的转位和磷酸化，从而抑制 β - catenin 信号，这表明 CBX2 在胃癌的发展中起着关键的促进作用。

在肝细胞癌（HCC）细胞中，CBX2 则像是一个 “反向开关”，其下调会减缓细胞增殖并诱导细胞凋亡。这主要是通过抑制 Wilms’ 肿瘤蛋白 1 相互作用蛋白（WTIP）的表达，激活 Hippo 通路，使 YAP 磷酸化并失活，最终降低 YAP 的转录活性。

在肺腺癌（LUAD）中，CBX2 是一个关键的致癌驱动因子，它与 EZH2 携手，通过表观遗传机制促进肿瘤的生长和转移。在 LUAD 患者中，CBX2 的高表达与不良预后相关，敲低 CBX2 能显著抑制肿瘤细胞的生长和转移，而且同时抑制 CBX2 和 EZH2 对 LUAD 细胞的抑制效果更显著。

在结直肠癌（CRC）中，CBX2 常常过表达，并且与不良预后相关。它通过两种独立的机制促进癌细胞的增殖、迁移和侵袭，同时抑制细胞凋亡。一方面，CBX2 直接结合到细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂（CDKI）基因 p21 和 p27 的启动子区域，促进 H₂AK₁₁₉ub¹的沉积，抑制基因转录；另一方面，CBX2 正向调节 MAPK 信号通路，增强癌细胞的增殖和迁移能力。

在前列腺癌中，CBX2 在转移性前列腺癌（mPCa）中经常上调，其表达与不良临床结果相关。沉默 CBX2 会降低 mPCa 细胞的活力，增加细胞凋亡，这表明 CBX2 在调节参与细胞增殖和转移的基因中起着关键作用，有望成为晚期前列腺癌的治疗靶点。

在卵巢癌中，CBX2 促进癌细胞的增殖和肿瘤进展，与高级别浆液性卵巢癌（HGSOC）患者的生存相关。有趣的是，Wnt/β - catenin 激活是一种新的机制，即使 CBX2 完全缺失，细胞也能绕过死亡。此外，Circ<