《科學》子刊:詳解阿司匹林殺死乳腺癌幹細胞的機制

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越來越多的證據表明高度致瘤性癌症幹細胞（cancer stem cell, CSC）的數量與癌症的進展和侵襲性成正比。CSC最初被認為是腫瘤發生的起始因子，但是後來在腫瘤內發現其在腫瘤發生的各個主要方面---包括腫瘤血管生成、轉移、耐藥性和復發---起著至關重要的作用。CSC的藥物和化療耐藥性增強的特點是由於它們較高地表達藥物外排泵。因此，特異性靶向CSC可能是癌症患者實現無復發生存的關鍵。已有多種嘗試確定選擇性靶向CSC的藥物，然而，大多數此類藥物由於較高的全身性毒性而失敗。

蛋白SMAR1屬於一小類基質附著區域結合蛋白（MARBP），MARBP通過招募共激活物（coactivator）或共抑制物（corepressor）複合體到DNA上作為轉錄調節劑發揮作用，在細胞核組裝、組織分化和器官發生方面都產生影響。SMAR1是最受關注的MARBP之一，據報導，它也是一種腫瘤抑制蛋白，這是因為它具有促凋亡的性質，能夠與野生型p53相互作用而讓後者保持穩定，並且抑制增殖因子細胞周期蛋白D1的表達。SMAR1在乳腺癌中表達減少，它的缺失與預後不良有關，它的表達隨腫瘤生長階段的推進而減少。相反，據報導，增加SMAR1的表達可以在體外和體內抑制腫瘤進展，如在結直腸癌中抑制Wnt/β-catenin信號通路就可做到這一點。

此外，增加SMAR1在乳腺癌中的表達可增加化療的療效，而且SMAR1通過抑制轉錄因子Slug的表達和增強細胞粘附分子上皮型鈣黏蛋白（E-cadherin）的表達，起到抑制上皮-間質轉化（epithelial–mesenchymal transition, EMT）的作用，EMT與腫瘤轉移CSC細胞池的擴張有關。據報導，敲降SMAR1（即降低SMAR1表達）有利於引入細胞表面糖蛋白CD44的外顯子變體，這與乳腺腫瘤細胞的侵襲和轉移潛能有關。這些觀察表明，SMAR1可能具有 「對抗CSC」的作用。

在一項新的研究中，來自印度多家研究機構的研究人員旨在探究SMAR1在CSC耐藥性中的作用。他們的研究結果表明這是由Oct4和Sox2對SMAR1表達的內在抑制所驅動的，但是非甾體類抗炎藥阿司匹林可以恢復CSC的SMAR1表達和化療敏感性。這表明阿司匹林可能對一部分乳腺癌患者有治療作用。相關研究結果近期發表在Science Signaling期刊上，論文標題為「SMAR1 repression by pluripotency factors and consequent chemoresistance in breast cancer stem-like cells is reversed by aspirin」。論文通訊作者為玻色研究所的Tanya Das博士。

圖片來自Science Signaling, 2020, doi:10.1126/scisignal.aay6077。

耐藥性和高頻率的癌症復發是抗癌治療的主要障礙。CSC不僅在腫瘤的耐藥表型中起著關鍵作用，而且是「不能靶向的」，這會導致腫瘤復發，在許多情況下還會導致患者死亡。因此，讓CSC致敏可能會增加癌症治療的成功率。CSC顯示出多種癌基因的高表達，這些癌基因促進癌症的特徵產生。Oct4、Sox2、Nanog和ALDH1---「乾性」或者說「多能性」的核心調控因子---在CSC中增強表達，各種藥物外排泵如ABCG2、MRP1和MDR1也是如此。為了特異性地靶向CSC，需要揭示對驅動CSC功能和表型至關重要的錯綜複雜的信號網絡。

此前已知SMAR1在染色質重塑、組織特異性基因調控和組織特異性代謝中發揮作用，它已被證實可誘導腫瘤消退，SMAR1的表達減少常與各種癌症的不良預後相關。這種蛋白不僅是降低腫瘤增殖和轉移的因子，也是p53介導的細胞凋亡的誘導劑。它作為細胞周期蛋白D1、Slug和Wnt/β-catenin通路的抑制劑，發揮它的抗腫瘤作用。在更晚期的癌症階段，SMAR1的表達明顯減少，這表明SMAR1與腫瘤侵襲呈負相關，這一特徵部分上由CSC驅動。鑑於有報導稱CSC善於逃避或抑制各種腫瘤抑制因子，以確保它們的生存，Das團隊認為CSC也可能阻斷SMAR1功能的觀點是非常可信的。

因此，在這項研究中，Das團隊想要揭示SMAR1在乳腺癌CSC中的作用，特別是在耐藥性的背景下。從多個乳腺癌患者和小鼠的腫瘤中分離出的CSC與分離出的非幹細胞樣癌細胞相比，SMAR1的表達下降了。2015年，Nakka等人也曾報導，在小鼠中，SMAR1缺失的MCF-7細胞引入更多的CD44外顯子變體，且具有更大的轉移傾向。考慮到乳腺癌CSC表達CD44作為它們的主要表面標誌物之一，Nakka等人的報告不僅與Das團隊的研究結果相一致，而且增加了SMAR1和乾性之間存在反向關係以及SMAR1具有一定的對抗CSC作用的可能性。

Das團隊之前的研究已表明富集CSC的球狀體對阿黴素（doxorubicin）不敏感，其原因在於它們大量表達藥物外排泵ABCG2、MDR1和MRP1等，在這項新的研究中，Das團隊發現當CSC過量表達SMAR1時，阿黴素可以誘導CSC凋亡。Das團隊還發現ABCG2是上述藥物外排泵之一，也是據報導在乳腺癌中起著強效作用的藥物外排泵，它的啟動子含有一個MAR結合結構域，這個結構域介導SMAR1與它的靶基因結合。ABCG2也是維持幹細胞增殖和幹細胞表型的關鍵，它的表達隨著腫瘤的進展而增加。來自Das團隊和其他實驗室的多篇報告已建立了SMAR1通過招募不同的組蛋白去乙醯化酶（HDAC）讓組蛋白去乙醯化來發揮它的抑制作用。這些結果和Das團隊在這項研究中取得的研究結果共同表明，SMAR1招募HDAC2讓ABCG2啟動子上的H3K9去乙醯化，從而抑制ABCG2的轉錄和化療耐藥性。

此外，通過幹細胞標誌物Oct4和Sox2的共同作用，SMAR1在CSC中的轉錄減弱了，這表明這種機制很可能維持了CSC的多藥耐藥性增強的特點。Oct4和Sox2招募多種共抑制物複合體，比如HDAC和PRC蛋白，作為基因調控的輔助手段。

Das團隊的實驗揭示了HDAC1與H3K9的去乙醯化在這種情況下也參與其中。HDAC1已經被描述為胚胎幹細胞分化的調節因子，並且與多種多能性因子一起發揮輔助作用。據報導，Oct4和Sox2與HDAC1共定位，HDAC1介導Oct4和Sox2引發的基因抑制，這一點之前已被證實，這進一步支持了Das團隊的最新發現。這些發現共同表明，SMAR1是一個可調控的靶分子，增強它的表達可通過抑制CSC的耐藥性而使得它們致敏。阿司匹林的抗癌特性，包括它抑制幹細胞因子Oct4、Sox2和Nanog，已經被強調了多年。

在這篇論文中，Das團隊發現阿司匹林治療會導致Oct4和Sox2表達的減少，同時讓SMAR1的表達顯著增強，從而在表觀遺傳上降低ABCG2的表達，這可能是導致原本耐藥性的CSC在體外和體內對常見的阿黴素致敏的原因。因此，阿司匹林通過讓SMAR1表達發揮著兩種作用：抑制腫瘤乾性和抑制化療耐藥性。因此，人們可能能夠探討阿司匹林作為一種改善針對含有CSC的腫瘤患者的化療療效的方法。

參考資料：

Apoorva Bhattacharya et al. SMAR1 repression by pluripotency factors and consequent chemoresistance in breast cancer stem-like cells is reversed by aspirin. Science Signaling, 2020, doi:10.1126/scisignal.aay6077.