JEM | 尹成骞/朱博合作揭示PTPN23-PI3KC2α-AKT2轴调控BRAF突变肿瘤生长的机制

BioArtMED · 公众号 · · 2025-02-02 14:30

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致癌性BRAF突变的生物学和临床意义已在多种癌症中得到证实，如黑色素瘤、结肠直肠癌、甲状腺乳头状癌和非小细胞肺癌等。尽管BRAF抑制剂在临床上取得了一定成功，但其耐药性也广泛存在。研究发现在携带BRAF V600突变肿瘤患者中，约20%的的黑色素瘤 【1】 、约95%的结直肠癌和约70%的甲状腺癌患者 【2，3】 都观察到了原发性耐药。此外，由于普遍存在的获得性耐药性，BRAF抑制剂的治疗效果通常限制在约6-7个月 【4】 。最近的研究发现了一些PTPN成员在肿瘤发展中的关键作用 【5, 6】 ，表明了PTPN家族在肿瘤生长和发展中的重要性及其作为治疗靶点的潜力。然而，是否有其他PTPN成员参与调控BRAF突变型癌症的生存尚不清楚。

近日，深圳湾实验室肿瘤研究所尹成骞研究员团队联合中山大学第一附属医院朱博研究员在 Journal of Experimental Medicine 发表题为 PTPN23-dependent activation of PI3KC2α is a therapeutic vulnerability of BRAF-mutant cancers 的研究论文， 揭示了PTPN23 介导PI3KC2α-AKT信号通路的激活，以促进BRAF突变肿瘤细胞的存活 。

团队首先采用靶向药物靶点、激酶和磷酸酶的CRISPR-Cas9系统对BRAF突变的YUMM1.7细胞进行敲除筛选，发现非受体型蛋白酪氨酸磷酸酶家族的PTPN23是调控肿瘤细胞生存的关键调控因子。体内外的研究结果表明，敲低PTPN23会特异性地在BRAF突变的肿瘤细胞中促进细胞凋亡并抑制肿瘤的生长，但不影响野生型BRAF的肿瘤。

为了探究PTPN23的调控机制，团队首先进行了RNA-seq，全蛋白质组学和磷酸化组学分析，结果均显示PTPN23敲低抑制了PI3K-AKT通路，尤其是PI3KC2α，AKT2和AKT3的磷酸化水平显著降低。免疫印迹结果也证实了该调控通路。肿瘤组织芯片数据分析进一步显示，PTPN23与p-AKT2 (S474) 的蛋白水平表达成正比。

然而，PTPN23并不是一个具有磷酸酶活性的蛋白 【7】 。那么，PTPN23怎么影响PI3KC2α和AKT2的磷酸化？为了阐明PTPN23的生物学功能，团队通过过表达外源的Flag-PTPN23进行了亲和质谱检测，解析了PTPN23的蛋白互作蛋白谱，发现了重要的互作蛋白WNK3。同时，该实验也验证了PTPN23是ESCRT通路的重要组成部分。考虑到PTPN23与PI3K-AKT信号通路的关联，研究进一步确定了PTPN23协助了WNK3与PI3KC2α的相互作用，并调节其在S329位的磷酸化和催化PI(3,4)P2生成的活性，进而激活AKT2通路。另外，团队还检测到PTPN23主要位于内吞体（endosomes）中。

接下来，团队探索了PTPN23是否影响对BRAF V600E特异性抑制剂的反应敏感性。体内外实验均表明，与PTPN23敲低或单独使用维莫非尼的治疗相比，联合靶向可显著地增强抑制BRAF V600E肿瘤细胞的生长（包括黑色素瘤、结直肠癌和甲状腺乳头状癌）的功能。团队进一步探索了靶向PTPN23治疗对BRAF抑制剂耐药的黑色素瘤细胞的治疗潜力。体内外实验表明，PTPN23的敲低显著抑制了这些维莫非尼耐药肿瘤细胞的生长。

之后，团队为了更好地了解PTPN23在体内致癌BRAF依赖性黑色素瘤中的作用，构建了条件性 Ptpn23 敲除C57BL/6J小鼠（ Ptpn23 ^LoxP/LoxP ）。研究显示，Tyr-CreERT2； Braf ^V600E ； Pten ^-/- 小鼠在注射他莫昔芬后31-41天之间发生黑色素瘤，而Tyr-CreERT2； Braf ^V600E ； Pten ^-/- ； Ptpn23 ^-/- 小鼠在55-86天之间发生黑色素瘤，这表明黑色素细胞中 Ptpn23 敲除显著延迟了 Braf ^V600E 黑色素瘤的发生。

综上所述，此项研究证明在BRAF突变的肿瘤细胞中，PTPN23参与活化PI3KC2α，促进PI(3,4)P2的产生与AKT2通路的激活，从而促进肿瘤细胞存活。靶向PTPN23-PI3KC2α-AKT轴，不仅能抑制BRAF突变肿瘤的生存，也能提高对BRAF抑制剂的敏感性，为BRAF突变癌症的治疗提供新的潜在策略。

图1. PTPN23作用机制示意图

深圳湾实验室肿瘤研究所尹成骞研究员和中山大学第一附属医院朱博研究员为本文共同通讯作者。深圳湾实验室研究助理何英、李薇和南方医科大学/广东省人民医院医学研究所张美玲博士为本文共同第一作者。深圳湾实验室生化分析平台、多组学质谱平台、生物成像平台以及动物实验中心在技术方面提供了重要帮助。

原文链接：https://doi.org/10.1084/jem.20241147

尹成骞 博士，深圳湾实验室特聘研究员，博士生导师。近年来主要从事癌症发生发展的机制研究以及针对癌症预防和治疗的药物开发，研究成果以第一作者发表在Cell和Nature，以通讯作者发表或接收在Journal of Experimental Medicine，EMBO J，Nature Communications 、Trends in Cell Biology等国际知名期刊。朱博博士，中山大学“百人计划”青年学术骨干引进人才，博士生导师。致力于基因治疗、肿瘤免疫与自身免疫疾病方向的研究，关注基因线路调控的靶向新技术的开发。以第一作者和共同一作身份在Nature、Cell、Nature Communications等期刊上发表文章。课题组正在招收博士生和科研助理，欢迎申请。

制版人：十一

参考文献

[1] Flaherty, K.T., et al., Inhibition of mutated, activated BRAF in metastatic melanoma. N Engl J Med , 2010. 363(9): p. 809-19.

[2] Brose, M.S., et al., Vemurafenib in patients with BRAF(V600E)-positive metastatic or unresectable papillary thyroid cancer refractory to radioactive iodine: a non-randomised, multicentre, open-label, phase 2 trial. Lancet Oncol , 2016. 17(9): p. 1272-82.

[3] Kopetz, S., et al., Phase II Pilot Study of Vemurafenib in Patients With Metastatic BRAF-Mutated Colorectal Cancer. J Clin Oncol , 2015. 33(34): p. 4032-8.

[4] Hauschild, A., et al., Dabrafenib in BRAF-mutated metastatic melanoma: a multicentre, open-label, phase 3 randomised controlled trial. Lancet , 2012. 380(9839): p. 358-65.

[5] Baumgartner, C.K., et al., The PTPN2/PTPN1 inhibitor ABBV-CLS-484 unleashes potent anti-tumour immunity. Nature , 2023. 622(7984): p. 850-862.

[6] Manguso, R.T., et al., In vivo CRISPR screening identifies Ptpn2 as a cancer immunotherapy target. Nature, 2017. 547(7664): p. 413-418.

[7] Gingras, M.C., et al., HD-PTP is a catalytically inactive tyrosine phosphatase due to a conserved divergence in its phosphatase domain. PLoS One , 2009. 4(4): p. e5105.

[8] Morton, L.M., et al., Radiation-related genomic profile of papillary thyroid carcinoma after the Chernobyl accident. Science , 2021. 372(6543).

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