Nat Commun︱余棣华团队发现EZH2促进乳腺癌骨转移的新机制

撰文︱曲敬琨，张   琳 

责编︱王思珍

制版︱查佳雪

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤[1]。大约50%-70%的晚期乳腺癌患者会发生骨转移，引起包括疼痛、病理性骨折、脊髓压迫、高钙血症等骨相关症状[2]。骨转移的治疗有限，大多是姑息性治疗，标准的抗骨质吸收剂、化疗和放疗能够减缓或推迟骨相关症状，但不能治愈骨转移[3]。全面探索骨转移发生的分子机制能够引导开发骨转移治疗的新策略。

2022年5月10日，美国德州大学MD安德森癌症中心余棣华教授团队在Nature Communications上发表了题为“EZH2 engages TGFβ signaling to promote breast cancer bone metastasis via integrin β1-FAK activation”的研究。该团队发现EZH2通过非甲基转移酶功能促进乳腺癌骨转移，通过质谱、RPPA等方法揭示了EZH2促进乳腺癌骨转移的机制，为EZH2在癌转移中的功能提供了新的见解，同时为研发乳腺癌骨转移治疗的新策略提供了理论依据。

Enhancer of zeste homolog 2（EZH2）作为多梳抑制复合体2的催化亚单位，是一种甲基转移酶[4]，可以通过对组蛋白 H3 第 27位赖氨酸（K） 三甲基化（H3K27me3）进而抑制下游基因的表达，EZH2也可以作为转录共激活因子来上调下游基因的表达[4,5]。已有研究表明，高表达的EZH2促进前列腺癌和乳腺癌的转移[6,7]，而作者们发现EZH2的表达与乳腺癌患者的无骨转移生存成负相关，因此探索了EZH2在乳腺癌骨转移中的功能。

为了探索EZH2在骨转移中的作用，作者们敲低或者敲除乳腺癌骨转移细胞系231-1566中的EZH2,用裸鼠心室注射模型观察骨转移的发生及预后。作者们发现注射了EZH2敲低的乳腺癌细胞的裸鼠比注射了231-1566对照细胞的裸鼠有显著延长的无骨转移生存，全因生存，骨转移病灶发生率更低。同时，作者们在敲除EZH2的MDA-MB-231细胞系中重新表达EZH2，用同样的裸鼠模型观察骨转移的发生，与敲除EZH2的231细胞相比，重新表达EZH2的231细胞显著增加了骨转移的发生，以此确定了EZH2促进乳腺癌骨转移的功能。因此，作者们尝试用强效且特异性高的EZH2甲基转移酶抑制剂GSK126或EPZ-6438去治疗EZH2高表达乳腺癌细胞诱导的骨转移，然而令作者们意外的是，这两种药均不能减少骨转移的发生和进展。作者们还进一步检测了表达甲基转移酶功能失活突变的EZH2（H689A-EZH2）的癌细胞对骨转移的诱导作用，结果与表达野生型EZH2的癌细胞相比没有区别。这些数据证明EZH2促进乳腺癌骨转移不依赖于其甲基转移酶功能，因此EZH2诱导的骨转移不能被EZH2甲基转移酶抑制剂阻断。 

乳腺癌骨转移常诱导溶骨性破坏，导致大量骨吸收和骨折[8]。溶骨造成的骨吸收会引起包括乙型转化生长因子（TGFβ）在内的一些生长因子分泌。TGFβ调控“骨转移恶性循环”，一种被定义为骨转移癌细胞、成骨细胞和破骨细胞之间的正反馈循环，促进骨转移瘤生长和破骨细胞活性失控[8,10,11]。为了探究EZH2是否调控乳腺癌骨转移恶性循环，作者们把乳腺癌细胞, 前破骨细胞RAW264.7，和成骨细胞MC3T3三者进行了共培养，在TGFβ刺激下模拟骨转移恶性循环微环境。在这个共培养体系中，与EZH2高表达的癌细胞相比，EZH2敲除的癌细胞的增殖显著降低，与其共培养的前破骨细胞RAW264.7分化为成熟破骨细胞的数量也显著降低。值得注意的是，敲除EZH2后，癌细胞由TGFβ刺激引导的甲状旁腺激素相关蛋白（PTHrP/ PTHLH）的mRNA表达显著减少了。PTHLH是TGFβ下游的参与骨转移恶性循环的必须调节因子。

作者们对EZH2如何促进TGFβ和PTHLH信号的机制进行了全面地破解。作者们揭示了EZH2作为RNA 聚合酶II（RNA Pol II）的转录共激活因子，上调整联蛋白β1 基因ITGB1的转录，使整联蛋白β1（integrin β1）的表达增加。Integrin β1激活了黏着斑激酶（FAK），FAK磷酸化TGFβI型受体（TGFβRI）的第182 位酪氨酸，增强了TGFβRI和TGFβII型受体（TGFβRII）的结合，因此活化Smad2，导致PTHLH的表达增加。值得注意的是，作者们通过质谱实验第一次鉴定了TGFβRI 位于第182 位酪氨酸的磷酸化位点（pY182）。 作者们的结构分析也揭示TGFβRI的Y182位点高度暴露在分子外表面，易于被磷酸化。通过FAK引导的磷酸化，带负电荷的TGFβRI的磷酸基与带正电荷的TGFβRII K381位点的距离变得更近，因此，通过增加电荷相互作用，显著增强了TGFβRI与TGFβRII的结合。 

因FAK是在EZH2介导的乳腺癌骨转移中的一个关键，作者们试用一种在临床试验中治疗晚期恶性淋巴瘤和实体肿瘤的FAK抑制剂(FAKi) VS-6063来治疗EZH2介导的裸鼠乳腺癌骨转移。令人兴奋的是，与安慰剂组相比，FAKi VS-6063的治疗显著阻碍了骨转移瘤的生长，且没有明显的副作用。但是用EZH2的甲基转移酶抑制剂GSK126治疗并没有阻碍肿瘤在骨中的生长。

 图1 EZH2与TGFβ信号通路相互作用促进乳腺癌骨转移的模型。EZH2高表达的癌细胞具有较强的侵袭力和从原发乳腺癌向骨转移的能力。在骨转移肿瘤细胞中，EZH2作为转录共激活因子增加ITGB1的转录，整合素β1激活FAK并诱导FAK的Y397位点磷酸化。激活的FAK磷酸化TGFβRI Y182位点， 促使 pY182-TGFβRI与TGFβRII结合增加，进而激活pS465/467-Smad2, 导致PTHLH表达增加，加速乳腺癌骨转移恶性循环。

（图源：Zhang L, Qu J, et al., Nat Commun, 2022）  

文章结论与讨论，启发与展望

综上所述，作者们的数据揭示了integrin β1-FAK是EZH2在乳腺癌中一个新的下游效应通路，且EZH2-integrin β1-FAK通路与TGFβ信号通路联合促进乳腺癌骨转移的发生（图1）。作者们鉴定了一个新的TGFβRI的Y182位酪氨酸磷酸化位点，此位点的磷酸化能促进TGFβRI与TGFβRII的结合能力并以此激活TGFβ/Smad2下游信号。EZH2明显地促进乳腺癌骨转移细胞的增殖，其部分原因就是骨微环境中有大量的TGFβ富集。在骨转移微环境中，活化的TGFβ与因FAK诱导的TGFβRI Y182位酪氨酸磷酸化而导致的TGFβRI和TGFβRII结合力的增强，一起构建了关键而独特的骨转移恶性循环。作者们发现FAK是EZH2在乳腺癌骨转移恶性循环中的一个下游效应分子。因此FAK抑制剂，而不是EZH2甲基转移酶抑制剂，与标准的抗骨质吸收剂，化疗或放疗的联用可能增加乳腺癌骨转移患者的疗效。在这篇文章中，作者们重点研究EZH2在乳腺癌骨转移中的机制，对于这条EZH2-integrin β1-FAK信号通路在其它器官转移中是否有作用还待进一步研究。但是作者们的发现和之前的研究表明，EZH2在不同类型的癌症和不同的器官转移中扮演着其独特的功能，有着不同的信号通路和下游因子。在不同癌种和转移器官的治疗中是否选用EZH2的甲基转移酶抑制剂也应谨慎评估。 

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-30105-0

通讯作者余棣华教授（前排右四），共同第一作者张琳博士（前排左二），共同第一作者曲敬琨博士（后排左一）

（照片提供自余棣华实验室）

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参考文献（上下滑动阅读）  

1 Siegel, R. L., Miller, K. D. & Jemal, A. Cancer statistics, 2019. CA Cancer J Clin 69, 7-34, doi:10.3322/caac.21551 (2019).

2 Fornetti, J., Welm, A. L. & Stewart, S. A. Understanding the Bone in Cancer Metastasis. J Bone Miner Res 33, 2099-2113, doi:10.1002/jbmr.3618 (2018).

3 Rossi, L., Longhitano, C., Kola, F. & Del Grande, M. State of art and advances on the treatment of bone metastases from breast cancer: a concise review. Chin Clin Oncol, doi:10.21037/cco.2020.01.07 (2020).

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5 Zhang, L. et al. Blocking immunosuppressive neutrophils deters pY696-EZH2-driven brain metastases. Sci Transl Med 12, doi:10.1126/scitranslmed.aaz5387 (2020).

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11 Esposito, M., Guise, T. & Kang, Y. The Biology of Bone Metastasis. Cold Spring Harb Perspect Med 8, doi:10.1101/cshperspect.a031252 (2018).

本文完