染色质调节剂在膀胱尿路上皮癌发病机制中的改变

膀胱癌是全球十大癌症之一，男性、吸烟者和高度工业化国家的发病率较高。迫切需要细胞毒性化疗以外的新疗法来改善这些肿瘤的治疗。更好地了解其发展背后的机制可能在这方面有所帮助。最近，发现一组调节染色质状态并因此调节基因表达的蛋白质异常频繁地受到膀胱癌基因突变的影响。因此，这些突变的染色质调节剂的功能改变必须是它们发展的基础，但人们对如何以及为什么知之甚少。在这里，我们回顾了当前关于染色质调节剂变化的知识，并讨论了它们对膀胱癌发展的可能影响以及新疗法的选择。

尿路上皮癌 (UC) 是膀胱中最常见的组织学癌症类型。UC 中的基因组变化激活 MAPK 和 PI3K/AKT 信号转导通路，从而增加细胞增殖和存活，干扰细胞周期和检查点控制，并防止衰老。最近发现的另一类 UC 遗传变化会影响染色质调节因子，包括组蛋白修饰酶（KMT2C、KMT2D、KDM6A、EZH2）、转录辅助因子（CREBBP、EP300）和染色质重塑复合物 SWI/SNF（ARID1A）的成分, SMARCA4). 目前尚不清楚这些变化如何促进 UC 的发展和进展。因此，我们在这里回顾了关于染色质调节因子的基因组和基因表达改变及其对细胞分化的影响的新兴知识，UC 发病机制中的细胞可塑性和克隆扩增。我们的分析确定了其他相关的染色质调节剂，并提出了一个尿路上皮癌发生模型，作为进一步机制研究和靶向治疗开发的基础。

一、简介

1.1. 尿路上皮癌的基因组改变

膀胱癌是全球十大癌症之一，在男性、吸烟者和高度工业化国家中发病率较高 [ 1]. 主要的组织学亚型是尿路上皮癌 (UC)，其中鳞状细胞癌和更罕见的实体在大多数人群中占病例的不到 10%。UC 包括两个大的亚群，根据它们是否侵入膀胱的下层结缔组织层来区分。非侵入性乳头状 UC 代表了大多数病例。低级别乳头状 UC 不会危及生命，但需要治疗和长期随访。高级别乳头状 UC，尤其是原位癌进展为浸润性癌的风险更高。值得注意的是，不同阶段和等级的肿瘤不仅可能同步发展，也可能同步发展。浸润性癌约占就诊病例的四分之一，需要根治性手术，通常与新辅助或辅助化疗相结合。2 ]。

UC 中的基因组变化以相当一致的方式改变了三个调节系统（在 [ 3、4、5 ]中进行了综述）。(1) 指导细胞增殖和存活的 MAPK 和 PI3K/AKT 信号转导通路被受体酪氨酸激酶基因的突变、扩增或重排激活，最常见的是 FGFR3，致癌 RAS 突变，交替PIK3CA致癌突变或PTEN丢失, 或通过 MAPK 和 PI3K/AKT 通路组件中的其他突变。(2) 细胞周期和检查点控制受到TP53失活和RB1 的干扰突变和缺失，它们在侵袭性 UC 中比在乳头状 UC 中更常见，或者通过纯合缺失、启动子高甲基化和CDKN2A 中的突变，编码 TP53 和 RB1 的调节因子，在疾病的所有阶段都观察到。细胞周期控制的其他相关变化包括CDKN1A（编码 p21 CIP1）和ATM的失活突变以及CCND1的扩增编码细胞周期蛋白 D1。(3) TP53 和 RB1 的功能丧失预计会阻碍响应复制压力和基因组不稳定性的衰老的建立。此外，端粒酶在几乎所有 UC 中都被激活，与级别和阶段无关，最常见的是通过激活hTERT启动子中的突变。

总的来说，这些变化被认为足以解释尿路上皮癌的发病机制。因此，当染色质调节基因中的突变被发现代表 UC中的另一种一致改变时，令人感到惊讶 [ 6、7 ]。绝大多数 UC 病例至少包含其中一个基因的突变（见第 2 节). 特别是，染色质调节基因的突变甚至经常在乳头状 UC 中发现，它们通常保持接近二倍体并且基因组变化的数量相对较少。因此，UC 是所有癌症类型中染色质调节基因遗传改变频率最高的一种。显然，染色质调节剂功能的改变必须是 UC 发病机制的基础。然而，为什么会这样，迄今为止还知之甚少。

因此，在本综述中，我们将尝试描述 UC 中染色质调节因子改变的范围（第2 部分），并概述其高流行率的可能功能解释（第 3 部分）。

1.2. 尿路上皮癌的尿路上皮分化和分子亚型

尿路上皮癌的来源是尿路上皮，这是一种特殊的复层上皮，位于从肾盂到尿道的泌尿道内。UC 可以出现在尿路上皮的任何部分，但大多数肿瘤发生在膀胱中。值得注意的是，上尿路的 UC 呈现出总体上相似的基因组改变，尽管频率不同 [ 8、9 ]。此外，DNA 错配修复缺陷的肿瘤仅发生在上尿路。

成人尿路上皮通常是静止的，是哺乳动物上皮中周转率最慢的一种。然而，在受伤后，当需要快速再生时，其细胞能够恢复增殖，例如，在机械损伤或细菌感染后，允许在 72 小时内完全恢复[10,11,12 ]。

尿路上皮包括三个不同的细胞层，其形态复杂性和分化程度不断增加：基底细胞、中间细胞和浅层伞状细胞，它们形成了膀胱腔中尿液的主要屏障（综述见 [13] ）。基底细胞附着在基底膜上，体积小，核浓缩，与它们相当未分化的状态保持一致。它们表达基底细胞标记蛋白，如细胞角蛋白 5 (KRT5) 和 TP63，但不表达尿路上皮分化的特异性标记蛋白，如细胞角蛋白 7、8、18 和 20 或尿斑蛋白。一部分基底细胞（估计为 0.5-10%）也表达 KRT14。在稳态条件下，这些可能是唯一具有某些干细胞特征的有丝分裂活跃细胞 [ 14]]. 大鼠膀胱中保留标记超过一年的细胞也位于基底层 [ 15 ]。因此，它们可能构成克隆单位起源处的祖细胞，维持和再生尿路上皮 [ 16 ]，尽管这种解释需要进一步研究 [ 17 ]。

中间细胞，根据它们的名称，具有中等程度的特征并表达 KRT7，很少表达 KRT5，并且不表达 KRT14。至少一部分中间细胞可以在急性损伤期间增殖并有助于尿路上皮层的再生，而对慢性损伤的反应更多地取决于基底细胞[ 17、18、19 ]。

腔表层伞状细胞较大、多核且终末分化。它们表达 uroplakins，尿路上皮屏障功能所需的特殊蛋白质，特别是 KRT20。为了适应膀胱中不同的充盈量，上皮细胞的厚度可以通过中间细胞相互移动来适应，而伞状细胞可以调整它们的顶端表面积 [ 20 ]。

损伤后的尿路上皮再生受到来自下方粘膜下结缔组织中的尿路上皮细胞和间充质细胞的几种生长因子的刺激。受伤的尿路上皮分泌 EGF 样生长因子（如 TGFα、HB-EGF 和双调蛋白）以刺激增殖。通过 FGF2 激活的 FGF 受体发出的信号有助于这一过程。在快速再生过程中，同样会激活相互上皮-间充质信号，基底细胞分泌 SHH 以刺激间充质细胞分泌 WNT [ 21 , 22 ]。

尿路上皮的分化受转录因子网络的调节，这仍未完全了解 [ 23、24 ]。这些转录因子被认为与各种染色质调节因子相互作用以建立稳定和适应性的转录模式，但很少有研究解决尿路上皮中的这些相互作用。然而，由于尿路上皮转录因子网络与调节表皮和导管乳腺分化的网络具有相似性，因此来自这些组织的观察可能会扩展到尿路上皮（见下文）。

TP63基因编码 p53 家族转录因子的各种亚型。最突出的同种型是全长变体 TAp63 和 N 末端截短的 ΔNp63 同种型，它们在分化和增殖的调节中具有相反的功能，并延续到具有基底细胞表型的肿瘤中。ΔNp63 变体是复层上皮细胞基底层中表达最强烈的亚型。它维持祖细胞的增殖潜能，并通过募集表观遗传调节因子（包括含有组蛋白脱乙酰酶 (HDAC) 的抑制复合物）来控制上皮形态发生[ 10、25 ]。ΔNp63 尤其可以与 SWI/SNF 染色质重塑复合物相互作用。

转录因子 ZNF750 通过与转录因子 KLF4 和染色质调节因子（如 KDM1A 和 HDAC1）的相互作用抑制祖细胞基因和上调分化基因来控制上皮组织稳态 [26 ]。ZNF750 表达又受 TP63 [ 27 ] 调节。Grainyhead 转录因子 GRHL3 与其他染色质调节因子相互作用，包括 JMJD3 ( KDM6B ) 和 BRG1/BRM ( SMARCA4/A2 ) 以及组蛋白甲基转移酶 MLL2 ( KMT2D ) [ 28 ]。已对这些因子在表皮分化中的功能进行了更详细的研究，但它们也与尿路上皮稳态有关 [ 29 ]。

核受体 PPARγ 已被证明可特异性促进尿路上皮相对于鳞状细胞的分化。在小鼠中，Pparg突变阻止了表层伞状细胞的成熟，基底细胞中的Pparg失活导致鳞状而非尿路上皮分化。此外，Pparg突变小鼠在泌尿道中出现持续性炎症并激活 NFκB 信号传导。因此，Pparg 重新表达可防止鳞状细胞分化 [ 30 ]。其他转录因子如 Elf3、Grhl3 和Klf5以及特定的 Gata 因子被确定为小鼠尿路上皮规格的决定因素 [ 25、31、32、33].

为了研究参与人尿路上皮分化的转录因子，采用了使用正常人尿路上皮 (NHU) 细胞培养物的模型系统 [ 34 ]。这些细胞通常分离自输尿管或较少见的膀胱尿路上皮，在 EGF 样和 FGF 因子的影响下在特定的无血清培养基中增殖 [35 ]。值得注意的是，它们获得了可塑性增加的基底细胞表型，并且大部分细胞表达干细胞标记物 KRT14。因此，它们可以通过不同的方案诱导鳞状或尿路上皮分化。

在该模型系统中诱导尿路上皮分化是通过阻断 EGFR 信号和激活 PPARγ 来实现的。这导致了中间转录因子的表达，这些转录因子指定了分化的尿路上皮细胞表型，包括叉头框 A1 (FOXA1)、干扰素调节因子 1 (IRF1)、GATA 结合蛋白 3 (GATA3) 和 E74 样 ETS 转录因子 3（ ELF3) [ 36 ]。同时，细胞获得管腔尿路上皮分化的标志物，如 KRT20 和 uroplakins。另一种分化方案采用血清和钙处理，结果相似，但分层更明显。因此，包括 PPARγ、IRF1、FOXA1、ELF3 和 GATA3 在内的转录因子网络处于尿路上皮分化的核心 [ 29]].

反映它们增加的可塑性，应用高剂量钙的不同方案仅导致原发性尿路上皮细胞的分层和鳞状分化。这种状态的特征是表达 KRT5/6、KRT14 和 S100A9 以及进一步的表皮分化标志物，如 Loricrin、Filaggrin 和 Involucrin [ 37 ]。值得注意的是，该方案也可以成功应用于 HBLAK 细胞，这是一种未转化的尿路上皮细胞系 [ 38 ]。

基底和管腔分化状态的特征反映在最近定义的尿路上皮癌分子亚型中。最近的共识将浸润性尿路上皮癌分为六个亚类，主要基于基因表达模式 [ 39 ]。此外，这些亚类的不同之处在于它们的主要驱动突变、预后和对治疗的反应，尽管有很大的重叠。

Luminal 亚型的特征在于尿路上皮分化标志物的表达，包括 uroplakins 和 KRT20，它们反映了转录因子 FOXA1、GATA3 和 PPARγ 的活性。这尤其适用于以致癌突变激活生长因子受体 FGFR3 和CDKN2A缺失为特征的管腔乳头状亚型。相比之下，TP53（和RB1）中的突变在该亚型中相对罕见。KDM6A组蛋白去甲基化酶基因的突变频率在该亚型中同样最高。重要的是，这种亚型类似于非侵入性乳头状尿路上皮肿瘤的主要分子亚型 [ 40]. 在所有浸润性 UC 中，管腔乳头状癌的预后最好，即使是转移性病例也常常对最近推出的 FGFR3 抑制剂药物的治疗反应良好（综述见 [ 41 , 42]）。

第二种管腔亚型（管腔不稳定）包含最多数量的基因组变化，并显示所有亚型中最高的细胞周期活性。TP53突变和ERBB2扩增在该亚型中很普遍，但也有激活谱系特异性致癌基因PPARG和RXRA（编码标准 PPARγ 异二聚化伙伴）的突变和基因融合 [ 43 ]。

第三种更罕见的管腔亚型（管腔未指定）包含更多的基质细胞，尤其是成纤维细胞。ELF3基因的突变在尿路上皮分化中编码作用于 PPARγ 下游的转录因子 [ 32 ]，在该亚型中丰富。值得注意的是，与管腔乳头状癌相比， FGFR3 突变在管腔不稳定亚型和管腔非特指亚型中较少见 [ 7、39 ]。

富含基质的肿瘤含有更高比例的各种基质细胞类型，但也含有免疫细胞。尿路上皮分化标志物的表达不太突出。

基底鳞状细胞亚型 (BASQ) 的特征在于基底尿路上皮细胞分化标志物的表达（见上文）和鳞状分化标志物的可变表达。在高达 40% 的这些肿瘤中可检测到具有组织学鳞状分化的区域。基因表达模式表明活跃的 EGFR 和 STAT3 信号。TP53和RB1突变很常见。BASQ 肿瘤通常包含许多免疫细胞，包括细胞毒性 T 细胞。

神经内分泌样癌症是最罕见的亚型。大多数在形态学上可识别为“小细胞癌”，而其他人只能根据其表达模式归入该亚型。典型的神经内分泌样癌症，TP53和RB1同时失活。在所有 UC 亚型中，神经内分泌样癌症的预后最差，其次是 BASQ 肿瘤 [ 39 ]。

膀胱鳞状细胞癌 (SCC) 被认为是与尿路上皮癌不同的组织学实体。这些较罕见的癌症通常发生在膀胱慢性炎症之后，例如由血吸虫感染或插管术引起。然而，SCC 中的基因组改变与 BASQ UC 中的基因组改变相似，表明它们是由相似的机制引起的。据推测，慢性炎症过程中异常的尿路上皮再生会导致鳞状化生，进而发展为鳞状细胞癌 [ 10 ]。体外尿路上皮前体细胞的可塑性（见上文）支持这一论点。

1.3. 染色质调节剂

转录调节、基因组复制、有丝分裂、DNA 修复、组成型异染色质的形成和其他核过程需要染色质结构的调节。细胞可塑性、谱系选择和细胞分化受动态表观遗传机制控制。在表观遗传调控的核心，细胞分化状态的建立、维持和变化与染色质状态相关，描绘了每种细胞类型的基本转录模式。然后，这些长期稳定的染色质配置会动态适应各种功能需求，包括细胞复制、特定细胞功能、代谢需求和各种压力（在[ 44、45、46、47中进行了综述）]).

染色质调节因子包括多种作用于 DNA、组蛋白和染色质其他成分并相互相互作用的因子。CpG-二核苷酸中胞嘧啶处的 DNA 甲基化是一种主要的长期修饰，由 DNA 甲基转移酶（“写入者”）建立并由 DNA 去甲基化酶（“擦除器”）和其他机制去除，例如通过复制进行“被动”稀释没有再甲基化（在 [ 48 ]中综述）。它被像 MBD2 这样的蛋白质积极识别（“读取”），它通常作为阻遏物复合物的成分，但胞嘧啶甲基化也会在非常不同的程度上阻止转录激活因子与含有 CpG 的结合位点的结合（综述于 [49 ]]). 此外，DNA 甲基转移酶和去甲基化酶直接与其他类型的染色质调节剂相互作用。UC 中 DNA 甲基化模式的改变很常见。这些改变的发病机制和功能后果及其在膀胱癌诊断中的应用已在别处进行了综述 [ 50 , 51 , 52 , 53 , 54 ]。

组蛋白修饰介导稳定和动态染色质状态。例如，异染色质、活性和非活性增强子、活性和抑制基因、启动子和基因体均通过特定组蛋白修饰模式区分，包括赖氨酸和精氨酸甲基化以及赖氨酸乙酰化。组蛋白的磷酸化与 DNA 修复和有丝分裂特别相关。总体而言，已知有 200 多种不同的组蛋白修饰（在 [ 55 ] 中列出），并且它们的数量仍在增加。与 DNA 甲基化一样，组蛋白修饰涉及写入器和擦除器并由读取器解释，其中包括许多也充当写入器或擦除器的蛋白质，允许前向和反馈调节回路。

不同赖氨酸残基的乙酰化，尤其是在组蛋白 H3 和 H4 的 N 端非螺旋结构域中，通常是开放染色质的标记，特别是与活跃转录基因和活跃增强子相关。组蛋白乙酰化受组蛋白乙酰转移酶 (HAT) 和组蛋白脱乙酰酶 (HDAC) 的动态相互作用调节。许多 HAT 是转录共激活因子，如 p300（基因EP300）和 CBP（基因：CREBBP）。值得注意的是，与这两种蛋白质一样，许多 HAT 具有功能重叠但不相同的旁系同源物，例如 GCN5/PCAF ( KAT2A/KAT2B ) 和 MYST3/MYST4（也称为 MOZ/MORF，由KAT6A/KAT6B编码）). 在其作为共激活因子的功能中，每个 HAT 与一组细胞类型特异性或普遍存在的转录因子相互作用，以在增强子（尤其是 p300）和启动子处建立和维持开放的染色质结构。其他 HAT 主要在 DNA 复制后新形成的核小体的沉积中发挥作用，或作为多蛋白复合物的组分在 DNA 修复中发挥作用。组蛋白乙酰化通过组蛋白脱乙酰酶 (HDAC) 催化的水解作用去除。在人类细胞的 18 种 HDAC 中，I 类酶（包括 HDAC1、2、3 和 8）催化大部分组蛋白去乙酰化。然而，HDAC 也有非组蛋白底物，有些主要位于细胞质中或穿梭于细胞质和细胞核之间（如 IIA 亚类酶 HDAC4、5、7 和 9）。56 ]）。

赖氨酸甲基化的功能取决于甲基的位点和数量。组蛋白甲基化通常不如乙酰化动态。例如，赖氨酸 9 (H3K9me3) 的三甲基化是组成型异染色质的特征，而 H3K4me3 则标记活性启动子。H3K27me3 是一种抑制性修饰，特别是在发育、谱系选择或细胞分化过程中受调节的基因中。H3K36 的甲基化区分活跃转录的基因体。以类似的方式，其他典型和变异组蛋白（例如 H3.3、H2AZ 和 H2AX）的不同位点的甲基化与不同的染色质状态相关。因此，来自几个酶和基因家族的不同组蛋白甲基化酶附着甲基，相反，具有各种特异性的组蛋白去甲基化酶去除它们。大多数组蛋白去甲基化酶（KDM1A 是一个明显的例外）是双加氧酶（如 DNA 去甲基化酶的 TET 家族）并使用 α-酮戊二酸作为共底物。在 UC 的背景下，KMT2 家族和 EZH2 受到的关注最多。KMT2 H3K4 组蛋白甲基化酶（也称为 MLL）是多蛋白复合物的组成部分，可激活启动子和增强子的转录（综述见 [57 ]）。EZH2 是多梳阻遏物复合物 PRC2 的催化亚基（它可能包含其旁系同源物 EZH1），它介导 H3K27 三甲基化和基因抑制。H3K27 处甲基的去除由 KDM6 去甲基化酶 KDM6A（也称为 UTX）和 KDM6B（也称为 JMJD3）启动。第三个家族成员 UTY 几乎没有酶活性，但在某些情况下可以替代 KDM6A [ 58、59 ]。

染色质重塑剂形成另一类染色质调节剂。它们与组蛋白修饰蛋白和 DNA 结合转录因子相互作用，以建立和改变整体染色质结构。特别是，几种多蛋白复合物沿着 DNA 移动核小体，从而产生更密集的包装或更开放的结构。因此，像 SWI/SNF 复合物这样的染色质重塑因子是基因抑制和激活所必需的，但重塑因子也是 DNA 修复和复制或组蛋白变体交换所必需的（如 SWR1 复合物）。在癌症的背景下，SWI/SNF 复合体受到了最多的关注，因为它的几个成分在许多癌症类型中以显着的频率发生突变，包括 UC（在 [60、61、62中综述）]). 该复合物最受认可的功能是在转录起始位点调节基因激活，其中核小体的重新定位有助于转录激活因子和基础转录机制的访问。SWI/SNF 复合体还以与许多核受体相互作用而著称，包括雌激素受体、雄激素受体和 PPARγ。SWI/SNF 的核小体重新定位由 ATP 通过 ATPases BRG1（基因SMARCA4）或 BRM（基因SMARCA2）在复合物的不同亚型中驱动。ARID1A 和 ARID1B 是替代亚型中存在的其他基本成分。ARID1A 在癌症中尤其经常失活 [ 63 , 64]. 解旋酶活性由 HELLS 亚基（也称为 LSH，基因SMARCA6）提供。许多染色质结构域蛋白 (CHD) 亚基以识别甲基化组蛋白的结构域命名。

在更高层次的组织中，染色质环定义了 DNA 链上的局部片段，增强子和启动子可以在其中相互作用。它由 DNA 结合“隔离子”蛋白 CTCF 和粘附蛋白复合物（在 [ 65 , 66 ] 中综述）等其他因素组织而成。一种粘连蛋白成分 STAG2 在多达 20% 的 UC 中因突变而失活[ 7、67、68 ]。这种失活最初被认为是导致许多侵入性 UC 中出现的明显染色体不稳定性的原因。然而，无法证实与染色体不稳定程度的一致相关性 [ 67 , 69]，以及最近在其他癌症类型中的发现表明，通过染色质组织对转录调控产生影响 [ 70、71 ]。值得注意的是，STAG2和另一个频繁突变的染色质调节基因KDM6A位于 X 染色体上，这可能导致 UC 的整体男性性别偏倚 [ 40 ]。

组蛋白变体为染色质调控提供了另一种选择；它们标记并支持特定基因组区域的功能，例如着丝粒、端粒、活性基因和涉及核仁功能的区域。H2AX 对 DNA 修复至关重要。迄今为止，只有少数研究探讨了组蛋白变体在 UC 中的功能 [ 72、73 ]。由于仍然难以评估它们的影响，我们不会在本综述中进一步处理组蛋白变异。相反，我们将主要考虑组蛋白修饰剂（包括擦除剂）和染色质重塑剂作为核心染色质调节剂（另请参见第 2 节的介绍性说明）。

此外，各种类型的非编码RNA参与染色质状态和基因表达的调节。长链非编码 RNA 在基因表达调控的许多步骤中发挥作用，其中一些参与染色质结构的建立和维持（综述见 [ 74 ]）。如其他地方所述，已在 UC 中检测并确认了几种 lncRNA 的表达改变。微小 RNA 主要是转录后调节因子，仅间接影响染色质状态。在 UC 中已经报道了特定 miRNA 的过表达和下调，并且这些变化的功能已被广泛研究，尽管并非所有报道都是一致的。最近有几篇关于 UC 中 miRNA 的表达和功能的评论 [ 75 , 76]. 值得注意的是，随着初步研究的进一步研究和验证，lncRNA 或 miRNA 可能在 UC 诊断中提供特别有价值的生物标志物。

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2. 尿路上皮癌染色质调节基因的改变

2.1. 开场白

几项研究一致表明，染色质调节剂，特别是染色质重塑剂和组蛋白修饰酶，在 UC [ 6、7、68、77 ]中异常频繁地发生突变，表明随后的表观遗传变化驱动尿路上皮肿瘤发生和癌症进展（综述于 [ 78 ] , 79 ]). 在 TCGA 对肌肉浸润性 UC 的研究中[ 7 ]，大约 90% 的癌症携带KDM6A（编码组蛋白去甲基化酶 UTX）、KMT2C、KMT2D（编码组蛋白甲基转移酶 MLL2 和 MLL3）、CREBBP、EP300中的一种或多种突变（组蛋白乙酰转移酶）和ARID1A（SWI/SNF 成分）。

为了全面了解影响 UC 染色质调节因子的基因组改变，我们在 EpiFactors 数据库中下载了 720 个基因的列表，这些基因被归类为染色质调节因子，这是一个针对表观遗传调节因子及其复合物的手动管理数据库 [80 ]。请注意，Epifactors 数据库中表观遗传调控因子的定义比第 1.3 节中概述的要宽泛一些通过包括选定的转录和 RNA 加工因子以及 DNA 甲基化写入器和擦除器。为了避免引入偏差，我们在进行以下分析之前没有进行注释。在 TCGA 数据集 (BLCA) 中搜索了所有 720 个基因的突变、拷贝数改变（CNA，仅限于扩增或纯合缺失）以及膀胱癌组织与正常膀胱组织的表达差异。为此，使用 Broad Institute 生成的 Morpheus 工具下载公共 TCGA 表达数据（https://software.broadinstitute.org/Morpheus，于 2021 年 8 月 31 日访问）。提取了肿瘤和正常样本的 720 个表观遗传调节因子的表达值，并计算了与正常样本相比肿瘤样本的表达倍数变化。TCGA BLCA 数据集中的突变和遗传变化数据来自 Robertson 等人。[ 7 ] 通过 BioPortal [ 81 , 82 ] 并在 720 个染色质调节器上过滤结果。

2.2. 突变

在 720 个染色质调节基因中，665 个在 412 个 UC 样本中至少有一个包含非同义突变；187 个在至少 10 个肿瘤中发生突变。表格1列出前 25 个最常发生突变的基因；可以在补充材料（数据文件 S1）中找到完整列表。正如 TCGA 作者所报告的那样 [ 7 ]，最常发生突变的基因是 COMPASS 组件KMT2C、KMT2D和KDM6A，以及 SWI/SNF 亚基ARID1A，以及TP53（一种转录因子），每种都存在于 100 多个肿瘤中。在至少 10 个肿瘤中发生突变的基因编码了许多额外的组蛋白编写器、擦除器、染色质重塑和多梳复合物的成分，以及一些转录因子、共激活因子和辅助抑制因子，包括 14 例中的FOXA1、PPARGC1A（一种 PPARγ 共激活因子）在 19 例中，RB1（一种辅助抑制因子）在 83 例中。三种 TET DNA 去甲基化酶基因中的每一种在至少 10 种癌症中发生突变，在 30 例中最常见的是TET1。DNMT3A和DNMT1各有 10 例受突变影响。后一个结果表明，UC [50、51、52、53、54] 中的 DNA 甲基化变化在某些情况下可能是由 DNA 甲基化写入器和擦除器的遗传改变引起的。

表格1受尿路上皮癌突变影响的前 25 个染色质调节基因。

这些数字必须考虑到 UC 的高突变率（高达 10/Mbp），典型病例中有 100-200 个基因发生突变。此外，我们目前的分析没有区分各个基因中的突变类型，例如错义、无义或其他类型的截短突变。在评估突变的重要性时，还必须考虑每个单独基因的非同义突变与同义突变的比率（参见参考文献 [ 7 ]，增补）。尽管如此，我们的审查表明，除了那些在整个 TCGA 队列中正式确定为显着突变的基因（例如KMT2C、KMT2D、KDM6A、ARID1A、和别的。

总共 438 个染色质调节基因在至少一种 UC 中被扩增，其中 147 个位点在至少 10 种癌症中被扩增。表 2列出前 25 个最常扩增的基因；可以在补充材料（数据文件 S1）中找到完整列表。包含一个以上染色质调节基因的扩增区域主要位于已知在 UC [ 4 , 83 ] 中获得的染色体臂上，尤其包括 1p、8q、5p 和 10p（因此在表 2) 以及较低频率的 1q、3p（远端）/3q、6p（具有DEK基因[ 85 ] 的 6p22 扩增子 [ 84 ]）、11q、16p、17q、19 和 20q。有趣的是，最常扩增的染色质调节基因是位于 1q23.3 的USP21 ，它编码 H2A 去泛素化酶。该酶还作用于大量非组蛋白，包括 EZH2 [ 86 ] 和 BRCA2 [ 87 ]。虽然在其他癌症中进行了调查，但迄今为止很少有关于 USP21 在 UC 中的功能的研究。在一项研究中，1q23 扩增子被描述为与转移和不良预后相关 [ 88 ]。1q21.3 的另一个扩增子包含SETDB1正如其他人先前强调的那样 [ 89 ]。编码的 H3K9 甲基转移酶对许多癌症类型的生长至关重要，并被视为治疗靶点 [ 90 ]。然而，它在 UC 中的功能尚未探索。在 8q22.3，YWHAZ和UBR5被频繁扩增。YWHAZ编码具有多种功能的 14-3-3 家族蛋白，由于在不同癌症类型（包括膀胱癌）中的扩增而过表达 [ 91 ]。由于基因扩增，E3 泛素连接酶 UBR5 同样在不同的癌症中过度表达 [ 92]] 但尚未在膀胱癌中进行明确研究。在其多种功能中，调节 DNA 修复过程中染色质的泛素化 [ 93 ]。这两个因素是否作为染色质调节剂或通过它们的各种其他活动影响 UC 发病机制尚不清楚。其他感兴趣的扩增基因将在后续部分讨论。

表 2在尿路上皮癌中扩增的前 25 个染色质调节基因。

至少 1 例 UC 共有 225 个染色质调节基因纯合缺失，至少 10 例 39 个纯合缺失。表3列出前 25 个最常被纯合删除的基因；可以在补充材料（数据文件 S1）中找到完整列表。纯合缺失主要位于已知易受 UC 损失影响的染色体臂上[ 4、83、94 ]。几个基因分别在 2q、8p21、9p24（包括JAK2，除了其在 STAT 信号传导中的功能外还兼作组蛋白激酶）、13q（两个不同的区域，分别包含BRCA2或FOXO1和RB1）、16p（包括CREBBP） , 17p（包含NCOR1和TP53 的两个区域，分别）和 22q13（包括BRD1和HDAC10）。3p、4q、14q 和 18q 处的纯合缺失各仅包含一个染色质调节基因，即分别为FOXP1、ING2、RCOR1和ZNF516。RB1在 37 种癌症中最常发生纯合缺失，其次是 8p 上的三个基因。

表3尿路上皮癌中受纯合缺失影响的前 25 个染色质调节基因。

除了以下小节中详细讨论的那些基因之外，还有一些基因是进一步研究的良好候选者。多项研究将NCOR1鉴定为显着突变的基因 [ 6 ]。它编码一个与许多核受体相互作用的辅阻遏物，尤其影响新陈代谢和免疫反应。NCOR1 的实验调节已显示影响前列腺和 UC 癌细胞中的 PPARγ 信号 [ 95 , 96]，但这种相互作用与 UC 发展和进展的相关性仍有待进一步阐明。RCOR1 的最佳特征是另一个核心抑制复合体 Co-REST 的组成部分，它参与谱系选择和分化。没有发表关于尿路上皮细胞的具体研究，但有趣的是，表皮祖细胞（基底）细胞需要 RCOR1 [ 26 ]。ZNF516 同样与 CoREST [ 97 ] 相互作用，尤其是抑制 EGFR（另见下文）。相反，BRD1 是一种含溴结构域的共激活剂，特别是与含有 MYST3 ( KAT2A ) 的 HBO1 复合物相互作用，使组蛋白乙酰化 [ 98]]. 没有针对 UC 中 BRD1 的专门调查。除 FOXA1 外，还有 FOX 家族的其他几个成员与 UC 相关（综述见 [ 24 ]），但 FOXP1 和 FOXO1（另见下文）尚未得到充分研究。HDAC10 是一种 IIB 类组蛋白脱乙酰酶，在尿路上皮细胞中表达较弱 [ 99 ]。ING2 蛋白以 TP53 依赖性方式促进核苷酸切除修复和细胞周期控制；该基因的多态性可能会影响膀胱癌的风险。

2.3. 表情变化

采用双重变化截止值，与正常组织相比，UC 中有 58 个基因被鉴定为下调，而 50 个基因被上调。这些基因在补充材料（数据文件 S1）中全面列出。

下调基因的字符串分析[ 101 ] (图1A) 揭示了一个高度链接的核心网络，其中包含 HATs KAT6B（MYST4、MORF）和KAT2B（PCAF）、IIA 类 HDACs 4 和 9，以及 III 类（sirtuin）HDAC SIRT1、KDM6B去甲基化酶以及 SWI 的组分/SNF，即SMARCA2 /BRM、SMARCD3 /B60c 和DPF3/BAF45c。值得注意的是，SWI/SNF 多蛋白复合物的其他成分被上调（图1B)，暗示其构成发生了变化。PRC1 polycomb 复合体的三个组件远距离连接到核心网络。分析突出了两个重要的转录因子。PPARGC1A编码 PPARγ 的共激活因子，PPARγ 是尿路上皮分化的关键调节因子（参见第 1 节）。多项研究表明， FOXO1下调是 UC 进展和化疗耐药的重要因素[ 102、103、104 ]。目前的分析表明，它的下调可能会被包括 HAT 共激活因子在内的协同调节器的下调所补充。

图1尿路上皮癌中染色质调节基因下调 ( A ) 和上调 ( B ) 的字符串分析。

SETD7 H3K4 单甲基转移酶将核心网络与几个PRDM基因连接起来。这些编码的蛋白质同样充当组蛋白甲基化酶或调节此类酶。PRDM 蛋白已被证明在不同的癌症类型中发挥肿瘤抑制或致癌功能（综述见 [ 105 ]）；有趣的是， PRDM12和PRDM13被上调（参见图1B). 尚未发表对任何膀胱癌家族成员的专门调查，但其他人之前的生物信息学分析也强调了这些因素 [ 105 ]。

上调基因的字符串分析产生了一个完全不同的核心网络，由与有丝分裂相关的组蛋白激酶（AURKA/B、TTK、GSG2/HASPIN、PBK等）和 DNA 复制和细胞周期进程的调节因子（CDC6、CDK1、CDK3、 CDK5、TOP2A）和 DNA 甲基化（DNMT3B、UHRF1）。与这些因子的上调一样，染色质组装因子（CHAF1A/B，编码 CAF1 和阅读器ATAD2）的上调可能只是反映了与静止的正常尿路上皮相比，尿路上皮癌细胞的增殖增加。有趣的是，CAF1 特别参与变异组蛋白的沉积，并能以这种方式影响分化和重编程 [106、107 ]。_ 一系列编码参与同源重组 DNA 修复的蛋白质的基因（BRCA1/2、RAD51、UBE2T/FANC2、CHEK1、PCNA、TOP2A）也被上调，这可能反映了癌细胞对复制压力的需求增加。众所周知，组蛋白甲基转移酶 EZH2 是 PRC2 多梳复合体的核心成分，在 UC 中被上调[ 108、109 ]。同样， KAT2A (GCN5)的上调，伴随着其密切旁系同源物KAT2B 的下调，是癌症中的常见发现 [110 ]。在 UC 中，很少有关于这对 HAT 的研究可用，但 GCN5 确实似乎比 PCAF 对 UC 细胞的肿瘤特性贡献更大 [ 111 ]。一个有趣的观察是 FOXA1 的上调， FOXA1是一种先驱叉头转录因子，参与尿路上皮分化并在 UC 的一个子集中发生突变 [ 112、113 ]。

与其下调一致，PPARGC1A、ASXL3、SIRT1、SMARCA2和组蛋白甲基化酶基因PRDM5/6/16也受到至少 10 个肿瘤中突变或纯合缺失的影响。编码具有可能抗肿瘤功能的阻遏物的ZNF516基因 [ 97 ] 也受到纯合缺失的影响，如HDAC4基因。没有发表关于 ZNF516 阻遏物在膀胱癌中的具体研究，而一些研究表明 IIA 类组蛋白脱乙酰酶 HDAC4 抑制膀胱癌细胞的肿瘤特性[ 114、115 ]]. 相比之下，HDAC9基因在大量病例中被扩增，但其表达平均下调。

一些上调的基因在至少 10 个肿瘤中也发生了突变或扩增。这些包括编码拓扑异构酶 TOP2A、有丝分裂调节因子 BUB1、DNA 甲基转移酶 DNMT3B 的基因，以及编码染色质重塑复合物肌动蛋白成分的ACTL6A 。据报道，ACTL6A 有助于抑制鳞状细胞癌中的 CDKN1A/p21 CIP1 [ 116 ]，但尚无关于其在 UC 中功能的研究。此外，CDC6编码在许多癌症中上调的染色质许可因子，具有假定的致癌功能（综述于 [ 117]), 在许多肿瘤中发生突变和扩增。迄今为止发表的关于 CDC6 在膀胱癌中的少数研究表明在顺铂耐药中具有特殊作用 [ 118 ]。与CDC6一样，ATAD2是在增殖细胞中上调的 E2F1 靶标。其产物 H4 双乙酰化阅读器 [ 119 ] 因此在许多癌症类型中过度表达，并被认为有助于解除对几种信号转导途径的管制（综述见 [ 120 ]）。然而，对于膀胱癌，尚无关于这一重要因素的研究。

矛盾的是，一些上调基因受到纯合缺失的影响。这种不一致性可以用个体分子亚型之间的差异来解释，尤其是在指导管腔分化的FOXA1的情况下。这些基因还包括PBK（编码蛋白激酶，也称为 TOPK，具有广谱靶标，包括组蛋白 [ 121 ]）和HJURP，编码着丝粒变异组蛋白的伴侣蛋白。有趣的是，迄今为止关于膀胱癌的唯一出版物表明 HJURP 参与 PPARγ 和 SIRT1 的调节 [ 122 ]。一项同样针对膀胱癌中 PBK 的单一研究通过免疫组织化学证明了在肌肉浸润性 UC 中的更高表达[ 123】 按照现在的表情分析。

BRCA1和BRCA2平均上调（分别上调 2.8 倍和 3.7 倍），但发现了大量突变和BRCA2纯合缺失。这同样表明 UC 在同源重组修复能力方面存在异质性（参见第 2.4 节）。

2.4. 讨论，包括文献资料

先前对 UC 基因组的综合分析 [ 6、7、68 ]强调了在染色质调节剂中重编程和细胞分化所需的增强子处与基因激活相关的蛋白质失活（在 [ 124 ]中进行了综述）。这些蛋白质包括组蛋白甲基转移酶 KMT2C 和 KMT2D（以及少数情况下的 KMT2B）、组蛋白去甲基化酶 KDM6A、SWI/SNF 复合物的组分（最常见的是 ARID1A）以及 HAT CBP 和 p300。重要的是，这些因素相互协作和相互作用，许多是相同多蛋白组装体的组成部分，如 COMPASS 复合体，它包含可选的 KMT2C 或 KMT2D 作为其核心单元和 KDM6A 作为相关的重要亚单元（在 [125 ]）。因此，这些突变往往以相互排斥的方式发生在 UC 中，表明它们会导致类似的后果 [ 79 ]。重要的是，几乎每个 UC 病例都在其中一个基因中携带至少一个突变。值得注意的是，虽然预测或证明这些基因中的大多数突变是有害的，但尚未确定每个基因的两个等位基因是否以“经典”肿瘤抑制因子预期的方式定期失活（参见 [79] 中的讨论） .

在 UC 中定期突变的一组因子可被视为三胸腺样激活剂，可在发育和细胞分化过程中抵消多梳阻遏复合物的活性（综述见 [126, 127 ] ）。基本上，两个多梳复合体 PRC1 和 PRC2 是有区别的，它们的组成各不相同。本分析再次证实，EZH2（多梳阻遏复合物 PRC2 的两个替代催化亚基之一）在许多 UC 中被上调。关于 PRC1 复合体，UC 中的大多数研究都集中在 BMI1 亚基上，该亚基与通过抑制 microRNA 基因 [ 128 ] 并作为可能的干细胞因子促进侵袭有关。其他 PRC1 组件的研究较少。

Polycomb 复合物被确定为表皮分化的关键调节因子 [ 129 ]。PRC1 和 PRC2 具有不同的作用，但在表皮前体细胞中协同作用。PRC2 维持前体细胞的增殖，通过抑制表皮特异性基因来防止过早分化。PRC1 抑制替代谱系选择。然而，在分化过程中，一种不同组成的 PRC1 复合物会促进表皮基因的表达，尤其是粘附因子 [ 130 ]。由于我们的分析揭示了几个 PRC1 相关基因的下调，因此研究 PRC1 复合物的组成是否在 UC 中发生变化可能很有趣。

PRC1 的基因抑制部分通过组蛋白 H2A 单泛素化介导，导致 H2AK119ub1 修饰。这种修饰被含有去泛素化酶 BAP1 作为中心单元的蛋白质复合物去除。BAP1 的失活突变及其基因在 3p 的缺失在肾细胞癌中很突出 [ 131 ]，但也有报道称其与UC 中的KDM6A突变同时发生[ 132 ]。我们的分析揭示了 ASXL3 的显着下调和频繁突变。ASXL 蛋白通常用于连接染色质和染色质修饰蛋白复合物。ASXL3 的研究不如它的旁系同源物，但被证明可以像它的旁系同源物一样促进 BAP1 与其组蛋白底物的结合 [ 133]. 因此，它在 UC 中的下调可能最终导致基因抑制。

顾名思义，BAP1（BRCA1 相关蛋白 1）也影响 DNA 修复（综述见 [ 134 ]），尤其是通过 BRCA1。我们目前的分析出乎意料地揭示了 UC 中BRCA1和BRCA2表达的相当大和显着的上调，而且这两个基因的突变甚至BRCA2的纯合缺失也相对频繁。同源重组修复的失活被认为在膀胱癌中相对较少发生，BRCA1或BRCA2的双等位基因失活也很少见。在不到 10% 的侵袭性 UC 中发现了反映同源重组修复缺陷 ('BRCAness') 的突变特征 [ 135]. 目前的分析表明，相反，BRCA1和BRCA2的上调很普遍，可能在不同的癌症子集中。特别是，UC 细胞中 KMT2C 的缺失显示会降低 DNA 修复基因的表达。此外，小鼠中的 Kmt2c 敲除诱导了具有高水平 DNA 双链断裂的输尿管肿瘤 [ 136]。这种基因组不稳定性归因于 TP53 的 COMPASS（又名 ASCOM）复合体的共激活因子功能。此外，具有KMT2C突变的 UC 细胞对 PARP 抑制剂如奥拉帕尼更敏感 [ 137]. 然而，利用肿瘤细胞同源重组修复缺陷的 PARP 抑制剂，迄今为止在临床试验中作为膀胱癌的单一疗法几乎没有益处 [ 138 ]。随着越来越多针对同源重组修复缺陷的药物变得可用，UC 中同源重组修复的状态显然值得进一步阐明。

我们的分析强调的另一个有趣因素是 III 类组蛋白脱乙酰酶 SIRT1。SIRT1 使 H4 以及许多非组蛋白去乙酰化，包括 TP53，以及其他参与 DNA 修复和检查点的蛋白质。在某些癌症类型中，SIRT1 被上调，因此被视为特定抑制剂的靶点 [ 139 ]。药理学激活剂也可用（综述见 [ 140 ]），可应用于 SIRT1 被下调的那些癌症类型。目前的分析揭示了许多 UC 中的下调、突变和纯合缺失，表明它们属于后一种类型。据此，sirtuin 激活剂可抑制类器官中膀胱癌的生长 [ 141]. 此外，SIRT1 被描述为在反馈回路中与 PPARγ 相互作用 [ 142 ]。

3. 尿路上皮癌中染色质调节剂改变的后果

3.1. 分化、可塑性和免疫反应

已知由 UC 中的突变定期失活的三胸因子样因子参与许多细胞谱系的分化（综述见 [ 44 , 143 ]）。因此，人们会假设它们在 UC 中的失活会导致分化受阻。然而，许多 UC 存在分化的尿路上皮细胞的标记，尤其是所有管腔亚型。此外，在 TCGA 研究中，trithorax 样基因、SWI/SNF 基因和粘附蛋白复合基因的基因组改变在所有分子亚型中基本上同样频繁（参见参考文献 [7] 中的图 3 ）。

管腔乳头状亚型表达特别广泛的尿路上皮分化标志物，其特征尤其是频繁的KDM6A功能丧失和FGFR3致癌突变。有趣的是，活性 FGFR3 会抑制通常由 KDM6A 结合和激活的管腔尿路上皮基因的许多增强子 [ 144 ]。这种拮抗作用解释了为什么这两种基因改变在肿瘤发生中协同作用，但不能解释为什么随后的肿瘤显着表达管腔基因。

PRC2 催化亚基 EZH2 的功能是 KDM6A 的 H3K27 甲基化直接拮抗剂，在这种情况下很有趣。与表皮分化一样 [ 129 ]，EZH2 支持基底细胞的增殖，同时限制正常鼠尿路上皮中层和表层细胞的分化。然而，它的表达阻止了 Krt14 在小鼠模型中的鳞状分化和异位表达 [ 145]]. 此外，人类膀胱癌细胞系和正常尿路上皮细胞之间表观遗传修饰的整体比较表明，EZH2 参与调节正常分化和恶性转化之间的平衡。H3K27 的三甲基化以更集中的方式位于正常细胞的转录起始位点，而修饰更均匀地分布在基因序列中 [ 146 ]。这种重新分布可能反映了 EZH2 [ 109 ]的频繁上调和许多 UC 中 KDM6A 去甲基化酶的丢失。因此，已知 KDM6A 旁系同源物 KDM6B/JMJD3 有助于培养的原代角质形成细胞的分化 [ 147]. 在原代尿路上皮细胞和 HBLAK 细胞中，敲低 KDM6A 会影响 KRT14 阳性干细胞和 KRT5 阳性基底细胞之间的平衡，但对管腔细胞的进一步分化影响有限 [148 ]。

其他管腔亚型似乎受到谱系特异性癌基因的支持，即参与尿路上皮分化的转录因子被突变激活，尤其是管腔不稳定中的 PPARγ 及其异二聚化伙伴 RXRα 和管腔未指定亚型中的 ELF3。FOXA1中的突变可能有所贡献。然而，尽管激活了尿路上皮分化，但这些肿瘤细胞不会退出细胞周期。这可能部分是由于 TP53 的丢失，尤其是 RB1 失活，它阻止了细胞周期退出和终末分化。正如我们的分析所揭示的那样，一般的细胞周期控制和 RB1 活性的丧失可能是许多参与 DNA 复制和细胞周期进程的基因过度表达的原因（图1B). 此外，致癌 PPARγ 可能会激活额外的生长信号，例如 SHH 通路 [ 43 ]。目前尚不清楚 trithorax 样因子的缺失如何影响这些其他管腔亚型的表型。值得注意的是，其他癌症中的谱系特异性癌基因需要功能性共激活因子。例如，KDM6A、KMT2C 和 SWI/SNF 复合物支持管腔型乳腺癌中的雌激素受体活性，尽管这些染色质调节因子可能在抗雌激素治疗的进一步进展和发展过程中失活（综述见 [149] ）。

相反，BASQ 和神经元样转分化 UC 亚型不表达尿路上皮分化的标志物。FOXA1、GATA3 和 PPARγ 支持管腔亚型特异性基因的表达，而 TP63、STAT3 和 TFAP2 是基底细胞表型的主要决定因素 [ 150 ]。因此，指导管腔分化的转录因子通常在 BASQ 癌症中受到抑制 [ 151、152 ]。如果驱动分化的三胸样因子发生突变，则 BASQ UC 中基础状态的保留可以通过 PRC2 多梳活性的优势来解释。然后 PRC2 将保持增殖性基底细胞前体表型，如表皮细胞所示 [ 129]. 值得注意的是，组蛋白去甲基化酶 KDM1A/LSD1 对 H3K4 和 H3K9 具有双重特异性，同样抑制角质形成细胞命运和分化的关键转录因子 [ 153 ]。LSD1 的抑制相反地通过 NOTCH3、ZNF750 和 Grainyhead 转录因子 GRHL1 和 GRHL3 诱导终末表皮分化 [ 154 ]。然而，人们对 KDM1A 在尿路上皮分化和 UC 中的功能知之甚少 [ 155 ]。在任何情况下，增强的 EGFR 信号可能为 BASQ 亚型细胞的持续增殖提供一种刺激 [ 39 , 156 ]，特别是在没有功能性 TP53 和 RB1 的情况下。

BASQ 亚型的另一个特征是它的可塑性，这导致或多或少广泛的鳞状分化。可塑性与谱系保真度的丧失是上皮细胞在伤口愈合和增殖过程中增殖的常见现象 [ 157 ]。甚至在培养的正常尿路上皮细胞中也能观察到这种情况，这些细胞可以被刺激以进行鳞状或尿路上皮分化，具体取决于刺激 [ 34、158 ]。它进一步表现为膀胱良性鳞状化生，通常与慢性炎症有关 [ 159 ]。与膀胱鳞状化生的其他情况一样，它可能构成一种适应性反应，以保护上皮细胞免受有害条件的影响 [ 160]. 在 UC 中，很明显，尿路上皮分化能力的丧失并不排除异常分化为鳞状表型。同样，TP53 和 RB1 功能的丧失似乎不仅有利于持续增殖，而且有利于化生。

在罕见的肉瘤样膀胱癌中也观察到这两种调节因子的缺失，[ 161 ] 被认为起源于基底细胞。此外，它对于许多具有神经内分泌表型的癌症的发展至关重要，包括一些不依赖雄激素的前列腺癌和小细胞肺癌 [ 162、163 ]，以及明显的神经元样 UC [ 39 ]。目前尚不完全清楚 trithorax 样染色质调节剂的失活在何种程度上有助于这种类型的可塑性。我们目前的分析（见第 2 节) 建议更改相关的 Co-REST 组件。这种共抑制复合物的一个突出生理功能是抑制神经元细胞中的非神经元谱系，但在癌症中它可能发挥许多替代功能。因此，它在神经元样 UC 中的功能将引起极大的兴趣。

最后，分子亚型在免疫细胞浸润的类型和程度方面也有所不同。免疫细胞浸润在 luminal-unspecified 和 BASQ 亚型中最为明显 [ 39 ]，而 luminal-papillary 亚型似乎主动抑制抗肿瘤免疫 [ 151 , 164 ]。越来越多的证据表明染色质调节剂参与调节 UC 中的免疫反应 [ 165、166、167 ]和表观遗传药物，即组蛋白和 DNA 修饰酶的抑制剂，因此可用于使 UC 对免疫疗法重新敏感（综述见 [ 168 ] , 169 , 170 , 171 ])。

3.2. 尿路上皮癌发展模型

最近的两篇论文 [ 172 , 173] 已经从移植供体或尿路上皮癌的膀胱切除术中获得的显微解剖形态正常尿路上皮的特征突变。两个研究小组都在正常尿路上皮中检测到许多突变，尽管它们的频率低于肌肉浸润性 UC。发现突变细胞在正常尿路上皮中克隆扩增，克隆占据高达数平方毫米。UC 患者正常尿路上皮中的一些克隆与肿瘤共享突变。相比之下，同步原位癌 (CIS) 与主要肿瘤明显相关，共享多个突变，但沿着单独的轨迹进一步进化。因此，中老年人的正常尿路上皮含有突变基因组的细胞克隆。重要的，

虽然点突变经常被观察到，但在正常尿路上皮中扩增的细胞克隆很少包含基因拷贝数变化或染色体异常，这在高级 UC 尤其是 CIS 中很突出。如果有的话，整个染色体或染色体臂在正常尿路上皮中丢失或获得。这一观察进一步将染色体不稳定与尿路上皮癌发生中向浸润性癌的进展联系起来 [ 4 ]。

有趣的是，在这两项研究中 [ 172、173 ]，染色质调节基因是突变最频繁的功能类基因，尤其是KMT2D、KDM6A和ARID1A，以及EP300、STAG2和CREBBP。相反，不是在大多数乳头状 UC 中观察到的激活FGFR3突变，也不是肌肉浸润性 UC 典型的TP53突变，也不是hTERT在所有阶段约 80% 的 UC 中发现的突变以显着的频率检测到。这些观察结果表明，染色质调节因子的突变发生在尿路上皮癌变的早期阶段，并且可能代表一个初始的躯干事件。在 UC 的所有阶段和分子亚型中发现染色质调节突变的观察结果支持这一假设。突变激活增殖信号转导通路和细胞周期，使细胞检查点失活并防止衰老，然后将导致实际的肿瘤发展（图 2).

图 2

尿路上皮癌发生的拟议基因组变化序列，从下到上进行。绿色框表示功能丧失，红色框表示致癌激活。方框的宽度表示基因组改变在分子亚型中的大致分布（有关它们的定义，请参见第 1.2 节）。

在其他组织中也进行了类似的观察（在 [ 174 ] 中进行了综述）。这种现象在造血系统中得到了最好的表征，称为克隆性造血。随着年龄的增长，骨髓中的干细胞发生突变，最常见的是表观遗传调节基因（在本例中为DNMT3A、TET2、ASXL1）。这些突变干细胞扩增并取代正常干细胞。虽然造血系统在很大程度上保持功能，但克隆性造血增加了患白血病的风险。向白血病的转化需要激活致癌基因（如FLT3或RAS）或灭活肿瘤抑制基因（如TP53或CEBPA）的额外突变) [ 175 ]. 有趣的是，特别是KMT2C失活突变已被证明可以增强造血干细胞的自我更新能力 [ 176 ]。

因此，没有证据表明在正常尿路上皮中检测到的染色质调节基因突变会严重影响其功能或严重阻碍其分化. 此外，染色质调节突变存在于 UC 的所有分子亚型中，而不仅仅是在 BASQ 和神经元样缺乏尿路上皮分化标志物的亚型中。这表明它们的主要作用不是完全阻断尿路上皮分化，尽管在发育和细胞分化过程中增强子和基因表达的重编程需要三胸样因子。相反，染色质调节突变可能会增强尿路上皮前体细胞的自我更新能力，有利于它们的克隆扩增。为了支持这一想法，我们观察到 KDM6A 在原代尿路上皮细胞培养物和正常尿路上皮细胞系 HBLAK（包括基底细胞和表达 KRT14 的干细胞）中的敲低增加了表达 KRT14 的细胞的比例 [148 ]]. 因此，在正常尿路上皮中使 KDM6A 失活的突变可能会增强表达尿路上皮 KRT14 的前体细胞自我更新的能力，从而使它们能够以非突变尿路上皮前体为代价逐渐定植组织。使 KMT2D 等其他染色质调节剂失活的突变可能以类似的方式起作用。显然，需要更多的实验证据来决定这一假设是否适用于尿路上皮癌变。

特别需要解决几个问题来验证和澄清这一假设。首先，染色质调节剂的失活通过哪些机制增强尿路上皮干细胞的自我更新？其次，具有突变染色质调节因子的 KRT14 阳性干细胞在哪些方面与正常干细胞不同？虽然没有受到严重干扰，但他们的区分能力在多大程度上受到了细节上的阻碍？第三，是否所有染色质调节突变都在相同程度上有利于致癌作用？第四，它们是否有利于特定分子亚型的发展？例如，KDM6A突变似乎在管腔乳头状亚型中特别常见，无论是在肌肉浸润性 UC 还是非浸润性尿路上皮肿瘤中，并且通常伴有FGFR3突变。巴罗斯等人的研究。[ 144 ] 为这种关联提供了部分解释。同样，类器官中突变体 RXRA/PPARγ 的致癌功能取决于 KDM6A 和 TP53 的失活 [ 177 ]。此外，最近证明 PPARγ 仅在受伤后才在基础前体中诱发肿瘤，再次表明其致癌作用取决于改变的表观遗传状态 [ 152 ]。

上文概述的关于染色质调节突变在尿路上皮癌发生中的功能的想法对靶向治疗方法具有重要意义。靶向治疗在 UC 中相对不成功，除了最近在乳头状管腔亚型中使用 FGFR 抑制剂 [ 41 , 42 ]。在此背景下，染色质调节因子突变的高发性为探索表观遗传药物（即影响组蛋白和 DNA 修饰的化合物）提供了进一步的理论依据[ 178、179 ]]. 理想情况下，这些药物将逆转 UC 中染色质调节剂失活导致的缺陷。适当的治疗可以通过迫使它们进入终末分化来限制细胞的可塑性和耗尽自我更新的癌细胞群 [ 180 ]。然而，如果染色质调节剂的失活发生在癌变的非常早期阶段，它可能只是为随后的转化奠定了基础，而实际癌症的生长和存活可能不一定是必需的。这个问题显然需要更深入的调查。迄今为止的研究结果表明，KDM6A 功能的恢复确实会影响 UC 细胞的增殖，但通常只会随着时间的推移 [ 132 , 148 , 181 , 182 ]]. 这些延迟效应可以用肿瘤干细胞自我更新能力下降来解释。

虽然恢复其功能可能来不及抑制肿瘤生长，但缺乏染色质调节剂可能会使癌症对抑制不同染色质调节剂或其他对肿瘤生长至关重要的过程敏感，即它可能产生合成致死性。例如，ARID1A 缺陷型肿瘤对其旁系同源 ARID1B 的失活特别敏感，这会导致剩余的 SWI/SNF 复合物与替代成分分离[183、184 ]。具体而言，在 UC 中，KDM6A 失活似乎使肿瘤对其拮抗剂、组蛋白甲基转移酶 EZH2 的抑制剂敏感 [ 182]]. 同样，由于 KMT2C 突变减少了同源重组 DNA 修复所需基因的表达，它们可能使有缺陷的 UC 细胞对 PARP 抑制剂（如奥拉帕尼）敏感 [ 137 ]。后一个例子强调了染色质调节因子的突变可能不仅影响细胞分化，还影响其他细胞过程，包括DNA修复、新陈代谢和细胞粘附[ 182、185、186、187、188、189 ]。此外，随着免疫疗法的不断增加，染色质调节剂缺陷对抗肿瘤免疫反应的新影响 [ 165 , 166 , 167, 190 , 191 ] 可以为 UC 的靶向治疗提供新方法。

4. 结论——展望

在这篇综述中，我们重新分析了 TCGA 对尿路上皮癌中染色质调节因子基因改变的综合调查的数据，并总结了关于它们在这种癌症类型中的功能的文献状况。我们的数据分析揭示了额外的候选因素和关系，值得在尿路上皮癌中进一步研究，以提高对该癌症发病机制的理解。文献分析使我们提出了关于尿路上皮癌发生中最常失活的三胸样染色质调节因子的生物学功能的假设。通过这些分析，我们不禁注意到，尽管最近取得了很大进展，但膀胱癌的研究仍然不足。尤其，解决染色质调节剂改变的分子和细胞后果的机制研究很少，特别是在尿路上皮细胞中。希望当前的审查不仅会提醒这一事实，而且会提供有助于改善这些缺陷的信息和想法。

Hoffmann MJ, Schulz WA. Alterations of Chromatin Regulators in the Pathogenesis of Urinary Bladder Urothelial Carcinoma. Cancers (Basel). 2021 Nov 30;13(23):6040. doi: 10.3390/cancers13236040. PMID: 34885146; PMCID: PMC8656749.

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