专栏名称: 生信人

共同学习生物信息学知识，共同探究生物奥秘。

突破边界：神经内分泌转化——获得性耐药全新机制

生信人 · 公众号 · 生物 · 2024-09-16 07:00

正文

耐药、神经内分泌转化、不良预后、转移/复发，如何在一项研究中囊括这么多研究热点，还能推成出新，兼具超高临床价值？

免疫治疗在多种肿瘤中“攻城略地”，但在另外一些领域一直“不温不火”。生殖系统或者内分泌系统的肿瘤，如前列腺癌、乳腺癌、甲状腺癌等等，内分泌治疗已成为必不可少的基石。但这一类肿瘤也容易出现内分泌治疗的“抵抗”，进而发生一系列的转移和进展，并且机制不明，治疗效果不佳。

肿瘤细胞谱系可塑性介导的耐药、转移机制分析

欢迎咨询

内分泌治疗的“抵抗”具体的机制涉及肿瘤细胞的表型转化、激素受体下调等等，其中肿瘤细胞向着“神经内分泌”表型转化，这一机制受到格外的关注；2023年8月2日，来自美国纪念斯隆-凯特琳癌症中心学者在Science Translational Medicine[IF 17.1 Q/1]期刊发表了题为Exportin 1 inhibition prevents neuroendocrine transformation through SOX2 down-regulation in lung and prostate cancers（Exportin 1抑制可通过下调SOX2预防肺癌和前列腺癌的神经内分泌转化）的文章。研究人员证明核转运蛋白Exportin 1是一个潜在的治疗靶点，对它的抑制可以预防肺腺癌和前列腺腺癌的NE转化，限制侵袭性肿瘤的形成，并增强标准化疗对转化后神经内分泌肿瘤的疗效。这一发现为这类肿瘤提供了新的治疗策略，尤其对已有治疗选择有限且效果不佳的患者具有重要意义。

在肺癌和前列腺腺癌中，神经内分泌(NE)转化为侵袭性衍生的小细胞肺癌(SCLC)与预后不良有关。作者之前描述了SCLC对核转运蛋白1的依赖性。在这里，作者探讨了输出蛋白1在NE转化中的作用。作者观察到肺和前列腺转化前腺癌中上调的输出蛋白1。在肺腺癌和前列腺癌细胞系中，TP53和RB1基因失活后，Exportin 1表达上调，同时对exportin 1抑制剂selinexor的体外敏感性增加。在不同TP53/RB1灭活的前列腺癌异种移植模型中，Exportin 1的抑制作用阻止了NE的转化，这些异种移植模型在用芳香酶抑制剂enzalutamide治疗后获得了NE的特征，并在一个肺癌转化患者来源的异种移植(PDX)模型中对EGFR抑制剂osimertinib有延长的反应，该模型表现出组合的腺癌/SCLC组织学。尽管selinexor治疗，异位SOX2表达恢复了enzalutamide促进的腺癌-NE转化异种移植模型的NE表型。Selinexor使NE转化的肺和前列腺小细胞癌PDXs对标准细胞毒素敏感。

总之，这些数据表明输出蛋白1抑制作用是一个潜在的治疗靶点，可以抑制谱系可塑性，预防或治疗肺腺癌和前列腺癌的NE转化。

背景

在接受酪氨酸激酶抑制剂治疗的转移性表皮生长因子受体(EGFR)突变型肺腺癌(LUADs)中，有高达14%发生类似小细胞肺癌(SCLC)的组织学转化为神经内分泌(ne)衍生表型、和超过20%的使用恩扎鲁-他胺治疗的转移性雄激素受体(AR)依赖性前列腺腺癌(PRADs）。类似的NE转化应在多种肿瘤中观察得到，并可能代表一种对其他靶向治疗获得性耐药的一般机制。NE转化的小细胞癌通常进展迅速且治疗难治，导致预后类似于或甚至差于新生小细胞肺癌。

NE转化是谱系可塑性的一种表现，与表观遗传重编程相关，并且可能通过暴露于有效的靶向治疗来促进或选择。尽管肿瘤蛋白P53 (TP53)和视网膜母细胞瘤转录辅阻遏子1 (RB1)肿瘤抑制基因的同时突变失活被认为是NE转化的先决条件，但对驱动转化的分子机制知之甚少。即使可以识别出具有NE转化高风险的ad- enocarcinoma患者，到目前为止，还没有有效抑制可塑性和防止NE转化的治疗方法，鉴定药理学靶向的转化效应物是一个尚未满足的临床需求。

作者证明，在两种肿瘤类型中，在NE转化的早期阶段，exportin 1表达升高，它是由TP53和RB1失活诱导的，selinexor对它的抑制抑制了体内NE转化，延长了对靶向治疗的反应。机制研究表明，抑制输出蛋白1可以阻止靶向治疗诱导的SRY盒转录因子的上调SOX2，一种促进干细胞形成并与NE transformation有关的转录因子。外源性SOX2过度表达拯救selinexor暴露下的NE转化。总之，这些数据定义了一个潜在的治疗目标，用临床上可用的药物来抑制NE复发，这将有助于将selinexor重新用于这些患者的治疗。

结果

1.输出蛋白1在NE转化过程中上调

对已发表的NE转化肿瘤临床样本的转录组数据进行评估，根据转化情况被分为四类，分别是从未转化的LUAD（LUAD）；转化前的LUADs（T-LUAD）；转化后的SCLCs（T-SCLC）；以及原发SCLCs（SCLC）。

研究表明，XPO1在NE转化早期阶段上调，并且其mRNA和蛋白表达量在NE转化过程中增加。通过对临床样本和来自患者的异种移植瘤分析，发现NE转化的肺癌（T-LUAD，T-SCLC）和前列腺癌（NEPC）样本中XPO1表达显著增加，而未发生NE转化的对照样本中XPO1表达较低（图1）。这些发现支持XPO1在促进NE转化中的作用。

通过免疫组织化学(IHC)证实了T-LUADs中exportin 1蛋白表达增加(图1B)。

利用可公开获得的前列腺癌临床样本数据集，作者观察到NE特征的存在与PRAD中XPO1的增加相关，并且NE前列腺癌(NEPC)显示为相对于PRAD，XPO1表达增加(图1C-D)。

对前列腺癌非依赖性队列中exportin 1蛋白丰度的评估，XPO1/exportin 1在NE转化期的高表达与促进组织学转化的假设作用一致(图1E)。

2.输出蛋白1抑制和化疗的组合对NE转化的癌是有效的

为了证实selinexor使T-SCLC和NEPC对顺铂敏感的能力，在衍生自T- SCLC PDX (Lx1042)和NEPC细胞系(H660)的细胞系中的体外协同试验证明了selinexor和顺铂之间的协同生长抑制作用(图2A)。

来自T-SCLC (Lx1042)和NEPC [LuCAP49 ]的PDX在免疫抑制的非肥胖糖尿病患者(NOD)皮下移植的体内治疗。CG-Prkdcscid il 2 rgt m1 wjl/SzJ(NSG)小鼠证实，se-linexor和顺铂的组合优于顺铂和依托泊苷的组合；这些NE转化的模型显示顺铂治疗后AKT途径的激活增加，这被selinexor抑制(图2B-C)。

这些结果将selinexor联合化疗的潜在用途从最初的SCLC扩展到T-SCLC和NEPC。

3.TP53和RB1失活诱导XPO1表达和对输出蛋白1抑制的敏感性

作者的数据表明，exportin 1上调发生在NE转化过程的早期，与对照的从未转化的luad相比，T-luad显示出export in 1 mRNA和蛋白表达增加(图1A和B)。

相对于它们的双野生型对应物，在多个并发TP53和RB1突变的队列中，LUADs和PRADs中XPO1 mRNA的表达增加(图3A)。

图1 在肺和前列腺肿瘤的NE转化过程中，Exportin 1表达上调

分别通过定量聚合酶链式反应(qPCR)和蛋白质印迹来评估等基因细胞系和exportin 1 mRNA表达和蛋白质丰度(图3B和3C)。与对照条件相比，两种细胞系中任一基因诱导的输出蛋白1表达的功能丧失，并且在双重失活的细胞系中观察到进一步的上调,这与临床样本相关性一致(图3A-C);

利用公开可得的染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq)数据集，TP53和E2F转录因子1 (E2F1)，后者是RB1失活后激活的主要转录因子，似乎与包括前列腺癌和肺癌在内的数据集内XPO1基因的转录起始位点邻近结合(图3D)。

为了测试这一点，作者在衍生自H1563和22PC的等基因细胞系中对XPO1基因启动子进行了启动子报告基因分析(图3E);TP53和RB1的同时失活进一步增加了XPO1启动子的活性(图3A和3B)。

总之，这些数据表明TP53可能通过直接结合XPO1启动子直接抑制XPO1基因表达，而E2F1可能能够直接结合XPO1基因启动子，在RB1失活后诱导XPO1转录。

图2 输出蛋白1抑制使NE转化的肺癌和前列腺癌对化疗敏感

图3 TP53/RB1功能的丧失诱导了exportin 1的表达和对selinexor的敏感性

4.输出蛋白1抑制干扰靶向治疗中的NE复发

在肺癌和前列腺癌中同时TP53/RB1失活时观察到的exportin 1和selinexor敏感性的诱导提供了将exportin 1指定为预防NE转化的潜在治疗靶点的理论基础。为了检验这一假设，作者利用了先前描述的前列腺NE转化模型，PRAD细胞系22PC和LnCap/ AR，其中TP53和RB1的双重敲除(DKO)在体内诱导AR靶向治疗抗性，同时上皮特征丧失和NE标记表达增加。

肿瘤显示出对selinexor单一疗法的初始敏感性，导致在与enzalutamide单一疗法相似的时间框架内产生耐药性，联合治疗显示出更持久的反应，相对于任一单独药物，肿瘤复发的时间大约加倍(图4A)。

在DKO LnCap/AR模型中，异种移植物表现出对恩扎卢他胺或selinexor的单一疗法即时抗性，在抑制肿瘤生长方面表现出最大的有效性(图4A-B)。

通过IHC对在每个治疗组的实验终点收集的肿瘤进行NE标记物突触素和嗜铬粒蛋白A的蛋白表达测定，与对照肿瘤相比恩扎鲁胺治疗的肿瘤中NE细胞亚群增加，selinexor和联合治疗组中这种细胞亚群的表达减少，表明抑制exportin 1可以抑制NE转化(图4B-F)；

根据免疫组化数据，作者观察到NE标记ASCL1 、CHGA 和SYP 的表达在enzalutamide治疗但没有selinexor或联合治疗治疗组增加(图4G)。

在组合治疗的肿瘤中，selinexor抑制了这种特征性的转录组标记，其还表现出AR、AR靶基因如FKBP5和NDRG1以及包括KRT8和KRT18的腔标记物的更高的维持表达(图4G)。

体内LUAD至SCLC转化的模式尚未被描述，然而，作者发现了一种PDX(MSK LX 151 ),来源于一种EGFR突变的混合组织学肿瘤，在小鼠中同时含有LUAD和SCLC成分，可能代表了一种中间转化状态(图4H )。该PDX模型中，osimertinib和selinexor作为单一药物的疗效有限(图4I)。

总之，这些结果表明，在NE转化模型中，exportin 1抑制抑制NE表型的获得，并且它与靶向治疗的结合可能预防或延迟有转化倾向的LUADs和PRADs的NE复发。

图4 输出蛋白1抑制干扰NE transformation

5.抑制输出蛋白1阻断NE transformation模型中SOX2的诱导

为了研究输出蛋白1抑制干扰NE复发的机制，作者对DKO 22PC转化模型的转录组数据进行了差异基因表达(DEG)和途径富集分析(图4，A，C，E和G)，观察到了先前涉及NE转化的几种途径中基因的上调，包括那些与上皮-间质转化、干细胞、PRC2复合物、AKT和Wnt信号传导相关的基因(图4J)。

在比较联合与恩扎鲁胺治疗的肿瘤时，当加入selinexor时所有这些途径的下调(图4K)。在TP53/RB1-in-激活(DKO) 22PC模型中，SOX2表达被恩扎鲁胺诱导，并且这种诱导在联合治疗组中被selinexor抑制(图5A)。

作者在DKO 22PC和Lx151模型中观察到由单一药物靶向治疗诱导的SOX2蛋白上调，再次通过加入selinexor抑制(图5B)。

据报道，SOX2表达的上调是TP53和RB1失活后前列腺癌模型NE转化的早期事件。与这些临床前观察相一致，作者还观察到在双TP53/RB1-突变体LUAD和PRAD临床标本中相对于其野生型对应物SOX2表达上调(图5C)。

SOX2 mRNA和蛋白质表达在等基因TP53/ RB1失活的LUAD和PRAD细胞系中也升高(图5D)。这种诱导在mRNA和蛋白质水平上被selinexor处理所阻止(图5E)。

总的来说，这些数据支持了这样的假设，即在TP53/RB1缺陷型ad-enocarcinoma中，通过阻止SOX2在转化早期的上调，exportin 1抑制可能会干扰NE转化；

先前的研究指出异位SOX2抑制阻止了PRAD模型中NE特征的诱导，并维持了恩扎鲁胺的敏感性，为了检验这一假设，作者在DKO PC22和LnCap/AR NE转化模型中外源性过表达SOX2，并如前所述用恩扎卢他胺、selinexor或其组合对其进行处理，旨在是在体外表征NE标记和AR表达的变化(图5F和5G)。

enzalutamide处理的细胞表现出高SOX2表达，同时诱导NE标记和抑制AR。在没有外源性SOX2表达的情况下，selinexor能够防止enzalutamide诱导的NE标记表达和AR抑制，但是这些作用被外源性SOX2的表达所消除(图5F和G)。

然而，SOX2异位过表达不能逆转TP53和RB1失活后报道的对selinexor的敏感性增加(图3F)。

这些结果表明，抑制SOX2诱导是一种机制，通过这种机制，抑制输出蛋白1干扰NE转化。

图5 输出蛋白1抑制下调SOX2表达，阻碍NE特征的获得

讨论

促进组织学转分化的谱系可塑性越来越被认为是多个实体瘤肿瘤进化的一种机制，部分原因是研究工作，包括治疗后重复活检，未能确定所需耐药性的机制。除了EGFR和AR分别在肺部和PRAD中的靶向治疗外，神经内分泌转化已在多种其他致癌基因驱动的环境中得到证实，在癌症类型的范围内开发高效和特异性的致癌驱动因子抑制剂可能会增加这种组织学转分化的发生频率。不同肿瘤类型的NE转化后患者的不良预后使得限制或预防可塑性以及更有效地治疗NE转化的明确策略成为需要的关键领域。在这些情况下，这种药物可处理靶点的识别可能会产生实质性的临床影响

总之，本研究结果将exportin 1作为一个治疗靶点，验证了其用于抑制具有NE转化高风险的adenocarcinoma患者的NE转化，并增强转化后标准化疗对NE肿瘤的疗效的作用。这一研究思路，在多种具有潜在的神经内分泌转化的肿瘤中，具有重要参考价值。

热

点

回

顾

肿瘤免疫逃逸新机制

孟德尔随机化加共定位

大数据助你选刊

单细胞空间转录组

肿瘤相关巨噬细胞（TAM）