Cell Death Dis︱李恩民/许丽艳课题组发现阻断STAT3信号通路可增强MEK抑制剂在食管鳞癌治疗的有效性
撰文︱郑振渊
责编︱王思珍
制版︱查佳雪
食管鳞癌（esophageal squamous carcinoma，ESCC） 是我国十大恶性肿瘤之一，无论新发病例，还是死亡病例，均约占全球食管鳞癌病例的一半[1]。目前食管癌的治疗方法主要包括内镜切除、手术和放化疗等，但食管癌患者易出现局部复发和远处转移，5年生存率只有15%-25%[2]。靶向药物治疗相对来说高效而且副作用小，对患者要求低，可以有效的弥补放化疗的不足，与放疗联合有希望使食管癌患者更获益[3]。因此，寻找相应的治疗靶点，开发新的治疗策略是目前食管癌治疗的当务之急。
2022年5月25日，汕头大学医学院李恩民/许丽艳课题组在Cell Death & Disease上发表了题为“Blocking STAT3 signaling augments MEK/ERK inhibitor efficacy in esophageal squamous cell carcinoma”的研究。该研究发现在食管鳞癌中MEK/ERK信号通路抑制会代偿激活STAT3信号，进一步通过RNA-seq和ChIP-PCR等方法揭示了食管鳞癌对MEK抑制剂耐药的分子机制，为临床食管癌靶向MEK/ERK和STAT3通路治疗提供新的实验证据。
ERK属于丝裂原活化蛋白激酶家族成员，在生长因子、G蛋白偶联受体/配体的刺激下调节细胞的有丝分裂等功能[4, 5]。在肿瘤细胞中包括受体酪氨酸激酶（EGFR、HER2、FGFR1）、RAS和RAF的突变，通过MEK激活ERK通路发挥致癌作用，导致细胞的异常增殖。本研究从cBioPortal数据库发现ERK上游多个受体酪氨酸激酶和Ras蛋白的确存在拷贝数扩增的突变；在72例食管鳞癌和配对癌旁组织芯片免疫组化检测也验证了pERK在食管癌组织中高度激活，而且301例食管癌组织芯片显示pERK的高表达对食管癌患者预后不良（图1A-D）。作者进一步实验发现使用MEK抑制剂处理不能有效的抑制食管鳞癌细胞的生长，因此探索了食管鳞癌MEK抑制剂耐药机制。
图1 食管鳞癌中ERK高磷酸化且与预后不良正相关
（图源：Zheng ZY, et al., Cell Death Dis, 2022）
作者通过筛选16个细胞信号通路报告基因发现ERK通路抑制可诱导STAT3信号通路激活。同时，作者在食管鳞癌组织和敲除ERK1/2或STAT3的食管鳞癌细胞系中发现两者的磷酸化存在负相关。这说明在食管鳞癌中，ERK或者STAT3其中一个信号通路的阻断会使另一个通路激活，促进肿瘤的生长。因此，作者尝试联合抑制ERK和STAT3信号通路，结果也证明同时抑制ERK和STAT3信号通路可有效抑制食管鳞癌细胞的生长。以上数据证明食管鳞癌细胞对MEK抑制剂的耐药是通过代偿性激活STAT3信号通路促进食管鳞癌细胞的生长。
为了研究STAT3代偿性激活的分子机制，作者对加入曲美替尼（Trametinib）处理和不处理的KYSE150细胞进行了转录组分析，找到了调控STAT3激活的关键基因SOCS3。qRT-PCR和蛋白免疫印迹证明SOCS3的表达受ERK调控，当抑制ERK信号通路后，SOCS3的表达下调，进而减少了STAT3的抑制作用，使STAT3磷酸化增强。作者又进一步对SOCS3基因转录的启动子区域进行分析，找到ELK1转录因子的结合位点，而ELK1是受ERK调控的下游转录因子。对ELK1进行CHIP-PCR和报告基因分析也证明ELK1可结合到SOCS3的启动子使其转录表达。综上所述，用MEK抑制剂处理食管鳞癌细胞会抑制ELK1的磷酸化，进而下调SOCS3的表达，最终使STAT3磷酸化增强（图2）。
图2 MEK抑制剂下调SOCS3表达激活STAT3信号通路
（图源：Zheng ZY, et al., Cell Death Dis, 2022）
作者通过转录组分析联合MEK和STAT3抑制剂和不处理的KYSE150细胞，发现细胞周期相关基因表达下调，而细胞衰老相关分泌蛋白的表达增加，提示联合抑制可促进细胞衰老（图3）。最后，作者在裸鼠成瘤模型中使用MEK和STAT3抑制剂也发现具有良好的抑制肿瘤生长的效果。这些数据表明MEK和STAT3联合靶向可能是一种有效的食管鳞癌治疗方案。
图3 MEK和STAT3抑制剂联合诱导食管鳞癌细胞衰老
（图源：Zheng ZY, et al., Cell Death Dis, 2022）
综上所述，该研究首次展示了pERK和pSTAT3在食管癌临床组织样本中的表达特征，阐明ERK信号通路抑制激活STAT3通路的代偿调控分子机制和生物学意义。在此基础上，进一步揭示靶向ERK和STAT3增强细胞衰老进而抑制食管癌进展的临床意义。本项目之研究成果也将为指导临床上食管癌患者个体化靶向用药提供强有力的实验证据。在治疗食管癌过程中，使用ERK通路的靶向药物，需要注意评估STAT3通路的激活情况，同时靶向抑制ERK和STAT3通路，以提高食管癌患者的生存率。此外，研究人员发现抑制食管鳞癌细胞STAT3同样会增强ERK的磷酸化，具体是通过何种机制还有待进一步研究。肿瘤细胞内部信号通路调控复杂，理清信号网络之间的调控关系才能实现肿瘤的精准治疗，提高患者生存率。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41419-022-04941-3
汕头大学医学院许丽艳研究员和李恩民教授为该论文的通讯作者，论文第一作者是汕头大学医学院博士后郑振渊。该研究得到了国家自然科学基金（81772532）和广东省食管癌研究所科技计划项目（M202012，M202113）的支持。
第一作者郑振渊博士（最后排右三），通讯作者许丽艳研究员（前排右五），通讯作者李恩民教授（第三排右五）
（照片提供自：汕头大学医学院李恩民/许丽艳课题组）
通讯作者简介：
汕头大学医学院李恩民/许丽艳课题组隶属于广东省感染病与分子免疫病理重点实验室，该省重点实验室常年招聘海内外病理学与病理生理学、免疫学、病原生物学及计算病理学与人工智能研究领域的PI和博士后，详情请查链接：https://gdkl.med.stu.edu.cn/40/50.html
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参考文献（上下滑动阅读）
1.Sung H, Ferlay J, Siegel RL, et al. Global cancer statistics 2020: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA Cancer J Clin. 2021.
2.Lin EW, Karakasheva TA, Hicks PD, et al. The tumor microenvironment in esophageal cancer. Oncogene. 2016;35(41):5337-5349.
3.代林睿, 汤凤玲. 放疗联合靶向药物治疗食管癌的研究进展 [J] 名医. 2019(08):100.
4.Ramos JW. The regulation of extracellular signal-regulated kinase (ERK) in mammalian cells. Int J Biochem Cell Biol. 2008;40(12):2707-2719.
5.Zheng HC. The molecular mechanisms of chemoresistance in cancers. Oncotarget. 2017;8(35):59950-59964.
本文完