乳腺癌进展中细胞可塑性的表观遗传调控
发布时间：
2026-09-28 21:28
乳腺癌进展中细胞可塑性的表观遗传调控
Ellie J. Massey D、Elizabeth Podleszanski D 与 William J. Muller D
1 加拿大蒙特利尔麦吉尔大学医学与健康科学学院生物化学系 2 加拿大蒙特利尔麦吉尔大学古德曼癌症研究所
关键词
乳腺癌;表观遗传学;可塑性;PRC2;再分化
通讯
W. J. 马勒、罗莎琳德与莫里斯·古德曼
麦吉尔大学癌症研究所
(地址:加拿大魁北克省蒙特利尔市松山西大街1160号)
加拿大魁北克省蒙特利尔市松山西大街1160号，邮编H3A 1A3
电话:+1 514 398 5847
电子邮件:william.muller@mcgill.ca
(收稿:2026-05-14；修回:2026-08-13；录用:2026-09-16)
doi:10.1111/febs.70740
乳腺癌仍是女性死亡的主要原因，多数死亡病例归因于转移性疾病及治疗耐药性的产生。表观遗传驱动的乳腺癌细胞可塑性是乳腺癌进展的关键介质，也是有效治疗的主要挑战。总体而言，我们将乳腺癌可塑性分为四个相互关联的过程:(a) 癌症干细胞特征的形成；(b) 上皮间质转化(EMT)；(c) 管腔型向基底型的谱系转换；(d) 治疗耐药性的产生与复发。本文首先评估支持乳腺癌亚型起源细胞的证据，这些亚型受不同染色质景观的直接影响，并可在乳腺癌发生过程中影响细胞状态。随后，我们重点阐述了已充分证实的表观遗传调控机制及相关表观遗传调控因子，这些因子可调控上述四个过程以驱动乳腺癌可塑性。我们特别探讨了近期证据，即表观遗传疗法或表观药物可诱导基底型向管腔型的转换，这一过程被称为再分化。该方法可用于恢复基底型及侵袭性HER2驱动型乳腺癌的治疗敏感性，因此可作为与标准护理疗法联合应用的可行策略。最后，我们总结了以细胞可塑性为治疗靶点的未来方向，并为药物开发提供新机遇。
引言
乳腺癌是最常见的癌症之一，并且仍然是女性癌症相关死亡的主要原因[1]。尽管近几十年来治疗方法已有显著改善，但癌症可塑性在癌症进展中作为关键过程的重要性日益得到认可，且由于 肿瘤异质性、治疗耐药性、疾病复发及转移增强等问题，它仍然是一项重大挑战[2-5]。乳腺癌细胞的可塑性可大致分为四个相互关联的过程:(a) 获得乳腺癌干细胞(BCSC)特征，(b) 上皮间质转化(EMT)，(c) 维持
缩写
BCSCs，乳腺癌干细胞；DNMT，DNA甲基转移酶；ECM，细胞外基质；EMP，上皮-间质可塑性；EMT，上皮-间质转化；ER，雌激素受体；ESR1，雌激素受体1基因；EZH2，zeste同源物2增强子；H3K27ac，组蛋白H3第27位赖氨酸乙酰化；H3K27me3，组蛋白H3第27位赖氨酸三甲基化；H3K4me3，组蛋白H3第4位赖氨酸三甲基化；H3K9me3，组蛋白H3第9位赖氨酸三甲基化；HDAC，组蛋白去乙酰化酶；HER2，人表皮生长因子受体2；LOCKs，大型有序染色质赖氨酸结构域；MaSCs，乳腺干细胞；MET，间质-上皮转化；ncRNA，非编码RNA；PcG，多梳蛋白家族；PR，孕激素受体；PRC2，多梳抑制复合物2；TF，转录因子；TNBC，三阴性乳腺癌。
允许在任何媒介中使用本内容，但需注明原始作品出处，且使用方式为非商业性，不得进行任何修改或改编。 管腔特征，以及(d)治疗耐药性的获得和肿瘤休眠的重新激活，这会驱动肿瘤复发[5]。尽管癌症可塑性有时由致癌突变触发，但其主要由表观遗传和转录重编程驱动，促进可逆变化，从而使肿瘤能够快速适应治疗或其他环境压力[6]。因此，表观遗传重编程和表型可塑性虽被公认为癌细胞的不同特征，但二者是紧密关联的过程，共同促进乳腺癌进展 。
决定可塑性的染色质和DNA景观在肿瘤中常异常表达，各类癌症中表观遗传蛋白的频繁失调就是例证[8-10]。但乳腺癌的复杂性和异质性意味着，表观遗传调控因子的功能在不同乳腺癌亚型中具有高度环境特异性(表1)。由于乳腺癌存在异质性，通常将其分为不同的分子亚型。管腔A型和B型乳腺癌表达雌激素受体(ER)和/或孕激素受体(PR)，HER2富集亚型表现为人表皮生长因子受体2(HER2/ERBB2)扩增，而三阴性乳腺癌(TNBC)则不表达这三种受体。表观遗传调控因子在乳腺癌亚型中的独特作用，意味着人们正越来越多地利用亚型特异性方法来确定其在可塑性中的作用。
表观遗传蛋白分为5种不同的作用机制:DNA修饰、组蛋白修饰、RNA修饰、染色质重塑以及非编码RNA(ncRNA)调控。以往许多乳腺癌研究聚焦于DNA甲基转移酶(DNMT)和组蛋白去乙酰化酶(HDAC)的作用，这两类酶是表观药物研发的主要靶点，且已获批用于其他癌症的治疗超过二十年[11,12]。近年来，研究人员发现多梳抑制复合物2(PRC2)是乳腺癌中最常发生改变的表观遗传复合物之一。PRC2的作用是介导H3K27me3的沉积，诱导染色质浓缩和转录沉默。该复合物由多梳蛋白家族(PcG)的核心蛋白组成；但PcG的核心组分可受到长链ncRNA、miRNA及其他辅助亚基的广泛调控，这一点已在其他文献中得到充分阐述 。
PRC2复合物的催化亚基EZH2在乳腺癌中过表达，且与不良预后及更具侵袭性的亚型相关[13-15]。 EZH2可根据癌症类型发挥癌基因或抑癌基因的作用，大量证据支持其在所有乳腺癌亚型中作为致癌驱动因子的作用[13,14,16-19]。不过，EZH2介导肿瘤发生的分子机制具有亚型特异性。在乳腺癌中，EZH2也常通过翻译后修饰发生改变，这些修饰可促进其非经典活性，且不依赖于PRC2复合物[20,21]。越来越多的证据表明，EZH2是所有四种乳腺癌可塑性过程的关键调控因子，既通过其H3K27me3介导的表观遗传程序发挥作用，也通过不依赖PRC2的非经典功能发挥作用。
重要的是，表观遗传重编程的可逆性为癌症提供了独特的弱点，因为这一特性或可被利用来诱导可塑性变化，进而恢复治疗敏感性[6]。本综述阐述了目前对乳腺发育过程中表观遗传调控的认识，并解释了这些过程如何在乳腺癌的发生与发展中出现失调。我们梳理了乳腺癌亚型的起源细胞与其相应表观遗传改变之间的关联。此外，我们还介绍了与乳腺癌可塑性四大过程相关的关键表观遗传介质。我们尤其探讨了越来越多的证据，这些证据表明EZH2、DNMTs和HDACs等关键表观遗传调控因子在侵袭性乳腺癌的谱系转换和再分化中发挥作用，为操控这种可塑性以提供新的治疗机会提供了新的见解。
乳腺癌谱系决定中表观遗传调控的最新研究进展
要充分理解乳腺癌的发生机制，必须深入了解乳腺发育过程。乳腺细胞以层级模式发育:首先，多能乳腺干细胞(MaSCs)会根据分子信号分化为基底细胞或腔祖细胞，这一过程称为谱系决定。这些祖细胞经过细胞成熟后，形成构成乳腺导管系统的细胞群，即腔细胞(包括导管细胞和腺泡细胞)与肌上皮细胞(图1)。某些环境应激源，如损伤或癌症，可诱导分化细胞逆转为早期祖细胞(称为去分化)，或转化为另一种类型的分化细胞(称为转分化)，进一步加剧了癌细胞的异质性[22]。
表1. 乳腺癌中表观遗传蛋白的改变及其与乳腺癌亚型关联的汇总
| 蛋白 | 改变 | 亚型依赖性 | 参考文献 |
| ARID1A | 突变/缺失 | 见于三阴性乳腺癌(TNBC)及内分泌耐药的雌激素受体阳性(ER+)乳腺癌 | [125,126] |
| 下调 | 在HER2阳性乳腺癌和三阴性乳腺癌中表达最低 | [199] | |
| ARID1B | 上调 | 三阴性乳腺癌(TNBC) | [199,200] |
| ARID3A | 上调 | 在腔型乳腺癌中表达更高 | [199,201] |
| ARID4A | 下调 | 在HER2阳性乳腺癌和三阴性乳腺癌中表达最低 | [199,202] |
| ASH1L | 扩增 | Most common in TNBC | [203] |
| BMI1 | 上调 | 在ER阳性和三阴性乳腺癌中高表达 | [204-206] |
| BPTF | 扩增 | 在ER阳性和三阴性乳腺癌中高表达 | [207] |
| BRD2 | 扩增 | 三阴性乳腺癌(TNBC) | [208] |
| 上调 | 三阴性乳腺癌(TNBC) | [208] | |
| BRD4 | 上调 | [209,210] | |
| 扩增 | 三阴性乳腺癌(TNBC) | [208] | |
| CBX1 | 上调 | [211] | |
| CBX2 | 上调 | 在三阴性乳腺癌(TNBC)和HER2中表达更高，与雌激素受体(ER)、孕激素受体(PR)表达呈负相关，与HER2表达呈正相关。 | [211-216] |
| 扩增 | [214,216] | ||
| CBX3 | 上调 | [211,213] | |
| CBX4 | 上调 | 与管腔B型乳腺癌相关，与ER、PR表达呈正相关，与HER2表达呈负相关。 | [211-213] |
| CBX6 | 下调 | 与ER、PR表达呈正相关，与HER2表达呈负相关 | [211-213] |
| CBX7 | 下调 | 更多与管腔亚型相关，与雌激素受体(ER)呈正相关 与孕激素受体(PR)呈正相关，与人类表皮生长因子受体2(HER2)呈负相关 | [211-213,216] |
| CBX8 | 上调 | [211,213] | |
| CHD3 | 失调 | [217,218] | |
| CHD4 | 上调 | 所有亚型 | [218,219] |
| CHD5 | 突变/缺失 | [220] | |
| 下调 | [218,220] | ||
| CHD7 | 扩增 | 在管腔B型、HER2阳性及三阴性乳腺癌(TNBC)中更常发生扩增/获得 | [217] |
| 过表达 | Luminal B and TNBC | [217,218] | |
| CREBBP/CBP | 上调 | 在管腔A和B亚型中高表达 | [129,130] |
| DNMT1 | 上调 | 在三阴性乳腺癌(TNBC)中表达最高，且与雌激素受体(ER)阴性相关 | [133–135] |
| DNMT3A | 上调 | 与管腔B型、HER2阳性及三阴性乳腺癌(TNBC)亚型相关 | [133,134,221] |
| DNMT3B | 上调 | 所有亚型 | [133,134,221] |
| DOT1L | 上调 | 所有亚型 | [222] |
| EED | 上调 | [223] | |
| EP300 | 突变 | TNBC, G211S mutant | [131] |
| 失调 | 雌激素受体阳性(ER+)者高于雌激素受体阴性(ER-)者 | [129] | |
| EZH1 | 上调 | Higher in non-TNBC | [203,224] |
| EZH2 | 上调 | 在所有亚型中均上调，表达量分别从管腔A型、管腔B型、HER2型到三阴性乳腺癌(TNBC)依次升高 | [14,16,49,203,223,225] |
| 扩增 | 在三阴性乳腺癌(TNBC)中最为显著 | [49] | |
| G9a/EHMT2 | 上调 | 在管腔型中升高，在三阴性乳腺癌(TNBC)中最高 | [203,226] |
| HDAC1 | 上调 | 非HER2型肿瘤，与雌激素受体(ER)和孕激素受体(PR)呈负相关 | [227-230] |
| HDAC2 | 上调 | 与HER2相关 | [231] |
| HDAC3 | 上调 | 与雌激素受体阴性癌症相关 | [227,231] |
| HDAC6 | 上调 | 与激素受体、HER2及管腔B亚型相关 | [228] |
| HDAC8 | 上调 | Highest in TNBC | [227,232] |
| HDAC9 | 上调 | 在三阴性乳腺癌(TNBC)中的表达高于非三阴性乳腺癌(non-TNBC) | [233,234] |
| INO80 | 下调 | 在三阴性乳腺癌(TNBC)和HER2型中最低，与雌激素受体状态呈正相关 | [235] |
| JARID2 | 上调 | [199,236] | |
| KAT2A/GCN5 | 上调 | 与ER治疗耐药相关 | [130,185,237] |
| KAT6A/MOZ | 扩增 | 管腔型和三阴性乳腺癌 | [238,239] |
| 上调 | 管腔型和三阴性乳腺癌 | [238,239] | |
| KDM1A/LSD1 | 上调 | 与ER阴性肿瘤相关 | [178] |
| KDM1B/LSD2 | 上调 | 三阴性乳腺癌(TNBC) | [240] |
表1.(续)。
| 蛋白质 | 改变 | 亚型依赖性 | 参考文献 |
| KDM2A | 上调 | [241] | |
| 扩增 | [242] | ||
| KDM2B | 上调 | [243] | |
| KDM3A/JMJD1A | 上调 | [244] | |
| KDM3B/JMJD1B | 下调 | [245] | |
| KDM4A/JMJD2A | 上调 | 主要见于三阴性乳腺癌(TNBC) | [229,246,247] |
| KDM4B/JMJD2B | 失调 | 参与雌激素受体(ER)信号传导，与管腔型乳腺癌相关 | [247,248] |
| KDM4C/JMJD2C/GASC1 | 扩增 | TNBC/basal | [247,249] |
| KDM5A/JARID1A | 上调 | [250] | |
| KDM5B/JARID1B | 上调 | 管腔型 | [186,199,250,251] |
| 扩增 | 管腔型 | [251] | |
| 突变 | 三阴性乳腺癌(TNBC) | [251] | |
| KDM5C/JARID1C | 上调 | [199,252] | |
| KDM6A/UTX | 上调 | 随雌激素受体阳性(ER+)进展而上调 | [229,253] |
| KDM6B/JMJD3 | 失调 | [254,255] | |
| KMT2D/MLL2 | 缺失/突变 | 三阴性乳腺癌(TNBC) | [203,256] |
| 下调 | [257] | ||
| KMT2C/MLL3 | 缺失/突变 | [203,258,259] | |
| 下调 | [260] | ||
| NSD1 | 易位 | [261] | |
| NSD2/WHSC1 | 上调 | 尤其在三阴性乳腺癌(TNBC)及雌激素受体耐药病例中 | [203,262-264] |
| NSD3/WHSC1L1 | 扩增 | [203,265,266] | |
| PCL1/PHF1 | 下调 | [267] | |
| PCL2/MTF2 | 下调 | 依赖于p53状态 | [268] |
| PCL3/PHF19 | 上调 | 三阴性乳腺癌(TNBC) | [269] |
| PRDM7 | 缺失 | 最常见于管腔B型乳腺癌 | [203] |
| PRDM14 | 扩增 | 在管腔A型中最不常见 | [203,270] |
| 过表达 | [270] | ||
| PRMT1 | 上调 | 在所有类型中均过表达，在三阴性乳腺癌中表达最高 | [271] |
| PRMT5 | 上调 | 与HER2及三阴性乳腺癌相关 | [272,273] |
| PRMT7 | 上调 | [274] | |
| RBBP4 | 上调 | 与雌激素受体(ER)及孕激素受体(PR)呈负相关 | [230] |
| RBBP7 | 上调 | [275] | |
| RING1B | 上调 | 具有环境特异性的管腔型及三阴性乳腺癌作用 | [276,277] |
| SETD1A/SET1A | 上调 | 在雌激素受体阳性(ER+)癌症中高表达，与三阴性乳腺癌相关 | [278,279] |
| 扩增 | 在管腔A型中最常见 | [203] | |
| SETDB1 | 扩增 | 在三阴性乳腺癌(TNBC)中最常见 | [203] |
| 上调 | 与其他亚型相比，在三阴性乳腺癌中表达更高 | [203] | |
| SETDB2 | 缺失 | 在三阴性乳腺癌(TNBC)中最常见 | [203] |
| SETD2 | 下调 | [280] | |
| SIRT1 | 上调 | 与雌激素受体阳性相关 | [281] |
| SIRT2 | 下调 | [282] | |
| SIRT3 | 失调 | [283,284] | |
| SIRT4 | 上调 | [285] | |
| SIRT6 | 失调的 | 与化疗耐药相关，但对曲妥珠单抗敏感 | [286,287] |
| SIRT7 | 上调 | 与雌激素受体阳性、孕激素受体阳性及三阴性乳腺癌相关 | [284,288] |
| SMARCA4/BRG1 | 突变 | [289] | |
| SMARCA5 | 上调 | [290] | |
| SMYD2 | 上调 | 所有亚型，三阴性乳腺癌(TNBC)中的表达水平高于其他亚型 | [203,291-293] |
| 扩增 | 在非三阴性乳腺癌(non-TNBC)中最常见 | [203] | |
| SMYD3 | 上调 | 所有亚型，与雌激素受体(ER)、孕激素受体(PR)阳性及人表皮生长因子受体2(HER2)阴性相关，三阴性乳腺癌(TNBC)中的表达水平低于其他亚型。 | [203,229,293] |
| 扩增 | [203] | ||
| SMYD4 | 下调 | [293,294] |
表1.(续)。
| 蛋白质 | 改变 | 亚型依赖性 | 参考文献 |
| SMYD5 | 上调 | 三阴性乳腺癌(TNBC)中的表达水平高于其他亚型 | [203,293] |
| SUV39H1 | 上调 | 三阴性乳腺癌(TNBC) | [203,295] |
| SUV39H2 | 上调 | 三阴性乳腺癌(TNBC) | [203,296] |
| SUV420H1 | 扩增 | 在管腔 B 型和 HER2 型中最常见 | [203] |
| TDG | 失调 | 在非管腔型中更高，且依赖于 p53 状态 | [297,298] |
| TET1 | 失调 | 特定亚型具有亚型特异性表达 | [299,300] |
| TET2 | 下调 | 与 ER 型癌症相关 | [300] |
| TET3 | 失调 | 常呈下调状态，但在管腔 B 型中更高 | [298,300] |
| UHRF1 | 上调 | 与 ER 水平相关 | [301] |
图 1. 基于乳腺分层谱系分化的乳腺癌亚型起源细胞的 proposed 模型。由 BioRender 创建，根据 CC BY 4.0 许可(https://BioRender.com/49n1s4n)。
表观遗传调节剂通过调节染色质和启动子的可及性，在正常乳腺分化的所有阶段发挥调控作用 [23]。乳腺干细胞与活性转录标记 H3K27ac 和 H3K4me3 相关，因此与 后续分化的管腔细胞相比，其染色质区域最为开放 [24]。二价染色质结构域的特征是在启动子转录起始位点同时存在抑制性标记 H3K27me3 和激活性标记 H3K4me3，负责调控谱系决定过程中所需发育信号的抑制与激活 干细胞[25]。二价标记基因在基础状态下通常转录水平较低，可通过去除H3K27me3激活，或在定向信号作用下去除H3K4me3而被抑制[25-27]。这种二价性使这些基因能够维持“ poised( poised 意为 poised 状态，即 poised 状态，指基因处于可快速激活或抑制的准备状态)”以应对不同状态，从而在早期谱系阶段可表达基底和管腔谱系标志物[28]。因此，管腔祖细胞具有更高的二价启动子。同时，与管腔祖细胞相比，成熟管腔细胞在成熟管腔基因中获得H3K4me3标记，提示H3K4me3参与管腔分化的调控[29-31]。这些研究共同表明，不同的组蛋白甲基化谱会影响基因表达变化，这些变化指导基底向管腔祖细胞分化的通路。
乳腺癌是一种高度异质性疾病，部分原因可能在于乳腺细胞发育的层级结构。越来越多的分子图谱数据证据表明，不同的乳腺癌亚型源于正常乳腺分化层级的不同发育阶段出现失调的发育通路[23,32-34]。因此，理论上乳腺癌亚型与不同发育阶段的细胞具有相似的特征[35,36]。由于分子相似性，已提出紧密连接蛋白低表达型肿瘤可能源于乳腺干细胞(MaSC)群体[37,38]。Fu等人证实，紧密连接蛋白低表达型肿瘤与静息态MaSC存在转录组相似性，这些静息态MaSC是通过成年小鼠乳腺中Lgr5+ Tspan 表达鉴定的[37]。
三阴性乳腺癌(TNBC)肿瘤被认为源于管腔祖细胞[35,38-40]。Lim等人的分子图谱研究发现，通过分离人乳腺干细胞、管腔祖细胞和成熟管腔细胞，确定TNBC与管腔祖细胞的相似性高于肌上皮/基底细胞[35,41]。此外，BRCA1突变携带者的癌前乳腺组织显示出异常的管腔祖细胞扩增，提示这些细胞在BRCA1缺失后可能易发生转化[35,41]。Molyneux等人的研究进一步支持了这些数据，他们利用转基因小鼠模型在管腔祖细胞中基因敲除BRCA1，证实会出现具有TNBC特征的肿瘤[35,40,42]。人乳腺上皮细胞的单细胞图谱研究扩展了这一证据，提示基底亚型特异性源于未成熟雌激素受体阴性(ER-)肺泡祖细胞[43,44]。然而，TNBC的进一步亚型划分增加了复杂性，因为管腔雄激素受体(LAR)亚型似乎与 激素敏感性管腔细胞更为接近[43,45]。最终，当前研究结果支持，管腔祖细胞是大多数TNBC/基底样肿瘤的潜在起源细胞(图1)。
相反，富含HER2型、管腔B型和管腔A型乳腺癌被认为源于谱系定向程度更高的管腔激素敏感性(LHS)细胞群体(图1)[30,33-35,37,42]。Prat等人的研究提供了这方面的证据，他们确定管腔肿瘤的分化评分最接近成熟管腔细胞，其次是富含HER2型肿瘤[35,38]。单细胞研究同样表明，管腔肿瘤和HER2肿瘤与LHS细胞最为接近，其中管腔A型源于更成熟的细胞群体[43,44]。管腔亚型和HER2亚型在起源细胞上的密切关系解释了ER+HER2+患者的常见出现，这类患者通常被归类为管腔B型。然而，仅转录组相似性并不能证明直接的起源细胞关系，需要进一步研究。许多这些发现具有相关性，需要进一步的谱系追踪和肿瘤启动研究以提供功能证据[30]。
表观遗传学证据可用于支持乳腺癌亚型的起源，因为表观遗传学在很大程度上调控乳腺上皮分化，且在癌症进展中发生改变。与早期恶性肿瘤相比，正常乳腺组织中的DNA甲基化变化差异显著，且早于肿瘤发生[46,47]。这些发现表明，表观遗传变化在癌变早期阶段作为癌症进展的驱动因素具有重要意义[2,46,47]。DNA甲基化模式具有高度亚型特异性，不同的高甲基化模式定义了分子亚型，这可能反映了起源细胞的DNA甲基化状态[48-50]。基底样肿瘤显示出最多的DNA低甲基化，但存在不同的高甲基化区域，这些区域导致许多基因沉默[49-52]。与管腔A型相比，管腔B型肿瘤通常显示出更高的甲基化水平和更大的变异性，支持它们源于异常分化状态[49,50]。
DNA甲基化也与PRC2介导的H3K27me3标记在乳腺癌亚型中密切相关[51]。PRC2在胚胎发育、细胞命运可塑性、谱系保真度、妊娠及乳腺癌发展中至关重要[9,23,31,53,54]。由H3K27me3介导的基因沉默通常会随着细胞命运限制程度的增加而增强，因为抑制性染色质结构对于隔离在其受限谱系中未被使用的基因组位点至关重要[30,31,55]。因此，该证据支持以下理论: 基底样肿瘤产生于腔祖细胞，因为观察到它们的H3K27me3水平较低，但特异性启动腔细胞分化命运的基因仍维持PRC2介导的抑制作用[14,35,49]。相反，腔肿瘤的H3K27me3水平最高，支持其来源于更成熟的腔分化细胞的观点[14,49]。有趣的是，腔A和腔B亚型的H3K27me3模式相似；然而，腔B肿瘤的启动子甲基化水平较高，这反映了PRC2与DNMTs结合的能力，进而导致过度甲基化[49,50]。该发现支持以下可能性:腔B肿瘤产生于分化过程中略有改变的阶段，这使其能够异常沉默促分化和抗增殖基因，从而导致其增殖能力高于腔A肿瘤[10,49]。
总之，该证据表明表观遗传变化的协调在细胞命运决定中具有重要作用，而这一过程在乳腺癌亚型中发生了改变[10,49]。重要的是，表观遗传调节剂在这些细胞命运变化过程中存在显著差异[23]。因此，如果乳腺癌亚型起源于不同的细胞分化状态，这就为不同表观遗传因子与各亚型相关提供了理论依据。我们将所有与乳腺癌相关的表观遗传调节剂总结于表1中。下文将进一步探讨表中与乳腺癌四大关键可塑性转换最相关的表观调控蛋白。
BCSCs、干性与肿瘤起始的表观遗传调控
乳腺癌干细胞(BCSCs)仅占肿瘤细胞的0.1%~1% [56]，但与肿瘤发生潜能提升及对常规疗法的耐药性相关 [57]。与正常干细胞类似，BCSCs具有自我更新和分化能力，这使其能够维持癌性生长并促进肿瘤异质性。BCSCs通常通过 和 的表达来鉴定，CD49f、CD133、EpCAM和OCT4等其他标记物也常被联合使用。然而，仅靠这些标记物无法可靠预测所有BCSCs的存在，且其与患者预后的关联并不一致 [60-62]。同样，用于鉴定BCSCs群体的功能实验，包括乳腺球形成实验和连续移植实验，也因在准确鉴定BCSCs群体方面存在局限性而受到批评 [63]。
这些局限性凸显了定义BCSCs群体的难度，因此开发针对BCSCs的有效治疗策略颇具挑战性。常规疗法往往无法有效清除BCSCs，从而导致治疗耐药性和疾病复发。BCSCs可通过细胞可塑性、休眠与增殖状态的切换，以及与特定微环境的相互作用，逃避治疗性清除 [64]。靶向BCSCs的新型疗法主要集中在Wnt、Notch、Hedgehog和PI3K/AKT/mTOR信号通路 [65]，这些通路与BCSCs表型的调控相关，且目前已被越来越多地认为与表观遗传调控密切相关。
EZH2已被确定为肿瘤起始型BCSCs群体的关键介质。在正常状态下，多梳群(PcG)蛋白是乳腺干细胞(MaSCs)身份的主要调控因子，它们通过抑制谱系特异性基因并调控发育转换来维持干细胞状态 [23,66]。在BCSCs中，EZH2对其维持和自我更新至关重要 [67-69]。研究显示，在MMTV-Cre/Ezh 乳腺中，EZH2缺失会使乳腺再增殖细胞的频率降低14倍 [31]。BCSCs群体中的EZH2水平更高，即 、 和 细胞，这与H3K27me3表达升高进一步相关 [67-69]。EZH2的经典和非经典功能在维持肿瘤起始群体中的确切作用仍不明确。据报道，EZH2的经典抑制可降低ALDH1和CD133的表达水平，并减少三阴性乳腺癌(TNBC)细胞中的 和 群体，这表明H3K27me3在维持肿瘤起始细胞群体中具有重要作用 [70]。相反，研究显示，EZH2可通过直接结合NOTCH1启动子并促进其激活，介导患者来源的TNBC细胞的球形成，这一作用与其PRC2功能无关 [69]。因此，EZH2的经典和非经典功能均可调控BCSCs的维持。
另一种与BCSCs维持相关的PcG蛋白是BMI1，它是PRC1复合物的组成部分，可促进正常和致瘤性人乳腺干细胞的自我更新 [71]。同样，DNA去甲基化酶TET1可驱动与BCSCs自我更新和扩增相关的基因表达级联，且该过程仅发生在TNBC中，这依赖于其5-羟甲基胞嘧啶(5hmC)转化能力 [72]。PYGO2也被证实可通过与MLL2组蛋白甲基转移酶或GCN5组蛋白乙酰转移酶复合物的相互作用，介导BCSCs群体
，在乳腺癌细胞系研究中，敲低这些蛋白会减少 池 [73]。关于BCSCs表观遗传介质的更深入综述已在其他地方报道 。
BCSC 的起源仍存在争议，主要有两种互不排斥的理论。一种假设认为，由于正常 MaSC 与 BCSC 具有相似性，且 MaSC 的突变率较高 [59,63,76,77]，BCSC 源自获得了自我更新通路失调的正常干细胞或祖细胞。另一种观点则认为，BCSC 通过细胞可塑性源自分化细胞，例如经历上皮-间质转化(EMT)的细胞 [76,78,79]。第二种理论的关键证据来自以下发现:EMT 可使分化程度更高的细胞获得干细胞特性，并生成 BCSC 样群体 [80]。乳腺癌细胞系中显示的进一步证据表明，非干细胞 可生成具有致瘤特性的 BCSC，反之亦然，且这种现象取决于 Activin/Nodal 通路的激活 [81]。BCSC 在不同状态间转换的能力通常被称为上皮-间质可塑性(EMP)。
BCSC 的 EMP 能力由上皮基因(如 CDH1)中二价染色质启动子(存在 H3K4me3 和 H3K27me3)的高表达所驱动，而表达大量 E-钙粘蛋白的分化程度更高的 CD24+ 细胞仅携带活性 H3K4me3 标记 [82]。如前所述，负责这些二价染色质标记的表观遗传介质因此被认为与 BCSC 的调控有关，包括 EZH2 和 MLL2 。二价染色质提供的可塑性使 BCSC 能够响应细胞内或微环境信号，轻松经历 EMT 或间质-上皮转化(MET)[79,83]。BCSC 常可呈现 EMT 样状态，这一点可由 细胞表现出的上调 EMT 通路及间质表型得到证明 [79]。无论 BCSC 的起源如何，这些发现都反映了 BCSC 能够动态转换状态并响应特定环境信号的能力，尤其凸显了 BCSC 与 EMT 细胞命运之间的紧密关联。
EMT的表观遗传调控
表观遗传调节剂因大量基因表达谱变化而被广泛证实参与各类癌症的EMT过程，这些变化是必需的[84-87]。 EMT本质上是正常发育过程中的可塑性过程，例如角质形成细胞在伤口愈合过程中会发生EMT，随后又会发生MET[88]。在癌细胞中，EMT是转移级联多个步骤所必需的，即侵袭、内渗和循环中的存活，而循环肿瘤细胞后续可利用MET在转移过程中定植于远处部位[84,89-91]。关键的是，已有研究证实，参与转移级联的细胞需要EMT过程具有高度适应性，这种状态常被称为“部分EMT”状态[89,90]。
多种转录因子(TFs)对EMT至关重要，已得到明确证实，包括SNAIL、SLUG、ZEB1/2和TWIST[92,93]。然而，表观遗传修饰在维持TFs诱导的变化方面的重要性，可通过以下发现得到例证:在乳腺癌细胞中，SNAIL仅能瞬时结合靶启动子 ，但这会引发持续的染色质变化，从而诱导完全的间充质状态[94]。为长期维持间充质状态，还需要其他旁分泌和自分泌信号[84,95]。在EMT过程的特定阶段，某些染色质修饰与部分EMT状态相关，其中二价染色质结构域被描述为上皮状态向部分EMT状态转换的调控因子[6,16,25,84]。因此，H3K4me3的缺失和H3K27me3的积累与部分EMT状态相关。而H3K9me3和DNA甲基化的额外修饰则对转换为稳定的间充质状态至关重要[84]。
E-钙粘蛋白由CDH1基因编码，是上皮特性的核心调控因子，对于维持肿瘤主体内钙依赖性细胞间粘附必不可少。研究表明，仅E-钙粘蛋白的缺失就足以引发转移，反之，重新获得E-钙粘蛋白的表达是MET过程中的关键步骤[96,97]。因此，CDH1表达的调控受到EMT-TFs与表观遗传调节剂动态相互作用的严格介导。已证实，SNAIL和ZEB1可通过直接结合 启动子内的E-boxes 来抑制 ，从而在乳腺癌细胞中实现抑制作用[98-100]。为有效实现这种抑制，这些TFs会与多种表观遗传共抑制因子相互作用，进而引发持久的转录变化。例如，ZEB1可将DNMT1招募至CDH1启动子，以维持启动子甲基化，这与乳腺癌细胞中CDH1突变失活相比，更常与EMT相关[101,102]。同样，SNAIL与表观遗传 乳腺癌中 的调节剂存在多种相互作用，包括但不限于:招募DNA甲基转移酶DNMT1；与PRC2复合物成员EZH2和SUZ12发生物理相互作用，以催化 的H3K27me3；以及与G9a和Suv39H1相互作用，诱导H3K9me2/3介导的抑制作用[103-105]。值得注意的是，研究表明，PRC2介导的乳腺癌中 表达的抑制，单独即可实现 抑制，且是SNAIL诱导 抑制所必需的[103,106]。因此，H3K27me3去甲基化酶UTX的缺失会导致 启动子处H3K27me3富集，这支持了H3K27me3在 转录调控中的重要性[107]。同一研究还显示，UTX可通过与赖氨酸特异性去甲基化酶1(LSD1)和HDAC1协同作用，在EMT中发挥不依赖H3K27me3的作用，这种协同作用可通过抑制H3K4me和组蛋白去乙酰化，从而抑制EMT-TFs SNAI1、ZEB1和ZEB2的转录。
然而，表观遗传调控因子在介导上皮间质转化(EMT)中的环境特异性作用仍不明确，部分研究报告了相互矛盾的结果。在某些乳腺癌环境中，EZH2 的缺失可通过消除 H3K27me3 介导的间质基因抑制来促进上皮间质转化(EMT)[18,108,109]。支持这些发现的是，部分间质基因(例如 CD44、 )已被证实是 H3K27me3 的直接靶标，因此在人 HER2+ 乳腺癌细胞中，EZH2 催化抑制后这些基因会上调[16]。有趣的是，尽管这些基因是 H3K27me3 介导抑制的直接靶标，但在人 HER2 驱动的小鼠模型中，上皮特异性 EZH2 缺失时，这些基因并未上调[16]。这一结果可能反映了 EZH1 在维持间质基因 H3K27me3 标记方面的重要性，这对表观遗传药物的开发具有启示意义。此外，如前所述，尽管 EZH2 水平较高，但 HER2 和三阴性乳腺癌(TNBC)亚型中的 H3K27me3 水平低于管腔亚型[14]。这种矛盾表明，在更具侵袭性的亚型中，H3K27me3 靶定位机制、其他表观遗传补偿机制以及非经典 EZH2 功能可能比全局 H3K27me3 水平在介导上皮间质转化(EMT)中更为重要。例如，已证实长链非编码 RNA(long ncRNA)HOTAIR 对决定全基因组 H3K27me3 标记、介导乳腺癌细胞转移至关重要，且 HOTAIR 的表达可显著预测患者生存[110]。该肿瘤亚型的起源细胞及相关独特染色质/甲基化特征可能进一步解释为何不同研究之间会观察到此类差异。
表观遗传学在管腔细胞身份中的作用
管腔身份与上皮状态相似，证据表明上皮特征与管腔特征高度重叠[111]。不过，驱动上皮间质转化(EMT)与管腔-基底转换的机制通常不同[111,112]。管腔样上皮状态由常见的管腔转录因子(TF)驱动，包括ERα、FOXA1和GATA3。ERα是与管腔乳腺癌细胞相关的核心转录因子，仅上调ERα即可维持管腔状态[113,114]。同样，GATA3是一种转录因子，可在正常乳腺中促进管腔祖细胞分化为成熟管腔细胞，且与乳腺癌中ER 的表达高度相关[115-117]。FOXA1在发育中的乳腺管腔中发挥重要作用，在乳腺癌中，它通过与ER协同或独立于ER驱动管腔基因表达，维持更接近管腔的细胞表型[118-120]。多项研究凸显了这三种转录因子的重要性，研究显示，在多种情况下，重新激活ERα、FOXA1或GATA3中的任意一种，足以诱导基底样乳腺癌向管腔表型转换[28,70,112,119,121]。ER表达缺失与基底细胞侵袭性增强相关，且对维持HER2阳性乳腺癌和三阴性乳腺癌(TNBC)亚型至关重要[16,122,123]。学界已公认，遗传、表观遗传和转录层面的调控共同紧密调节管腔基因与基底/间充质基因的表达。因此，维持管腔基因表达并抑制基底基因，对管腔细胞状态的维持至关重要。这一点已通过ESR1的协同调控得到充分证实[124](图2)。
多种表观遗传蛋白与管腔型乳腺癌细胞命运的维持相关。因此，它们通常与ER+乳腺癌相关，而在TNBC/基底样亚型中缺失(参见表1中的示例)。SWI/SNF染色质重塑复合物的一个亚基ARID1A被认为对维持管腔细胞身份以及预测内分泌治疗的应答至关重要[125]。具体而言，该研究利用表观基因组CRISPR-CAS9敲除筛选发现，ARID1A缺失会导致对ER降解剂氟维司群产生耐药性，并表明ARID1A依赖性SWI/SNF复合物可促进ER、FOXA1和GATA3的表达[125]。因此，ARID1A缺失常见于TNBC中，且是ER+乳腺癌发生管腔向基底样转换的原因，其机制是通过将SWI/SNF复合物与ER/GATA3/FOXA1结合区域分离[126,127]。同样，催化DNA去甲基化的TET2通过与FOXP1协同作用，对ESR1、GATA3和FOXA1进行去甲基化，从而指导管腔谱系定向至关重要[128]。在PyMT驱动的模型中，TET2缺失会促进乳腺肿瘤发展，并导致体内ERα表达缺失和他莫昔芬耐药[128]。此外，CBP和p300 H3K27乙酰化酶对维持ER 表达至关重要，在ER阳性细胞中，抑制这些酶会因H3K27ac缺失导致ER下调，这解释了它们与管腔亚型的关联以及在TNBC亚型中的突变[129-131]。已知MLL3和含SET结构域的1A(SET1A)可介导ESR1基因上的H3K4标记，他莫昔芬耐药乳腺癌细胞中这些基因表达增加可驱动ESR1表达，从而维持ER 依赖性生长[132]。总之，这些研究强调了这些表观遗传蛋白在维持管腔细胞状态下ESR1表达中的重要性。
图2. 乳腺癌中ESR1基因表达关键调控因子的总结。核心调控因子为表观遗传蛋白，已证实其可诱导ESR1信号通路的表观遗传改变。外围调控因子包括:研究较少的表观遗传修饰因子、转录因子(TF)、核心调控因子的翻译后调控因子，或长链非编码RNA(ncRNA)。由BioRender创建，采用CC BY 4.0许可(https://BioRender.com/954fc5n)。
相反，多种表观遗传因子可导致基底细胞中ERα缺失。DNA甲基化会 通过沉默ESR1来维持管腔细胞命运，在ER阴性状态下，DNA甲基转移酶通常会上调[133-136]。管腔型乳腺癌细胞系中间充质基因的启动子存在广泛甲基化，而上皮基因的甲基化水平则较低。相比之下，基底细胞中上皮基因(如ESR1)的甲基化程度很高[111,136]。DNMT1与ESR1启动子的过度甲基化相关，因此，单独抑制DNMT1已被证实可在ER阴性细胞系中恢复ER 的表达[137,138]。GSK3介导的DNMT1的S714磷酸化对于介导DNMT1与ESR1启动子的结合至关重要，而SIRT1介导的DNMT1去乙酰化则会影响其沉默ESR1的能力[139,140]。同样，DNMT3B可在ER阴性细胞中与HDAC1/ZEB1形成复合物，在ER阳性和ER阴性细胞中与TWIST/HDAC1或SNAI2形成复合物，从而介导ESR1基因沉默和内分泌耐药[141-143]。有趣的是，SNAI2还可通过与LSD1形成复合物，在三阴性乳腺癌(TNBC)中抑制ESR1基因表达，其中SNAI2会结合ESR1启动子中的E-box，并诱导LSD1介导的H3K4去甲基化[144]。
由组蛋白去乙酰化酶介导的ESR1基因的组蛋白去乙酰化，同样可诱导ESR1基因表达沉默。HDAC1的过表达足以沉默管腔型乳腺癌细胞中的ER 表达[145]。相反，抑制ER阴性细胞中的HDAC可诱导ER 表达，并恢复对ER靶向治疗的敏感性[137,146-148]。DNMT(尤其是DNMT1)和HDAC(尤其是HDAC1和HDAC2)通过与其他转录因子及表观遗传修饰因子(包括SUV39H1)形成多分子复合物来介导ESR1表达的能力，凸显了这些表观遗传调控因子在协调基因抑制方面的复杂关联[141-144,149]。因此，在TNBC细胞中，DNMT与HDAC抑制剂联合使用可产生协同作用，恢复ER 表达并诱导对ER靶向治疗的敏感性，这表明DNMT1和HDAC均是甲基化介导的ER基因沉默的关键调控因子[137,150-155](图2，表2)。
EZH2介导的H3K27me3对于包括ESR1在内的管腔基因的调控同样重要。在HER2阳性和TNBC两种情况下，利用基因工程小鼠模型以及多种类似HER2和TNBC亚型的患者细胞系，均已观察到ESR1基因上的H3K27me3标记是ER 表达的介质[16,123,156]。在多种人HER2阳性细胞系中，EZH2催化活性的药物抑制 (EZH2i)可使细胞重新敏感化，或与他莫昔芬协同作用以减少增殖[16]。重要的是，EZH2的翻译后修饰对于预测该反应至关重要，因为它们会显著影响其组蛋白甲基转移酶活性。研究发现，CDK2介导的EZH2在T416位的磷酸化是H3K27me3介导的ESR1转录抑制所必需的，因此，同时抑制CDK2和EZH2可重新激活ER 表达，并在人细胞系衍生的异种移植模型中赋予他莫昔芬敏感性[123]。相反，AMPK介导的EZH2在T311位的磷酸化会抑制PRC2的组装，从而降低ESR1启动子上H3K27me3的催化活性，并使TNBC中ER 重新表达[156]。因此，低剂量的EZH2i足以在多种TNBC细胞系和体内模型中恢复 表达，并增强他莫昔芬的抑制作用[156]。
GATA3 也受 H3K27me3 调控，研究显示，不依赖 ER 的 GATA3 上调足以维持腔上皮细胞状态 [28,70,112]。重要的是，尽管已证实 GATA3 是 H3K27me3 介导的抑制的直接靶点，尤其在三阴性乳腺癌(TNBC)中 [28,70,112,157]，但要实现 GATA3 的最大上调，需通过 FOXO1 依赖机制联合使用 EZH2 抑制剂(EZH2i)与 AKT 抑制剂(AKTi)[112]。从机制上讲，EZH2i 可打开 GATA3 增强子区域的染色质，并通过去除 H3K27me3 提高 FOXO1 的表达 [112]。而 AKTi 则通过诱导 FOXO1 的负调控位点 S256 去磷酸化，介导 FOXO1 结合至 GATA3 的启动子与增强子区域，从而使 GATA3 的上调幅度显著更高 [112]。这种由 EZH2i/AKTi 介导的 FOXO1 依赖性 GATA3 上调，可在 TNBC 细胞系及异种移植模型中驱动腔上皮分化程序。相比之下，HER2 亚型中 GATA3 基因并非 H3K27me3 的直接靶点 [16]，提示 EZH2i 可能通过间接机制(如上调 ER )协同促进 GATA3 上调。这些数据凸显了根据乳腺癌亚型与起源细胞区分表观遗传机制的重要性，同时也强调需进一步探索表观遗传标记分布的介导因子。
总体而言，这些研究为利用表观遗传药物诱导基底样-管腔转换(即重分化)提供了证据，其机制是恢复ER 或GATA3表达，使细胞对内分泌治疗敏感。如前所述，多项研究表明，DNA甲基转移酶、组蛋白去乙酰化酶和组蛋白甲基转移酶抑制剂是恢复ER 表达并使基底样/HER2细胞类型重新对内分泌治疗敏感的可行策略。在特定情况下，其他表观遗传蛋白也有类似作用，我们在表2中总结了相关证据和模型。然而，必须指出的是，这种敏感性受给药时机、剂量和细胞类型的影响，并非总能重现[158-161]。此外，部分研究结果相互矛盾，有研究发现内分泌治疗敏感性的恢复可独立于ER 的上调[159,160]。还有研究表明，单独使用EZH2i足以通过上调ESR1和GATA3诱导管腔分化应答[16,70,123]，而其他研究则指出，要最大程度诱导管腔特征，需采用联合疗法，如EZH2i/AKTi[112]。表观遗传调控因子与转录因子组成的网络对管腔基因调控的复杂性意味着，在基底样、HER2或内分泌耐药背景下，要最大程度诱导分化，表观遗传抑制剂的疗效需进一步研究，以确定如何最佳预测其疗效。
表 2. 特异性通过上调 ESR1 恢复内分泌治疗应答的表观遗传调节剂抑制剂策略
| 相关蛋白 | 治疗方法/药物 | 模型 | 研究结果 | 参考文献 |
| BPTF | BPTF knockout | MMTV-PyMT | MMTV-PyMT 模型中敲除 BPTF 可提高对他莫昔芬的敏感性 | [302] |
| BPTF 小分子抑制剂 | MCF7 他莫昔芬耐药细胞、HCC-1143 细胞 | MCF7 他莫昔芬耐药细胞与 HCC-1143 细胞中抑制 BPTF 可上调 ESR1 表达，并提高对他莫昔芬的敏感性 | [302] | |
| DNMT | 皮质醇 | MDA-MB-231 与 BT-549 细胞 | 经皮质醇处理的细胞对氟维司群的应答中，活力显著降低 | [303] |
| 利巴韦林联合 SAHA | MDA-MB-231细胞 | 利巴韦林联合SAHA与4-OHTam联用时可诱导细胞凋亡 | [304] | |
| DNMT+HDAC | 5-氮杂-2’-脱氧胞苷(AZA)、曲古抑菌素A(TSA) | MDA-MB-435 cells | AZA联合TSA可抑制MDA-MB-435细胞增殖，加入他莫昔芬后增殖进一步受到抑制 | [153] |
| AZA + TSA | MDA-MB-231细胞 | AZA联合TSA与他莫昔芬联用可诱导细胞凋亡 | [305] | |
| Genistein+TSA | MDA-MB-231细胞 | 金雀异黄素单独使用或与TSA联用，均可与他莫昔芬协同降低细胞活力 | [154] | |
| 绿茶EGCG与TSA | MDA-MB-231细胞 | EGCG、TSA与他莫昔芬联用可通过破坏pRb2/p130-E2F4/5-HDAC1-DNMT1-SUV39H1复合物降低细胞活力 | [151] | |
| EGCG与西兰花芽苗莱菔硫烷(SFN) | MDA-MB-231细胞与MDA-MB-157细胞 | 与他莫昔芬联用治疗可显著降低细胞活力，并在体内产生最大的肿瘤生长抑制效果 | [155] | |
| 绿茶多酚(GTPs)与莱菔硫烷(SFN) | MDA-MB-231细胞 | 他莫昔芬联合GTPs与SFN治疗可显著增加细胞死亡并抑制细胞增殖 | [152] | |
| EZH2 | EPZ6438, GSK-126 | 亲代SK-BR-3细胞及拉帕替尼耐药细胞、JIMT-1细胞、HCC1954细胞 | EZH2抑制剂与他莫昔芬在体外可协同抑制细胞增殖 | [16] |
| EPZ6438, GSK343 | 三阴性乳腺癌(TNBC)细胞系、TNBC HER2+细胞系及管腔型B型乳腺癌患者来源类器官 | 低剂量EZH2抑制剂可增强他莫昔芬在类器官中的抑制作用，并在体内减少肿瘤生长 | [156] | |
| EZH2 or CDK2 | EPZ6438, DINA | 多种三阴性乳腺癌细胞系 | EZH2抑制剂或CDK2抑制剂与他莫昔芬以CDK2依赖的方式协同降低体内肿瘤生长 | [123] |
| HDAC | Valproic acid (VPA) | MDA-MB-231 | VPA与他莫昔芬对细胞生长具有抑制作用 | [146] |
| Entinostat (ENT) | MDA-MB-231和Hs578T异种移植瘤 | ENT联合来曲唑治疗后，异种移植瘤的肿瘤生长速率和转移显著降低 | [147] | |
| LBH589 | MDA-MB-231 | HDAC抑制剂通过从ER启动子释放DNMT1、HDAC1和SUV39H1，恢复他莫昔芬敏感性 | [306] | |
| Z-ligustilide | MDA-MB-231、MDA-MB-453、Hs578t | Z-LIG与他莫昔芬联用通过干扰含MTA1/IFI16/HDACs的NuRD复合物，诱导细胞周期阻滞和凋亡 | [307] | |
| Scriptaid | MDA-MB-231、SK-BR-3 | HDAC抑制剂Scriptaid可恢复ER表达和他莫昔芬应答 | [308] | |
| IFI16, MTA1 | shMTA1 or shIFI16 | MDA-MB-231 | 破坏MTA1-IFI16-HDAC复合物可恢复ESR1表达和他莫昔芬敏感性 | [309] |
| SIN3 | SID decoys | MDA-MB-231 | 破坏SIN3功能可恢复他莫昔芬敏感性，同时ESR1和CDH1中的H3K4甲基化增加 | [310] |
| Selamectin和Ivermectin | MDA-MB-231、MMTV-Myc小鼠三阴性乳腺癌细胞 | Ivermectin和Selamectin上调CDH1和ESR1，并赋予他莫昔芬敏感性 | [311] |
表2.(续)。
| 相关蛋白 | 治疗/药物 | 模型 | 研究结果 | 参考文献 |
| TWIST, DNMT3B, HDAC1 | Twist shRNA | MDA-MB-231, MCF-7 | 敲低Twist可显著提高细胞对他莫昔芬的反应，推测是通过上调ERα实现的 | [143] |
| ZEB1, DNMT3B, HDAC1 | 通过RNAi敲低ZEB1 | MDA-MB-231 | 敲低ZEB1可通过DNMT3B-HDAC1轴使ERα启动子去甲基化[141]，恢复ERα表达，并提高细胞对他莫昔芬和氟维司群的反应 |
控制治疗耐药性与复发的表观遗传机制
表观遗传调控因子与乳腺癌对内分泌疗法、靶向疗法、化疗及免疫疗法的耐药性存在关联。二价染色质状态被认为是这种耐药性的介导因素，其中既有二价结构域的失调，也有新二价状态的形成，二者均与耐药性相关，且模拟了发育过程 [162-165]。因此，多项研究将耐药状态与全基因组染色质可及性改变关联起来，这种改变与协调的基因组和蛋白质组差异表达分析结果相关 [166-168]。这种改变后的染色质状态与 获得耐药性后表观遗传调控因子蛋白的差异表达相关，支持其在介导治疗耐药性中的作用 [166,167]。
在试图阐明治疗耐药性获得过程中出现的稳定染色质重塑状态时，有限的研究结果表明，耐药性的获得是由染色质可及性丧失诱导的，类似于发育过程或上皮间质转化(EMT)状态下的情况，这可能由二价启动子处H3K4me3的减少和H3K27me3的增加所介导。这一理论在SK-BR-3拉帕替尼耐药细胞中得到了验证，与亲代细胞系相比，这些细胞系形成了整体上可及性较低的染色质动态，同时保持了富集基序的可控结合 [167]。此外，全基因组范围内H3K27me3水平升高与HER2靶向疗法 [17] 和内分泌疗法 [169] 的临床耐药性相关。然而，其他研究将H3K27me3的缺失与多种乳腺癌治疗耐药状态关联起来 [164,165,170]。这些差异可通过治疗开始时预测耐药性的方式与获得性耐药状态发展时预测方式的不同来解释 [164]。
最可能的是，这些差异也反映了H3K27me3的全基因组重新分布，而非单纯的全基因组增加或减少，因为细胞正在经历可塑性状态转换，并在发育过程中镜像H3K27me3的靶向差异。正如一项出色的研究所证明的，在耐紫杉类药物的三阴性乳腺癌(TNBC)细胞中，H3K27me3会在耐紫杉类药物特异性的长区域(称为大组织染色质赖氨酸结构域(LOCKs))发生重新分配，从而实现长期获得性化疗耐药性 [171]。类似的研究强调了在耐药状态下调节染色质区室的重要性。染色质区室是大规模的三维基因组结构，其中A区室代表活跃状态(常染色质)，B区室代表非活跃染色质状态(异染色质) [172]。在耐药性获得过程中，区室会发生大规模转换， 每次转换都伴随着不同的染色质标记。B区室向A区室的转换伴随着H3K4me3和H3K27ac等活化表观遗传标记的富集，以及H3K27me3的减少 [165,173]。相反，抑制性标记H3K27me3和H3K9me3信号则在A区室向B区室的转换中富集 [165,168,173]。LOCKs和区室转换均表明，在治疗耐药状态获得过程中，表观遗传标记的全基因组重新分布具有重要意义。
其他研究并未分析染色质状态，而是转而表征治疗耐药性中的表观遗传蛋白，其策略通常依赖于分子亚型。在HER2阳性(HER2+)乳腺癌中，表观遗传介导的HER2沉默与耐药性相关 [174]。此外，EZH2通过H3K27me3介导的PPP2R2B下调与HER2靶向治疗耐药性相关，这可通过EZH2的经典抑制作用逆转，并使HER2+乳腺癌细胞对拉帕替尼和曲妥珠单抗这两种抗HER2疗法在体外和体内重新敏感 [175]。此外，MLL2-FOXO-cMYC轴与拉帕替尼的应答介导相关，其中MLL2维持cMYC表达以驱动细胞生长 [176]。其他表观遗传修饰因子与化疗耐药性相关。DNMT1可通过启动子甲基化下调FOXO3a，尤其在TNBC细胞中，这会形成类似乳腺癌干细胞(BCSC)的状态，并增强乳腺癌干细胞的化疗耐药性 [177]。同样，与ER阴性乳腺癌相关的组蛋白去甲基化酶LSD1 [178] 可调节乳腺癌干细胞的自我更新并促进上皮间质转化，从而导致化疗耐药性 [179]。化疗耐药细胞可通过与LSD药理学抑制联合，在体内重新对化疗敏感，再次证明了表观遗传药物与标准护理疗法联合逆转治疗耐药性的治疗潜力 [179]。
表观遗传失调也常见于内分泌耐药型乳腺癌，其机制既涉及ESR1调控，也涉及ER 非依赖机制 [180]。多种表观遗传蛋白可通过使ER沉默及其他机制促进内分泌耐药。EZH2上调与他莫昔芬耐药 相关，其机制为该耐药通过ERα-GREB1轴 [181] 以及与HOTAIR的相互作用 [183] 发生。DNMT的高表达与他莫昔芬耐药相关，机制为其启动子甲基化ERα及相关基因 [184]。赖氨酸乙酰转移酶2A(KAT2A)可通过 使p53不稳定并上调AIB1 [185] 增强他莫昔芬耐药。KDM5也与内分泌耐药相关；值得注意的是，一项针对ER+原发及氟维司群耐药衍生细胞系的研究，整合了单细胞RNA测序、细胞条形码及数学建模技术，结果显示内分泌耐药是由KDM5介导的H3K4me3转录组变异性升高所致 [186]。这使得具有不同表观遗传及转录组特征的独特细胞得以被筛选出来，表明二价基因启动子控制在耐药状态中的重要性 [186]。相反，其他表观遗传肿瘤抑制蛋白对维持内分泌敏感性至关重要。TET2缺失会降低ER 表达，进而导致内分泌耐药 [128]。ARIDIA突变常见于乳腺癌，可通过减少ER 和FOXA1与染色质的结合、抑制ER 诱导内分泌耐药，这会促进管腔向基底表型转换 [125]。这一发现反映了更广泛的现象:管腔细胞通过某种形式的可塑性获得耐药性，使其能够获得乳腺癌干细胞(BCSC)及上皮间质转化(EMT)样状态。
乳腺癌治疗耐药的另一核心机制是肿瘤休眠，这是驱动复发的主要机制，尤其见于管腔型原发性乳腺癌患者 [187,188]。表观遗传机制驱动的细胞可塑性，对建立休眠细胞状态、维持残留休眠肿瘤细胞及后续从休眠中苏醒至关重要。这在晚期ER+复发背景下尤为相关，因为与复发相关的经典基因突变事件(如ESR1突变)仅见于约20%的晚期复发ER+病例，说明遗传事件并非驱动从休眠中出现的主要机制 [189-191]。休眠细胞状态的建立与转录程序减少相关，这可由表观遗传标记介导 [192,193]。例如，在内分泌治疗作用下，ER+细胞通过H3K9me2、H3K27me3及H4K20me3异染色质标记的整体积累，以及H3K4me3和H3K9/14ac的减少进入休眠状态 [190]。同一研究团队表明，靶向负责这些标记的异染色质写入酶(EZH2、G9a及KMT5B/C)，可减少ER+细胞系中治疗诱导的休眠细胞形成，且高G9a-EZH2-KMT5C特征会增加患者晚期(15-20年)复发风险。因此，在休眠或复发乳腺癌(BC)的治疗中加入表观遗传疗法，可能是消除残留休眠细胞、预防复发的可行策略。
相反，这种异染色质状态的逆转与从休眠中苏醒相关 [190]。有趣的是，H3K4甲基转移酶KMT2C的突变在晚期复发中富集，提示其是从休眠中出现的驱动因素 [190,191]。相反，BRD7缺失被确定为乳腺癌休眠苏醒的表观遗传驱动因素 [194]。在肺转移休眠模型中，BRD7缺失可通过染色质可及性的细胞内在变化，以及动员促肿瘤免疫细胞群，使转移性休眠细胞苏醒 [194]。综上，证据表明，在休眠或复发乳腺癌的治疗中加入表观遗传疗法，是逆转治疗耐药、消除休眠细胞状态及预防肿瘤复发的可行策略。然而，耐药状态的发展在很大程度上取决于背景且不可预测，不同治疗在获得休眠或耐药状态过程中常导致截然不同的表观遗传特征 [164,190]。
利用表观遗传可塑性:结论与未来展望
在本综述中，我们将表观遗传可塑性在乳腺癌中的作用总结为四个截然不同但相互关联的过程:乳腺癌干细胞(BCSC)的维持、上皮-间质转化(EMT)、管腔细胞的维持，以及治疗耐药性与复发的调控(图3)。鉴于癌细胞具备可塑性转换的能力，乳腺癌治疗中最引人注目的理念之一，便是利用乳腺癌细胞的可塑性诱导其重新分化为管腔细胞状态。通过表观遗传药物(epidrug)实现这种重新分化的潜力十分可观，多项研究已证实这一点——这些研究聚焦于恢复雌激素受体1(ESR1)的表达，以及HER2、三阴性乳腺癌(TNBC)或内分泌耐药细胞对内分泌治疗的敏感性(表2)。
尽管取得了这些进展，表观遗传药物在乳腺癌临床应用中的疗效却存在差异。迄今为止，许多表观遗传药物已获批主要用于血液系统恶性肿瘤，如白血病，其中包括组蛋白去乙酰化酶抑制剂(HDACi)、DNA甲基转移酶抑制剂(DNMTi)、异柠檬酸脱氢酶抑制剂(IDHi)和zeste基因增强子同源物2抑制剂(EZH2i)，还有更多此类药物正在针对多种癌症开展临床试验[12]。临床前和临床证据均支持表观遗传药物联合应用的协同效应；然而，表观遗传药物在乳腺癌等实体瘤中却表现出疗效不足[195]。这可能归因于其特异性低和药效学特性不佳[195,196]。此外，表观遗传调控在正常发育过程中的重要性意味着，表观遗传药物常伴随严重毒性，甚至可能增加 继发性恶性肿瘤的发生风险，近期SYMPHONY-1试验中使用的他泽司他(Tazemetostat)便是例证(NCT04224493)。因此，开发特异性更高的药物和更精准的靶向递送方法，对于提升表观遗传药物的疗效并减少全身副作用至关重要。
疗效不佳的另一个原因可能与乳腺癌中表观遗传重编程相关的可塑性有关。从历史上看，临床试验可能未进行充分的分层，以确定哪些患者能获得最大获益。鉴于乳腺癌的异质性以及其在特定情境下的明确作用，要使表观遗传药物成功应用于临床，必须识别出预测性生物标志物。例如，zeste基因增强子同源物2(EZH2)和DNA甲基转移酶(DNMT)的翻译后修饰状态，可显著影响它们控制ESR1转录抑制的能力[123,139,140,156]。因此，表观遗传蛋白的翻译后状态有望作为潜在生物标志物，用于预测患者对表观遗传药物与内分泌治疗联合策略的敏感性，同时也能提示其他可行方法，如周期蛋白依赖性激酶2抑制剂(CDK2i)联合内分泌治疗[123]。
相比之下，Schade等人[112]利用机器学习方法预测治疗反应，结果显示约55%的三阴性乳腺癌(TNBC)肿瘤对EZH2i/AKTi联合方案敏感，这与早期观察结果一致——60%的TNBC细胞系对这种双重抑制敏感。有趣的是，敏感细胞与耐药细胞存在根本的表观遗传差异:在敏感细胞中，管腔基因和上皮基因的染色质区域呈开放状态，而耐药细胞中，间质基因位点的可及性最高。这一观察结果与以下发现相关:尽管管腔特征和上皮特征常存在重叠，但基底特征与间质特征却截然不同[111]。此外，耐药乳腺癌状态下的染色质和转录组图谱会随情境发生显著变化，尤其取决于治疗史、亚型、耐药的获得情况及其他临床数据[164-169,171,173,190]。综合来看，这些事实或许能解释为何在利用表观遗传药物驱动可塑性转换方面存在相互矛盾的数据。我们提出，有望从“重新分化”策略中获益的患者，其细胞必须具备发生这种转换的潜力；而具有间质表型的患者则无法从这类策略中获益，因为他们的基线染色质状态已发生根本性改变。
本文所述研究留下了许多有待解决的问题。例如，起源细胞及其反映的染色质状态是否会影响表观遗传药物在后续阶段的疗效？尽管乳腺癌亚型已显著改善了乳腺癌异质性，但可能需要根据表观遗传特征对乳腺癌亚型进行更细致的分类。其次，我们能否找到可靠的特征来预测对表观遗传药物策略的应答？未来的多组学方法研究对于确定可可靠预测治疗应答的重要基因特征或表观遗传特征至关重要。另一个未解决的问题是，表观遗传蛋白的非经典功能是否在可塑性中发挥重要作用，这一问题在很大程度上仍未得到解决。如果这些非经典功能促进肿瘤可塑性，则支持开发基于降解剂的治疗方法，与传统抑制剂方法相比，这种方法可能更有效[197,198]。
图3. 涉及乳腺癌可塑性过程的表观遗传机制总结。由BioRender创建，遵循CC BY 4.0许可协议(https://BioRender.com/ncish86)。
综上所述，现有证据强调表观遗传调控在驱动乳腺癌可塑性中的核心作用，尤其是通过其对乳腺癌干细胞、上皮-间质转化、管腔和基底动态变化以及治疗耐药性和复发的影响。重要的是，这些见解使表观遗传靶向策略有望成为恢复治疗敏感性的联合策略。未来的研究应侧重于开发更具靶向性的递送方法、识别可靠的生物标志物，以及整合表观基因组分析，以更好地预测患者对表观遗传方法的敏感性。
致谢
本研究得到加拿大卫生研究院(CIHR)表观遗传学基金(TEC-128089)以及加拿大癌症协会(CCS)研究所影响基金(基金编号:706679)的资助。WJM 获 James McGill 杰出科学家教授职位奖资助。EJM 获 Charlotte 和 Leo Karassik 基金会肿瘤学奖学金(由 Goodman 癌症研究所颁发)及加拿大卫生研究院博士奖(CGRS-D)资助。所有图均使用 BioRender.com 提供的工具生成，WJM 持有 CC BY 4.0 许可。图形摘要的许可链接为 https://BioRender.com/4mmqkta。
利益冲突
作者声明无利益冲突。
作者贡献
EJM 和 EP 参与了报告数据的解读与审阅、概念设计与图表制作，以及初稿撰写。EJM、EP 和 WJM 参与了文稿的审阅与修改。所有作者均已阅读并批准了最终发表版本。
参考文献
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