三阴性乳腺癌（Triple-Negative Breast Cancer, TNBC）是一种乳腺癌的亚型，三阴性指的是的雌激素受体（ER）、孕激素受体（PR）和人表皮生长因子受体2（HER2）阴性。TNBC往往比其他乳腺癌亚型更具有侵袭性，生长迅速容易转移，极其容易复发【1】。由于TNBC不表达ER、PR或HER2，常用的靶向治疗（如内分泌疗法或HER2靶向治疗）对其难以产生效果。因此，TNBC的治疗通常依赖化疗，但疗效反应不一，使得开发新的TNBC治疗策略迫在眉睫。研究表明，PI3K通路是许多乳腺癌中经常过度活跃的信号通路，PI3Kα选择性抑制剂（如Alpelisib）与雌激素受体（ER）拮抗剂结合用于治疗晚期HR+乳腺癌已被批准【2-4】。然而，在TNBC中PI3Kα抑制剂不太有效，而可能需要使用靶向下游元件的药物，比如AKT抑制剂，以抑制TNBC中的PI3K信号通路。但在一项使用AKT抑制剂与紫杉醇联合治疗TNBC的III期临床试验中，治疗结果并未得到显著改善【5】。因此，目前还不清楚PI3K通路抑制剂是否或如何在TNBC这种侵袭性乳腺癌中发挥作用。近日，来自美国哈佛医学院的Karen Cichowski课题组在Nature上发表了研究论文AKT and EZH2 inhibitors kill TNBCs by hijacking mechanisms of involution。在本研究中，作者提出了EZH2/AKT抑制剂联合疗法治疗TNBC的潜在应用价值，并详细揭示了该疗法对TNBC产生效果的分子机制。作者想要开发一种对TNBC有效的治疗策略，他们首先将目标瞄准为AKT抑制剂，虽然AKT抑制剂对HR+乳腺癌的治疗效果很好，但是对于TNBC的效果十分有限。这是因为相对于TNBC，HR+乳腺癌属于luminal亚型。因此，作者提出了假设：如果将TNBC转变为luminal亚型是否可以提高对AKT抑制剂的敏感性。在乳腺癌中，EZH2能维持luminal祖细胞并限制其分化，且其过表达会促进包括TNBC在内的多种癌症的发生。据此，作者尝试利用EZH2抑制剂改变TNBC的细胞状态，使其对PI3K通路下游的AKT抑制剂更加敏感。作者对一组TNBC细胞系进行预处理，先使用EZH2抑制剂tazemetostat，然后再加入AKT抑制剂ipatasertib。结果显示，约60%的TNBC细胞系对这种联合疗法高度敏感，细胞在4天内大量减少。这表明，这种组合疗法对细胞有强烈的细胞毒性作用。并且，单一使用对TNBC的细胞毒性作用不明显，联合治疗的效果持久。而在小鼠模型中，单独使用EZH2抑制剂或AKT抑制剂效果不佳或仅有轻微的细胞静止作用，但联合使用时在五种模型中均引起了显著的肿瘤缩小和生存期延长。这表明联合治疗（EZH2/AKT抑制剂）对多种TNBC模型具有显著的治疗潜力。接下来，作者研究了EZH2/AKT抑制剂联合治疗如何影响TNBC细胞的状态。通过RNA-seq分析，他们发现EZH2和AKT抑制剂不仅在体外，而且在体内均能促使TNBC细胞从基底样状态向luminal样状态转化。具体来说，EZH2和AKT抑制剂的联合使用显著抑制了与基底样细胞和乳腺干细胞相关的基因（如KRT5、KRT14和VIM），并同时上调了luminal（乳腺上皮细胞）标志物（如GATA3和ELF3）的表达。在体内实验中，作者也发现EZH2和AKT抑制剂的联合使用导致了明显的细胞状态转变，从CK14阳性（基底细胞角蛋白）转为CK8阳性（luminal细胞角蛋白），表明细胞从基底样状态向luminal样状态转变。此外，带有luminal特征的细胞迅速进入细胞凋亡，如检测到大量裂解的PARP（凋亡标志物）。经过30天的治疗，肿瘤中心塌陷，留下的主要是CK14阳性细胞和少量CK8阳性细胞，这表明肿瘤缩小且剩余肿瘤细胞增殖极少。作者还发现EZH2和AKT抑制剂的疗效与细胞的表观遗传状态密切相关，尤其是在对luminal样转变的能力上。对联合治疗敏感的细胞染色质状态更开放，允许GATA3等基因的表达，而耐药细胞则表现出更间质样的特征。此外，通过机器学习模型，作者可以准确地预测细胞对治疗的敏感性，这种预测方法未来可在临床试验中进一步验证。作者进一步探究了EZH2和AKT抑制剂联合治疗时是如何诱导GATA3的表达，这是因为GATA3是主导luminal细胞分化的主要转录因子。首先，通过Hi-C与CUT&RUN数据的整合，作者发现GATA3的增强子序列被H3K27me3结合，而EZH2抑制剂能够去除这一抑制标志，使GATA3增强子开放，从而增强GATA3的表达。同时，ATAC-seq分析显示，EZH2和AKT抑制剂协同作用，使GATA3增强子中的多个区域变得更加开放，这为GATA3的表达提供了条件。随后作者对激活GATA3表达的转录因子进行siRNA筛选，发现FOXO1是调控治疗反应和GATA3表达的关键转录因子，抑制FOXO1能够显著抑制GATA3的表达以及EZH2和AKT抑制剂的治疗效果。重要的是，AKT抑制剂通过去磷酸化FOXO1来促进其在细胞核中的定位和转录活性；EZH2抑制剂则通过减少H3K27me3在FOXO1启动子上的结合，增加FOXO1的总表达。因此，在EZH2和AKT抑制剂的共同作用下，促使FOXO1在GATA3增强子和启动子上结合，从而最大程度地诱导GATA3的表达，进而引发TNBC细胞的细胞死亡反应。最后，作者研究了EZH2和AKT抑制剂在TNBC治疗中的具体机制。前面介绍的RNA-seq不仅发现EZH2和AKT抑制剂上调了luminal标志物，还通过单样本基因集富集分析（ssGSEA）揭示了协同诱导的凋亡基因表达。其中，BMF（一种BH3-only蛋白）是最显著的促凋亡基因，且在所有对药物敏感的细胞系中均被诱导。BMF的诱导类似于乳腺腺体在断乳后退化时的细胞死亡机制，乳腺腺体的退化主要通过JAK1-STAT3通路调控，而BMF是STAT3依赖的转录靶基因。因此，作者对JAK1-STAT3通路进行了研究。结果表明，两个抑制剂共同促进了STAT3的磷酸化，STAT3和JAK1的基因敲除阻止了BMF及其他退化相关基因的上调，表明JAK1-STAT3信号通路在EZH2/AKT抑制剂引发的细胞死亡中起关键作用。此外，作者还发现IL-6也是这一通路的重要上游调节因子，其通过IL-6受体促进STAT3的激活和BMF的表达，EZH2抑制剂通过激活STING-TBK1通路，这一通路对IL-6的生产和细胞死亡至关重要。作者将他们发现的这一整条机制应用在耐药细胞中，发现单独激活GATA3或使用STING激动剂均不足以引发细胞死亡，但两者结合可以增强细胞对EZH2和AKT抑制剂的敏感性，表明通过外源性调控可重编程抗性细胞。这一发现为抗性TNBC的治疗提供了新的潜在策略。总的来说，这项研究创新的开发了EZH2/AKT抑制剂联合疗法治疗TNBC，通过将TNBC细胞转变为luminal样细胞，使其对两种抑制剂具有极高的敏感性，从而达到有效抑制TNBC的效果。难能可贵的是，作者还十分详尽的解析了EZH2/AKT抑制剂联合疗法的具体分子机制，为抗性TNBC的治疗也提供了非常宝贵的靶向治疗策略。https://doi.org/10.1038/s41586-024-08031-6
制版人：十一
1. Waks, A. G. & Winer, E. P. Breast cancer treatment: a review. JAMA 321, 288–300 (2019).
2. Nik-Zainal, S. et al. Landscape of somatic mutations in 560 breast cancer whole-genome sequences. Nature 534, 47–54 (2016).
3. Stephens, P. J. et al. The landscape of cancer genes and mutational processes in breast cancer. Nature 486, 400–404 (2012).
4. Kim, M. et al. A protein interaction landscape of breast cancer. Science 374, eabf3066 (2021).
5. Turner, N. et al. Ipatasertib plus paclitaxel for PIK3CA/AKT1/PTEN-altered hormone receptorpositive HER2-negative advanced breast cancer: primary results from cohort B of the IPATunity130 randomized phase 3 trial. Breast Cancer Res. Treat. 191, 565–576 (2022).
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