Nat Comm丨胡卓伟/崔冰合作报道应激反应感受器TRIB3促进乳腺肿瘤干性的分子机制

乳腺肿瘤本身异质性促进形成复杂的肿瘤微环境，这种异质性的存在促使肿瘤发生发展及复发【1】。肿瘤干细胞（Cancer Stem Cells, CSC）在维持肿瘤异质性方面发挥关键作用。乳腺肿瘤干细胞（BCSC）是一群存在于乳腺肿瘤中的动态亚群，具有自我更新、促肿瘤发生及异种移植成瘤能力。CSC往往与正常干细胞存在共有的转录调节通路。最近的研究发现，静止型上皮-间质转化（EMT）-CSC（EpCAM-CD49f+CD44+CD24-）与增殖型间充质-上皮转化（MET）-CSC （EpCAM+CD49f+ALDH+）亦存在动态转化【2】。肿瘤干性Niche微环境可促进分化细胞及瞬时扩增（Transient amplification） 细胞可塑性转化为CSC【3】。因此，与单纯靶向肿瘤干细胞相比，靶向肿瘤干性Niche微环境成为具有前景的干预策略【3】。

为了明确慢性炎症、缺氧、低糖等应激反应在肿瘤干性Niche微环境发挥的作用，2019年12月16日，中国医学科学院药物研究所崔冰课题组、胡卓伟课题组在Nature Communication发表题为TRIB3 supports breast cancer stemness by suppressing FOXO1 degradation and enhancing SOX2 transcription的文章，发现感受应激反应的假激酶Tribbles同源物3(TRIB3)经FOXO1与SOX2促进乳腺肿瘤干性维持，这一发现为靶向肿瘤干性微环境治疗乳腺癌提供新思路。

TRIB3被确定为一种应激传感器，应对多种肿瘤微环境存在的应激因素包括氨基酸或葡萄糖缺乏症、胰岛素、未折叠蛋白质的内质网累积及氧化损伤均表达增加。最近的研究发现，TRIB3能够通过诸如p62、PML-RARalpha等细胞内信号传导和关键功能蛋白的相互作用而促进多种疾病的发生发展【4,5】。

本研究发现TRIB3在不同亚型乳腺肿瘤的表达显著上调，TRIB3高表达的ER阳性、HER2阳性及三阴性乳腺癌患者生存率均降低、肿瘤复发时间明显缩短。慢性炎症因子IL-6、TGFbeta、IL-1beta、TNFalpha以及缺氧、低糖等因素均显著增加乳腺肿瘤TRIB3表达。炎症因子IL-6能够时间、剂量依赖增加TRIB3表达，无论是否存在IL6抑制TRIB3均能够显著降低乳腺肿瘤体外成球能力。在MMTV-PyVT 来源的原代自发乳腺癌小鼠CD24+CD29low肿瘤亚群及CD24+CD90+干细胞亚群、MMTV-ERBB2来源的原发乳腺癌小鼠CD24+CD29high肿瘤亚群、围绕在CD68+巨噬细胞周围的原代人乳腺肿瘤细胞均高表达应激蛋白TRIB3，同时肿瘤微环境的应激因素如IL-6促进肿瘤干性的能力与TRIB3的表达存在密切关系。通过对比TCGA BRCA来源的高表达TRIB3乳腺癌患者（90th）与低表达TRIB3乳腺癌患者（10th）基因集比较发现，TRIB3高表达的乳腺癌患者富集正常胚胎干细胞特征基因集。敲除TRIB3的乳腺细胞MCF7、MDA-MB-231体外成球、干细胞亚群和体内成瘤能力均明显下降。这些结果提示TRIB3与肿瘤干性维持存在密切关系。

进一步研究发现，TRIB3在不同乳腺癌细胞抑制多种干性因子的表达，而阻碍SOX2表达呈现普适性。乳腺癌病理组织染色发现SOX2高表达患者TRIB3阳性比例明显增加，TRIB3增加SOX2转录，同时其存进干性能力增加作用受SOX2调控。核转录因子分析发现，FOXO1是介导TRIB3所致SOX2增加的关键核因子，缺失FOXO1后TRIB3无法通过增加SOX2促进乳腺肿瘤干性。乳腺癌患者及PDX来源的病理组织染色发现，FOXO1不仅与TRIB3的表达呈现正相关，同时证实FOXO1+SOX2+的肿瘤细胞存在。这些结果提示在TRIB3高表达的乳腺肿瘤中FOXO1与SOX2协同作用促进肿瘤干性。

核转录因子筛查实验中发现TRIB3能够增加FOXO1表达，这种作用经鉴定是通过泛素蛋白酶体通路增加FOXO1表达。E3泛素酶SKP2以及NEDD4L发挥关键作用调控上述过程。同时，转录增加的SOX2可以结合到FOXO1启动子区域（-865~-852）正反馈式促进FOXO1基因转录。信号通路IPA分析提示FOXO1上游的AKT信号通路激活，研究证实TRIB3-AKT相互作用是导致造成FOXO1无法获得来自AKT的磷酸化修饰，造成FOXO1、SOX2核内堆积的关键原因。通过免疫共沉淀、亲和力测定、结构拟合筛选获得的多肽能够阻断TRIB3-AKT相互作用，在肿瘤细胞系、自发乳腺癌小鼠来源的原代肿瘤及PDX模型上印证阻断上述作用能够促进FOXO1降解、抑制SOX2进而降低乳腺肿瘤干性。这项研究重点解析应激肿瘤微环境经TRIB3-AKT-FOXO1-SOX2通路促进肿瘤干性增强的作用机制，为TRIB3过度表达的乳腺癌治疗提供新的治疗策略。