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  2. 研究进展

张定校团队与合作者开发目前无药可愈恶性前列腺癌的新治疗方案

近年来我国前列腺癌(Prostate cancer, PCa)发病率呈逐年上升趋势。在前列腺癌早期,雄激素剥夺治疗(ADT)对大多数患者有效;但癌症复发不可避免,几乎所有的患者都在1-2年内以去势抵抗性前列腺癌(CRPC)的形式复发并转移【1】。目前世界范围内CRPC基本是不治之症,是晚期前列腺癌患者死亡的主因;故CRPC是基础和临床研究的重点和难点。近3-4年来,多项研究表明人类癌症中存在着广泛的前体mRNA选择性剪接(Alternative splicing, AS)异常,且一些肿瘤相关基因的特异剪接事件会促进癌症的发生和发展【2】。RNA选择性剪接是指从一个转录的mRNA前体中通过不同的剪接方式产生不同的RNA剪接异构体 (并最终导致其编码的蛋白质表现出不同或拮抗功能) 的过程【3】

4月29日,来自湖南大学的张定校团队,联合罗斯威尔帕克癌症研究所的唐定国刘松团队在Nature Communications上发表了题为Intron retention is a hallmark and spliceosome represents a therapeutic vulnerability in aggressive prostate cancer的文章【4】该研究首次报道了人前前列腺癌PCa在其发生发展(包括临床治疗前后)过程中RNA选择性剪接的异常图谱;并揭示剪接体(Spliceosome)小分子抑制剂E7107可以有效地阻碍CRPC的耐药复发和恶性进展;提示靶向癌细胞的剪接体活性是一个新的治疗恶性PCa的临床策略。值得注意的是,E7107的一个减毒衍生物H3B-8800目前已经开始了在血液癌中临床实验(NCT02841540)

张定校团队与合作者开发目前无药可愈恶性前列腺癌的新治疗方案

基于人临床PCa的转录组大数据,作者评估了不同恶性程度PCa组织(包括正常组织、原位癌、复发CRPC和终端致死性神经内分泌性前列腺癌(NEPC))中选择性剪接变异的整体情况,首次发现该剪接变异的异常程度与PCa的恶性程度密切相关。结合生信分析和功能试验,作者发现癌症的剪接异常主要通过影响相关基因的转录本转换(Isoform switch)来调控PCa的发生发展。由于内含子保留(IR)在不同的PCa发生和发展时期中呈现一致的上调变化,且是研究较少的一类AS事件,因此作者针对IR开展了进一步分析。结果显示IR是一个新的PCa恶性进展标志物,与PCa的侵袭转移能力和耐药性密切相关。另外,IR事件在正常胚胎干细胞和癌症干细胞中都明显增多,表明IR可能调控PCa的干性。随后,作者分析了IR的剪接机制,发现侵袭性PCa中IR的大幅度增多更可能受反式作用因子的调控。进一步分析发现,IR并不会导致相关基因的表达表达水平由于NMD (Nonsense-mediated mRNA Decay) 而下调,且被保留的内含子可能还具有一定的编码能力,暗示了内含子保留IR在PCa中有一定的调控功能。

作为一个控制雄性器官发育的关键转录因子,雄激素受体(Androgen receptor, AR)是PCa的driver基因。通过生信分析和细胞学试验,作者均发现AR可以显著影响PCa的AS图谱。结合受AR调控的AS相关基因和AR的转录靶基因,发现二者之间并没有明显联系,表明受AR影响的AS调控机制和转录调控机制是相对独立的。AS主要受剪接体的调控,作者分析了274个编码剪接调控因子的基因(Splicing regulatory genes, SRGs)在PCa中的突变情况。结果发现,绝大多数SRGs(~90%)的突变频率处于较低水平(<5%);SRGs在早期PCa中主要发生基因缺失,而在CRPC中主要发生基因扩增。大约68%的SRGs在PCa不同时期存在异常表达现象,且在CRPC中相对较多,表明侵袭性PCa对剪接体的异常活性有偏好依赖性。进一步分析发现SRGs可以作为PCa的独立预后因子。以上发现的临床价值在于靶向抑制剪接体的活性可能会抑制PCa的恶性进展。为此,作者利用剪接体的小分子抑制剂发现,癌细胞比正常细胞对E7107更加敏感;且E7107能重编程PCa的AS图谱,并激活一些抑癌基因的表达。在转录水平上,E7107可将CRPC的转录组逆转到恶性程度较低的原位癌状态。最后,通过体内移植瘤和MYC-driven PCa小鼠模型试验证实,E7107可以抑制PCa的整体AS水平,并通过促进细胞分化和抑增癌基因相关通路活性等,最终阻碍目前无药可愈CRPC的生长。

该研究首次系统地揭示了PCa发生发展过程中mRNA剪接异常的动态变化,发现IR可作为PCa恶性进展的标志之一。通过验证SRG可改变AS模式并影响PCa的侵袭性,证实了CRPC对剪接体活性的偏好依赖性。最后,利用体外和体内(包括转基因肿瘤模型)试验进一步证实靶向癌细胞的剪接体活性是一个新的治疗恶性PCa临床策略。

该研究的共同第一作者为张定校教授与罗斯威尔帕克癌症研究所生物信息系刘松教授团队的胡强研究员。湖南大学的张定校教授和罗斯威尔帕克癌症研究所的唐定国教授和刘松教授(生物信息系主任)为本文的共同通讯作者。

原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-15815-7

[1] D. Zhang, S. Zhao, X. Li, J.S. Kirk, D.G. Tang, Prostate Luminal Progenitor Cells in Development and Cancer, Trends Cancer, 4 (2018) 769-783.

[2] D. Zhang, D.G. Tang, “Splice” a way towards neuroendocrine prostate cancer, EBioMedicine, 35 (2018) 12-13.

[3] A. Paschalis, A. Sharp, J.C. Welti, A. Neeb, G.V. Raj, J. Luo, S.R. Plymate, J.S. de Bono, Alternative splicing in prostate cancer, Nat Rev Clin Oncol, 15 (2018) 663-675.

[4] D. Zhang, Q. Hu, X. Liu, Y. Ji, H.-P. Chao, Y. Liu, A. Tracz, J. Kirk, S. Buonamici, P. Zhu, J. Wang, S. Liu, D.G. Tang, Intron retention is a hallmark and spliceosome represents a therapeutic vulnerability in aggressive prostate cancer, Nature communications, 11 (2020).

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