摘要
表观遗传改变涉及组蛋白或DNA修饰中可遗传但可逆的变化，这些变化调节超出基础序列的基因活性。表观遗传失调通常与人类疾病，尤其是癌症有关。随着各种靶向表观遗传调节剂的药物的开发，表观遗传靶向疗法已被应用于血液系统恶性肿瘤的治疗，并且在临床前和临床试验中已显示出对实体瘤的可行治疗潜力。在这篇综述中，我们总结了在肿瘤进展过程中酶在DNA甲基化，组蛋白乙酰化和组蛋白甲基化中的异常功能，并重点介绍了针对表观遗传酶的抑制剂或药物的开发。
在发现了DNA和双螺旋结构之后，经典的遗传学长期以来一直认为DNA序列决定了细胞的表型。DNA以染色质的形式包装在细胞中，核小体是基本的重复单元。四个核心组蛋白（H2A，H2B，H3和H4）形成八聚体，然后被147个碱基对（bp）的DNA片段包围。核小体被10–60 bp DNA隔开。研究人员逐渐发现具有相同遗传信息但具有不同表型的生物，例如来自同一个体的体细胞，它们共享一个基因组，但功能却完全不同。表观遗传学一词最早于1942年提出并建立，当时康拉德·沃丁顿（Conrad Waddington）试图解释基因型与表型之间的联系。1个后来，亚瑟·里格斯（Arthur Riggs）和他的小组将表观遗传学解释为有丝分裂和减数分裂的遗传差异，这可以解释表型的变化。他们都试图找到基因型和表型之间的联系。表观遗传学通常被称为可逆地影响基因表达而不改变DNA序列的基因组机制。霍利迪（Holliday）认为表观遗传学在不改变DNA序列的情况下也是有丝分裂和/或减数分裂遗传的。异常的DNA甲基化可以通过减数分裂进行修复，但某些模式仍会传播给后代。2这种现象涉及广泛的细胞活动，例如细胞生长，分化和疾病发展，并且是可遗传的。3通常，表观遗传事件涉及DNA甲基化，组蛋白修饰，这些修饰的读出，染色质重塑和非编码RNA的作用。涉及不同修改模式的元素可以分为三个角色，“作者”，“读者”和“橡皮擦”。“书写者”和“擦除者”分别是指将化学基团转移到DNA或组蛋白上或从DNA或组蛋白上转移掉的酶。“阅读器”是可以识别修饰的DNA或组蛋白的蛋白质（图1）。为了协调多种生物学过程，表观基因组与其他调节因子（例如转录因子和非编码RNA）协同作用，以调节基因组的表达或阻遏。表观遗传学也可能受到细胞信号通路和细胞外刺激的影响。这些影响是暂时的，但长期存在。鉴于表观遗传学在影响细胞功能中的重要性，对正常和异常表观遗传过程的更好理解可以帮助理解包括癌症在内的不同类型疾病的发展和潜在治疗方法。
哺乳动物细胞中的基因沉默通常是由DNA CpG岛的甲基化以及低乙酰化和高甲基化的组蛋白引起的。“书写者”（DNMT，HAT和HMT）和“橡皮擦”（DNA脱甲基酶，HDAC和KDM）是负责向DNA或组蛋白中转移化学基团或从中去除化学基团的酶。MBD和其他结合蛋白是识别甲基CpG和修饰的组蛋白的“阅读器”。DNMT，DNA甲基转移酶；MBD，甲基-CpG结合域蛋白；HAT，组蛋白乙酰化酶；HDAC，组蛋白脱乙酰基酶；HMT，组蛋白甲基转移酶；KDM，组蛋白脱甲基酶。
癌症的病因非常复杂，涉及环境和遗传因素。在癌细胞中，基因组信息的改变通常是可检测的。像基因组不稳定和突变一样，表观基因组失调在癌症中也很普遍（图2）。一些改变决定细胞功能，并参与致癌转化。4然而，通过用药物或基因疗法逆转这些突变，癌症的表型可以恢复正常。霍利迪（Holliday）提出了一种理论，即表观遗传变化是导致肿瘤发生的原因。特定甲基转移酶改变细胞甲基化状态可能解释了恶性转化概率的差异。5在临床环境中，我们注意到尽管癌症患者具有相同的分期和等级，但他们呈现出完全不同的结果。在肿瘤组织中，不同的肿瘤细胞在全基因组范围内或单个基因中显示出各种组蛋白修饰模式，表明在细胞水平上存在表观遗传异质性。6同样，使用分子生物标志物被认为是将患者分为不同组的潜在方法。重要的是要注意，肿瘤发生是多种表观遗传事件共同作用的结果。例如，抑癌基因的抑制通常是由DNA CpG岛的甲基化以及低乙酰化和高甲基化的组蛋白引起的。7在基因沉默期间，已经鉴定了表观遗传事件的几个标志，包括组蛋白H3和H4的低乙酰化，组蛋白H3K9甲基化和胞嘧啶甲基化。8，9
癌症的表观遗传修饰改变可调节各种细胞反应，包括细胞增殖，凋亡，侵袭和衰老。通过DNA甲基化，组蛋白修饰，染色质重塑和非编码RNA调控，表观遗传学在肿瘤发生中起重要作用。表观遗传学的这些主要方面通过表观遗传酶和相关蛋白对基因沉默和激活表现出可逆的作用。DNMT，DNA甲基转移酶；TET，十一种易位酶；HAT，组蛋白乙酰化酶；HDAC，组蛋白脱乙酰基酶；HMT，组蛋白甲基转移酶；HDM，组蛋白脱甲基酶。MLL，双表型（混合谱系）白血病。
因此，表观遗传学使我们能够研究潜在的癌症表型机制，并提供潜在的治疗选择。在这篇综述中，我们集中并简要地扩展了癌症表观遗传学的三个方面：DNA甲基化，组蛋白乙酰化和组蛋白甲基化。最后，我们总结了癌症表观遗传治疗的最新进展。
哺乳动物的DNA甲基化模式遵循某些规则。生殖细胞通常会经历逐步的去甲基化过程，以确保在胚胎发育过程中整体抑制和适当的基因调控。植入后，除受保护的CpG以外，几乎所有的CpG都经历了从头甲基化。10已知基于酶表达变化的DNA甲基化和脱甲基化的正常动态变化与衰老有关。11，12但是，DNA的甲基化不当会导致多种疾病，包括炎性疾病，癌前病变，和癌症。13，14，15值得注意的是，癌症中DNA的从头甲基化可防止被抑制基因的重新激活，而不是诱导基因抑制。16因为研究人员发现，癌症中90％以上的从头甲基化基因已经在正常细胞中处于抑制状态。17然而，异常的DNA甲基化被认为通过使基因转录失活或抑制基因转录并影响染色质稳定性而成为癌症发展的标志。18岁
DNA甲基化影响染色质结构的确切机制尚不清楚，但已知甲基DNA与封闭的染色质结构密切相关，而染色质结构相对无活性。19启动子的甲基化过高和整体DNA的甲基化过低在癌症中非常普遍。众所周知，基因启动子，特别是关键的肿瘤抑制基因，在正常组织中未甲基化，而在癌组织中高度甲基化。已发现由CDKN2A编码的肿瘤抑制物20 P16在约20％的不同原发性肿瘤中获得从头甲基化。21在多种癌症中经常发现重要且经过充分研究的肿瘤抑制基因（例如P53和BRCA1）中的突变。22，23，24研究发现，甲基化水平与肿瘤大小呈正相关。支持这一点的是，对乳腺癌患者进行的全基因组甲基化阵列分析发现，FES，P2RX7，HSD17B12和GSTM2中的CpG甲基化显着增加，与肿瘤分期和大小增加相吻合。25在分析了染色体2q14.2处的远距离表观遗传沉默后，在结直肠癌和前列腺癌中，EN1和SCTR的甲基化（经充分研究的第一个表观遗传修饰协同实例）显着增加。26，27 EN1甲基化也已观察到高达升高至60％的在人涎腺腺样囊性癌。28值得注意的是，只有约1％的正常样品显示EN1 CpG岛超甲基化。26因此，癌细胞与正常细胞之间的显着差异使EN1成为诊断中潜在的癌症标志物。在人类胰腺癌中，编码细胞连接调节因子的APC基因被DNMT过表达超甲基化。29在对结肠直肠疾病甲基化模式进行分析期间，研究人员发现了几个在癌前疾病和癌症之间显示出显着变化的基因，包括RUNX3，NEUROG1，CACNA1G，SFRP2，IGF2 DMR0，hMLH1和CDKN2A。30在人类结肠癌细胞系HCT116中，hMLH1和CDKN2A始终带有一个等位基因的遗传突变和高甲基化，这导致关键的肿瘤抑制因子失活。31已知p16，p15和pax6通常在膀胱癌中异常甲基化，并在细胞培养中显示出增强的甲基化。32。与基因启动子甲基化不同，基因体甲基化通常导致增加的转录活性。33此过程通常发生在CpG贫乏地区，并导致从C到T的碱基跃迁。34当正常组织中的基因未甲基化时，癌组织中特定CpG岛的甲基化过高有助于突变。一种代表性的标记是谷胱甘肽S-转移酶-π（GSTP1），它仍然是人类前列腺癌中最常见的改变。35最近，癌症中的DNA甲基化通常与耐药性相关，并预测对治疗的反应。36例如，MGMT（O-6-甲基鸟嘌呤DNA甲基转移酶）的超甲基化仍然是胶质瘤对BCNU（卡莫司汀）和替莫唑胺反应的最佳独立预测因子，因为MGMT的超甲基化使肿瘤细胞对治疗更加敏感，并且与肿瘤消退有关并延长了整体生存 37，38同样，MGMT也响应于环磷酰胺弥漫性大B细胞淋巴瘤的一个有用的预测39（表1）。
DNA甲基化是DNA的共价修饰，是研究最好的表观遗传标记之一。它以编程方式在正常细胞生理中起重要作用。DNA甲基化最广为人知的类型是胞嘧啶（C）在其碳环的第5位（5-mC）处的甲基化，特别是在C之后是鸟嘌呤（G）的甲基化，即所谓的CpG位点。非CpG甲基化，例如CpA（腺嘌呤）和CpT（胸腺嘧啶）的甲基化并不常见，通常在哺乳动物中表达受到限制。40个 CpG岛遍历了约60％的人类启动子，这些位点处的甲基化导致明显的转录衰退。41同时，在人体细胞基因组中约2800万个CpG中，有60-80％以对称方式甲基化，并经常在启动子区域发现。42，43个的DNA甲基化的方法，是由DNA甲基转移酶（DNMT）家族经由甲基从S-腺苷-L-甲硫氨酸（SAM）转移到胞嘧啶调节。44 DNMT系列有五个成员：DNMT1，DNMT2，DNMT3a，DNMT3b和DNMT3L。DNMT1负责甲基DNA的维护，识别半甲基化的DNA链，并在细胞分裂过程中再生DNA的完全甲基化的DNA状态。[45]在最近的一项研究中，DNMT1和斯特拉（Stella）是女性生育力的重要因素，在胚胎早期发育过程中负责卵母细胞甲基化的建立。46DNMT3a和DNMT3b被视为从头甲基化酶，其靶向未甲基化的CpG二核苷酸并建立新的DNA甲基化模式，但它们在不同的发育阶段具有不重叠的功能。47，48 DNMT2和DNMT3L不被认为是催化活性的DNA甲基转移酶。DNMT2充当RNA甲基转移酶，而DNMT3L包含截短的无活性催化结构域，并作为辅助伴侣来刺激DNMT3A的从头甲基化活性。DNA甲基转移酶样蛋白DNMT3L可以调节DNMT3a活性作为刺激因子。49
在DNA甲基化异常过程中，DNMT发挥了重要作用。与DNMT1和DNMT3a相比，DNMT3b在肿瘤组织中显着过表达。50在多种癌症（包括AML，CML，神经胶质瘤和乳腺癌，胃癌，结肠直肠癌，肝细胞癌，胰腺癌，前列腺癌和肺癌）中均观察到DNMT1，DNMT3a和DNMT3b的过表达。在宫颈癌患者中，DNMT1在70％以上的癌细胞中表达，而正常细胞中只有16％的DNMT1表达。DNMT1表达的较高水平也与预后较差有关。51DNMT1，DNMT3a和DNMT3b的表达已在急性髓细胞白血病（AML）和各种实体癌中升高。这三种甲基转移酶在慢性粒细胞白血病（CML）的慢性期没有显示出明显的变化，但是在CML发展到急性期的过程中它们明显增加。52，53值得注意的是，转移酶的下调也可导致肿瘤发生（表1）。
许多研究已经考虑了DNA甲基化如何导致基因抑制。已经提出了几种假设。三个甲基CpG结合域蛋白（MeCP）家族可以读取已建立的甲基化DNA序列，然后募集组蛋白脱乙酰基酶（一种负责抑制表观遗传修饰的酶）来抑制基因表达并保持基因组完整性。10，54的第一个基团是甲基-CpG结合结构域（MBD）蛋白，包括的MeCP2，MBD1，MBD2和MBD4。MeCP1是包含MBD2，组蛋白脱乙酰基酶（HDAC）蛋白HDAC1和HDAC2以及RbAp46和RbAp48蛋白（也称为RBBP7和RBBP4）的复合物。55MBD3与其他四个家族成员不同，它不能与甲基化DNA结合，而是与羟甲基化DNA结合。56含锌指和BTB结构域的蛋白家族是第二类，包括三个结构不同的蛋白KAISO（ZBTB33），ZBTB4和ZBTB38，它们通过锌指基序与甲基化DNA结合。第三家族包括两个具有PHD和RING手指域的泛素样蛋白UHRF1和UHRF2，它们通过RING手指相关（SRA）域识别5-mC。另一方面，DNA的甲基化也可能成为某些转录因子与启动子位点如AP-2，c-Myc，CREB / ATF，E2F和NF-kB结合的障碍。13
至于甲基结合蛋白，许多研究已经研究了它们在各种癌症中的作用，但是这些改变的潜在机制仍不清楚。MBD蛋白与其他蛋白协同调节基因转录。57，58然而，MBD1和MBD2的作用尚未在人类肺癌或结肠癌识别与正被检测的只有有限的突变。59此外，MBD1的丧失在MBD - / -小鼠中未显示任何致癌作用。60与MBD1相比，MBD2对肿瘤发生的作用更大。MBD2的缺乏会强烈抑制APC Min背景小鼠的肠肿瘤发生。61一个可能的原因是在结肠直肠癌中许多重要的信号通路被下调，而MBD2的缺失导致这些基因的重新表达。62同时，抑制MBD2对抑制人肺癌和结肠癌的肿瘤发生显示出有希望的作用。63尽管MBD3不直接结合甲基化DNA，但它通过与其他蛋白质（例如MBD2和HDAC）的相互作用来调节甲基化过程。例如，在肺癌细胞中应用HDAC抑制剂可上调p21（也称为CDKN1A）和下调ErbB2，从而抑制癌细胞的生长。MBD3沉默可阻止HDAC抑制剂的作用。64MBD3和MBD2形成复杂的核小体重塑和脱乙酰基酶（NuRD），它与组蛋白脱甲基化酶相互作用以调节癌症中的基因表达。65 MBD4突变已发现于大肠癌，子宫内膜癌和胰腺癌。66此外，这种突变意外地影响了整个基因组的稳定性，而不仅是CpG位点。67敲除MBD4确实确实增加了APC Min背景小鼠的肿瘤发生，这使MBD4成为肿瘤抑制因子。考虑到MBD4和MMR之间的相互作用，68 MBD4在DNA损伤修复中很重要。69相反，MeCP2和UHRF家族的表达倾向于促进肿瘤生长。70，71，72，73，74在KAISO家族，KAISO直接结合P120 箱，在一些癌细胞的备用位置的蛋白质，并且它们一起调节细胞粘附和运动。75，76然而，ZBTB4有助于肿瘤发生不足77（表1）。
DNA甲基化是许多生物体中DNA的稳定且高度保守的表观遗传修饰。78然而，在不同的生物学过程中已经确定了5-mC的丧失和DNA去甲基化。例如，DNA脱甲基化对于原始生殖细胞（PGC）获得多能能力很重要。79，80 DNA去甲基化正积极通过经由从5-MC去除一个甲基的TET蛋白家族（一零一一年易位酶，TET1-3）调节。根据发育阶段和细胞类型，这三种蛋白质在表达方面彼此不同。18岁TET以迭代方式氧化5-mC，并催化5-mC转化为5-羟甲基胞嘧啶（5-hmC），这是脱甲基过程中的关键中间体。81 5-hmC作为相对稳定的中间底物，与5-mC相比，不易被TET蛋白进一步氧化。82然而，仅TET1和TET2的过表达会导致整体降低5-mC。18 TET蛋白将5-hmC逐步氧化可产生两种产物：5-甲酰基胞嘧啶（5-fC）和5-羧基胞嘧啶（5-caC）。83这两个分子可被胸腺嘧啶DNA糖基化酶（TDG）切除，并最终被修复为未修饰的C。84 DNA脱甲基或未修饰的胞嘧啶的还原也可以通过依赖复制的5-mC稀释而被动发生。
正常DNA去甲基化的破坏被认为与肿瘤发生有关。TET蛋白最初与白血病有关。研究人员发现，在少数AML患者中，TET1通过染色体易位t（10; 11）（q22; q23）与MLL融合。85进一步的研究发现，TET2在不同组织中的表达要比TET1和TET3广泛。分析显示，约15％的髓样癌患者（包括骨髓增生异常综合症（MDS），骨髓增生性疾病和AML）发生TET2突变或缺乏。86在CML患者中，约50％的患者检测到TET2突变。87尽管在几种髓样恶性肿瘤中发现了TET2突变，但其预后效果仍存在争议。基于疾病从慢性髓样恶性转变为AML的患者中TET2突变升高的现象，研究人员认为TET2丢失对于细胞恢复自我更新的能力很重要。88 TET蛋白在几种实体瘤中的作用也得到了研究。与周围的正常组织相比，人乳腺癌，肝癌，肺癌，胰腺癌和前列腺癌中的5hmC显着降低，TET家族蛋白的表达降低。89TET1在前列腺癌和乳腺癌中的缺乏通过抑制金属蛋白酶（TIMP）家族蛋白2和3的甲基化与肿瘤细胞浸润和乳腺癌异种移植瘤形成有关。90 5-hmC的丧失是黑色素瘤的表观遗传标志，并且因此，在动物模型91中将TET2引入黑素瘤细胞导致肿瘤生长的抑制和存活率的增加（表1）。
组蛋白修饰可发生在组蛋白的柔性尾巴和核心区域，包括被DNA掩埋的位点。特别地，柔性组蛋白尾巴富含碱性的Lys / Arg和含羟基的Ser / Thr / Tyr残基，从而成为标记组蛋白修饰的热点。尾巴从核小体的表面延伸，并易于通过共价翻译后修饰（PTM）进行调节。PTM通过添加或去除化学基团来修饰组蛋白，并通过基因的激活或失活来调节许多生物学过程。这些过程主要包括赖氨酸（K）和精氨酸（R）的乙酰化和甲基化，丝氨酸（S）和苏氨酸（T）的磷酸化，泛素化和赖氨酸的磺酰化。除了以上提到和讨论的内容外，157，158除了常规的翻译后修饰，新颖PTM位点还发现N末端尾部的外面。
在某些位点，例如启动子和增强子，组蛋白修饰被认为是基本不变的，而少数这些位点仍然是动态的。H3K4me1和H3K27ac，两个动态修饰，被鉴定为激活增强子并调节基因表达。159 H3K9ac和H3K9me3是启动子的两个常见修饰。160，161的适当的组蛋白修饰是在基因表达和人类生物学重要; 否则，PTM的改变可能与肿瘤的发生有关。对癌细胞的分析表明，它们在单个基因或单核水平上均表现出异常的组蛋白修饰。6，162了解癌细胞中的组蛋白修饰模式可以帮助我们预测和治疗癌症。迄今为止，大多数研究都集中在单个位点（例如H4K20me3或H4K16ac）内的异常修饰上，而不是与酶活性相关的异常上。通常，组蛋白修饰的改变发生在早期，并在肿瘤发生期间积累。163
组蛋白乙酰化通过组蛋白乙酰基转移酶（HATs）（也称为赖氨酸乙酰基转移酶（KATs））的催化，在N端的多个赖氨酸残基处发生。组蛋白乙酰化通过多种机制调节染色质的紧缩状态，例如中和未修饰赖氨酸残基上的碱性电荷，并与活性转录相关，尤其是在基因启动子和增强子以及基因体上。它还有利于将协同调节剂和RNA聚合酶复合物募集到该基因座。157，164迄今为止，HATs和组蛋白脱乙酰基酶（HDACs）是组蛋白PTM涉及的最具有特征的两种酶。HAT将乙酰基从乙酰辅酶A辅因子转移到组蛋白的赖氨酸残基上，而HDAC的作用相反，这使得组蛋白乙酰化成为高度可逆的过程。
HATs主要位于细胞核中，但多行证据显示胞质中的赖氨酸乙酰化，并且其乙酰化与关键的细胞事件有关。165此外，在组蛋白外部发现的赖氨酸乙酰化使我们想起了HAT在非组蛋白PTM中的作用。166第一HAT在酵母识别的，并命名为HAT1，167，然后通过艾利斯和同事从四膜分离为HAT甲。168在人类中，HATs大致可分为三类：一般控制不可抑制5（GCN5）相关的N-乙酰基转移酶（GNAT）（基于酵母中发现的Gcn5蛋白；包括GCN5和PCAF），MYST（基于该蛋白） MOZ；包括MOZ，MOF，TIP60和HBO1），以及p300 / cAMP响应元件结合蛋白（CBP）。169其他HAT，包括核受体和转录因子，例如SRC1，MGEA5，ATF-2和CLOCK，也具有乙酰化组蛋白的能力。值得注意的是，许多乙酰基转移酶还在组蛋白外进行蛋白质乙酰化，例如TFIIB，MCM3AP，ESCO和ARD1。170敲除CBP / p300对早期胚胎小鼠模型具有致命性。171，172每个HAT亚家族的乙酰基转移策略都不同。对于GCN5和PCAF家族，蛋白质晶体结构在活性位点显示出保守的谷氨酸。对该氨基的阻断导致乙酰化功能显着降低。173，174同样，也有保守的谷氨酸加上位于MYST家族蛋白的活性位点的半胱氨酸残基。175与其他两个家族不同，p300 / CBP HAT亚家族还有另外两个潜在的保守残基，酪氨酸和色氨酸。176通常，它们的乙酰基转移的催化机理可以分为两组。GNAT家族取决于顺序机制，而MYST家族的成员使用所谓的乒乓（即双置换）催化机制，这意味着乙酰基首先转移到半胱氨酸残基，然后转移赖氨酸残基。177除了乙酰转移机制不同外，HAT亚家族，即使是同一家族中的不同蛋白质，在靶位点上也具有显着的多样性。
细胞内适当的乙酰化很重要，因为HATs的上调或下调与肿瘤的发生或预后不良有关。162，178与实体瘤相比，组蛋白修饰和癌症之间的关系已被广泛研究的在血液恶性肿瘤。CBP的种系突变导致Rubinstein-Taybi综合征，并增加了儿童恶性肿瘤的易感性。同时，失去另一个家庭成员p300也与血液系统恶性肿瘤有关。179，180因此，CBP和p300似乎都起着抑癌作用。在癌症发展过程中，HAT基因的表达可被染色体易位破坏，尽管这些事件很少见。融合蛋白CBP-MOZ的产生是AML中t（8,16）（p11，p13）易位的结果。181 t（10; 16）（q22; p13）的易位导致CBP-MORF嵌合体。182同样，在血液系统恶性肿瘤中也发现了p300-MOZ，MLL-CBP和MLL-p300（MLL，混合谱系白血病）。183，184，185通常，涉及CBP的染色体重排比涉及p300的染色体重排更常见。研究人员还研究了突变较少的实体瘤。喉鳞状细胞癌（LSCC）组织中P300的表达远高于邻近的正常组织，与晚期和预后不良有关。在大肠腺癌，胃腺癌和乳腺癌中发现了p300的178个错义点突变，发病率很低。186，187在CBP和PCAF罕见的失活突变只在肿瘤细胞系，但不是主要的肿瘤被发现。188基于这些发现，我们假设细胞系和原发性肿瘤之间的差异不可忽略。乳腺癌1（AIB1）中的扩增，通常也称为NCOA3（核受体共激活剂3）或SRC3（类固醇受体共激活剂3），在约60％的人类乳腺癌中过表达，AIB1的水平升高与他莫昔芬耐药相关降低整体生存率。189类固醇受体共激活因子1（SRC1）也与染色体易位t（2; 2）（q35; p23）相关，这导致横纹肌肉瘤中PAX3-NCOA1基因融合而在胚胎发育过程中没有一致的遗传异常190（表2） 。
溴结构域（BRD）基序是〜110个氨基酸保守的蛋白质模块，被视为第一个也是唯一的组蛋白结合模块，其中包含一个疏水口袋，可识别乙酰赖氨酸。191不同BRD的特异性取决于形成疏水口袋的环中的序列。因此，每个BRD都偏爱不同的组蛋白。192，193除了其识别乙酰基-赖氨酸的，BRDS还能够与其他染色质分子，例如植物同源结构域（PHD）指基序或另一个BRD相互作用。迄今为止，已经发现了42个含有溴结构域的蛋白质和61个独特的溴结构域。194，195根据BRD的序列长度和序列同一性，人类BRD家族可分为9组和另外一组离群值，已在发表的论文中很好地说明了这一点。169，194不同的含BRD-蛋白含有一个至六个BRDS。有趣的是，最著名和研究最深入的溴结构域蛋白也是HAT，例如PCAF，GCN5和p300 / CBP。Yaf9，ENL，AF9，Taf14，Sas5（YEATS）和双PHD手指（DPF）也被发现是酰基赖氨酸阅读器域。191，196人MOZ和DPF2是两个包含DPF域的蛋白质。YEATS和DPF结构域中的突变与癌症有关。例如，在血液系统恶性肿瘤中发现了AF9的突变，而ENL失调会导致肾癌。197，198
另一个重要的家族是BRD和末端外域（BET）蛋白家族，包括BRD2，BRD3，BRD4和BRDt，该家族共享两个保守的N端溴域和一个更趋异的C端募集域。199，200，这些溴基结构域的蛋白如基因转录活性的介体是至关重要的。201值得注意的是，在某些组蛋白赖氨酸甲基转移酶（例如ASH1L和MLL）中也发现了溴结构域。BRD是混杂域，并且在其他结构良好的论文中已有讨论。169，194在这次审查中，我们侧重于惟妙惟肖在肿瘤发生中的作用。
作为组蛋白乙酰化的“阅读器”，溴结构域蛋白在肿瘤发生中起重要作用。BRD4募集阳性转录延伸因子复合物（P-TEFb），这是与c-Myc活性相关的慢性淋巴细胞白血病的有效靶标。202，203，204 BRD4的染色体易位，通过T（15; 19）易位，导致融合蛋白BRD4-NUT（在睾丸核蛋白），其在NUT中线癌（NMC）中发现的产生。重要的是，抑制BRD4-NUT可诱导NMC细胞分化。205此外，BRD4是维持Myc 206持续表达的AML所必需的（表2）。
组蛋白脱乙酰基酶（HDAC）最近引起了越来越多的关注。在人类中，基因组编码18个HDAC。与HAT的功能相反，HDAC通常充当基因沉默介体并抑制转录。类似地，HDAC不仅在细胞核中表达，而且在细胞质中表达，它们的底物也不限于组蛋白。根据序列相似性，HDAC可以分为四类：I类HDAC，酵母Rpd3样蛋白，转录共受体，在N端和多样化的C端区域具有单个脱乙酰基酶结构域（HDAC1，HDAC2，HDAC3，和HDAC8）；II类HDAC，即酵母Hda1样蛋白，在C端位置具有脱乙酰基酶结构域（HDAC4，HDAC5，HDAC6，HDAC7，HDAC9和HDAC10）；III类HDAC是酵母沉默信息调节因子2（Sir2）样蛋白（SIRT1，SIRT2，SIRT3，SIRT4，SIRT5，SIRT6和SIRT7）；IV类涉及一种蛋白质（HDAC11）。IV类蛋白质与I类和II类蛋白质共享序列相似性。207，208类I，II和IV包含在组蛋白去乙酰家庭，而III类HDAC属于Sir2的稳压器系列。209这两个家族的催化机制是不同的。I，II和IV类是Zn 2+依赖性HDAC，而sir2样蛋白（sirtuins）是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD +）依赖性HDAC，并且还具有单ADP-核糖基转移酶活性，这是组蛋白的另一种模式。修改。210有趣的是，人们认为SIRT4具有比HDAC活性更高的单ADP-核糖基转移酶活性。SIR2和SIRT6似乎具有相同水平的单ADP-核糖基转移酶和HDAC活性。211，212此外，在揭示了SIRT5的晶体结构之后，研究人员发现SIRT5也是赖氨酸脱琥珀酰酶和脱丙二酰酶。213因此，瑟土因家族的多样性使它们成为一组多功能酶。
到目前为止，每个HDAC的主要已知识别位点都是不同的，这些在很大程度上仍待发现。例如，HDAC3被认为可以使H4K8和H4K12 214脱乙酰化，但是在敲除HDAC3的HeLa细胞系中，H4K8和H4K12的乙酰化水平，甚至H3和H4的总体乙酰化水平都与野生型细胞相当。 。215尽管如此，HDAC1或HDAC3 siRNA确实可以增加H3K9和H3K18的乙酰化水平。215因此，部分由于HDAC系列中的功能互补和多样性，尤其是在I，II和IV类中，很难识别某些HDAC的特定底物。但是，瑟土因家族的底物非常清楚。值得注意的是，由于SIRT4和SIRT5仅位于线粒体中，因此它们对组蛋白没有影响。但是，非组氨酸赖氨酸乙酰化也很普遍，因为已经鉴定出1750种蛋白质上的3600多个乙酰化位点。166抑癌基因p53和细胞骨架蛋白α-微管蛋白是HDAC的两个代表性底物。216，217，218值得注意的是，HDAC还能够通过使负责表观遗传事件的其他蛋白质（例如DNMT，HAT和HDAC）脱乙酰化，从而调节基因转录。166，219的另一现象是，一些类HDAC具有形成与其它组分以用作转录辅阻遏物，其提供的思想和方法来设计新的HDAC抑制剂沿着复杂。Sin3，NuRD和CoREST复合体是包含HDAC1和HDAC2的三个复合体。研究发现，不含相关成分的纯化的HDAC1或HDAC2在体外显示相当弱的脱乙酰基活性。220HDAC3与核心抑制剂SMRT / NCoR相互作用以形成功能复合物，从而显着增加HDAC3的活性。NCoR还与HDAC1，HDAC2和II类脱乙酰基酶HDAC4，HDAC5和HDAC7相互作用，但通常不以复合物形式存在。221，222删除在乳腺癌1（DBC1）和SIRT1（AROS）的活性调节器是两种蛋白质是能够结合SIRT1，而它们之间的相互作用相对存在的功能。DBC1 / SIRT1复合物抑制SIRT1的脱乙酰基活性，而AROS和SIRT1的组合刺激SIRT1的活性。223，224
HDAC不仅能够使组蛋白和非组蛋白脱乙酰，而且还可以与其他表观遗传相关的酶相互作用，这使其在肿瘤发生中起着至关重要的作用。162，178度的改变在癌症中的HDAC通常会导致异常脱乙酰和肿瘤抑制基因的失活。例如，HDAC抑制剂可以逆转由CDKN1A编码的肿瘤抑制剂p21的启动子的低乙酰化，从而产生抗肿瘤作用。225在包括原发性肿瘤和癌细胞在内的180多个癌症样本中，对多个HAT和HDAC（例如CBP，PCAF，HDAC1，HDAC2，HDAC5，HDAC7和SIRT1）中的突变进行了筛选，结果显示HDAC1，HDAC5， HDAC7和SIRT1对于结肠直肠癌和正常结肠直肠粘膜是独特的，并且HDAC4和CBP的表达谱能够区分乳腺癌组织与正常组织226（表2）。
与组蛋白乙酰化的过程相似，组蛋白甲基化也包含三个重要组成部分：“作者”，组蛋白甲基转移酶（HMT），“读者”，可识别组蛋白甲基化的蛋白质和“清除剂”，组蛋白脱甲基酶（HDM）。组蛋白的甲基化发生在精氨酸和赖氨酸残基上。精氨酸和赖氨酸都可以被单甲基化或二甲基化，而赖氨酸也能够被三甲基化。组蛋白甲基化可以促进或抑制基因表达，这取决于具体情况。例如，H3K9，H3K27和H4K20处的赖氨酸甲基化通常与基因表达的抑制有关，而H3K4，H3K36和H3K79的甲基化则诱导基因表达。360H3K27M（赖氨酸27变为甲硫氨酸）和H3K36M的突变是两个重要的致癌事件，H3K27M和H3K36M充当小儿神经胶质瘤和肉瘤的驱动器。在超过70％的弥漫性桥脑神经胶质瘤（DIPG）和20％的小儿胶质母细胞瘤中发现了H3K27M，这导致H3K27（H3K27me3）的三甲基化水平总体下降。361，362，363但是，H3K36M突变也妨碍间充质祖细胞的分化和未分化产生肉瘤，导致增加的H3K27me3水平和H3K36的全球损失（ME2和我）。364，365同时，H3K36的耗尽甲基转移在相似的表型的那些与H3K36M突变看到结果。364迄今为止，由于KMT（赖氨酸甲基转移酶）的发现顺序，普遍性和影响程度不同，其研究优于精氨酸甲基转移酶（PRMT）。它们的目标不仅限于组蛋白，而且还修饰其他关键蛋白，例如抑癌基因p53，TAF10和Piwi蛋白。366，367，368
除DOT1L以外，所有KMT都包含一个130个氨基酸的保守结构域，即SET（杂色抑制剂，Zeste增强子，三胸草）。SET结构域负责含SET的KMT的酶促活性。DOT1L不是将组蛋白尾巴中的赖氨酸残基甲基化，而是使组蛋白球状核心中的赖氨酸甲基化，并且其催化结构域与PRMT的催化结构域更相似。369，370的KMTs导致甲基从S-腺苷甲硫氨酸（SAM）转移到所述ε氨基的赖氨酸残基的酶活性。首先确定的国民党是针对H3K9的SUV39H1。371依序，已鉴定出超过50种含有SET的蛋白质，它们具有已证明或预测的赖氨酸甲基化潜力。值得注意的是，KMT是高度特异性的酶，这意味着它们对可以甲基化的赖氨酸残基和可以达到的特定甲基化程度具有高度选择性。例如，SUV39H1和SUV39H2在赖氨酸9（H3K9）处特异性地使组蛋白3甲基化，而DOT1L仅使H3K79甲基化。371根据其在SET域周围的结构和顺序，一般来说，KMT可以分为SUV39，SET1，SET2，EZH，SMYD和RIZ（PRDM）六类（Volkel和Angrand审查372））。SUV39家族的Pre-SET域包含9个保守的半胱氨酸，它们与3个锌离子协同作用。SET1家族成员具有相似的后SET基序，其包含三个保守的半胱氨酸残基。SET2家族拥有一个包含7–9个半胱氨酸的AWS基序。它们的SET域位于AWS主题和SET后主题之间。zeste同源物（EZH）家族增强子的成员是负责基因沉默的多梳阻抑复合物（PRC）的催化成分。EZH蛋白没有SET后的基序，但在SET结构域的前面有15个半胱氨酸，作为分离的蛋白没有甲基化活性。373 PRC2通过其催化成分EZH2或其同系物EZH1表现出赖氨酸甲基化活性。374EZH2可以甲基化不仅组蛋白H3，而且在赖氨酸26蛋白H1 375的SMYD家族成员，它们是SET和MYND结构域的蛋白质，具有一个MYND（髓肌肉发达-DEAF1）结构域，锌指基序负责蛋白质-蛋白质相互作用。376 RIZ（PRDM）家族是一个大家族，包含SET域PR域的同源物。PR和SET结构域共享20-30％的序列同一性，并且都能够诱导组蛋白H3甲基化。377然而，RIZ家族中负责组蛋白甲基化的大多数成员仍然未知。到目前为止，已经证明其中两个可以诱导组蛋白的甲基化：PRDM2（RIZ1）与H3K9甲基化相关；以及PRDM9的小鼠同源物Meisetz，三甲基化H3K4。378同时，已确定PRDM1与SUV39家族成员EHMT2进行交互。PRDM6通过与I类HDAC和EHMT2相互作用来诱导转录，从而诱导细胞增殖并抑制细胞分化。379同时，EHMT2的招募是基于与PRDM1形成复合物。380由于缺少SET域两侧的特征序列或结构，其他包含SET的KMT（例如SET7 / 9，SET8，SUV4-20H1和SUV4-20H2）无法分类为这些家族。值得注意的是，某些KMT包含多个域，这使它们可以与其他蛋白质（尤其是其他表观遗传修饰蛋白质）相互作用。SUV39H1具有直接结合核酸并形成异染色质的染色体结构域。381 MLL1通过与CpG相互作用的CXXC域识别未甲基化的DNA。SETDB1包含一个与甲基化DNA相互作用的MBD。382 SETDB1中的Tudor域可能会识别赖氨酸残基的甲基化。383 ASH1能够通过ADH1中的溴结构域与CBP（HAT）相互作用。384
蛋白质精氨酸甲基转移酶（PRMT）可以分为两组。在这9个PRMT中，只有PRMT5，PRMT7和PRMT9是II型PRMT，除PRMT2之外的其他5个PRMT是I型PRMT。PRMT2通过序列同源性385鉴定，但在研究过程中未显示任何催化活性，尽管PRMT2充当雄激素受体（AR）的强共激活剂，而后者被认为与精氨酸甲基化有关。386两种类型的PRMT都首先催化一甲基精氨酸作为中间体的形成。但是，顺序地，I型PRMT可以形成不对称的二甲基精氨酸（ADMA，Rme2a），而II型PRMT可以形成对称的二甲基精氨酸（SDMA，Rme2s）。Rme2a是指在一个ω-氨基上具有两个甲基，而Rme2s在每个ω-氨基上具有一个甲基。PRMT1-PRMT8由Herrmann和Fackelmayer进行了研究，387，FBXO11被鉴定为PRMT9，它对称地二甲基化精氨酸残基。388
多数用于组蛋白甲基化的酶是底物特异性蛋白。因此，酶异常表达的改变通常与特定的组蛋白残基突变有关。H3K4me3是肿瘤发生变化最著名的例子之一，它与双表型（混合谱系）白血病（MLL）有关。MLL基因的位置通常是AML和ALL中染色体易位的地方。389当MLL基因易位时，催化的SET结构域丢失，导致MLL易位产生的融合蛋白募集DOT1L。390与MLL相关的ALL的维持取决于DOT1L催化的H3K79的甲基化。391因此，DOT1L通常与血液系统恶性肿瘤有关，而不是实体瘤。已在多种癌症中观察到EZH2诱导的H3K27甲基化的改变，包括各种实体瘤（前列腺癌，乳腺癌，肾癌，膀胱癌和肺癌）和血液系统恶性肿瘤。392同时，在多种癌症中发现了EZH2的过表达，与预后不良有关。393已提出了不同的机制来描述EZH2在肿瘤发生中的作用（表3）。
组蛋白甲基化的“阅读者”包含几个识别赖氨酸或精氨酸甲基化的特定域，例如染色体域，394 WD40重复序列，MBT（恶性脑肿瘤）域，Tudor域395和PHD（植物同源域）手指基序。396人类中代表性的含色域蛋白是HP1和Chd1，它们可以分别识别H3K9me和H3K27me。394，397 WDR5是包含WD40重复的蛋白质。除了H3K4me，WDR5更喜欢通过组蛋白甲基化复合物与H3K4me2结合，并且是维持H3K4me3所必需的。395后来，WDR5被证明可以直接读取H3R2（MLL1的“ WIN”基序）以及通过WD40域进行对称的H3R2二甲基化。398个 L3MBTL是一组包含三个MBT重复结构域的蛋白质。L3MBTL1通过H4K20或H1BK26的单甲基化或二甲基化抑制基因表达。399 BPTF，RAG2，PYGO和肿瘤抑制物ING2是含有PHD手指基序的代表性蛋白质。他们都能够识别并绑定到H3K4me3。400有趣的是，DNMT3L和BHC80也具有PHD手指基序，但它们选择性结合未甲基化的H3K4。401，402有许多含有Tudor域的蛋白质，代表性的蛋白质是JMJD2A。JMJD2A是一种组蛋白脱甲基酶，与H3K4me3和H4K20me3 403均等结合（表3）。
组蛋白脱甲基酶（HDM或KDM）的鉴定落后于HMT的鉴定。到目前为止，KDM可以分为两类。胺氧化酶型赖氨酸特异性脱甲基酶（LSD）和高度保守的JumonjiC（JMJC）域含组蛋白脱甲基酶。LSD1和LSD2，也称为KDM1A和B，是黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）依赖性胺氧化酶，只能使单甲基化和二甲基化的赖氨酸残基脱甲基。通过将H3K9去甲基化，已确定LSD1与AR一起特异性激活雄激素受体（AR）靶基因。404人类基因组编码超过30种含JMJC的KDM，它们能够从所有三个甲基赖氨酸状态中除去甲基。JHDM1A是第一个表征的包含JMJC域的HDM，特别是将H3K36me2和H3K36me1脱甲基。405并非所有的含JMJC域的蛋白质都能够使组蛋白（例如HIF1AN和跨膜磷脂酰丝氨酸受体PTDSR）脱甲基。包含JMJC的HDM可以分为六个系列：360JHDM1，JHDM2（JMJD1），JHMD3（JMJD2），JARID，PHF和UT系列。值得注意的是，并非所有这些家族都具有组蛋白去甲基化的能力。但是，某些包含JMJC的蛋白质，包括这六个家族中未包含的蛋白质，均包含一个或多个甲基化的组蛋白结合域。必须研究它们使甲基赖氨酸或甲基精氨酸脱甲基的潜力。除赖氨酸残基的脱甲基酶外，JMJD6是最早描述的精氨酸脱甲基酶和赖氨酸羟化酶。它可以从H3R2和H4R3中除去甲基。406另一种蛋白质是肽酰精氨酸脱亚氨酶（PAD或PADI）或蛋白质-精氨酸脱亚氨酶，它们能够将精氨酸和单甲基化的精氨酸转化为瓜氨酸。407
LSD1（KDM1A）是研究最深入的KDM之一，并发现在多种癌症中会增加。LSD1的抑制导致整体H3K4甲基化，并促进神经母细胞瘤细胞的分化。408与KDM1A不同，KDM1B主要参与表达模式受限制的卵母细胞的生长。409与LSD1的双重作用相似，KDM2家族的成员可以促进肿瘤形成或抑制肿瘤发生。410通过在DUSP3（双重特异性磷酸酶3）中对H3K36进行二甲基化，KDM2A激活肺癌细胞中ERK1 / 2的表达。411乳腺癌中KDM2B的敲除通过抑制多梳复合物而下调了肿瘤干细胞标记物ALDH和CD44。KDM2B在胰腺导管腺癌（PDAC）中也过表达，并与KrasG12D协同促进小鼠模型中PDAC的形成。412LSD1和KDM2家族具有上下文相关的肿瘤促进和抑制功能，这可能取决于各种癌症的不同特征和酶的特定底物。因此，进一步的研究应考虑这些酶的双重作用。KDM3A是由肿瘤微环境中的缺氧和营养缺乏引起的，它通过促进肿瘤细胞迁移和侵袭显示出致癌作用。KDM3A的抑制下调了肿瘤相关的血管生成和巨噬细胞浸润。413，414是必需的KDM3C为MLL-AF9白血病维护和患者的颅内肿瘤的种系突变。415，416KDM4A，KDM4B和KDM4C已显示出在前列腺癌中的表达增加，H3K9me2 / 3的水平降低，而H3K9me1的水平升高。417 H3K9me3被认为是基因组异色区域的标志。此外，KDM4家族成员是最早鉴定出的靶向三甲基化赖氨酸的脱甲基酶。KDM4家族成员的异常表达可能导致基因组不稳定，并参与肿瘤发生。410 KDM6家族的成员通常充当肿瘤抑制因子，并被认为可导致细胞生长停滞。418例如，由INK4A-ARF基因座编码的肿瘤抑制蛋白p16INK4A和p14ARF被H3K27me3抑制。当受到致癌因素刺激时，KDM6B被募集到INK4A-ARF基因座并激活这两种肿瘤抑制因子的转录。419在大肠癌中，KDM7C是奥沙利铂和阿霉素的功效以及p53 420的激活所必需的（表3）。
表观遗传相关的非编码RNA（ncRNA）包括microRNA（miRNA），小干扰RNA（siRNA），Piwi相互作用RNA（piRNA）和长的非编码RNA（lncRNA）。MiRNA是研究最多的ncRNA之一，是长度在19到22个核苷酸之间的小RNA，通过控制mRNA的翻译在基因表达的调控中起着重要的作用。有趣的是，miRNA通常靶向的区域通常与癌变有关。567通常，它们可以分为促进肿瘤的和抑制肿瘤的miRNA。在肿瘤发生过程中，致癌的miRNA（例如miR-155，miR-21和miR-17-92）通常过表达，而抑制肿瘤的miRNA（例如miR-15-16）则被下调。568miRNA的另一种类型是细胞背景相关的miRNA，在肿瘤发生中起作用。例如，已证明miR-146在多种癌症中过表达，而最近的研究证明miR-146可以降低BRCA1的表达。568，569同时，蛋白质和酶的表达也由某些miRNA调节。MiR-101直接抑制EZH2，并且在癌症中观察到miR-101异常下调。570，571中所述miR-29家族的表达逆与DNMT3A和-3B的肺癌组织相关。miR-29的强制表达通过诱导甲基化沉默的肿瘤抑制基因的重新表达来抑制肿瘤发生。572LncRNA是另一大类非编码RNA，在肿瘤发生中起着至关重要的作用。一些lncRNA具有特定的癌症类型，例如前列腺癌中的PCGEM1和肝细胞癌中的HEIH。573，574，许多异常lncRNAs已经在各种癌症中被发现。在肺癌，胰腺癌和结肠直肠癌中发现了HOTAIR的失调。575，576，577
因此，ncRNA可以直接参与肿瘤发生，也可以通过参与其他表观遗传事件间接影响肿瘤发展。
与遗传突变不同，表观遗传改变是可逆的。考虑到表观遗传标记在肿瘤发生中的重要性，相应抑制剂的可用性已引起广泛关注。同时，基因的表观遗传调控通常需要一个以上的表观遗传事件。当前，有六种表观遗传药物被FDA批准用于临床（表4）。
DNMT的阻断是防止DNA异常甲基化的最有效方法。然而，直到现在，对甲基转移酶的靶向仍缺乏特异性，甚至引起全球基因组的甲基化不足。578小鼠中DNMT1的完全缺失导致胚胎致死率。579在成纤维细胞中敲除DNMT1会导致10％的基因异常表达和p53依赖性死亡。580给予DNA甲基化抑制剂可导致雄性Fischer大鼠发生肿瘤。581 DNA甲基化的调节对于细胞存活和功能至关重要，除了所需的特异性和相关的副作用外，很难确定合适的药物。
DNA甲基化抑制剂可分为两类：核苷类似物和非核苷类似物。核苷类似物具有修饰的胞嘧啶环，可以变成核苷酸，并掺入新合成的DNA或RNA中。DNA甲基转移酶与类似物共价结合，从而抑制DNA甲基化。5-氮杂胞苷（5-Aza-CR）和5-氮杂-2'-脱氧胞苷（5-Aza-CdR）是目前研究最多的两种脱甲基剂。5825-Aza-CR和zebularine是核糖核苷类似物，可以被磷酸化以整合到RNA中。但是，它们也可以通过核糖核苷酸还原酶途径掺入DNA中。5-Azacitidine（胞嘧啶核苷的类似物）是用于治疗骨髓增生异常综合症（MDSs）的注射用混悬液。它促进细胞分化，去甲基化和失活基因的重新表达。583 5-氮杂胞苷的副作用包括胎儿异常584和降低的男性生育能力，尤其是在高剂量时，但其类似物6-氮杂胞苷并未显示出这种作用。585值得注意的是，用氮杂胞苷处理了非侵袭性乳腺癌细胞系MCF-7和ZR-75-1之后，由于几种前转移基因的低甲基化，这些细胞获得了侵袭能力。586地西他滨（5-Aza-CdR）和5-氟-2'-脱氧胞苷（5-F-CdR）是脱氧核糖核苷类似物，能够在磷酸化后并入DNA中。地西他滨（5-氮杂2'-脱氧胞苷）以剂量依赖性方式抑制DNA甲基化。它可以在低剂量下重新激活沉默的基因，但在高剂量下获得细胞毒性，而骨髓抑制是所有剂量下的主要副作用。587。二氢-5-氮杂胞苷（DHAC）是5-氮杂胞苷的生物活性和化学稳定类似物，毒性降低。588，589由于其水解稳定性，可以通过长时间静脉输注来给药，从而有可能消除由5-氮杂胞苷给药引起的急性毒性。590 Zebularine是潜在的口服DNA脱甲基药物，在酸性环境和水溶液中具有稳定性。591然而，在啮齿类动物（<7％）和灵长类动物（<1％）中，近千毫剂量的要求以及有限的生物利用度使zebularine远离临床翻译。592
在讨论的药物中，5-Aza-CR 593和5-Aza-CdR 594已被美国食品和药物管理局（FDA）批准用于治疗MDS和慢性粒单核细胞白血病的某些亚型。由于它们对新合成的DNA的内在偏好，它们倾向于影响分裂细胞，即癌细胞。595正在进行的临床前实验和临床试验正在探索其在实体瘤中的功效。这些核苷样类似物的常见副作用是诱变风险和基因组不稳定。非核苷类似物能够避免这些副作用。
当前，已经开发了许多非核苷类似物以防止DNA异常的过度甲基化。这些药物通常是小分子抑制剂，直接靶向催化部位，而不是掺入DNA中。基于DNMT1的三维模型，设计了RG108，以阻止该酶的活性并引起去甲基化。596 Psammaplin是一组来自海绵Pseudoceratina purpurea的天然提取物，能够抑制DNA甲基转移酶和组蛋白脱乙酰基酶，并具有轻度的细胞毒性。597同样地，EGCG（（-）-epigallocatechin-3-gallate）是绿茶中的主要多酚，可逆地使甲基DNA脱甲基，从而导致结肠，食道，肝细胞，肝癌等多个关键基因（包括hMLH1，P16和RA）的重新激活。和前列腺癌细胞系。598肼屈嗪和普鲁卡因酰胺这两种与狼疮样自身免疫性疾病有关的药物，都可以抑制DNA甲基化并诱导克隆的T细胞系中的自我反应。599他们在乳腺癌中具有令人鼓舞的肿瘤抑制因子激活和抗肿瘤作用。600，601另一种策略是开发反义寡核苷酸以抑制DNMT转录。MG98是第二代硫代磷酸酯反义寡聚脱氧核苷酸，可阻止DNMT1 mRNA的翻译作用，但没有明显的抗肿瘤作用。602在临床前实验和I / II期临床试验中，特别是在实体瘤中，已经对其进行了研究。603，604值得注意的是，在一个系统的分析比较非核苷抑制剂与5-氮杂胞苷，后者表明在DNA去甲基化抑制更好的疗效。605
迄今为止，数百项临床试验已经研究了抗DNA甲基化疗法对各种癌症的作用（表5）。
与DNA甲基化相比，已经在更广泛的疾病领域（包括实体瘤，血液系统恶性肿瘤，甚至许多炎症性疾病（例如病毒感染，糖尿病和炎症性肺病））研究了组蛋白修饰。在基因沉默过程中，H3K4的赖氨酸脱乙酰化和脱甲基化而不是H3K9脱甲基化或胞嘧啶甲基化可能是主要的致病事件。606因此，组蛋白修饰在基因表达的调节中起着至关重要的作用，这也使其成为疾病治疗的有希望的靶标。表6和表7分别列出了针对组蛋白乙酰化和组蛋白甲基化的临床试验。
通常，有两种防止异常组蛋白乙酰化的策略，包括改变HAT中活性位点之间的相互作用或使用酶促底物的模拟产物。迄今为止，已经在临床试验中研究了许多靶向BRD蛋白的抑制剂，而没有临床试验研究HATs抑制剂。
双底物抑制剂是PCAF，p300和TIP60的选择性抑制剂。它们模拟了HAT的两个底物：辅因子乙酰辅酶A（Ac-CoA）和类似于赖氨酸底物的肽。607，608。然而，由于它们的肽性质和大小，它们是不可透过膜的，并且需要的递送系统的帮助。基于HAT的抑制策略，非肽小分子抑制剂已被开发为潜在的治疗剂。几种小分子抑制剂是天然产物，包括藤黄酚，姜黄素和抗心酸。609，610，611这些天然的HAT抑制剂在HAT之间缺乏选择性，通常具有其他目标。因此，已经报道了结构改性和合成的化合物。α-亚甲基-g-丁内酯是对GCN5L2或PCAF具有选择性的HAT的小分子抑制剂。612异噻唑酮是另一种针对p300和PCAF的HAT抑制剂。613但是，对硫醇盐的高反应性限制了HAT抑制剂在生物系统中的应用。HAT的其他抑制剂，例如噻嗪类磺酰胺和C646，已被逐渐鉴定出来，并在多种癌症中显示出有希望的作用。抑制HAT活性的另一种策略是针对HAT及其相互作用伙伴之间的蛋白质-蛋白质相互作用。该方法取决于相互作用的功能而不是HAT的乙酰化活性。ICG-001和PRI-724是这种抑制剂的代表。适当使用HAT激动剂对纠正疾病期间异常的乙酰化也很重要。CTPB衍生自二十碳四烯酸，并选择性激活p300，导致基因转录。609 TTK21和SPV106是另外两种基于熊果酸的激动剂。
与BRD结合并阻断乙酰化赖氨酸的识别是另一种抑制乙酰化的机制。JQ1和I-BET762是BET家族的两种代表性抑制剂。JQ1是一种细胞可渗透的小分子，可以竞争性地与BRD4融合癌蛋白（例如BRD4-NUT）结合，从而导致癌细胞分化和凋亡。614同样，I-BET762也是BRD4的合成模拟物并与之竞争。615其他化合物，例如MS417，OTX-015，RVX-208，OXFBD，I-BET151，PFI-1，MS436和XD14，也是BET抑制剂，在其他已发表的论文中也有很好的说明。616我们将重点研究这些化合物与癌症之间的关联。但是，许多包含BRD的非BET蛋白引起了相当大的关注。许多非BET溴结构域抑制剂均基于称为“ WPF架子”的结构和位于C螺旋起点的“关守”残基。617一些HAT具有BRD，例如Gcn5，PCFA，p300和CBP。CBP的抑制剂包括MS2126，MS7972，缺血素，SGC-CBP30和I-CBP112；优化的1-（1H-吲哚-1-基）乙酮衍生物在抑制CBP和p300方面也显示出令人鼓舞的结果。618BAZ2A / B溴结构域抑制剂包括BAZ2-ICR和GSK2801。喹诺酮融合的内酰胺LP99是第一种合成的BRD7 / 9选择性抑制剂。I-BRD9由葛兰素史克（GSK）鉴定，是BRD9的选择性抑制剂，对BRD9的选择性是BRD7的200倍以上，对BRD9的BET家族成员的选择性是700倍。619 PFI-3是SMARCA4和PB1的潜在抑制剂，对SMARCA4的溴结构域具有更强的亲和力。然而，Vangamudi等。研究人员发现，由于PFI-3不抑制细胞增殖，SMARC4中的ATPase结构域绕过了与溴结构域相关的抗癌作用。620BRPF1（含溴结构域和PHD的手指1）蛋白是BRPF家族的一部分，它是MYST家族复合物的组成部分。BRPF1的抑制剂包括PFI-4，OF-1和NI-57。1,3-二甲基苯并咪唑酮是BRPF1的首批选择性抑制剂。PFI-4和OF-1是1,3-二甲基苯并咪唑酮的两个紧密类似物，已由结构基因组学联盟（SGC）鉴定。SGC基于新的喹啉酮支架发现了另一种BRPF1抑制剂NI-57。NI-57和OF-1都作为泛BRPF溴结构域抑制剂与BRPF1-3相互作用。基于TRIM24（含有蛋白质24的三方基序）和BRPF1中都包含的溴结构域，已确定了双重抑制剂IACS-9571。621Bromosporine是一种具有良好细胞活性的泛溴结构域抑制剂，而在最近的研究中，研究人员注意到bromodomain抑制剂仅针对BET家族而不是其他BRD。622
考虑到多种方法可以调节HDAC活性，因此指定HDAC抑制剂具有其自身的优势。在1970年代，发现丁酸酯可诱导癌细胞中乙酰化组蛋白的积累，这被认为与脱乙酰基的抑制有关。623之后，鉴定出天然提取物曲古抑菌素A（TSA）可以抑制部分纯化的HDAC的活性并诱导癌细胞分化和凋亡。624逐渐地，人们发现了更多的天然和合成化合物可以抑制组蛋白脱乙酰化。一项研究报告称，施用HDAC抑制剂仅能调节少数基因（1-2％），但会导致c-Myc的明显而快速的下降。基因表达，这表明有限的一组细胞基因对组蛋白乙酰化的调节具有独特的敏感性。625两种HDAC抑制剂SAHA和TSA的组合通过上调p21，p27和NF-κB以及MG132诱导黑素瘤细胞生长停滞，可以增强TSA的作用。626已经在各种癌症中研究了HDAC的抑制作用，并具有有希望的抗肿瘤作用。627，628基于它们的化学结构的特征，HDAC抑制剂可以分为五组：短链脂肪酸，异羟肟酸，苯甲酰胺，环肽，和杂合分子。除了包括在这五个组中的那些化合物以外，一些新的合成化合物还可以作为HDAC的抑制剂。
短链脂肪酸基团包含丁酸钠，丙戊酸（VPA），苯基丁酸钠和AN-9（新戊酰氧基甲基丁酸酯）。丁酸盐的有效浓度通常在微摩尔水平。异羟肟酸组包括十多个成员，是研究最好的一类。TSA和辛二酰苯胺异羟肟酸（SAHA）的结构分析表明，它们是HDAC的非竞争性抑制剂，因为它们与I类和II类HDAC具有显着的同源性，这使它们模仿了赖氨酸底物。629此外，它们以双齿方式螯合活性锌离子，这对酶促活性至关重要。624六亚甲基双乙酰胺（HMBA）是杂化极性化合物（HPC）的代表，而第二代HPC，例如奥沙坦汀，SAHA，辛二酸双羟肟酸（SBHA）和间羧基肉桂酸双氢酰胺（CBHA）表现出更好的抑制作用HDAC的抗药性和抗癌作用比第一代药物高。630 Oxamflatin，scriptaid和amide是TSA的类似物，并显示出抗癌作用。631，632，633苯甲酰胺抑制剂（MS-275，MGCD0103和CI-994）经过深入研究，在治疗疾病（尤其是癌症）方面显示出令人鼓舞的效果。它们通过羰基和氨基与HDAC中的催化锌离子结合，从而抑制组蛋白脱乙酰基作用。苯甲酰胺抑制剂对HDAC的抑制作用被认为是可逆的，但该键可能会随着时间的变化而变得紧密和伪不可逆。634，635。然而，苯甲酰胺抑制剂具有比所述异羟肟酸或环肽家族的成员少活动，与周围的微摩尔范围内的有效浓度。636环肽可进一步分为两类：含有2-氨基-8-氧代9、10-环氧-癸酰基（AOE）部分（HC-毒素，曲霉毒素）的环四肽和不具有AOE部分的环肽（apicidin和罗米地辛）。环氧酮基对于抑制剂与活性锌离子的结合至关重要，但基于环氧酮的键是不可逆的。Trapoxin是一种真菌环肽，可以不可逆地抑制HDAC的活性。637 Romidepsin，也称为FK228，最有可能依赖硫醇基团之一与活性位点锌离子配位。638与大蒜有关的衍生物，例如二烯丙基硫醚和烯丙基硫醇，能够产生巯基，使其成为HDAC的潜在抑制剂。639K-trap（一种trapoxin的类似物）和其他衍生物（包括9-酰氧基apicidins和9-hydroxy）已在研究中。地丁癸素是一种天然的环氧衍生物，分离自真菌Alternaria braciicicola。Psammaplins是从海洋海绵Pseudoceratina purpurea中分离出来的。这两种天然提取物可以抑制HDAC的活性。
早期的HDAC抑制剂是非选择性的，因为每组中HDAC的结构和催化机制具有高度的同源性。第一种选择性HDAC抑制剂是tubacin，其靶向具有增加的微管蛋白乙酰化而不是组蛋白乙酰化的HDAC6。640 PCI-34051是HDAC8的特异性抑制剂，可以诱导T细胞淋巴瘤中caspase依赖性凋亡，但不会增加组蛋白乙酰化作用。641另一种苯甲酰胺抑制剂SHI-1：2显示出HDAC1 / HDAC2特异性抑制活性，其选择性是其他HDAC选择性的100倍以上。642新型合成化学品，例如SK7041和Splitomicin，分别选择性地针对I类HDAC和sir2类家族成员。为开发Sirtuins的抑制剂（III类HDACs）做出了相同的努力。sirtuin酶反应的副产物烟酰胺是所有sirtuin的抑制剂。也已经报道了其他化合物，例如坎比诺尔，沙雷姆，tenovin，EX-527，苏拉明和AGK2，是瑟土因抑制剂。沉默调节蛋白的抑制剂（例如烟酰胺）通过在沉默调节蛋白的活性位点内与NAD +相互作用或通过与乙酰赖氨酸结合而起作用。
值得一提的是第二代HDAC，包括异羟肟酸（伏立诺他（SAHA），贝利司他（PXD101），LAQ824和panobinostat（LBH589））和苯甲酰胺（恩替司他（MS-275），tacedinaline（CI-994）和Mocetinostat（ MGCD0103）），目前正在临床试验中，其中一些已被批准用于疾病治疗。罗米地辛在皮肤和外周T细胞淋巴瘤的I期临床试验中的成功促进了HDAC抑制剂作为抗癌药物的发展。2006年，SAHA（伏立诺他）作为一种HDAC抑制剂被美国食品和药物管理局（FDA）首次批准用于治疗仅限于皮肤T细胞淋巴瘤（CTCL）患者的癌症。643罗米地辛（Istodax）是第二种批准的HDAC抑制剂，于2009年获得批准。苯甲酰胺家族的三名成员在抗癌药物开发中也显示出临床意义。Belinostat（Beleodaq，以前称为PXD101）于2014年获得美国FDA和欧洲药品管理局的批准，可用于治疗外周T细胞淋巴瘤。另一种HDAC抑制剂panobinostat是非选择性HDAC（pan-HDAC）。在抗癌治疗中已显示出令人鼓舞的效果；因此，FDA加快了对多发性骨髓瘤患者治疗的批准。有趣的是，正如我们之前提到的，在散发性癌症和结肠直肠癌中发现了HDAC2的截短突变，并导致了对传统HDAC抑制剂的耐药性。644其他HDAC中也存在突变。因此，筛选癌症中的这些突变可以提高HDAC抑制剂的功效。
EPZ004777是第一个鉴定出的DOT1L选择性抑制剂，与无MLL易位的细胞相比，可以选择性杀死MLL易位的细胞。645然而，由于其不良的药代动力学特性，开发了第二代EPZ004777，即EPZ-5767，其环丁基环取代了核糖部分。646 EPZ-5767还显示阿糖胞苷，柔红霉素和DNMT抑制剂阿扎胞苷与MLL易位的ALL有协同作用。EPZ-5767尽管仍显示出较低的口服生物利用度，但已在临床试验中研究了MLL重排治疗白血病的临床试验。647EZH2有几种抑制剂。3-Deazaneplanocin A（DZNep）是抗生素neplanocin-A的衍生物，是研究最多的化合物之一。实际上，DZNep是SAH水解酶抑制剂，可通过上调SAH来降低EZH2表达，从而导致PRC2在反馈抑制机制中降解。648，649另一种抑制剂是SAM竞争性抑制剂。SAM负责KMT的甲基部分。EI1是EZH2的小分子抑制剂，它通过直接结合EZH2并与SAM竞争来抑制EZH2活性。650 GSK343和GSK126是另外两种SAM竞争性抑制剂，已经在临床试验中进行了研究。651，652一种有效的EZH2抑制剂EPZ005687可显着降低淋巴瘤细胞中H3K27甲基化，在EZH2的Tyr641和Ala677残基处点突变，而对野生型细胞的增殖没有明显影响。接下来开发了具有相似效果和优异的口服生物利用度的653 EPZ-6438。654 CPI-1205是一种新型的EZH2抑制剂，属于吡啶酮家族。
trannycypromine（TCP）由于其抑制单胺氧化酶（MAO）活性的能力而被批准为抑郁症药物。LSD酶和MAO的结构有许多相似之处。因此，TCP作为HDMT抑制剂的副作用包括体位性低血压，头晕和嗜睡655，这主要是由靶向MAO引起的。TCP在MLL-AF9白血病中的施用促进肿瘤细胞分化和凋亡。656 TCP还能够通过增加H3K4me2和髓样分化相关基因的表达来使非急性早幼粒细胞白血病（APL）AML细胞对全反式维甲酸（ATRA）治疗敏感。657已经开发出几种TCP衍生物以实现更好的生物利用度和选择性，包括OG-002，RN-1，SP2509和GSK690。658，659，660的另一LSD1选择性抑制剂，ORY-1001，还可以促进白血病细胞系分化，特别是与MLL易位的细胞，并具有良好的口服生物利用度。661迄今为止，已经在临床试验中研究了三种LSD1抑制剂，包括TCP，ORY-1001和GSK2879552，以治疗癌症患者。Daminozide（N-（二甲基氨基）琥珀酸，160 Da），一种植物生长调节剂，通过螯合活性位金属选择性地抑制KDM2 / 7。662达米嗪和siRNA可以类似地下调KDM7的表达，然后通过H3K9的去甲基化作用来调节肿瘤繁殖细胞。663 GSK-J1是最早鉴定出的KDM6抑制剂，其高通透性结构导致其细胞通透性受到限制。它的乙酯GSK-J4具有提高的进入细胞的能力。664然而，科学家发现GSK-J1对KDM6和KDM5家族表现出兼容的选择性，而GSK-J4也是KDM5B和KDM4C的潜在抑制剂。665 EPT-103182是KDM5B的选择性抑制剂，就血液和固体癌细胞的抗增殖作用而言，已显示出令人鼓舞的结果。KDM8和JMJD6具有同源性，可以被广谱抑制剂NOG抑制。661
特异性抑制剂通常对一组甚至一组之间的紧密相关同系物具有相似的选择性，在使用非高度选择性的化合物时需要考虑到这一点。
肿瘤发生过程中的表观遗传调控很复杂，涉及多个步骤。因此，针对各种表观遗传事件的两种或更多种疗法的组合似乎很有帮助。这种组合协同抑制肿瘤生长促进基因的表达，并促进肿瘤抑制基因的重新表达。4SC-202是一种具有双重作用的小分子药物，可以抑制HDAC1 / 2/3和LSD1，具有类似的低微摩尔效价。该药物正在临床研究中。其他研究已经给予两种或多种表观遗传药物用于抗癌治疗。相关的临床试验列于表8。
尽管需要研究更具体的机制，但是公认的是，表观遗传事件在正常的生物学过程以及肿瘤发生中都很重要，并且表观遗传的状态通常在癌症发作期间会发生很大变化。这使得靶向表观基因组的疗法成为治疗癌症的有前途的策略。基于癌症的复杂性，表观遗传改变影响了癌症的多个方面，例如癌基因和抑癌基因的表达以及信号转导，导致癌症的生长，侵袭和转移增强。尽管表观遗传学治疗在理论上具有合理而深刻的基础，但仍有一些问题尚待讨论和解决。第一个也是最重要的是选择性问题。表观遗传事件普遍分布在正常细胞和癌细胞中。实际上，某些癌症取决于某些表观遗传学改变，并且可能对此调节敏感，而在通常的调节下，正常细胞具有补偿这些表观遗传学改变的能力。因此，优先考虑的是确定不同癌症的最重要的表观遗传学改变。第二个问题从第一个问题开始。迄今为止，表观遗传学治疗在血液系统恶性肿瘤中取得了令人印象深刻的结果，但在实体瘤中却没有。血液学恶性细胞和实体瘤细胞的特性不同。但是，研究人员仍在研究针对实体瘤的适当策略。由于表观遗传改变对小分子靶向疗法和化学疗法或放射疗法的敏感性有影响，因此表观遗传靶向疗法似乎是一种重要的辅助疗法。
基于获得的成就，表观遗传靶向疗法是一种有前途的抗癌策略。癌症的表观基因组与癌症发生期间的许多方面有关。有必要更好地了解不同癌症中这些改变的具体机制。同时，包括多种组合在内的优化治疗方案仍有待发现。
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