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