領域：癌症
雜誌：Nature
亮點：
1）賓大科學家揭示了潛在的肺癌治療新靶點，如CDK2、SOX2和HMGA2
2）靶向CDK2有望克服CDK4/6抑制劑的耐藥性
腫瘤的發展總是與細胞內異常的蛋白相關。這些蛋白要麼過於活躍，產生有害的作用；要麼變得失活，不再發揮應有的功能。從概念上來講，靶向比正常情況下更活躍的蛋白質相對簡單，只需要找到一種藥物來阻止蛋白的惡意活動即可。
相比之下，如何彌補一種叫做腫瘤抑制因子（通過會阻止腫瘤生長）的蛋白質的損失則是一個難題。如果蛋白已經不在細胞內存在了，那麼，它如何被藥物靶向呢？解決這一問題的方法之一是鑑定出當腫瘤抑制因子丟失或不起作用時，細胞內發生了怎樣的分子變化，從而發現可替代的靶點。
研究主角
5月1日，來自美國賓夕法尼亞大學的科學家團隊在Nature雜誌上[1]發表了一項具有重要啟示意義的成果。論文報導了研究人員對腫瘤抑制因子蛋白RB（retinoblastoma）的分析。利用一個實驗性系統，David M. Walter等能夠控制該蛋白在肺癌小鼠中的缺失和重新激活。
自從調查兒童眼癌的研究中發現RB的腫瘤抑制活性以來，RB的缺失或失活已陸續被鑑定為多種人類腫瘤的特徵。該蛋白現已成為研究腫瘤抑制因子的模型[2]。RB可作為細胞周期進展的關鍵「剎車」，且它促進了細胞分化成特定的細胞類型；這些作用減緩了癌症的發展。
不過，許多癌症通過增加名為CDKs的酶的活性來阻斷RB的功能。CDKs全稱為周期蛋白依賴性蛋白激酶（cyclin-dependent kinases），通過磷酸化作用（給RB添加磷酸基團，圖1a）使RB失活[3]。通過靶向CDK4和CDK6以阻止它們使RB失活的抑制劑已經取得了一些成功。CDK4/6抑制劑Palbociclib、Ribociclib、Abemaciclib已被批准用於治療乳腺癌。然而，如果RB在腫瘤中不表達，這些抑制劑就是無效的[4]。
圖1 腫瘤細胞中的RB蛋白（圖片來源：Nature）
a. RB是一種被稱為腫瘤抑制因子的蛋白質，可以幫助阻止癌症的發展。肺癌的一個共同特徵是RB通過添加磷酸基團(P)而失活。而RB失活與MAPK、CDK4和CDK6或CDK2相關。
b. 一些阻斷MAPK或CDK4和CDK6作用的藥物正被開發用於治療肺癌，而Walter等在新研究中[1]報告了CDK2在RB失活中起主要作用，因此，靶向該蛋白的藥物有望用於治療肺癌。
c. RB表達常在肺癌細胞(黃色)中丟失。新研究發現，RB缺失會導致細胞分化的喪失和癌細胞通過轉移過程向體內其它部位擴散的增加。參與這些變化的蛋白質（如SOX2、HMGA2）可能為藥物開發提供靶點。
意外發現
在這項新研究中，Walter及其同事調查了RB缺失在小鼠肺腺癌（一種常見的肺癌）模型中的影響。他們利用基因工程動物來控制RB是否以及何時在肺癌細胞中產生。研究發現，RB缺失（敲除）通過導致腫瘤生長和擴散的增加促進了癌症的發展。這一結果提供了一些迄今為止最有力的體內證據，證明RB的缺失不僅在驅動癌症發生方面發揮了作用，對癌症進展也有影響。
研究人員觀察到，導致這類肺癌模型癌症進展和轉移的分子變化是截然不同的。與RB存在但被CDKs滅活的情況相比，如果RB缺失，癌細胞更傾向於改變自己的細胞特性，使其處於分化程度較低的狀態，從而使疾病進展得更快。這種狀態還伴隨著促轉移蛋白（如HMGA2）的表達。在2017年發表於Science雜誌上的一項研究中[5]，Sheng Yu Ku等在前列腺癌中也觀察到了這種RB缺失後細胞去分化的現象。儘管目前控制這種細胞可塑性的確切機制尚不清楚，但它可能涉及細胞重編程相關因子（如通常被RB抑制的轉錄因子蛋白SOX2）的激活[6]。
基於以上發現以及先前的一些研究，Walter等進一步調查了在刪除RB編碼基因幾個月後恢復肺癌小鼠中RB的表達所帶來的影響。結果顯示，RB的重新表達促進了未分化癌細胞的再分化，從而降低了腫瘤的惡性程度（圖2）。這一發現非常重要，因為，它意味著，重新激活RB或操縱RB下遊蛋白的策略可能會對治療已喪失RB表達的癌症有益。
圖2 重新激活RB使得腫瘤惡性程度降低（圖片來源：Nature）
Walter等在該研究中獲得的另一個重要發現是，缺失RB的腫瘤不會上調包含激酶MAPK的信號通路。這在以前沒有被報導過，且令人意想不到，因為該通路在肺腺癌中通常被激活，其上調是這類癌症的一個標誌。新研究的數據有力地證明了在肺癌中，MAPK激活的一個主要目的是滅活RB，而當肺癌細胞本身就缺失RB時，就無需激活MAPK了。
此外，研究發現，在RB存在時，其CDK2依賴性磷酸化是MAPK信號的效應因子，也是CDK4和CDK6抑制劑耐藥性的關鍵調節器。這表明，CDK2可能是治療表達RB但對CDK4和CDK6抑制劑耐藥的肺癌的潛在藥物靶點。MAPK和CDK2聯合抑制，或CDK4、CDK6和CDK2聯合抑制可能會通過使RB保持在活性狀態有效阻止肺腫瘤的生長（圖1b，圖3）。
圖3 CDK2失活克服了對CDK4/6抑制的耐藥性（圖片來源：Nature）
重要意義
CDK4和CDK6抑制劑的成功表明控制RB活性可以阻止癌症進展。不過，這類療法耐藥性的出現正推動著一類新藥的開發，這類藥物的作用是模擬RB功能的重新激活。此外，為了對抗缺失RB的癌細胞，科學家們需要尋找新的靶點。此次，Walter等成功鑑定出了RB缺失的分子和細胞效應（如細胞去分化、MAPK信號通路上調缺失），這將有助於相關工作的開展。
接下來，科學家們還有很多工作要做，包括鑑定可以被靶向的抑制細胞去分化（發生在RB缺失後）的蛋白或通路(圖1c)等。此外，還有必要弄清楚，在肺癌中發現的這一機制在多大程度上適用於其它類型的癌症。
作者們強調，這項研究證明了可逆基因幹擾策略（reversible geneperturbation approaches）在癌症研究中的重要意義。藉助這一策略，可以鑑定腫瘤進展相關的分子機制，找到開發成功抗癌療法的關鍵決定因素。這可能為開發新的抗癌策略提供了一條前進的道路。
相關論文：
[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).
參考資料：
1#Manipulating the tumour-suppressor protein RB in lung cancer reveals possible drug targets