Nature重要成果：一项肺癌研究意外发现，揭示3个抗癌药靶点
领域：癌症
杂志：Nature
亮点：
1）宾大科学家揭示了潜在的肺癌治疗新靶点，如CDK2、SOX2和HMGA2
2）靶向CDK2有望克服CDK4/6抑制剂的耐药性
肿瘤的发展总是与细胞内异常的蛋白相关。这些蛋白要么过于活跃，产生有害的作用；要么变得失活，不再发挥应有的功能。从概念上来讲，靶向比正常情况下更活跃的蛋白质相对简单，只需要找到一种药物来阻止蛋白的恶意活动即可。
相比之下，如何弥补一种叫做肿瘤抑制因子（通过会阻止肿瘤生长）的蛋白质的损失则是一个难题。如果蛋白已经不在细胞内存在了，那么，它如何被药物靶向呢？解决这一问题的方法之一是鉴定出当肿瘤抑制因子丢失或不起作用时，细胞内发生了怎样的分子变化，从而发现可替代的靶点。
研究主角
图片来源：Nature
5月1日，来自美国宾夕法尼亚大学的科学家团队在Nature杂志上[1]发表了一项具有重要启示意义的成果。论文报道了研究人员对肿瘤抑制因子蛋白RB（retinoblastoma）的分析。利用一个实验性系统，David M. Walter等能够控制该蛋白在肺癌小鼠中的缺失和重新激活。
自从调查儿童眼癌的研究中发现RB的肿瘤抑制活性以来，RB的缺失或失活已陆续被鉴定为多种人类肿瘤的特征。该蛋白现已成为研究肿瘤抑制因子的模型[2]。RB可作为细胞周期进展的关键“刹车”，且它促进了细胞分化成特定的细胞类型；这些作用减缓了癌症的发展。
不过，许多癌症通过增加名为CDKs的酶的活性来阻断RB的功能。CDKs全称为周期蛋白依赖性蛋白激酶（cyclin-dependent kinases），通过磷酸化作用（给RB添加磷酸基团，图1a）使RB失活[3]。通过靶向CDK4和CDK6以阻止它们使RB失活的抑制剂已经取得了一些成功。CDK4/6抑制剂Palbociclib、Ribociclib、Abemaciclib已被批准用于治疗乳腺癌。然而，如果RB在肿瘤中不表达，这些抑制剂就是无效的[4]。
图1 肿瘤细胞中的RB蛋白（图片来源：Nature）
a. RB是一种被称为肿瘤抑制因子的蛋白质，可以帮助阻止癌症的发展。肺癌的一个共同特征是RB通过添加磷酸基团(P)而失活。而RB失活与MAPK、CDK4和CDK6或CDK2相关。
b. 一些阻断MAPK或CDK4和CDK6作用的药物正被开发用于治疗肺癌，而Walter等在新研究中[1]报告了CDK2在RB失活中起主要作用，因此，靶向该蛋白的药物有望用于治疗肺癌。
c. RB表达常在肺癌细胞(黄色)中丢失。新研究发现，RB缺失会导致细胞分化的丧失和癌细胞通过转移过程向体内其它部位扩散的增加。参与这些变化的蛋白质（如SOX2、HMGA2）可能为药物开发提供靶点。
意外发现
在这项新研究中，Walter及其同事调查了RB缺失在小鼠肺腺癌（一种常见的肺癌）模型中的影响。他们利用基因工程动物来控制RB是否以及何时在肺癌细胞中产生。研究发现，RB缺失（敲除）通过导致肿瘤生长和扩散的增加促进了癌症的发展。这一结果提供了一些迄今为止最有力的体内证据，证明RB的缺失不仅在驱动癌症发生方面发挥了作用，对癌症进展也有影响。
研究人员观察到，导致这类肺癌模型癌症进展和转移的分子变化是截然不同的。与RB存在但被CDKs灭活的情况相比，如果RB缺失，癌细胞更倾向于改变自己的细胞特性，使其处于分化程度较低的状态，从而使疾病进展得更快。这种状态还伴随着促转移蛋白（如HMGA2）的表达。在2017年发表于Science杂志上的一项研究中[5]，Sheng Yu Ku等在前列腺癌中也观察到了这种RB缺失后细胞去分化的现象。尽管目前控制这种细胞可塑性的确切机制尚不清楚，但它可能涉及细胞重编程相关因子（如通常被RB抑制的转录因子蛋白SOX2）的激活[6]。
基于以上发现以及先前的一些研究，Walter等进一步调查了在删除RB编码基因几个月后恢复肺癌小鼠中RB的表达所带来的影响。结果显示，RB的重新表达促进了未分化癌细胞的再分化，从而降低了肿瘤的恶性程度（图2）。这一发现非常重要，因为，它意味着，重新激活RB或操纵RB下游蛋白的策略可能会对治疗已丧失RB表达的癌症有益。
图2 重新激活RB使得肿瘤恶性程度降低（图片来源：Nature）
Walter等在该研究中获得的另一个重要发现是，缺失RB的肿瘤不会上调包含激酶MAPK的信号通路。这在以前没有被报道过，且令人意想不到，因为该通路在肺腺癌中通常被激活，其上调是这类癌症的一个标志。新研究的数据有力地证明了在肺癌中，MAPK激活的一个主要目的是灭活RB，而当肺癌细胞本身就缺失RB时，就无需激活MAPK了。
此外，研究发现，在RB存在时，其CDK2依赖性磷酸化是MAPK信号的效应因子，也是CDK4和CDK6抑制剂耐药性的关键调节器。这表明，CDK2可能是治疗表达RB但对CDK4和CDK6抑制剂耐药的肺癌的潜在药物靶点。MAPK和CDK2联合抑制，或CDK4、CDK6和CDK2联合抑制可能会通过使RB保持在活性状态有效阻止肺肿瘤的生长（图1b，图3）。
图3 CDK2失活克服了对CDK4/6抑制的耐药性（图片来源：Nature）
重要意义
CDK4和CDK6抑制剂的成功表明控制RB活性可以阻止癌症进展。不过，这类疗法耐药性的出现正推动着一类新药的开发，这类药物的作用是模拟RB功能的重新激活。此外，为了对抗缺失RB的癌细胞，科学家们需要寻找新的靶点。此次，Walter等成功鉴定出了RB缺失的分子和细胞效应（如细胞去分化、MAPK信号通路上调缺失），这将有助于相关工作的开展。
接下来，科学家们还有很多工作要做，包括鉴定可以被靶向的抑制细胞去分化（发生在RB缺失后）的蛋白或通路(图1c)等。此外，还有必要弄清楚，在肺癌中发现的这一机制在多大程度上适用于其它类型的癌症。
作者们强调，这项研究证明了可逆基因干扰策略（reversible geneperturbation approaches）在癌症研究中的重要意义。借助这一策略，可以鉴定肿瘤进展相关的分子机制，找到开发成功抗癌疗法的关键决定因素。这可能为开发新的抗癌策略提供了一条前进的道路。
相关论文：
[1] David M. Walter et al. RB constrains lineage fidelity and multiple stages of tumour progression and metastasis. Nature(2019).
[2] Nicholas J. Dyson. RB1: a prototype tumor suppressor and an enigma. Genes & Development(2016).
[3] Seth M. Rubin. Deciphering the retinoblastoma protein phosphorylation code. Trends in Biochemical Sciences(2012).
[4] Mary E.Klein et al. CDK4/6 Inhibitors: The Mechanism of Action May Not Be as Simple as Once Thought.CancerCell (2018).
[5] Sheng Yu Ku et al. RB1 and Trp53 cooperate to suppress prostate cancer lineage plasticity, metastasis, and antiandrogen resistance. Science（2017）.
[6] Michael S Kareta etal. Crosstalk between stem cell and cell cycle machineries. Current Opinion in Cell Biology(2015).
参考资料：
1# Manipulating the tumour-suppressor protein RB in lung cancer reveals possible drug targets