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本文聚焦连接组蛋白（LH）突变在肿瘤发生中的作用。详细阐述了 LH 的功能、不同变体与疾病的关联，分析其在癌症中的表达变化、突变情况，探讨突变对染色质结构、翻译后修饰（PTM）的影响，为癌症研究提供重要参考。
1. 引言
在真核生物中，染色质是表观遗传调控的基础，在基因调控、DNA 损伤修复、复制以及染色体的构建和分离等众多生物学过程中发挥关键作用。核小体作为染色质压实的基本单位，由约 147 个碱基对的 DNA 缠绕在由 H2A、H2B、H3 和 H4 各两个拷贝组成的组蛋白八聚体上构成。连接组蛋白（LH）H1 通过与连接 DNA 在进出点结合，参与形成染色质结构，对染色质的组织、核小体阵列的压实以及高阶染色质结构的组装至关重要。
H1 是最具变异性的组蛋白家族之一，包含多达 11 种亚型，由无序的 N 端结构域（NTD）、中央球状结构域（GD）和无结构的 C 端结构域（CTD）组成。H1 也会经历各种翻译后修饰（PTMs），作为关键的表观遗传调节因子，参与基因表达、有丝分裂染色体结构和分离、异染色质功能以及癌细胞的异质性等细胞过程。
近年来，越来越多研究表明 LH H1 在包括癌症在内的人类疾病中发挥重要作用。H1 的缺失或突变会导致染色质结构和功能改变，影响核小体堆积和整体染色质结构。尽管癌症相关突变对 LH 结构和功能影响显著，但相较于核心组蛋白，其在肿瘤发生中的分子机制研究较少。本文将全面总结 LH 突变在癌症中的研究进展，重点探讨这些突变如何通过改变染色质结构和相互作用驱动肿瘤发展，以及突变对 LH 翻译后修饰位点的影响和对高阶染色质结构的潜在作用。
2. 连接组蛋白的功能及其不同变体与疾病的关联
LH 家族存在多种变体，不同变体及其结合模式可导致不同的染色质纤维结构，进而影响基因表达和染色质功能。人类共有 11 种 LH 变体，其中 7 种（H1.0、H1.1 - H1.5 和 H1.10）在体细胞中表达，4 种（H1.6 - H1.9）在生殖细胞中表达。体细胞中的变体又可分为 DNA 复制依赖型（H1.1 - H1.5）和复制非依赖型（H1.10 和 H1.0）。
LH 具有三部分结构，中央 GD 约含 80 个氨基酸，N 端和 C 端为无序尾巴。NTD 长约 25 - 35 个氨基酸，CTD 约 100 个氨基酸。序列比对显示，H1 变体的 GD 比无序尾巴区域更保守，H1 尾巴富含碱性和赖氨酸，酸性和芳香族残基较少，这些尾巴可能通过与染色质结合因子相互作用和进行 PTMs 来调节染色质结构和功能。
不同 H1 变体与核小体的结合亲和力和相互作用模式各异。H1 与核小体的高亲和力结合依赖其 CTD，CTD 对染色质浓缩也至关重要。例如，H1.4 和 H1.5 的 CTD 较长，结合亲和力最高；H1.10 结合亲和力最弱，但能有效促进染色质压实，且与更开放和转录活跃的染色质区域相关，其染色质压实能力差异可能与细胞定位有关。H1.0 是最保守的体细胞变体，在成年细胞中占主导，对形成高度压实的染色质至关重要，过表达会抑制 DNA 复制和转录；H1.1 染色质结合亲和力低，会导致更开放的染色质结构，且在染色质区域间交换迅速。此外，H1 的 NTD 对其与核小体相互作用的特异性和强度也很关键，缺失 NTD 的 H1 变体无法在体外定位于核小体。
染色质的基本结构单位染色质体由核小体和结合在相邻核小体连接 DNA 上的 LH 组成。H1 亚型 CTD 中净正电荷和独特的 T/SPKK 基序决定了染色质体中两个连接 DNA 片段的接近程度。例如，H1.4 的 T/SPKK 基序突变会破坏其与连接 DNA 的相互作用，改变结合强度或模式。H1.4 C 端尾巴的移码突变（如 Thr146HisfsTer50）会导致 T/SPKK 基序和正电荷残基丢失，与自闭症和早衰症相关。H1.4 变体中已鉴定出 20 多种移码突变，常导致 CTD 提前截断，产生功能异常的致病变体，与拉赫曼综合征（RMNS）等疾病相关。此外，LH 基因的错义突变，尤其是 H1.2 - H1.5 基因家族中的突变，常与滤泡性淋巴瘤相关；H1.5 基因的突变在结直肠癌中也很常见。
H1 与核小体的相互作用高度动态，存在不同结合模式。通常，H1 的 GD 在核小体的二分体处结合，通过 α2 和 α3 螺旋、W1 “翼” 和 L1 环与两条连接 DNA 链相连，无序的 CTD 与单链连接 DNA 不对称结合，使染色质更紧凑和刚性，促进染色质压实。此外，还存在 “非二分体” 结合模式，H1 的 GD 在二分体轴附近与核小体结合，并与 10 或 20 个碱基对的连接 DNA 结合，此时 H1 与 H2A 的 C 端尾巴和 H3 的 N 端尾巴紧密接触。GD 主要决定 LH 的结合模式，关键残基的修饰可调节二分体或非二分体结合，如鸡 H5 和果蝇 H1 的研究表明，特定残基的替换会改变 H1 的结合模式，影响染色质结构。
3. 连接组蛋白在癌症中的作用
H1 变体的表达模式，尤其是表达水平，与癌症分级和侵袭性密切相关。例如，前列腺腺癌活检样本研究显示，H1.5 在高级别肿瘤中高表达，在低级别肿瘤中显著降低，可作为评估前列腺癌进展和侵袭性的潜在生物标志物；胰腺癌中 H1.2 表达增加与预后不良相关；乳腺癌和卵巢癌中多种 H1 变体（如 H1.0、H1.1、H1.4 和 H1.10）表达显著降低，可能促进恶性转化和进展，H1.0 还可作为评估癌细胞增殖活性的免疫组化标志物。
组蛋白突变在多种癌症中频繁出现，影响染色质结构和基因表达。虽然以往研究主要关注核心组蛋白（如 H3 的 K36、K27 和 G34 位点）的突变，但近年来也开始探索连接组蛋白癌症突变的分子机制。连接组蛋白突变在皮肤癌、前列腺癌、子宫内膜癌和成熟 B 细胞肿瘤等多种癌症中频繁出现，H1.2、H1.4 和 H1.5 是最常发生突变的变体，热点突变位点包括 H1.4 和 H1.2 的 A64 和 A163，H1.1 的 A67 等。
大规模分析显示，B 细胞淋巴瘤中 H1.1 - H1.5 变体的突变等位基因发生率最高，且大多数 H1 突变（97%）为错义变体，主要靶向 H1 组蛋白的球状和 C 端结构域，H1.2 和 H1.4 最常受影响，85% 的球状区域突变影响关键保守残基和 DNA 结合基序。此外，通过临床外显子测序发现，H1.4 的杂合序列变体与 RMNS 相关，主要导致 CTD 的移码突变，使突变蛋白负电荷增加，可能损害 H1 与 DNA 的相互作用。
2023 年的研究发现，H1 突变不仅存在于淋巴瘤中，还存在于多种儿科和成人癌症中。例如，H1.4 的 K22 是常见突变热点，H1.4 L42V、H1.5 K187N 和 H1.2 P146S 等突变在多个患者中反复出现。研究还表明，H1.2 S101F 突变会降低 H1 与染色质的结合亲和力，G102A、S101F 和 S103F 等突变可能破坏 H1 与核小体的相互作用。
近期研究分析发现，H1 相关癌症突变占所有组蛋白类型突变的 18.1%，其中 H1.4 突变频率最高（22.1%），H1.0 和 H1.1 突变频率较低（3.4% 和 3.1%）。H1 突变在成熟 B 细胞肿瘤、黑色素瘤和结直肠癌等多种癌症中常见，且癌症突变常使连接组蛋白结合界面的正电荷残基减少，负电荷残基增加，削弱与 DNA 的相互作用，影响染色质体稳定性，常见突变位点包括 G91D/A/C、G92V 和 G94D/S 等。
计算研究表明，H1.2 的某些突变（如 S58F 和 S104F）会显著改变 H1 与核小体的结合自由能，S104F 突变可能破坏与 DNA 的氢键，影响染色质结构稳定性，该突变在胶质瘤、皮肤癌和成熟 B 细胞肿瘤等多种癌症中均有发现。此外，H1.2 和 H1.4 的其他一些突变（如 D72N、E74Q、I80M、S86I、K109N、E42D 和 K75N）也会改变 H1 与核小体的结合自由能，影响相互作用。
4. 连接组蛋白癌症突变破坏高阶染色质结构
H1 对调节染色质状态至关重要，其变体突变会损害功能，对染色质组织产生显著结构影响，导致染色质从紧密包装状态转变为更松弛状态，引发基因组的广泛结构重塑。
研究发现，H1 缺陷的淋巴细胞中，染色质结构发生变化，核形态改变，包括核增大和异染色质信号密度降低，表明 H1 缺乏促进染色质解聚。滤泡性淋巴瘤进展过程中，H1.2 的 S102F 突变会显著削弱其与染色质的相互作用，导致染色质解聚，影响基因表达和 PTMs，但具体影响特定基因表达的分子机制尚不完全清楚。含有 C 端突变的 H1.2 变体，其染色质压实能力明显受损。此外，H1 缺乏与核小体重复长度（NRL）减少有关，较短的 NRL 促进形成不太受 LH 结合影响的有序核小体 - 核小体堆叠，导致染色质纤维较松散；较长的 NRL 结合 LH 则促进核小体阵列紧密折叠。
H1 与多种癌症进展相关蛋白存在相互作用。例如，H1 与肿瘤抑制因子 PTEN 相互作用，PTEN 可稳定 H1 与异染色质蛋白 1α（H1 - HP1α）复合物与染色质的结合，调节 H1 的染色质结合；PTEN 缺失会导致 H1 - HP1α 复合物从染色质上解离，使染色质去浓缩，稳定性降低。转移相关蛋白 1（MTA1）在多种癌症中过表达，可与 H1 竞争结合染色质，削弱 H1 - 染色质相互作用，促进癌症相关表型。H1 还与肿瘤抑制因子 p53 相互作用，在基因毒性应激条件下，二者结合抑制 p53 驱动的转录激活，调节细胞应激反应，但 CHD8 异常表达会破坏这种相互作用，影响 p53 的肿瘤抑制功能。此外，CHD8 可通过招募 H1 到 Wnt 反应元件抑制 Wnt/β - catenin 信号通路，H1 在调节 β - catenin 活性中的具体作用尚不清楚，但该通路在癌症发展中起关键作用，CHD8 - H1 相互作用可能具有潜在抗癌作用。
在 B 细胞淋巴瘤的生发中心 B 细胞中，H1 缺失会导致染色质广泛解聚，核心组蛋白 PTMs 分布发生显著变化，染色质从 B 区室向 A 区室转变，H3K36 单甲基化和二甲基化增加，H3K27 二甲基化和三甲基化显著减少，H3K36me2 的增加与染色质解聚的相关性更强。染色质解聚还伴随着造血分化过程中通常被多梳抑制复合物 2（PRC2）沉默的基因激活，但 H1 缺失调节 PRC2 活性的体内机制尚不清楚，PRC2 失调与多种癌症相关，可能参与淋巴瘤的发生发展。H1 缺失会影响与干细胞特性、免疫反应和染色质调节相关的特定基因子集的表达，但并非所有基因都上调，同时还会破坏免疫反应和组蛋白修饰相关的信号通路。
5. 癌症突变破坏连接组蛋白的翻译后修饰
PTMs 在调节染色质压实、应对 DNA 损伤和影响细胞分化中起关键作用。人类连接组蛋白中常见的 PTMs 包括磷酸化、甲基化和乙酰化。磷酸化会降低 H1 的正电荷，可能增加其解离常数，提高染色质可及性；甲基化通常与转录抑制相关，如 H1 不同变体中 K34/35、K64/65 和 K75 位点的甲基化修饰，以及 GD 中赖氨酸残基（如 K34、K52、K64、K85 和 K97）的甲基化，可增加组蛋白与 DNA 的亲和力，促进染色质局部抑制状态的转变。H1.4 的 K26 位点既可以乙酰化也可以甲基化，甲基化促进 HP1 与 H1.4 结合，有助于异染色质形成和转录抑制；乙酰化则阻止甲基化，抑制 HP1 结合，促进染色质开放和转录激活。
PTMs 与癌症密切相关。例如，膀胱癌进展过程中，H1 的磷酸化水平在正常细胞、非侵袭性癌细胞和侵袭性癌细胞中存在显著差异，T146 位点的磷酸化水平随癌症分级升高而增加，CDK 依赖的磷酸化可能是细胞增殖和肿瘤形成的重要标志物。MTA1 可通过促进 DNA - PK 的分解抑制 H1.2 在 T145 位点的磷酸化，与肝细胞癌（HCC）的发生和转移相关；头颈部鳞状细胞癌中，WHSC1 介导的 H1.4K85 单甲基化可能增强癌细胞的干性。
H1 PTMs 与核心组蛋白 PTMs 存在复杂的相互作用，在癌症进展中发挥重要作用。例如，G9a 组蛋白甲基转移酶（HMT）可同时甲基化 H3K9 和 H1.4K26，对染色质浓缩和异染色质形成至关重要；H1.4S27 的磷酸化（H1.4S27ph）会抑制 HP1 与 H1.4K26me2 的相互作用，H1.4K26 与 H3K9me3 竞争结合 HP1，影响其与异染色质的结合；磷酸化的 H1 和 H3K9me3 在细胞周期的 G1、S 和 G2 期分布一致。
乳腺癌细胞系研究发现，与正常细胞相比，癌细胞中特定组蛋白标记存在显著失调，如 H4K16ac 和 H4K20me3 水平降低，H3K9me2 - 3 水平升高。同时，H1 的酪氨酸磷酸化显著增加，如 H1.5 的 Y74、H1.2 的 Y70 和 H1.3 的 Y71 位点，该修饰与细胞增殖相关，由具有核定位能力的酪氨酸激酶 FAK 调节，FAK 可直接与 H1 相互作用并催化其酪氨酸磷酸化。FAK 在 HCC 中常过表达，沉默 FAK 可抑制 EZH2 对 H3K27 的三甲基化（H3K27me3），表明 H1 的酪氨酸磷酸化可能通过调节 EZH2 活性间接影响 H3K27me3 水平，三者在 HCC 中的表达水平均高于非肿瘤肝组织，验证了 H1 和 H3 PTMs 之间的相互作用及其在癌症进展中的关键作用。
许多癌症相关的连接组蛋白突变会干扰组蛋白修饰的读取、写入和擦除过程。例如，某些突变会降低蛋白质稳定性，影响 PTMs 的正常功能。如 c.435dupC 突变是 RMNS 中常见的生殖系突变，会导致 H1 蛋白缩短，丢失 146 位的磷酸化位点，而 T146 是 H1.4 及其他体细胞亚型的磷酸化位点，在膀胱癌中被认为是潜在生物标志物，该位点突变可能损害蛋白质正常功能。
通过对 H1.4 序列的分析发现，约 50% 的 PTM 位点与突变重叠，多个位点存在多种 PTMs，如 K17、K34、K46、K63、K64、K85、K90 和 K97 等。子宫内膜癌中存在 K46E 和 K63N 等突变，黑色素瘤中存在 K64E 突变。成熟 B 细胞肿瘤中的许多突变与 PTM 位点重叠或位于其附近，如 R33C、K81E、K90Q 等，这些突变可能破坏正常 PTM 过程，改变 H1 的理化性质和分子功能，促进疾病发展。
6. 结论与展望
连接组蛋白突变在多种癌症中发挥重要作用，可破坏染色质结构完整性，影响染色质压实和高阶组织。PTMs 对调节染色质可及性和基因表达至关重要，也与癌症发展密切相关。近期研究揭示了连接组蛋白的特定突变对这些过程的破坏机制，为理解癌症进展的分子机制提供了有价值的见解。
LH 突变在癌症生物学中的重要性为未来研究提供了新
