尽管雄激素剥夺疗法
(ADT)
是晚期前列腺癌的主流治疗方法，但该疾病通常会进展为去势抵抗性前列腺癌
(CRPC)
。此外，ADT对某些前列腺癌亚型效果并不佳，包括神经内分泌前列腺癌
(NEPC)
或者双阴性前列腺癌
(DNPC)
。近来，诱导铁死亡被发现是一种有效治疗晚期前列腺癌的全新策略，可单独使用或与二代抗雄药物联用
【1】
。然而，前列腺癌内部异质性极大，部分前列腺癌亚群存在天然铁死亡抗性。如何有效识别该类铁死亡耐受亚群，并积极干预，以增敏铁死亡诱导剂，对于治疗前列腺癌具有重要临床转化意义。
近日，中国科学技术大学
张传杰
教授课题组联合上海交通大学附属瑞金医院泌尿外科
高轶
主任团队，于肿瘤学杂志
Cancer Research
上发表题为
JMJD6 Rewires ATF4-Dependent Glutathione Metabolism to Confer Ferroptosis Resistance in SPOP-Mutated Prostate Cancer
的长文论著。
该研究团队通过本单位大样本队列筛查，发现表观蛋白JMJD6在SPOP突变前列腺癌标本中存在异常蛋白积累现象。高表达JMJD6通过与ATF4形成表观复合物，且独立于BRD4/AR，劫持并重塑谷胱甘肽合成关键酶基因增强子，促进肿瘤细胞胱氨酸吸收及谷胱甘肽代谢成瘾，导致该类前列腺癌亚群天然铁死亡耐受
。
首先，课题组通过本中心前列腺癌大样本芯片及多中心公共数据库分析，发现JMJD6在前列腺癌样本中异常高表达，但mRNA却无显著差异的现象。高表达JMJD6蛋白水平，非mRNA水平，与患者不良预后密切相关。通过亚型分析，发现人群JMJD6蛋白与E3泛素连接酶接头蛋白SPOP突变存在统计相关性。在进一步验证中，研究人员发现JMJD6与SPOP存在蛋白互作，且SPOP介导了JMJD6发生蛋白多聚泛素化修饰。SPOP基因失活点突变是前列腺癌中最常见的突变之一，在局部和转移性前列腺癌中发生的频率为6%-15%。抑癌基因SPOP的突变，可导致一系列下游底物的降解逃逸，包括BRD4, SRC-3, AR, Caprin1等，促进前列腺癌恶性进展及耐药
【2】
。该研究中，发现前列腺癌相关SPOP-MATH结构域处突变
（F133V, Y87N, K134N等）
造成了JMJD6泛素化修饰异常，进而导致其蛋白异常积累。功能方面，SPOP缺陷型前列腺癌需要部分依赖野生型JMJD6，而非H187A缺陷型，介导肿瘤恶性增殖及远处转移。
进一步，构建
(F133V)
C4-2对照及JMJD6敲减细胞株，通过高通量联合测序分析
(CUT&Tag-seq+RNA-seq)
，发现JMJD6主要调控谷氨酰胺代谢相关酶的表达，包括SLC7A11, GCLM, ME1等。查阅文献及Co-IP实验，鉴定JMJD6的JmjC结构域和转录激活因子4
(ATF4)
存在蛋白互作，而非传统意义上的NRF2。此外，JMJD6与ATF4在染色质结合及下游靶点调控方面存在功能相互依赖性。具体表现为，敲除ATF4后可部分削弱JMJD6对染色质的结合能力。反之，敲除JMJD6虽不影响ATF4对启动子的结合，但可显著破坏后续的转录延长等活性。单独敲除JMJD6或ATF4均可遏制所结合处的活性H3K27ac信号，并导致下游基因表达的下降。有趣的是，SPOP缺陷前列腺癌需依赖上述JMJD6/ATF4两者的协同作用, 上调SLC7A11/GCLM/ME1等表达水平。
为进一步回答上述JMJD6-ATF4两者的表观协同关系，研究人员进行了深入的测序分析，包括H3K27ac, Med1, H3K4me1, ATAC等。研究发现，JMJD6主要结合在相关靶点的增强子区，且ATF4主要结合在启动子区。而两者“手拉手”式的相互结合，则最终促成了“增强子Enhancer-启动子Promoter”R形环状结构。所以ATF4结合启动子是先决条件，而其结合于增强子处需进一步依赖JMJD6。反之，JMJD6结合于启动子处也为间接结合，需首先依赖ATF4的染色质铆接作用。敲除JMJD6破坏ATF4结合于增强子，但不影响其结合启动子；敲除ATF4破坏JMJD6结合于启动子，但不影响其结合增强子。多轮IP-re-IP实验，进一步表明两者的
E-P-Loop
表观结构也招募了其他相关的活性中介体Mediator复合物，包括Med1/14等。作为重要的核心媒介，JMJD6决定了谷氨酰胺代谢通路关键基因增强子处的组成成分、必要的染色质开放性、及最终的转录功能活性。以往研究报道，BRD4-AR是调控前列腺癌增强子谱系的重要表观复合物，且劫持了多处靶点的增强子/超级增强子
【3】
。而且全长型AR可以直接结合于SLC7A11的启动子/增强子处，介导铁死亡抵抗。然而，该研究发现JMJD6-ATF4复合物与BRD4-AR复合物存在互斥，并无显著交叉结合。JMJD6-ATF4复合物平行于BRD4-AR模式，通过全新AR转录非依赖机制，促进下游抗铁死亡靶点的表达，增强肿瘤细胞谷氨酰胺代谢活力。因此，在AR天然阴性PC-3细胞或者其余AR敲除的AR阳性前列腺癌细胞中，JMJD6-ATF4轴亢进仍可维持肿瘤细胞的恶性生长、胱氨酸成瘾及铁死亡抵抗。
随后，研究者采用药理学BLISS法证实了Erastin与JMJD6抑制剂SKLB325的联合（
Combo
）抗癌作用。靶向JMJD6可显著上调前列腺癌细胞的铁死亡诱导敏感性。转化方面，利用裸鼠皮下成瘤、原位前列腺癌、人源类器官、人源PDX及斑马鱼异种移植瘤等多种体内模型，充分证实了SKLB325可有效特异性遏制SPOP突变前列腺癌的增殖、转移及铁死亡抵抗；但对治疗JMJD6天然阴性的前列腺癌效果不佳
，
这可能与靶点缺陷有关。最后，JMJD6抑制剂对肿瘤抑制性免疫微环境的改善及与ICB类药物联用的可行性仍不明确。
中国科学技术大学张传杰研究员为第一作者，上海瑞金医院泌尿外科丁佳伟、林杰胜、周文杰研究生为并列第一作者，徐丹枫教授、沈艳高级兽医师、黄海医师、高轶主任为论文共同通讯作者。该研究得到了中国科学技术大学生医部刘连新校长团队、杭州环特生物科技股份有限公司、浙江“肾病研究与转化”省级重点实验室、上海交通大学医学院动物实验中心、瑞金医院实验医学研究中心、血研所的大力技术支持与指导。
原文链接：https://doi.org/10.1158/0008-5472.CAN-23-2796
制版人：十一
1. Ali Ghoochani et al. Ferroptosis Inducers Are a Novel Therapeutic Approach for Advanced Prostate Cancer.
Cancer Research
, 2021 Mar 15;81(6):1583-1594.
2. Zhiwei Wang et al. The diverse roles of SPOP in prostate cancer and kidney cancer.
Nat Rev Urol.
2020 Jun;17(6):339-350.
3. Emily J Faivre et al. Selective inhibition of the BD2 bromodomain of BET proteins in prostate cancer.
Nature
2020 Feb;578(7794):306-310.
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（*排名不分先后）
