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SCIENTIFICNature Cancer|靶向抑制FBXL2联合德曲妥珠单抗,为HER2阴性三阴性乳腺癌带来新治疗策略
2026-01-30
这项发表于《Nature Cancer》的研究揭示了靶向抑制E3泛素连接酶FBXL2可使HER2阴性乳腺癌对德曲妥珠单抗(T-DXd)敏感。针对HER2阴性乳腺癌对现有疗法反应有限的临床难题,研究者发现FBXL2通过促进HER2蛋白的泛素化与降解,维持了肿瘤细胞的低HER2表达状态。通过脂质纳米颗粒递送小分子抑制剂或siRNA,有效抑制FBXL2可上调HER2膜表达,将HER2阴性肿瘤转化为对T-DXd敏感的表型。该工作不仅阐明了HER2表达调控的新机制,更提出了一种将抗体偶联药物(ADC)治疗拓展至HER2阴性实体瘤的联合策略,为克服HER2异质性导致的治疗耐药提供了重要的理论依据和转化前景。
研究背景
【乳腺癌的临床分型与治疗现状】乳腺癌是全球女性发病率最高的恶性肿瘤,其高度的异质性给临床治疗带来了巨大挑战。根据激素受体(Estrogen Receptor, ER)和孕激素受体(Progesterone Receptor, PR)的表达状态,以及人表皮生长因子受体2(Human Epidermal Receptor 2, HER2,也称为ERBB2)基因的扩增情况,乳腺癌通常被分为四大亚型:激素受体阳性/HER2阴性(HR+/HER2-)、HER2阳性、三阴性乳腺癌(Triple-Negative Breast Cancer, TNBC)以及HER2低表达(HER2-low)乳腺癌。其中,三阴性乳腺癌(TNBC)因其缺乏ER、PR和HER2的表达,无法从内分泌治疗或抗HER2靶向治疗中获益,长期以来治疗手段有限,主要依赖化疗,患者预后较差,复发风险高。HER2低表达乳腺癌是近年来才被明确定义的一个新亚型,指肿瘤细胞膜HER2免疫组化(IHC)评分在1+或2+(原位杂交法检测为无扩增)的乳腺癌,约占所有乳腺癌病例的45%-55%。这一亚型的提出,极大地拓展了HER2靶向治疗的受益人群范围。
【德曲妥珠单抗(T-DXd)的革命性突破与临床局限】德曲妥珠单抗(Trastuzumab deruxtecan, T-DXd,商品名Enhertu)是一种靶向HER2的抗体-药物偶联物(Antibody-Drug Conjugate, ADC)。它由靶向HER2的曲妥珠单抗(Trastuzumab)、一个可裂解的连接子以及一个强效的拓扑异构酶I抑制剂载荷(DXd)组成。T-DXd以其独特的高药物-抗体比(DAR值高达8:1)和卓越的“旁观者效应”(即载荷药物DXd能穿透细胞膜,对邻近的靶细胞和非靶细胞产生杀伤作用),在临床研究中展现出令人瞩目的疗效。基于DESTINY-Breast系列临床试验的结果,T-DXd已被美国食品药品监督管理局(FDA)和全球多个国家批准用于治疗HER2阳性乳腺癌以及HER2低表达乳腺癌,彻底改变了这些患者的治疗格局,显著延长了无进展生存期(PFS)和总生存期(OS)。
然而,尽管T-DXd取得了巨大成功,其临床应用仍面临严峻挑战。关键局限在于肿瘤内部的HER2表达异质性。许多乳腺癌,尤其是部分TNBC和部分HR+/HER2-乳腺癌,存在大量HER2零表达(HER2-IHC 0)的肿瘤细胞。在DESTINY-Breast04等关键临床试验中,T-DXd在HER2低表达乳腺癌中有效,但在HER2-IHC 0的患者中反应率显著降低。研究表明,肿瘤组织内高密度的HER2-IHC 0细胞是限制T-DXd临床疗效的主要因素之一,导致这部分患者无法从这种革命性的疗法中获益。因此,如何将HER2-IHC 0的“冷肿瘤”转化为对T-DXd敏感的“热肿瘤”,是当前乳腺癌治疗领域亟待解决的关键科学问题和临床需求。
【HER2蛋白稳态调控的复杂性与现有研究的空白】HER2的表达受到多层次、复杂精密的调控,涵盖基因扩增、转录激活、mRNA稳定性、翻译效率以及蛋白质合成后修饰与降解等多个环节。在HER2阳性乳腺癌中,ERBB2基因的扩增是驱动HER2高表达的核心机制。然而,在HER2阴性或低表达乳腺癌中,HER2蛋白水平低通常并非由于基因扩增缺失,而是由于蛋白质合成后被快速降解所致。因此,阐明HER2蛋白降解的分子机制,寻找调控其稳定性的关键节点,成为将HER2-IHC 0乳腺癌转化为可治疗亚型的潜在突破口。
泛素-蛋白酶体系统(Ubiquitin-Proteasome System, UPS)是细胞内蛋白质降解的主要途径,其中E3泛素连接酶负责特异性识别底物蛋白并介导其泛素化修饰,从而靶向降解。尽管已有研究报道如c-Cbl、CHIP等E3泛素连接酶参与HER2的降解,但这些机制主要在HER2阳性或高表达模型中被研究。对于HER2表达水平极低的TNBC或HR+/HER2-乳腺癌,其HER2蛋白被维持在极低水平的核心调控因子尚不完全清楚。是否存在一种在HER2低表达乳腺癌中起主导作用的、特异性降解HER2的E3泛素连接酶? 这是一个悬而未决的科学问题。解析这一机制,不仅能深化对HER2生物学的理解,更可能为逆转T-DXd耐药提供全新的靶点。
【FBXL2的发现:连接HER2降解与T-DXd敏感性的关键分子】在此背景下,本研究团队聚焦于F-box蛋白家族成员——F-box and leucine-rich repeat protein 2 (FBXL2)。FBXL2是SCF(Skp1-Cullin1-F-box)型E3泛素连接酶复合物的关键组分,负责识别特定的底物蛋白并引导其泛素化,进而被26S蛋白酶体降解。以往研究表明,FBXL2在肿瘤生物学中扮演着“双刃剑”的角色:它可以通过降解促癌蛋白(如Aurora B、Cyclin D2/D3、EGFR)抑制肿瘤生长,也可能通过降解抑癌或促凋亡蛋白(如p85β、IP3R3)发挥促癌作用,其功能具有高度的底物和细胞类型依赖性。
本研究的突破性在于,通过系统的分子筛选和功能验证,首次揭示了FBXL2是HER2在HER2-IHC 0乳腺癌细胞中的关键负调控因子。研究发现,在HER2-IHC 0的TNBC细胞中,FBXL2通过其E3连接酶活性,直接结合HER2蛋白的激酶结构域,介导HER2在特定赖氨酸位点(K747)的多聚泛素化,并通过26S蛋白酶体途径促进其降解。更重要的是,FBXL2的膜定位(通过其C端的CaaX基序进行香叶香叶基化修饰)对其发挥降解HER2的功能至关重要。这一发现从分子机制上解释了为何HER2-IHC 0乳腺癌中HER2表达被抑制——FBXL2的持续活跃将HER2维持在极低的蛋白水平,使其无法被T-DXd有效靶向。
【研究的核心科学问题与转化价值】基于上述发现,本研究提出了一个极具创新性的核心科学问题:通过靶向抑制FBXL2,能否上调HER2-IHC 0乳腺癌细胞膜表面的HER2表达,从而将这些原本对T-DXd不敏感的肿瘤转化为敏感型,最终实现T-DXd的有效治疗?
这一科学问题的意义在于,它跳出了传统上通过基因工程过表达HER2的研究范式,转而探索通过药理学手段调控内源性HER2蛋白稳态的可行性。研究团队进一步开发了脂质纳米颗粒(Lipid Nanoparticles, LNPs)递送系统,分别封装了靶向FBXL2的小干扰RNA(siRNA)和小分子抑制剂(如GGTi-2418、酮康唑)。在临床前模型中,无论是通过基因沉默还是小分子药物抑制FBXL2的膜定位,均能有效上调HER2-IHC 0乳腺癌细胞的膜表面HER2表达,并将细胞从“HER2-IHC 0”状态逆转为“HER2-low”状态。与T-DXd联合使用后,在患者来源的类器官(PDOs)和异种移植瘤(PDX/CDX)模型中均观察到了显著且持久的肿瘤消退,甚至达到完全缓解。
【研究的必要性、挑战与展望】开展此项研究具有高度的必要性和紧迫性。首先,从临床需求出发,HER2-IHC 0乳腺癌患者群体庞大(约占TNBC的60%),目前缺乏有效的靶向治疗选择,T-DXd在此类患者中的失败率高,亟需新的治疗策略来改善其预后。其次,从科学理论层面,本研究填补了HER2蛋白降解调控网络中的关键空白,揭示了FBXL2作为核心调控节点的新角色,为理解HER2生物学提供了新视角。最后,从转化医学角度看,本研究提出的“靶向FBXL2联合T-DXd”策略,具有直接的临床转化潜力。由于GGTi-2418和酮康唑均为已知化合物,且LNP递送技术已相对成熟,这为快速推进至临床试验奠定了基础,有望在未来将T-DXd的适用范围扩展至HER2-IHC 0的广泛实体瘤患者。
当然,我们必须辩证地看待这一突破。首先,乳腺癌具有高度的异质性,FBXL2的表达水平和功能在不同患者、不同亚型中可能存在差异,其抑制是否在所有HER2-IHC 0肿瘤中均能有效逆转T-DXd敏感性,仍需在更广泛的患者样本中进行验证。其次,FBXL2本身具有复杂的生物学功能,抑制其活性可能带来脱靶效应或难以预料的副作用,需要在临床前阶段进行充分的安全性评估。此外,从机制到临床应用的转化之路漫长且充满挑战,包括药物的药代动力学优化、最佳联合治疗方案的确定以及大规模临床试验的验证等。
【本研究的创新价值与未来展望】本研究的核心科学问题在于:能否通过靶向调控HER2蛋白降解的关键分子FBXL2,逆转HER2-IHC 0乳腺癌对T-DXd的原发性耐药,从而拓展T-DXd这一高效ADC药物的临床应用范围?
本研究通过系统的功能基因组学筛选和机制阐明,首次揭示了FBXL2作为HER2的关键负调控因子,在HER2低表达乳腺癌中通过泛素-蛋白酶体途径促进HER2降解,从而介导T-DXd耐药。更重要的是,研究团队不仅停留在机制层面,还探索了利用小分子抑制剂(如GGTi-2418和酮康唑)或RNA干扰技术(siFBXL2)结合靶向递送系统(脂质纳米颗粒,LNPs)来抑制FBXL2功能,从而在临床前模型中成功将HER2-IHC 0的肿瘤转化为对T-DXd敏感的表型,并产生显著的肿瘤抑制效果。
这项研究的意义在于,它为解决HER2低表达/零表达乳腺癌,特别是TNBC这一难治亚型的治疗困境提供了全新的、具有转化潜力的策略。通过靶向FBXL2来“重塑”HER2表达,有望将T-DXd的应用人群从现有的HER2-low扩展至更广泛的HER2-negative患者群体,为无数原本无药可选的患者带来新的希望。尽管从基础发现到临床应用仍有许多挑战,但本研究无疑为乳腺癌的精准治疗开辟了一条极具前景的新路径。关键实验技术结果解析
研究问题与假说
德曲妥珠单抗(T-DXd)作为靶向HER2的抗体偶联药物,对HER2阳性和低表达乳腺癌疗效显著,但在HER2阴性乳腺癌(尤其是HER2-IHC 0型三阴性乳腺癌)中疗效有限,其临床应用面临瓶颈。本研究基于此提出核心假说:通过靶向抑制特定蛋白FBXL2,可能上调HER2表达,从而将HER2阴性乳腺癌转化为对T-DXd敏感的“HER2低表达”状态,为克服耐药提供新策略。
研究方法概述
研究团队综合运用了多种体外与体内模型验证假说。主要方法包括:- 基因水平干预:利用短发夹RNA(shRNA)或siRNA沉默FBXL2基因表达。- 小分子抑制剂筛选:通过虚拟筛选和实验验证,发现并测试了两种小分子抑制剂——GGTi-2418(一种抑制FBXL2膜定位的GGTase I抑制剂)和酮康唑(KCZ)(一种FDA批准的抗真菌药,经分析可结合GGTase I活性位点)。- 靶向递送系统构建:为解决小分子和siRNA在体内稳定性差、靶向性弱的问题,研究团队开发了脂质纳米颗粒(LNP)递送系统,将siFBXL2、GGTi-2418或KCZ封装其中,以实现肿瘤部位的富集。- 模型体系:研究涵盖了从细胞系(包括多种HER2阴性三阴性乳腺癌细胞系)、患者来源类器官(PDO)到细胞系来源异种移植(CDX)和患者来源异种移植(PDX)小鼠模型的多层次验证,并结合临床样本进行相关性分析。
核心结果分析与阐述
1. FBXL2是HER2表达的关键负调控因子,其高表达与T-DXd耐药相关
研究首先在分子层面证实了FBXL2与HER2的调控关系。在HER2阴性三阴性乳腺癌(TNBC)细胞中,蛋白酶体抑制剂能显著提升HER2水平,提示其降解是维持低表达的关键。通过筛选多种E3泛素连接酶,发现沉默FBXL2对HER2蛋白水平的提升效果最为显著(如图1a及扩展数据所示)。临床样本分析进一步支持这一发现,在人类乳腺癌组织芯片中,FBXL2与HER2的蛋白表达呈显著负相关,且FBXL2水平随HER2表达降低而逐步升高(图1b-e)。细胞实验显示,沉默FBXL2不仅提升了HER2总蛋白水平,更关键的是显著增加了HER2在细胞膜表面的表达量(图1h-k),这正是T-DXd发挥药效所必需的靶点定位。
2. 靶向抑制FBXL2可显著增敏HER2阴性乳腺癌对T-DXd的反应
在功能验证上,沉默FBXL2成功将原本对T-DXd耐药(IC50 > 10 μg/ml)的HER2阴性细胞(如MDA-MB-231),转变为对T-DXd敏感(IC50显著下降)的状态(图1l)。这一增敏效应在集落形成实验和其他HER2阴性细胞系中均得到重复验证(扩展数据图1-2)。值得注意的是,该策略不仅适用于三阴性乳腺癌,在部分HER2阴性/低表达的激素受体阳性乳腺癌细胞(如MCF-7)中同样有效,扩大了潜在的受益人群范围。
3. 开发LNP递送系统实现高效肿瘤靶向,为体内应用奠定基础
为将上述发现推向临床应用,研究团队设计了LNP递送系统。siFBXL2@LNP表现出均一的粒径(70-80 nm)、高封装效率和良好的稳定性(扩展数据图3)。体外实验证实,LNP能被乳腺癌细胞高效摄取,并有效逃逸溶酶体,从而成功沉默FBXL2并上调HER2(图2a,b)。关键的体内药代动力学和生物分布研究显示,Cy7标记的siFBXL2@LNP在血液循环中时间更长,并能显著富集于肿瘤组织,而在主要器官中积累极少(图2c-g)。在动物模型中,静脉注射siFBXL2@LNP能有效降低肿瘤内FBXL2表达并提升膜表面HER2水平(图2h,i),为后续联合用药提供了可靠的递送工具。
4. FBXL2通过促进HER2泛素化降解调控其表达,并依赖膜定位发挥功能
机制研究深入揭示了FBXL2的作用方式。FBXL2作为E3泛素连接酶,能与HER2直接结合,并促进其发生K48位连接的多聚泛素化,进而通过蛋白酶体途径降解HER2(图4)。研究进一步发现,FBXL2的膜定位(通过CaaX基序的修饰)对其功能至关重要,膜定位缺陷的突变体(FBXL2-C420S)无法有效降解HER2(图6a,b)。更重要的是,FBXL2的膜定位不仅影响HER2蛋白稳定性,还通过表观遗传调控(如提升H3K4me2/3水平)抑制HER2基因(ERBB2)的转录(扩展数据图6),实现了从转录到蛋白降解的双重负调控。
5. 体内联合治疗诱导HER2阴性肿瘤的显著且持久消退
在多个临床前模型中,靶向抑制FBXL2与T-DXd的联合治疗展现出惊人的抗肿瘤效果。- 在siFBXL2@LNP联合T-DXd治疗中:无论是CDX还是PDX模型,单独使用任何一种均效果甚微,但联合治疗诱导了肿瘤的快速且持续消退,完全缓解率(CR)高达90%(CDX)和83%(PDX),并显著延长了荷瘤小鼠的生存期(图3)。- 在GGTi-2418@LNP和KCZ@LNP联合T-DXd治疗中:这两种小分子抑制剂同样能通过阻断FBXL2膜定位来上调HER2。与siRNA不同,GGTi-2418和KCZ本身具有一定的抗肿瘤活性。联合T-DXd后,在CDX和PDX模型中均观察到肿瘤的几乎完全根除(图7, 图8)。KCZ作为已上市药物,其LNP制剂联合T-DXd同样显示出强大的肿瘤抑制效果。
与结论
本研究系统阐明了靶向抑制FBXL2可克服HER2阴性乳腺癌对T-DXd耐药的可行性与有效性。通过上调HER2表达,将HER2阴性肿瘤转化为对T-DXd敏感的“HER2低表达”状态。研究不仅揭示了FBXL2通过泛素化降解和转录抑制双重机制负调控HER2的关键作用,更创新性地利用LNP递送系统,实现了siRNA及小分子抑制剂(GGTi-2418、KCZ)的肿瘤靶向递送。在临床前模型中,无论是通过基因沉默还是小分子抑制剂阻断FBXL2,与T-DXd的联合治疗均能诱导HER2阴性乳腺癌(包括三阴性乳腺癌)的显著肿瘤消退,为解决HER2阴性肿瘤对T-DXd不响应的临床难题提供了全新的治疗策略。 尤其是利用FDA批准药物KCZ的潜在转化路径,为未来临床开发奠定了坚实的基础。图注翻译
图 1 | FBXL2的沉默导致HER2在质膜上的表达增加,并使HER2-0 TNBC细胞对T-DXd敏感。(A) TNBC细胞(MDA-MB-231、MDA-MB-468、Hs578T、SUM159或HCC1806)分别用MG132(10 μM)处理10小时或氯喹(CLQ,45 μM)处理36小时后进行蛋白质印迹分析。p21和LC3B分别用作MG132和CLQ处理的阳性对照。(B) HER2阳性乳腺癌细胞系SKBR3、HER2低表达乳腺癌细胞系MDA-MB-453以及TNBC细胞(MDA-MB-231、MDA-MB-468、Hs578T或SUM159)进行蛋白质印迹分析。(C-E) 含有人类乳腺癌标本(n=74)的组织微阵列(TMA)切片进行免疫组化(IHC)检测以测试HER2和FBXL2的表达,随后进行基于秩的逆正态变换后的双尾皮尔逊相关分析。IHC检测的数据通过平均光密度(AOD)进行量化,并以均值±标准误表示。(F, G) 稳定表达针对FBXL2的短发夹RNA(shRNA,1或2)或对照(-)的TNBC细胞(MDA-MB-231和MDA-MB-468)进行蛋白质印迹分析。MDA-MB-453(HER2-2+)或MDA-MB-175(HER2-1+)细胞用作对照(F)。来自三次独立实验的HER2蛋白表达水平已量化。数据以均值±标准差表示(G)。(H-J) MDA-MB-231或MDA-MB-468稳定细胞,如图所示,进行流式细胞术分析。MDA-MB-453(HER2-2+)细胞用作对照(H和I)。HER2的平均荧光强度(MFI)已量化,来自三次独立实验的数据以均值±标准差表示(J);HER2–APC,HER2–别藻蓝蛋白。(K) MDA-MB-231稳定细胞进行胞浆(CYTO)和质膜(PM)分离,随后进行蛋白质印迹分析。GAPDH和Na/K-ATPase分别用作胞浆和质膜的上样对照。(L) 乳腺癌细胞(SKBR3、MDA-MB-453、MDA-MB-231或MDA-MB-468稳定细胞)用IgG-DXd或T-DXd处理7天,并进行MTS分析以确定IC50。来自三次独立实验的数据以均值±标准差表示。图中的印迹是两次(A和B)或三次(F和K)独立实验的代表性结果。统计分析采用单因素(D, G和J)和双因素(L)方差分析及Tukey多重比较检验;NS,无显著性差异。
图 2 | 用于递送siFBXL2至TNBC的脂质纳米颗粒(LNPs)工程化。(A, B) 用LNP(-)、siCtrl@LNP或siFBXL2@LNP转染MDA-MB-231和MDA-MB-468细胞24小时后进行蛋白质印迹分析(A),相关蛋白表达水平已量化。来自三次独立实验的数据以均值±标准差表示(B)。(C, D) Cy7-siFBXL2和Cy7-siFBXL2@LNP在静脉注射至小鼠尾静脉后血液中的近红外荧光(NIRF)图像(C)和量化荧光强度(D),显示其药代动力学特征。数据以均值±标准误表示(n=4/组)。(E-G) Cy7-siFBXL2@LNP(0.5 mg/kg体重)在MDA-MB-231荷瘤小鼠体内不同时间静脉给药后的生物分布(E),24小时后的肿瘤和主要器官(F)及荧光强度量化(G)。数据以均值±标准误表示(n=4/组)。(H, I) 携带MDA-MB-231来源的异种移植瘤的小鼠按实验方案(扩展数据图4b)每两天静脉注射siFBXL2@LNP或siCtrl@LNP(0.5 mg/kg体重)三次。处死小鼠,解剖肿瘤并进行IHC分析(H)。数据通过AOD量化,以均值±标准误表示(I;n=4/组)。(J, K) HER2-0 TNBC患者来源类器官(PDOs)用siFBXL2@LNP或siCtrl@LNP处理24小时,随后用T-DXd或对照IgG-DXd处理7天。显示两个PDOs的代表性图像。通过CellTiter-Luminescent细胞活力测定法确定细胞活力。来自三次实验的数据以均值±标准差表示。统计分析采用未配对双尾t检验(D和I)或单因素方差分析及Tukey多重比较检验(B, G, J和K)。
图 3 | 联合siFBXL2@LNP和T-DXd治疗诱导HER2-0细胞来源和患者来源异种移植瘤的稳健且持久的消退。(A) 药物给药方案示意图。(B-D) 携带MDA-MB-231异种移植瘤(约50 mm³;n=5/组)的小鼠静脉注射siFBXL2@LNP或siCtrl@LNP(0.5 mg/kg体重,每两天三次)和T-DXd或IgG-DXd(4 mg/kg体重,一次),如图所示。肿瘤照片(B)、肿瘤生长曲线(C)和肿瘤重量(D)如图所示。数据以均值±标准误表示。(E, F) MDA-MB-231肿瘤进行IHC分析和TUNEL染色。显示代表性图像(E)。染色阳性细胞被量化,数据以均值±标准误表示(F;n=5(对照组、siFBXL2@LNP组和T-DXd组)和n=4(siFBXL2@LNP+T-DXd组))。(G, H) 携带MDA-MB-231异种移植瘤(约180 mm³)的小鼠按所示组合静脉注射各种治疗。在该过程中,一个疗程包括给予siFBXL2@LNP或siCtrl@LNP(0.5 mg/kg体重)每两天三次,以及给予T-DXd或IgG-DXd(4 mg/kg体重)一次。治疗持续直至肿瘤达到1,500 mm³(伦理终点)或0 mm³(完全缓解,CR)。肿瘤体积数据(G)和生存曲线(H)如图所示。siFBXL2@LNP+T-DXd组合组中的一只小鼠在第155天因癌症无关的自然原因死亡。数据以均值±标准误表示(n=10/组)。(I-L) 携带TNBC PDX肿瘤的小鼠按指示静脉注射(I)。肿瘤照片(J)、肿瘤重量(K)和肿瘤生长曲线(L)如图所示。数据以均值±标准误表示(对照组、siFBXL2@LNP组和T-DXd组n=5,siFBXL2@LNP+T-DXd组n=6)。统计分析采用未配对双尾t检验(H)和单因素(D, F和K)或双因素(C, G和L)方差分析及Tukey多重比较检验。
图 4 | FBXL2与HER2结合并促进HER2蛋白酶体降解。(A) SKBR3(HER2-IHC 3+)或MDA-MB-453(HER2-IHC 2+)稳定细胞表达靶向FBXL2的shRNA(1或2)或对照(-)后进行蛋白质印迹分析。(B) SKBR3或MDA-MB-453稳定细胞表达HA–FBXL2WT(野生型)、HA–FBXL2∆F(缺失F-box结构域)或对照(-)后进行蛋白质印迹分析。(C, D) SKBR3或MDA-MB-453稳定细胞表达HA–FBXL2或载体对照(Vec),用50 μg/ml放线菌酮(CHX)处理指定时间后进行蛋白质印迹分析(C)。HER2蛋白水平被量化,数据已绘制。来自两次独立实验的数据已呈现(D)。(E, F) SKBR3或MDA-MB-453稳定细胞表达HA–FBXL2,用10 μM MG132处理10小时或45 μM CLQ处理36小时后进行蛋白质印迹分析。(G, H) SKBR3细胞用10 μM MG132处理10小时后进行内源性免疫沉淀(IP)及蛋白质印迹分析。图中的印迹是两次独立实验的代表性结果;IB,免疫印迹。(I, J) SKBR3细胞稳定表达HA–FBXL2或Flag–HER2,用10 μM MG132处理10小时后进行IP及蛋白质印迹分析。(K) HEK293T细胞共转染His–ubiquitin、Flag–HER2和shCtrl或shFBXL2(1或2)表达质粒24小时。然后用10 μM MG132处理10小时后进行IP及蛋白质印迹分析。(L) HEK293T细胞共转染His–ubiquitin、Flag–HER2和HA–FBXL2WT或HA–FBXL2∆F表达质粒24小时。然后用10 μM MG132处理10小时后进行IP及蛋白质印迹分析。(M) HEK293T细胞共转染Flag–HER2、HA–FBXL2和野生型His–ubiquitin、His–ubiquitin-K48突变体或His–ubiquitin-K63突变体表达质粒24小时。然后用10 μM MG132处理10小时后进行IP及蛋白质印迹分析。(N) 进行了体外泛素化实验。反应混合物进行蛋白质印迹分析。图(A, B, E, F和I–N)是三次独立实验的代表性结果。
图 5 | FBXL2与HER2的R814结合,促进HER2 K747位点的多聚泛素化。(A) 本研究中使用的FBXL2缺失突变体示意图。(B) HEK293T细胞共转染Flag–HER2和野生型HA–FBXL2或指定的HA–FBXL2突变体表达质粒24小时。然后用10 μM MG132处理10小时后进行IP及蛋白质印迹分析。(C) 本研究中使用的ERBB2缺失突变体示意图;ECD,胞外域;TM,跨膜域;JM,近膜域。(D, E) HEK293T细胞共转染HA–FBXL2和野生型Flag–HER2或指定的Flag–HER2突变体表达质粒24小时。然后用10 μM MG132处理10小时后进行IP及蛋白质印迹分析。(F) HEK293T细胞共转染指定表达质粒24小时后进行蛋白质印迹分析。(G–I) HEK293T细胞共转染指定表达质粒24小时,然后用10 μM MG132处理10小时后进行IP及蛋白质印迹分析。(J, K) HEK293T细胞共转染指定表达质粒24小时。然后进行蛋白质半衰期测定(J)。量化后的HER2蛋白水平已绘制,来自两次独立实验的数据已呈现(K)。图(B, D和E–I)是三次独立实验的代表性结果;WT,野生型。
图 6 | FBXL2-C420S(靶向质膜缺陷)无法促进HER2降解,且GGTi-2418通过抑制FBXL2膜定位使HER2-0 TNBC细胞对T-DXd治疗敏感。(A) HEK293T细胞共转染指定表达质粒24小时,用10 μM MG132处理10小时后进行IP及蛋白质印迹分析。(B, C) SKBR3或MDA-MB-453稳定细胞表达HA–FBXL2WT、HA–FBXL2-C420S或对照(-),进行蛋白质印迹分析(B)或RT–qPCR检测(C)。RT–qPCR检测的数据来自三次独立实验,以均值±标准差表示。(D, E) MDA-MB-231细胞用指定剂量的GGTi-2418处理或处理指定时间后进行蛋白质印迹分析。(F–H) MDA-MB-231或MDA-MB-468细胞用15 μM GGTi-2418处理16小时。然后进行蛋白质印迹分析(F和G)。MDA-MB-453或MDA-MB-175细胞用作阳性对照。HER2蛋白水平被量化,来自三次独立实验的数据以均值±标准差表示(H)。(I–K) MDA-MB-231或MDA-MB-468细胞用15 μM GGTi-2418处理16小时后进行流式细胞术分析(I和J)。HER2的平均荧光强度(MFI)已量化,来自三次独立实验的数据以均值±标准差表示(K)。(L) MDA-MB-231或MDA-MB-468细胞用15 μM GGTi-2418处理16小时后进行胞浆和质膜分离,随后进行蛋白质印迹分析。MDA-MB-453或MDA-MB-175细胞用作阳性对照。(M) 在用15 μM GGTi-2418预处理16小时后,MDA-MB-231或MDA-MB-468细胞用指定剂量的T-DXd或IgG-DXd处理6–7天,并通过MTS分析进行检测。数据以均值±标准差表示。(N, O) MDA-MB-231或MDA-MB-468细胞用15 μM GGTi-2418预处理16小时,随后用10 μg/ml T-DXd或IgG-DXd孵育14-21天后进行集落形成实验。数据以均值±标准差表示;比例尺,1 cm。统计分析采用单因素(C, H, K和O)或双因素(M)方差分析及Tukey多重比较检验。图(A, B和D–G)是三次独立实验的代表性结果。
图 7 | GGTi-2418@LNP联合T-DXd治疗诱导HER2-0 TNBC异种移植瘤的显著消退。(A) 携带MDA-MB-231肿瘤(50-100 mm³,n=3/组)的小鼠静脉注射LNP(-;等量)或GGTi-2418@LNP(20 mg/kg体重,每天一次,两次)按照实验方案(扩展数据图7j)进行。然后处死小鼠,肿瘤进行胞浆和质膜分离,随后进行蛋白质印迹分析。(B, C) PDOs用GGTi-2418@LNP或LNP处理24小时后,用T-DXd或IgG-DXd孵育7天。显示PDOs的代表性图像(B)。通过CellTiter-Luminescent细胞活力测定法确定细胞活力。来自三次实验的数据以均值±标准差表示(C)。(D–J) 携带MDA-MB-231或MDA-MB-468肿瘤的小鼠静脉注射LNP(-)或GGTi-2418@LNP(20 mg/kg体重,每天一次,两次)和T-DXd或IgG-DXd(4 mg/kg体重,一次),按照实验方案进行(D)。肿瘤照片(E和H)、肿瘤生长曲线(F和I)和肿瘤重量(G和J)显示。数据以均值±标准误表示。(K–P) 携带TNBC PDX肿瘤(PDX1,n=5/组;PDX2,n=6/组)的小鼠按所示方案静脉注射药物(扩展数据图8a, b)。每3天测量一次肿瘤体积。肿瘤照片(K和N)、生长曲线(L和O)和肿瘤重量(M和P)显示。数据以均值±标准误表示。统计分析采用单因素(C, G, J, M和P)或双因素(F, I, L和O)方差分析及Tukey多重比较检验。
图 8 | KCZ@LNP阻断FBXL2的膜定位,KCZ@LNP联合T-DXd诱导HER2-0 TNBC异种移植瘤的显著消退。(A) GGTi-2418或KCZ与GGTase I分子对接模型的化学结构。咪唑基用红圈标出。(B, C) MDA-MB-231细胞用KCZ处理指定剂量(B)或时间(C)后进行蛋白质印迹分析。图中的印迹是三次独立实验的代表性结果。(D, E) MDA-MB-231或MDA-MB-468细胞用12.5 μM(6.64 μg/ml)KCZ处理48小时后进行蛋白质印迹分析(D)。MDA创新特色
【研究背景与核心发现】发表于《Nature Cancer》的一项突破性研究揭示,靶向抑制F-box蛋白FBXL2可显著增强HER2阴性乳腺癌细胞对德曲妥珠单抗(trastuzumab deruxtecan, T-DXd)的敏感性。该研究发现,FBXL2通过促进HER2蛋白的泛素化降解,维持HER2低表达状态,从而限制T-DXd的疗效。通过小分子抑制剂或脂质纳米颗粒(LNP)介导的FBXL2抑制,可有效上调HER2表达,将HER2免疫组化0分(HER2-IHC 0)的肿瘤转化为HER2低表达状态,进而实现对T-DXd的响应。
【创新机制:FBXL2作为HER2降解的关键调控因子】研究首次证实FBXL2是HER2信号通路中的一个负调控因子。机制研究表明,FBXL2作为E3泛素连接酶,通过其LRR结构域与HER2的激酶域结合,识别HER2的精氨酸814(R814)位点,进而促进HER2在赖氨酸747(K747)位点的K48连接多聚泛素化,最终导致HER2通过蛋白酶体途径降解。此外,FBXL2的膜定位(依赖其CaaX模体的异戊烯化修饰)对其调控HER2的稳定性及ERBB2基因转录抑制均至关重要。这一发现揭示了HER2蛋白稳态调控的新机制,为理解HER2阴性乳腺癌的耐药性提供了分子基础。
【治疗策略拓展:小分子抑制剂与LNP递送系统的协同作用】研究团队筛选并验证了两种FBXL2膜定位抑制剂:GGTi-2418(GGTase I抑制剂)和已获批的抗真菌药酮康唑(ketoconazole, KCZ)。两者均可通过阻断FBXL2的膜定位,显著提升HER2-IHC 0乳腺癌细胞的HER2表达水平,使其对T-DXd的敏感性提高数倍。为克服小分子药物体内稳定性差的问题,研究创新性地开发了脂质纳米颗粒(LNP)递送系统。该系统能高效封装GGTi-2418、KCZ或siFBXL2,并实现肿瘤组织的靶向富集。在HER2-IHC 0的三阴性乳腺癌(TNBC)细胞系、患者来源类器官(PDO)及异种移植瘤(CDX/PDX)模型中,联合应用LNP递送的抑制剂与T-DXd均诱导了肿瘤的显著消退,部分模型达到完全缓解(CR),且未观察到明显毒性。这为将T-DXd的适应症从HER2阳性/低表达乳腺癌拓展至HER2阴性乳腺癌提供了可行的临床转化路径。
【临床转化价值】本研究的核心价值在于将HER2阴性乳腺癌(尤其是HER2-IHC 0亚型)这一传统上对T-DXd不敏感的群体,转化为潜在的治疗受益者。通过靶向FBXL2,不仅逆转了HER2的低表达状态,还为克服肿瘤异质性导致的耐药性提供了新策略。鉴于T-DXd已获批用于HER2阳性及低表达乳腺癌,并在多种实体瘤中开展临床试验,该联合策略有望为更广泛的HER2表达谱患者带来治疗希望。此外,KCZ作为FDA已批准药物,其与LNP的结合应用可能加速该策略的临床验证进程。
样本来源
:HER2-0型三阴性乳腺癌(TNBC)手术或活检组织,经病理验证HER2免疫组化(IHC)评分为0。组织处理
:新鲜肿瘤组织经机械剪切后,使用胶原酶(如胶原酶IV)和透明质酸酶进行酶解消化,以获得单细胞悬液或微组织块。培养体系
:将消化后的细胞与基底膜基质(如Matrigel)混合,接种于预涂Matrigel的96孔板中。使用专用类器官培养基(如AimingMed或K2 Oncology的培养基),配方包含基础培养基(如DMEM/F12)、生长因子(EGF, FGF, Noggin等)、Rho激酶抑制剂(Y-27632)及抗生素。培养基每2-4天更换一次。培养条件
:在37°C、5% CO₂的加湿培养箱中培养,直至类器官生长至直径70-100μm。药物处理与检测
:预处理
:类器官用实验制剂(如siFBXL2@LNP、GGTi-2418@LNP或KCZ@LNP)预处理24-48小时。联合治疗
:加入T-DXd(10 μg/ml)或IgG-DXd对照,培养6-8天。
活力检测:使用CellTiter-Glo®发光法细胞活力检测试剂盒(CellTiter-Luminescent cell viability assay)定量测定类器官内ATP含量,转化为荧光信号,评估细胞活性。通过对比实验组与对照组的发光值,计算相对抑制率。
脂质纳米颗粒(LNP)的制备与表征
LNP配方:采用微流控混合技术制备。有机相(乙醇)溶解阳离子/可电离脂质(DLin-MC3-DMA)、磷脂(DSPC)、胆固醇和PEG修饰磷脂(mPEG2000-DSPE),摩尔比为50:37.5:10:2.5。水相为溶解在柠檬酸缓冲液(pH 4.0)中的siRNA(或小分子药物如GGTi-2418、KCZ)。混合与纯化
:有机相与水相(体积比1:3)通过微流控装置(流速12 ml/min)快速混合。所得混合物通过透析和超滤去除残留乙醇,最终得到包载siRNA或小分子药物的LNP悬浮液(siFBXL2@LNP、GGTi-2418@LNP、KCZ@LNP)。表征
:粒径与多分散指数(PDI)
:使用动态光散射仪(如Zetasizer Nano ZS90)测定,目标粒径为60-80 nm,PDI < 0.2。形态
:通过透射电子显微镜(TEM,如JEM-2100Plus)观察,使用2%磷钨酸负染色,确认球形形态。包封率
:siRNA包封率通过Quant-iT RiboGreen RNA荧光试剂盒测定,通常>90%。小分子药物包封率通过高效液相色谱(HPLC,如SHIMADZU LC-2050C)测定。
稳定性:在4°C下储存至少28天,定期监测粒径和PDI的变化。
体内药代动力学与生物分布研究
动物模型:BALB/c裸鼠皮下接种MDA-MB-231乳腺癌细胞,形成移植瘤(约100 mm³)。标记与给药
:Cy7荧光标记的siFBXL2或Cy7-siFBXL2@LNP,或未标记的GGTi-2418@LNP,经尾静脉注射(i.v.)。数据采集
:药代动力学(PK)
:注射后不同时间点(如1, 6, 12, 24小时)采集血液样本。对于Cy7标记物,使用IVIS Lumina III成像系统进行近红外荧光(NIRF)成像和定量分析。对于小分子药物(如GGTi-2418),血液经离心、蛋白沉淀(使用乙腈)处理后,通过HPLC检测药物浓度,计算半衰期(t1/2)、清除率(CL)和药时曲线下面积(AUC)。
生物分布:在预设时间点处死动物,采集肿瘤及主要器官(心、肝、脾、肺、肾)。对于Cy7标记物,进行离体NIRF成像和荧光强度定量。对于小分子药物,器官组织经匀浆和蛋白沉淀后,通过HPLC测定药物浓度,评估肿瘤靶向富集效率。
蛋白相互作用与泛素化分析
免疫共沉淀(Co-IP):细胞处理
:用蛋白酶体抑制剂MG132(10 μM)处理细胞10小时,以稳定泛素化蛋白。裂解与孵育
:细胞经EBC裂解缓冲液(含蛋白酶抑制剂)裂解。针对过表达蛋白(如HA-FBXL2、Flag-HER2),使用抗HA磁珠或抗Flag M2亲和凝胶进行免疫沉淀。针对内源性蛋白,使用抗FBXL2或抗HER2抗体预孵育,再结合Protein A/G磁珠。洗脱与检测
:洗涤后,沉淀物通过Western blotting检测目标蛋白(如HER2、FBXL2)的相互作用。泛素化分析
:体内泛素化
:HEK293T细胞共转染Flag-HER2、HA-FBXL2(野生型或F-box突变体ΔF)及His-泛素质粒。用MG132处理后裂解细胞,用抗Flag或抗HA珠进行IP,Western blotting检测His-泛素信号,确认HER2的多聚泛素化水平。体外泛素化
:从MG132处理的细胞中免疫沉淀HA-FBXL2或HA-FBXL2ΔF蛋白,与纯化的HER2蛋白、泛素活化酶(E1)、泛素结合酶(E2)、泛素和ATP在体外反应体系中孵育。反应产物经Western blotting检测HER2的泛素化修饰。
泛素链类型:使用His-泛素(野生型、K48R突变型或K63R突变型)质粒,通过Co-IP检测K48或K63连接的泛素链。
体内抗肿瘤疗效评估(CDX/PDX模型)
模型建立:细胞系衍生异种移植(CDX)模型
:将MDA-MB-231或MDA-MB-468细胞(1×10⁶–5×10⁶细胞)与基质胶混合,皮下接种于雌性BALB/c裸鼠右侧背部。患者来源异种移植(PDX)模型
:取HER2-0 TNBC患者手术组织,切成1 mm³小块,皮下植入裸鼠或NSG(免疫缺陷)小鼠体内进行传代。治疗方案
:当肿瘤体积达到50-180 mm³时,开始治疗。尾静脉注射给予:(1) siFBXL2@LNP(0.5 mg/kg,每2天一次,共3次);(2) GGTi-2418@LNP(20 mg/kg,每天一次,共2次);(3) KCZ@LNP(10 mg/kg,每天一次,共2次);(4) T-DXd(4 mg/kg,单次)。对照组注射相应LNP或IgG-DXd。治疗周期根据研究设计设定,直至肿瘤达到伦理终点(约1500 mm³)或完全消退(CR)。疗效监测
:肿瘤体积
:每3天用游标卡尺测量长径(L)和短径(W),按公式V = (L × W²)/2计算体积,绘制生长曲线。组织学分析
:治疗终点处死动物,肿瘤组织经固定、石蜡包埋、切片。进行:免疫组化(IHC)
:检测Ki67(增殖标记)、cleaved caspase-3(凋亡标记)、HER2、FBXL2等蛋白表达。TUNEL染色
:使用TUNEL试剂盒检测DNA断裂,评估细胞凋亡。H&E染色
:评估主要器官(心、肝、脾、肺、肾)的组织病理学变化,评估安全性。
生存分析:记录动物死亡时间,绘制Kaplan-Meier生存曲线,进行log-rank检验。
虚拟筛选与分子对接
靶点模型构建:由于GGTase I(GGTase I)缺乏晶体结构,使用AlphaFold预测GGTase I β亚基结构,并参考已知的法尼基转移酶(PDB: 3E37)结构,通过MODELLER软件构建GGTase I α/β复合物模型,再进行能量优化(Gromacs)。虚拟筛选平台
:使用DrugRep虚拟筛选平台,对FDA批准的药物库(DrugBank v5.1.11,2,614个药物)进行筛选。筛选策略
:基于配体
:以已知抑制剂GGTi-2418为模板,进行相似性搜索。基于结构
:使用AutoDock Vina软件,将每个药物分子对接到GGTase I活性位点(含Zn²⁺离子)。筛选标准包括:药物能与活性位点形成配位键(如通过咪唑基团)并具有高对接亲和力。
结果验证:对虚拟筛选出的前5名候选药物(KCZ、尼洛替尼、非尼达唑、毛果芸香碱、唑来膦酸)进行体外实验验证,检测其对HER2表达的影响及与T-DXd的协同作用。
类器官技术:您可以将类器官想象为肿瘤的“微型副本”。它们是在实验室中从患者肿瘤组织培养出来的3D细胞团,保留了原始肿瘤的基因特征和结构复杂性。与传统的2D细胞培养相比,类器官能更真实地模拟体内肿瘤微环境,因此在药物筛选中预测临床反应的准确性更高,被誉为“患者替身”。脂质纳米颗粒(LNP)
:LNP是一种像“快递包裹”一样的纳米载体。它由脂质外壳包裹核酸或小分子药物,能保护药物不被血液中的酶降解,并通过增强的渗透和滞留(EPR)效应,在肿瘤部位富集。其“可电离脂质”成分在血液中呈中性(减少毒性),进入肿瘤细胞后酸化释放内容物,实现高效递送。mRNA新冠疫苗的成功就是LNP技术应用的典范。虚拟筛选
:这是一种“计算机模拟药物筛选”方法。就像在数百万种药物中用超级计算机进行“虚拟对接实验”,预测哪些药物分子能像钥匙一样精确地插入目标蛋白(GGTase I)的“锁孔”中,从而快速锁定候选药物,大大缩短新药研发的周期和成本。
Targeted inhibition of FBXL2 confers susceptibility of HER2-negative breast cancer to trastuzumab deruxtecanNature Cancer2024年11月23日(接收日期,根据在线发表惯例推断)10.1038/s43018-025-01112-zMengmeng Niu,四川大学生命科学学院本研究揭示靶向抑制FBXL2可提升HER2阴性乳腺癌对德曲妥珠单抗的敏感性,为HER2-0亚型肿瘤提供了新的治疗策略。
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