TP63

11月5日，成都医学院陈虎研究团队在期刊《Cell Death&Disease》上发表了研究论文，题为“ΔNp63α promotes radioresistance in esophageal squamous cell carcinoma through the PLEC-KEAP1-NRF2 feedback loop”，在本研究中，研究人员发现ΔNP63α在ESCC中高度表达，并与放射耐药相关。此外，ΔNP63α在放射耐药中发挥关键作用，可直接激活PLEC的表达。PLEC与KEAP1竞争性相互作用，导致NRF2从KEAP1中释放并从细胞质转移到核内，在那里激活基因表达以促进ROS消除。此外，放射治疗诱导的ROS还可通过NRF2激活ΔNP63α的表达。通过抑制NRF2，可有效改善裸鼠的放射敏感性。综合研究结果，强烈表明ΔNp63α/PLEC/NRF2轴在ESCC的放射耐药中起着关键作用，这表明靶向NRF2是治疗ESCC的一种有前途的治疗方法。 https://www.nature.com/articles/s41419-024-07194-4 背景信息 01 食管癌是全球第六大癌症相关死亡原因。根据组织病理学特征，食管癌可分为鳞状细胞癌（ESCC）和腺癌（ESCA）两种类型。全球近70%的食管癌病例发生在中国，其中90%为ESCC病例。在过去的十年中，靶向ESCC的早期诊断和治疗的临床方法已经发生了演变，在所有阶段都出现了新的范式取代传统方法。然而，超过50%的ESCC患者对目前的治疗方法反应不佳，大多数患者死于复发性癌症。ESCC被认为对抗癌疗法具有耐药性。越来越多的证据表明，ESCC容易产生放射性耐药，导致放疗失败。因此，了解放射性耐药的机制对于开发ESCC的新型治疗策略至关重要。 p63蛋白是由TP63基因编码的，是p53/p63/p73家族的成员，是表皮分化过程中的关键调节因子。p63也是鳞状细胞癌（SCC）中依赖于谱系的癌基因。TP63基因通过不同的启动子产生两种主要的异构体，TAp63和N-端截短的ΔNp63。ΔNp63α是TP63在表皮细胞和SCC（包括ESCC）中表达的主要异构体。ΔNp63α通过激活β-连环蛋白/c-Myc信号通路来促进ESCC细胞的侵袭和转移。ΔNp63α还通过Akt信号通路或DKK3/CKAP4促进ESCC细胞的生长。据报道，ΔNp63α在ESCC患者中的表达与生存率相关。然而，ΔNp63α是否参与ESCC的治疗耐药目前尚不清楚。 ΔNp63α通过降低放疗诱导的ROS来促进食管鳞癌的辐射耐药 02 为了评估ΔNp63α在放疗中的关键作用，研究人员首先筛选了一组ESCC细胞系，并选择了表达低水平（KYSE30和KYSE150）和高水平（KYSE180和KYSE450）ΔNp63α的两个细胞系。接下来，研究人员对细胞进行照射并测量细胞存活率。如图1B所示，ΔNp63α表达水平较高的KYSE450细胞在照射后表现出较高的存活率，而ΔNp63α表达水平较低的KYSE150细胞则没有。10 Gy的照射导致KYSE150细胞中ΔNp63α蛋白轻微升高，但未影响KYSE450细胞中的ΔNp63α表达。相反，ΔNp63α敲低显著降低了细胞在放疗后的存活率。另外，野生型ΔNp63α的过表达，但不是转录激活缺陷型突变体（R304W），在放疗时显著提高了细胞存活率。这些结果表明，ΔNp63α在ESCC的放疗耐药中起着关键作用。 图1：ΔNp63α通过抑制放疗诱导的ROS来促进辐射耐药性 放射疗法主要通过离子辐射和活性氧分子（ROS）引起的DNA损伤来发挥治疗作用，通过自由基破坏DNA的化学键。因此，DNA损伤检查点响应在细胞辐射敏感性中起着关键作用。在ΔNp63α过表达的KYSE150细胞中，由辐射引起的检查点蛋白ATM和CHK2的激活磷酸化显著增加，而在ΔNp63α敲除的KYSE450细胞中则降低，这表明ΔNp63α促进对DNA损伤的检查点激活。此外，在ΔNp63α敲除的KYSE450细胞中，由辐射引起的活性氧分子显著升高。通过N-乙酰半胱氨酸（NAC）清除活性氧分子可显著提高细胞存活率，并抑制由辐射引起的p-AMT和p-CHK2的表达。据报道，ΔNp63α激活RAD51（一种重组酶）以维持基因组完整性。研究人员在ΔNp63α敲除的KYSE450细胞中恢复了RAD51的表达，发现RAD51在一定程度上，但并非完全逆转了辐射治疗后的细胞存活率。然而，RAD51的恢复结合ROS清除完全恢复了辐射引起的细胞生存抑制，这表明RAD51在不解决ROS诱导的损伤的情况下并不足以发挥作用。总之，这些数据表明ΔNp63α通过减少放疗诱导的ROS来促进放射耐药性。 靶向NRF2抑制ΔNp63α介导的辐射耐药 03 为了研究激活或抑制NRF2对ROS水平和细胞存活率的影响，研究人员分别用SFN或ML385处理KYSE150或KYSE450细胞。研究显示，SFN激活NRF2明显降低了ROS水平，尽管这并未显著改善细胞存活率。相反，ML385抑制NRF2导致ROS水平显著升高，细胞存活率显著降低。这些结果表明，较低的内源性ROS水平可能不会显著影响细胞存活率。然而，在KYSE150细胞接受辐射治疗后，随着ROS水平的升高，细胞存活率明显降低。使用SFN或NAC可有效中和辐射诱导的ROS并显著改善细胞存活率。相反，ML385抑制NRF2进一步升高了辐射诱导的ROS。尤其是，NAC治疗几乎完全恢复了辐射后的细胞存活率。这些发现强调了NRF2在维持ROS水平和支持细胞存活方面的关键作用。 为了研究ΔNp63α和NRF2对食管鳞状细胞癌（ESCC）进展的影响，研究人员通过向裸鼠皮下注射转染的ESCC细胞来建立异种移植模型，并通过照射和NRF2抑制剂ML385进行治疗。研究显示，ΔNp63α的过表达可促进肿瘤生长和体重增加。照射显著降低了肿瘤生长和体重，而过表达ΔNp63α则在照射后促进肿瘤生长。照射结合NRF2抑制可显著抑制ΔNp63α介导的肿瘤生长，表明NRF2抑制可对抗ΔNp63α介导的辐射耐药。此外，免疫组织化学检测显示，照射后，ΔNp63α增加了Ki67+细胞并减少了Cleaved Caspase-3+（CC3）凋亡细胞，而NRF2抑制剂与照射结合则显著减少了Ki67+细胞并增加了CC3+凋亡细胞。这些结果表明，NRF2抑制可对抗ΔNp63α介导的ESCC辐射耐药。 结论 04 本研究结果表明，ΔNp63α/PLEC/NRF2信号通路和抗氧化防御机制可能是癌症治疗的有前景的治疗策略。（转化医学网360zhyx.com） 【参考资料】 https://www.nature.com/articles/s41419-024-07194-4 【关于投稿】 转化医学网（360zhyx.com）是转化医学核心门户，旨在推动基础研究、临床诊疗和产业的发展，核心内容涵盖组学、检验、免疫、肿瘤、心血管、糖尿病等。如您有最新的研究内容发表，欢迎联系我们进行免费报道（公众号菜单栏-在线客服联系），我们的理念：内容创造价值，转化铸就未来！ 转化医学网（360zhyx.com）发布的文章旨在介绍前沿医学研究进展，不能作为治疗方案使用；如需获得健康指导，请至正规医院就诊。

引言 癌症，是动态进化的，以选择性地在外来肿瘤环境中茁壮成长，例如癌细胞扩散的侵袭性前沿和远端器官。在进化过程中，肿瘤细胞经常重新利用组织固有的发育和致癌程序来获得生存优势，从而偏离其最初的细胞身份【1】。胰腺癌是一种高度恶性的肿瘤，其特点是肿瘤细胞具有显著的分子多样性，可以表现出不同的细胞身份。对胰腺癌的分子分类研究识别出不同的分子亚型，这些亚型与肿瘤的侵袭性、化疗反应和疾病预后有关。特别是，研究人员发现了两种主要的分子亚型：一种是保留了大量胰腺导管特征的亚型，另一种是预后较差的亚型，这种亚型的特点是失去了导管谱系的特征，并异常激活了基底细胞或鳞状细胞程序。在胰腺癌的发展过程中，肿瘤细胞可能会经历一种称为鳞状转分化的过程，即从导管细胞表型转变为鳞状细胞表型。这种转变与肿瘤的侵袭性和不良预后有关【2,3】。尽管已经有一些研究关注了这一现象，但关于这一过程的具体分子机制仍然不清楚，而且由于缺乏包含人类胰腺癌分子和组织学谱的实验模型，导管到鳞状谱系转换的生物学相关性和决定因素也尚未确定。 近日，来自日本庆应义塾大学医学院的Toshiro Sato团队在Nature Cell Biology上在线发表题为Wnt-deficient and hypoxic environment orchestrates squamous reprogramming of human pancreatic ductal adenocarcinoma的文章，深入探讨了人类胰腺导管腺癌在Wnt信号缺乏和缺氧环境下，通过分子多样性和表观遗传变化实现从导管细胞到鳞状细胞的转分化的分子机制，证实H3K27me3介导的表观遗传修饰和TP63基因的激活在这一过程中起到了关键作用，并发现EZH2抑制剂可能对治疗特定类型的胰腺癌具有潜力，不仅展示了不利的肿瘤微环境影响人类胰腺癌在分子层面和组织学层面上的演变的过程，而且为理解人类癌症中细胞谱系转换的原则和重要性提供了洞见，对于理解癌症的复杂性和开发新的治疗方法具有重要意义。 为了全面捕捉人类胰腺癌的分子多样性，本文研究人员构建了65个来自患者的胰腺癌类器官系，使用基于生长因子的选择方法来富集癌症类器官，并分析了这些类器官对Wnt-3A和R-spondin（WR，这是两种在细胞信号传导中起重要作用的分泌型蛋白质，在调节肿瘤微环境中的信号传导中扮演着重要角色，在类器官培养中，Wnt-3A和R-spondin也常被用作培养基质成分，以维持类器官的干细胞特性和促进其增殖）的依赖性，将这些类器官分为三类：需要WR的Wnt非分泌（Wnt−）亚型、利用自分泌Wnt但需要R-Spondin的Wnt分泌（Wnt+）亚型、以及在缺乏WR的情况下能够增殖的WR非依赖（WRi）亚型。与已有研究结果一致，包括WRi亚型在内的胰腺癌类器官大多没有Wnt途径突变，提示非遗传因素在WR非依赖性中起作用。同时，根据形态特征可以将这些类器官分为3类：具有极化单层形态的囊性类器官，具有多个腔室和偶尔伪分层的筛状类器官，以及显示出密集堆积的层状外观且没有腔室结构的实体类器官。类器官的形态反映了细胞固有的组织学属性，与它们的分子特征和疾病进展阶段有关。特别是实体类器官表现出对WR的非依赖性，这可能反映了疾病晚期的生物学特性。 随后，研究人员利用RNA测序技术对不同类型和状态的胰腺癌类器官进行了全面的基因表达分析，结果显示胰腺癌类器官的整体转录组模式会随着它们对Wnt信号的依赖性不同而发生变化，不依赖Wnt信号的类器官（如WRi亚型）倾向于表达与基底样和鳞状细胞特征相关的基因，如TP63、KRT5和KRT6A。这些TP63高表达的实体类器官的异种移植瘤都显示出与胰腺腺鳞癌（PASC）类似的组织学特征，包括腺体结构的丧失、多边形细胞的片层组织和鳞状细胞标记的表达，被称为PASC类器官。PASC类器官表现出不可逆的实体结构，且大多数不依赖于WR，而且它们还表现出与内胚层和胰腺发育相关的转录因子的低表达，包括GATA6、LGR5（R-spondin受体和典型Wnt信号的靶标），而这可能与它们对Wnt信号的不活跃反应有关。进一步研究结果显示，ΔNp63（在PASC中表达的TP63亚型，被报道可在癌细胞中促进导管到鳞状的改变）的过表达足以在非PASC肿瘤类器官中诱导出PASC的分子和表型特征。相反，TP63的敲除则导致PASC类器官失去了鳞状细胞属性，恢复了腺体结构，并且对WR的依赖性增加。由此表明TP63是调控人类PASC中鳞状细胞表型的关键分子，并且是PASC发展过程中的一个重要调节因子。 PASC类器官的极端基因表达模式提示在导管到鳞状进展过程中存在广泛的表观基因组重塑，因此通过转座酶可接近的染色质测序（ATAC-seq）和染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq），研究人员证实PASC类器官具有独特的染色质可接近性模式，而且H3K27me3修饰在PASC类器官中富集于那些在PASC中表达下调的基因，包括GATA6和LGR5等。由此表明在PASC的发展过程中，表观遗传修饰，特别是H3K27me3的沉积，可能在抑制原始导管细胞身份基因的表达中起到了关键作用，从而促进了向鳞状细胞表型的转换。 进一步地，研究人员探讨了H3K27me3沉积在PASC中的分子基础。实验结果显示，在含有WR的培养条件下，敲除GATA6或KDM6A（一种在鳞状亚型中反复突变或缺失的赖氨酸特异性组蛋白去甲基化酶，可使H3K27去甲基化）的类器官没有表现出明显的形态变化。然而，在缺乏WR的条件下，敲除KDM6A和GATA6的双敲除类器官出现了实体化转变，并且变得不再依赖WR信号，而且表现出了与PASC相似的基因表达模式以及染色质可接近性模式，这些变化也与H3K27me3修饰的重新分布有关。由此表明KDM6A的单独缺失不足以诱导PASC转化，需要GATA6的共同失活和环境WR的耗尽一起发挥作用，促进胰腺癌细胞向鳞状细胞命运的表观遗传重编程，以实现在Wnt缺陷生态位中的选择性生长。与此同时，氧气对于KDM6A的去甲基化活性也至关重要，而且临床胰腺癌肿瘤已知是低血管化的。研究结果显示，缺氧和Wnt信号缺陷的微环境也可以驱动胰腺癌细胞向鳞状细胞表型的转化，并指导其表观遗传重编程，从而决定PASC的命运。临床数据同样支持了胰腺癌组织的鳞状属性与典型Wnt和氧气利用率低的肿瘤环境之间的关系。单细胞测序结果显示在Wnt缺乏的低氧条件下，从经典导管型到PASC的转换是时间依赖性的，它要通过一个中间状态，而与炎症和应激反应相关的基因在转换过程中被激活，证明从导管谱系到PASC命运的转换特征是导管身份的快速丧失、中间程序的短暂激活和鳞状细胞特征的逐步获得。 最后，研究人员评估了平衡PASC的表观遗传偏倚是否可以对这种致命疾病产生治疗效果。鉴于PRC2和KDM6A在H3K27me3上的相反功能，研究人员检测了EZH2（PRC2的核心组分）抑制对胰腺癌类器官的影响。结果显示，EZH2抑制剂对胰腺癌类器官的生长有明显的抑制作用，尤其是对于那些表现出WR非依赖（WRi）和PASC特征的类器官。此外，对于部分对EZH2抑制剂反应较弱的类器官，通过同时阻断Wnt信号可以增强EZH2抑制剂的效果，提示表观基因组靶向治疗PASC的治疗潜力。 图1 模式图（Credit: Nature Cell Biology） 综上所述，本研究展示了PASC类器官的衍生，随后采用了多层次的方法，整合了基因工程、全面的分子分析和药物测试，揭示了人类胰腺癌中鳞状重编程的分子和环境基础，阐明PASC组织发生的特点在于环境依赖性的表观遗传景观的改变，导致癌细胞导管身份的丧失，而向鳞状细胞谱系的转化，并获得了Wnt信号的非依赖性，而这可能是EZH2抑制的治疗靶点（图1）。由此不仅提供了对人类胰腺癌生物学的基本见解，而且还补充了临床相关PASC模型的缺乏。 参考文献 1. Fujii, M., Sekine, S. & Sato, T. Decoding the basis of histological variation in human cancer. Nat. Rev. Cancer 24, 141–158 (2024). 2. Collisson, E. A. et al. Subtypes of pancreatic ductal adenocarcinoma and their differing responses to therapy. Nat. Med. 17, 500–503 (2011). 3. Hayashi, A. et al. A unifying paradigm for transcriptional heterogeneity and squamous features in pancreatic ductal adenocarcinoma. Nat. Cancer 1, 59–74 (2020). https://doi.org/10.1038/s41556-024-01498-5 责编|探索君 排版|探索君 文章来源|“BioArt” End 往期精选 围观 一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版） 热文 Cell | 是什么决定了细胞的大小？ 热文 Nature | 2024年值得关注的七项技术 热文 Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望 热文 CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述

【导读】 化疗后的疾病复发是卵巢癌(OC)的一个主要临床挑战，但关于肿瘤表观基因组如何调节支持化疗耐药的转录程序，我们知之甚少。 9月28日，英国伯明翰大学研究学者在期刊《Communications Biology》上发表了题为“The chromatin landscape of high-grade serous ovarian cancer metastasis identifies regulatory drivers in post-chemotherapy residual tumour cells”的研究论文，本研究中，研究表明上皮肿瘤细胞显示出富含致癌转录因子MEIS和PBX基序的开放染色质区域。化疗后的微环境显示了深刻的肿瘤异质性，以及对染色质富集TP53、TP63、TWIST1和耐药通路激活转录因子结合基序的可及细胞的选择。OC化疗耐药肿瘤亚群在治疗前就已存在，并以应激相关基因表达为特征，在化疗后富集。核受体RORa, NR2F6和HNF4G被发现是这些细胞的候选转录驱动因子，而E2F2和E2F4结合位点的关闭表明治疗后的肿瘤具有低增殖能力。 因此，对卵巢癌细胞化疗后存活的基因调控图谱的描述揭示了潜在的化疗耐药核心转录调控因子，为改善临床结局提供了新的治疗靶点。 https://www.nature.com/articles/s42003-024-06909-9#Sec8 背景知识 01 高级别浆液性卵巢癌(HGSOC)是最常见和最致命的卵巢癌亚型，每年影响全球23.9万名女性，5年生存率仅为25%。绝大多数(80%)患者被诊断为晚期FIGO III期或IV期疾病，并有转移进展的证据。患者常表现为广泛的腹膜腔播散，最常见的转移部位是网膜。 晚期HGSOC的治疗方案包括铂类化合物的化疗和减瘤手术。尽管大多数病例在初期有临床反应，但化学耐药性极为常见，70-95%的患者在两年内出现疾病复发。过去30年，人们对化学耐药的机制进行了深入研究，主要集中在耐药信号通路的扰乱和基因表达谱上。机制包括铂类化合物转运泵的失调、DNA损伤修复（DDR）通路和细胞死亡响应的紊乱，但对化疗治疗的耐药机制的数量和复杂性超过了更具靶向性的疗法。 上皮性肉瘤样癌（HGSOC）的体细胞突变谱非常复杂，存在极端的拷贝数变异，TP53突变的普遍性几乎达到100%，并且存在异常高的肿瘤异质性。对转移性卵巢癌的详细转录分析揭示了肿瘤、间质和浸润性免疫细胞群的细胞类型构成。研究表明，化疗可调节肿瘤微环境中的转录程序，与IL6相关的炎症网络和应激反应基因与不良治疗反应和加速疾病复发有关。此外，最近的一项纵向单细胞转录组研究鉴定并验证了与复发和生存期缩短相关的应激相关肿瘤细胞表达谱。 对化疗耐药的分子机制了解得较少的是，调控应激、DNA损伤响应或细胞死亡信号转导的转录程序的基因调节机制。事实上，作为单一疗法或与化疗联合使用的表观遗传疗法是克服耐药的一种潜在选择，目前正在进行临床评估。 研究发现肿瘤细胞中与压力相关的化疗耐药的转录调控因子 02 研究人员对19,122个上皮肿瘤细胞的染色质景观进行了更详细的分析。研究人员对分群子集的特征分析揭示了肿瘤子集内基因、峰值和位点活性的异质性。所有样本都显示出明显的EPCAM、LAPTM4B、KRT7、PAX8基因活性以及MEIS1位点富集，支持上皮细胞类型，但包括MUC16在内的其他肿瘤标志物在样本间的变化更大。在治疗前的细胞中，MEF2家族、TP53和TP63的选定位点显示出显著富集，而在治疗后的细胞中，TP53/63的富集更为明显，在40-60%的样本中可见。 化疗富集的与压力相关的肿瘤细胞的转录驱动因子 研究人员已经发现，腹膜转移灶内的HGSOC化疗耐药性受到一组可识别的与压力相关的基因标志物的促进，该标志物可在预先治疗的肿瘤细胞亚群中检测到，因此有必要在这些数据中检查肿瘤压力基因活性评分。与先前的研究结果一致，在化疗后，每细胞和每样本的肿瘤压力评分均显著增加，这表明可能存在对化疗耐药的与压力相关的肿瘤细胞的选择。值得注意的是，该队列中出现疾病复发的两名患者（post_F和post_G）也是肿瘤压力评分最高的患者。 为了探究驱动这种应激/化疗耐药肿瘤细胞状态的主要转录调控因子，研究人员识别出每个样本的chromVar motif分数与应激标志物分数的相关性。这一分析识别出与应激分数显著相关的结合位点活性，其中包括转录因子RORA、GATA、NR2F6和HNF4G。尤其是，与应激分数呈最强负相关性的结合位点包括E2F2和E2F4，它们是DNA复制和细胞周期的激活调节因子。这些结果表明，化疗耐药应激相关肿瘤细胞的增殖率较低，这与先前的研究结果一致，即慢周期肿瘤细胞具有增强的化疗逃逸能力。 此外，研究人员通过基因活性差异分析和结合位点富集分析确定了5114个在化疗前和化疗后肿瘤细胞中存在差异的基因以及286个富集的结合位点。CNA（拷贝数变异）轮廓揭示了未经治疗肿瘤细胞中的多种遗传学异常，尤其是染色体3、19和20的增益，而化疗后肿瘤细胞中观察到的CNA较少。为了突出标记出大部分对化疗敏感（化疗前）和对化疗耐药（化疗后）的肿瘤细胞的可能转录调节因子，研究人员接下来确定了在化疗后具有不同活性的基因和TF（转录因子）结合位点的交集。这使得研究人员能够识别出在对化疗敏感和对化疗耐药的细胞中同时具有高基因活性和富集结合位点的TF（转录因子）。KLF15、MEF2B、NRF1和CUX2被确定为四个可能的化疗敏感性主调节因子，而另外37个转录因子被确定为在化疗耐药中具有潜在重要性的因子。 研究小结 03 总之，研究人员对转移性卵巢肿瘤细胞的染色质景观的分析揭示了相当大的异质性。化疗后的肿瘤细胞增加了染色质可及性，包括可被干性和耐药驱动因子(如TP63、TP53、TCF7和TWIST1)调节的区域。这些数据为转移性卵巢癌化疗后转录程序的基因调控机制提供了深刻的认识，并确定了一系列潜在的治疗靶点，以进一步探索对抗化疗耐药性和改善HGSOC患者的结局。 【参考资料】 https://www.nature.com/articles/s42003-024-06909-9#Sec8 【关于投稿】 转化医学网（360zhyx.com）是转化医学核心门户，旨在推动基础研究、临床诊疗和产业的发展，核心内容涵盖组学、检验、免疫、肿瘤、心血管、糖尿病等。如您有最新的研究内容发表，欢迎联系我们进行免费报道（公众号菜单栏-在线客服联系），我们的理念：内容创造价值，转化铸就未来！ 转化医学网（360zhyx.com）发布的文章旨在介绍前沿医学研究进展，不能作为治疗方案使用；如需获得健康指导，请至正规医院就诊。 热门推荐活动 点击免费报名 🕓 上海｜11月15日-16日 ▶ 2024第一届中国类器官转化医学大会 点击对应文字 查看详情