谭静团队揭示增强子重编程介导MEK抑制剂治疗晚期卵巢癌的耐药机理

2021
09/11

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中国抗癌协会肿瘤标志专业委员会
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卵巢癌死亡率高居妇科恶性肿瘤首位。大部分卵巢癌患者直到晚期才被确诊,在过去的几十年里,晚期卵巢癌病人的标准治疗方案是使用细胞减灭术与铂类等化疗药物相结合,五年总生存率在30%-50%之间(1)。尽管大多数患者对一线化疗反应良好,但超过75%的患者会在5年内出现耐药并复发(2)。因此,亟需开发新的治疗策略提高晚期卵巢癌患者生存率。

癌症基因组图谱(TCGA)数据显示约30%晚期卵巢癌病人存在MAPK信号通路过度活化(3),提示MAPK信号通路可能是卵巢癌的潜在药物靶标。Trametinib是一种ATP非竞争性的二代MEK1/2抑制剂(MEKi),具有高特异性,已于2013年通过FDA批准用于临床治疗晚期黑色素瘤,鉴于其显著的临床疗效,有望用于其他存在MAPK信号通路异常激活的肿瘤包括卵巢癌的治疗。目前已有多项临床试验和基础研究表明MEKi对卵巢癌有良好治疗效果,如多项临床试验结果显示MEKi可以有效缓解低级别浆液性卵巢癌患者的病情(4)。此外,有研究指出MAPK信号通路的异常活化可作为高级别浆液性卵巢癌患者的不良预后指标(5)。然而,目前鲜少有文章对MEKi在晚期卵巢癌治疗中的疗效进行系统评估的研究。

2021年8月31日,中山大学肿瘤防治中心、华南肿瘤学国家重点实验室的谭静组在The Journal of Clinical Investigation在线发表了题为:Targeting Enhancer Reprogramming to Mitigate MEK Inhibitor Resistance in Preclinical Models of Advanced Ovarian Cancer 的研究论文,该研究综合利用晚期卵巢癌模型构建、大规模测序及功能实验验证,系统地探究了MEK 抑制剂在卵巢癌中的治疗潜能,阐明了MEK抑制剂的耐药机制,即增强子重编程介导了MAPK信号通路的负调控基因的表达下调,进而导致MAPK信号通路的重新激活,并最终提出了联合HDAC抑制剂有效克服MEK抑制剂耐药的治疗策略。

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为系统研究MEK抑制剂对卵巢癌的抗肿瘤活性及临床相关性,研究者首先构建了20株患者来源的晚期卵巢癌原代细胞,并检测了这些原代细胞以及商业化细胞株对MEK抑制剂的敏感性,结果显示MEK抑制剂能有效地抑制卵巢癌增殖及诱导凋亡,具有较好的抗肿瘤活性,同时也存在耐药现象。为探索其耐药机制,研究者对比了敏感和耐药细胞株经Trametinib处理后MAPK通路的活性变化,发现相比于敏感细胞,耐药细胞中ERK活性经Trametinib处理后下降不明显,且其活性随着处理时间的延长有比较明显的恢复,提示卵巢癌对MEK抑制剂耐药可能与肿瘤MAPK信号通路的重新活化有关。研究者对COSMIC (Catalogue of Somatic Mutations in Cancer)和CCLE(Cancer Cell Line Encyclopedia)数据库分析发现,在耐药和药敏的卵巢癌细胞株中MAPK信号通路相关基因的突变无显著差异,表明遗传突变并未参与MEKi的固有耐药和获得性耐药,而表观遗传的改变可能介导了MAPK信号通路的重新激活。此外,研究者也在两株获得性耐药细胞株中看到相似的现象,即在获得性耐药细胞株中也存在明显的ERK活性的重新激活以及MAPK信号通路相关基因的突变在药敏及获得性耐药细胞中无显著差异,进一步说明表观遗传调控可能介导了耐药细胞中MAPK信号的重新活化。

为此,研究者通过Chip-seq检测耐药细胞株和敏感细胞株在表观遗传水平上的差异,发现在耐药细胞中存在显著的增强子重塑,通过与RNA-seq数据整合分析发现增强子H3K27ac的变化与转录水平的表达的倍数变化高度一致,同时MAPK信号通路被显著富集。值得注意的是,在耐药细胞中,增强子H3K27ac信号下调的基因主要参与了MEK/ERK信号负反馈抑制调控,提示MAPK通路的负调控因子的下调可能参与MEK抑制剂的耐药。此外,通过表观遗传小分子药物筛选, 研究者进一步发现多数HDAC抑制剂均可显著克服MEK抑制剂耐药,且可以逆转耐药细胞株中ERK的重新激活。进一步研究发现HDAC抑制剂是通过改变增强子重编程,上调MAPK负调控因子的表达,从而抑制耐药细胞株ERK的恢复,最终逆转MEK 抑制剂的耐药。体内实验也进一步证实了HDAC抑制剂和Trametinib联合的协同抗肿瘤作用。

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增强子重编程介导MEK抑制剂在晚期卵巢癌治疗耐药

综上所述,研究者系统研究了MEK抑制剂在晚期卵巢癌临床模型中的治疗有效性,同时也阐明了MEK抑制剂的耐药与增强子重编程导致的ERK信号通路重新激活有关。HDAC抑制剂可以通过逆转增强子重编程克服对Trametinib的耐药性,同时靶向表观遗传通路和MAPK信号通路可能为晚期卵巢癌提供一种有效的治疗策略。

中山大学肿瘤防治中心谭静研究员为本论文的唯一通讯作者,刘诗妮博士生,邹琼技术员以及陈洁平博士后为本文的共同第一作者,本研究还得到了中山大学肿瘤防治中心妇科的刘继红主任,熊樱主任以及来自新加坡基因组研究院于强教授和新加坡国立癌症中心的Bin-TeanTeh教授的大力支持。

原文链接:https://www.jci.org/articles/view/145035  

References:

1. Torre LA, Trabert B, DeSantis CE, Miller KD, Samimi G, Runowicz CD, et al. Ovarian cancer statistics, 2018. 2018;68(4):284-96 doi https://doi.org/10.3322/caac.21456.

2. Lheureux S, Braunstein M, Oza AM. Epithelial ovarian cancer: Evolution of management in the era of precision medicine. CA Cancer J Clin 2019;69(4):280-304 doi 10.3322/caac.21559.

3. Cancer Genome Atlas Research N. Integrated genomic analyses of ovarian carcinoma. Nature 2011;474(7353):609-15 doi 10.1038/nature10166.

4. Farley J, Brady WE, Vathipadiekal V, Lankes HA, Coleman R, Morgan MA, et al. Selumetinib in women with recurrent low-grade serous carcinoma of the ovary or peritoneum: an open-label, single-arm, phase 2 study. Lancet Oncol 2013;14(2):134-40 doi 10.1016/S1470-2045(12)70572-7.

5. Hew KE, Miller PC, El-Ashry D, Sun J, Besser AH, Ince TA, et al. MAPK Activation Predicts Poor Outcome and the MEK Inhibitor, Selumetinib, Reverses Antiestrogen Resistance in ER-Positive High-Grade Serous Ovarian Cancer. Clin Cancer Res 2016;22(4):935-47 doi 10.1158/1078-0432.CCR-15-0534.

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谭 静

中山大学肿瘤中心/华南肿瘤学国家重点实验室

教授、博士生导师

2012年毕业于新加坡国立大学医学院获博士学位,2013年加入新加坡国立癌症中心任高级研究员。2015年中山大学“百人计划”入选者, 2015年国家高层次人才青年项目获得者。2016年入选广东省“珠江人才计划”。

谭静教授致力于运用高通量基因组测序平台研究华南高发恶性肿瘤的遗传与表观遗传变异,并结合肿瘤基因组和临床病理信息发现新的靶向治疗方法,鉴定肿瘤治疗耐药的分子机理。

研究方向包括肿瘤遗传变异介导免疫逃逸机制、新型抗癌药物平台构建及筛选和肿瘤治疗耐药机制等。目前研究重点包括:①通过肿瘤基因组学和表观基因组学揭示肿瘤免疫逃逸机制。②鉴定肿瘤转移、耐药的分子机制以及靶向治疗标志物。③运用不同肿瘤模型研究靶向和化疗中的耐药机理及其精准诊疗。主持参与多项国家及地区基金项目。

目前发表SCI论文30余篇,其中以第一作者或通讯作者(含共同)在Nature Genetics(2), Cancer Cell(2), Cancer Discovery(2), J Clin Invest,  Leukemia(2), Genes and Development, PNAS, Cancer Research, J Biol Chem等国际知名杂志上发表21篇论文。

谭静团队常年诚聘博士后,有意者请将个人简历等材料发至邮箱:chenjf@sysucc.org.cn

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关键词:
Cancer,MAPK,卵巢癌,MEK,抑制剂,谭静

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