作者：袁銘亨, 劉靜, 張國(guó)君
文章來源：中華普通外科雜志,2020,35 (02)
摘 要
細(xì)胞周期失調(diào)是腫瘤形成和轉(zhuǎn)移的重要因素之一。乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤，細(xì)胞周期的失調(diào)和轉(zhuǎn)錄活性改變也是乳腺癌發(fā)生發(fā)展的重要因素。本文旨在闡述細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶7(CDK7)在細(xì)胞周期中的作用，及CDK7抑制劑對(duì)不同分子分型乳腺癌的影響及作用機(jī)制，并探討CDK7抑制劑在臨床應(yīng)用的前景。
細(xì)胞周期失調(diào)和細(xì)胞增殖活躍是腫瘤形成的基本特征。周期蛋白依賴性蛋白激酶(cyclin dependent kinases，CDKs)是一組絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，其與周期蛋白cyclin協(xié)同作用，調(diào)控細(xì)胞周期的進(jìn)展，而CDKs的表達(dá)和功能失調(diào)是人類腫瘤形成最常見的改變之一。因此，CDKs是非常有前景的人類惡性腫瘤治療的潛在靶點(diǎn)。現(xiàn)階段，CDK4/6抑制劑已經(jīng)在乳腺癌的臨床應(yīng)用方面取得了巨大的成功。而CDK7抑制劑在乳腺癌中應(yīng)用和作用機(jī)制研究則相對(duì)有限。本文旨在闡明CDK7在細(xì)胞周期中的作用，并在此基礎(chǔ)上討論CDK7抑制劑對(duì)不同類型的乳腺癌的作用及其潛在作用機(jī)制。
一、CDK7在細(xì)胞周期中的作用
作為CDKs的一種，CDK7可與cyclin H和MAT1結(jié)合成CDK激活激酶(CDK activating kinase，CAK)，磷酸化激活其他CDKs的活化片段T-loop，而T-loop的磷酸化是CDKs在細(xì)胞周期和轉(zhuǎn)錄中發(fā)揮作用所必須的。同時(shí)，CDK7參與組成轉(zhuǎn)錄因子IIH(transcription factor II H，TFIIH)，后者則磷酸化RNA聚合酶II(RNA polymerase II，Pol II)的最大亞基Rpb1，即Pol II羧基末端結(jié)構(gòu)域(carboxyl terminal domain, CTD)中絲氨酸S5，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄過程。
CDK7也可磷酸化CDK9，而后者磷酸化Pol II的CTD中絲氨酸S2，該過程為Pol II參與轉(zhuǎn)錄過程的必要條件。此外，CDK7還可通過磷酸化核受體的N端轉(zhuǎn)錄激活功能域，直接調(diào)節(jié)維甲酸受體α/γ，雄激素受體和雌激素受體等核受體的轉(zhuǎn)錄活性，而該過程通常依賴TFIIH與核受體C-端激素結(jié)合結(jié)構(gòu)域的結(jié)合。
(一)CDK7抑制劑對(duì)不同類型乳腺癌的作用
臨床上很早就發(fā)現(xiàn)，在病理分期或臨床分級(jí)相同的乳腺癌患者中，即使采用相同的治療手段，患者的預(yù)后卻大相徑庭。隨著分子生物學(xué)的進(jìn)步，乳腺癌分子分型逐漸進(jìn)入人們視野，并成為乳腺癌治療的重要基石。現(xiàn)階段臨床上乳腺癌分子分型多采用四分型法，即Luminal A型、Luminal B型、HER2＋型(人類表皮生長(zhǎng)因子受體2，HER2)，基底樣(basal-like)型。其中，Luminal A型和Luminal B型均為ER＋乳腺癌細(xì)胞，而Basal-like型又稱為三陰性乳腺癌(triple negative breast cancer, TNBC)。
隨著CDK7的抑制劑THZ1和ICEC0942等的問世，CDK7抑制劑對(duì)乳腺癌治療作用的研究越來越多。目前已經(jīng)問世的其他CDK抑制劑大多只作用于某一特定通路，如CDK4/6抑制劑主要作用于cyclin D-CDK4/6-INK4-Rb通路，使pRb脫磷酸化和E2F依賴的基因表達(dá)下調(diào)，從而導(dǎo)致G1期阻滯并進(jìn)而抑制腫瘤細(xì)胞增殖。
相對(duì)比而言，CDK7抑制劑既可以阻斷CDK(1、2、3、4、6)在細(xì)胞周期中的主導(dǎo)作用，又可以影響轉(zhuǎn)錄過程，進(jìn)而達(dá)到更強(qiáng)的抑制腫瘤細(xì)胞增殖的目的。現(xiàn)已有研究證實(shí)，CDK7抑制劑可促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞死亡，而CDK7同時(shí)還參與調(diào)節(jié)CtBP2(一種腫瘤轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵促進(jìn)因子)的穩(wěn)定性，促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。CDK7和cyclin H在新輔助化療后患者腫瘤組織中表達(dá)明顯下降，提示其是化療藥物作用的潛在靶點(diǎn)。盡管現(xiàn)階段研究結(jié)果提示CDK7抑制劑是乳腺癌的潛在有效的治療藥物，但CDK7抑制劑在不同分子分型的乳腺癌中作用卻不盡相同。
(二)CDK7抑制劑誘導(dǎo)ER＋乳腺癌細(xì)胞凋亡與ERα磷酸化相關(guān)
CDK7抑制劑對(duì)ER＋乳腺癌細(xì)胞有顯著的抑制作用。ICEC0942，一種新的口服CDK7抑制劑，已經(jīng)通過動(dòng)物試驗(yàn)證實(shí)其可以通過降低腫瘤細(xì)胞Pol II和ER的磷酸化程度，進(jìn)而抑制乳腺癌細(xì)胞MCF-7的增殖，并且聯(lián)合雌激素受體抑制劑他莫昔芬或氟維司瓊后抑制效果更明顯。同樣另一種CDK7抑制劑THZ1也獲得了類似的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
通過進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，CDK7抑制劑對(duì)ER＋乳腺癌細(xì)胞的抑制作用主要依賴ERα的磷酸化。作為CDK7發(fā)揮功能的重要復(fù)合物之一，CAK可通過非配體依賴性受體激活過程激活ER，即通過誘導(dǎo)ERα的118位絲氨酸(S118)磷酸化，增強(qiáng)ER介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄活性，進(jìn)而促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞周期進(jìn)展。與此同時(shí)，Harrod等發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)ESR1基因537位酪氨酸突變Y537S，可降低乳腺癌細(xì)胞MCF-7對(duì)雌激素受體抑制劑的敏感性，并伴有TFIIH的聚集和CDK7介導(dǎo)的S118磷酸化，而CDK7抑制劑THZ1可顯著抑制攜帶Y537S突變的乳腺癌MCF-7耐藥株的生長(zhǎng)和增殖，促進(jìn)耐藥株細(xì)胞的凋亡。
更值得注意的是，在韓國(guó)一項(xiàng)隨機(jī)入組了723例乳腺癌患者的大型臨床研究中，通過分析調(diào)節(jié)細(xì)胞周期基因的基因多態(tài)性在乳腺癌中的作用，發(fā)現(xiàn)相對(duì)于其他組合基因型(如CCND1和ESR1)，CDK7和ESR1組合基因型與韓國(guó)女性乳腺癌患病風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)。由于在使用他莫昔芬治療，尤其是在已發(fā)生轉(zhuǎn)移的乳腺癌患者中腫瘤細(xì)胞ER的S118磷酸化程度更高，預(yù)示該部分患者的內(nèi)分泌治療效果不佳，提示聯(lián)合內(nèi)分泌治療和CDK7抑制劑或許是該部分ER＋乳腺癌患者新的潛在治療策略。
另一方面，Kavarthapu等研究則證實(shí)催乳素和雌二醇的共同受體PRLR可在催乳素和雌二醇的作用下促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的遷移，且雌二醇可通過內(nèi)源性PRL和CDK7的作用上調(diào)PRLP的表達(dá)，而CDK7抑制劑THZ1可完全抑制雌二醇對(duì)PRLP的激活作用及ERα的簇集。
總的來說，CDK7抑制劑可以通過抑制雌激素誘導(dǎo)的ERα(S118)磷酸化和雌二醇誘導(dǎo)的PRLR啟動(dòng)子活化，抑制細(xì)胞周期的進(jìn)展，進(jìn)而促進(jìn)ER＋乳腺癌細(xì)胞的凋亡。
(三)CDK7抑制劑依賴超級(jí)增強(qiáng)子誘導(dǎo)TNBC細(xì)胞凋亡
由于缺乏非常有效的治療靶點(diǎn)及明確的驅(qū)動(dòng)突變位點(diǎn)，TNBC一直是目前乳腺癌研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。即便TNBC的遺傳異質(zhì)性水平很高，TNBC仍然存在一組持續(xù)激活并易于識(shí)別的表達(dá)基因，而這或許將成為三陰性乳腺癌患者未來治療的重要靶點(diǎn)。Wang等在研究中發(fā)現(xiàn)TNBC細(xì)胞對(duì)微摩爾級(jí)濃度的CDK7抑制劑THZ1非常敏感，而ER/PR＋乳腺癌細(xì)胞對(duì)該濃度的THZ1反應(yīng)不明顯，提示TNBC中可能存在對(duì)CDK7抑制劑高度敏感的持續(xù)活化基因。
進(jìn)一步通過全基因組測(cè)序分析，研究者發(fā)現(xiàn)了一組對(duì)CDK7抑制劑高度敏感的基因，稱為TNBC特異性基因的'跟腱基因'，包括大量信號(hào)分子和轉(zhuǎn)錄因子，如TGFβ、STAT、WNT和EGFR/MET，及MYC、ETS1等基因。Wang等發(fā)現(xiàn)TNBC細(xì)胞中40%的跟腱基因與超級(jí)增強(qiáng)子相關(guān)，而ER/PR ＋乳腺癌細(xì)胞中只有11%的跟腱基因與超級(jí)增強(qiáng)子相關(guān)。
研究證實(shí)超級(jí)增強(qiáng)子可聚集轉(zhuǎn)錄因子導(dǎo)致靶基因表達(dá)水平增加，而超級(jí)增強(qiáng)子的作用高度依賴于轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，如CDK7等。具有與超級(jí)增強(qiáng)子相關(guān)的'跟腱基因'的TNBC細(xì)胞對(duì)THZ1更加敏感，提示CDK7是TNBC的潛在治療靶點(diǎn)。
CDK7在TNBC中的作用除了與超級(jí)增強(qiáng)子相關(guān)以外，還與MYC基因的轉(zhuǎn)錄和ERβ的表達(dá)有著密切的聯(lián)系。已有文獻(xiàn)報(bào)道MYC高表達(dá)乳腺癌患者預(yù)后較差，在此基礎(chǔ)上，Li等研究證實(shí)TNBC中MYC的表達(dá)水平較高，而CDK7抑制劑處理后促凋亡因子BIM則表達(dá)上調(diào)，可使高表達(dá)MYC的TNBC腫瘤細(xì)胞退化。Reese等認(rèn)為約30%的TNBC細(xì)胞可以表達(dá)ERβ，通過降低CDK1和CDK7的表達(dá)，進(jìn)而抑制細(xì)胞周期的進(jìn)展。
與此同時(shí)，Bo等分析了579例TNBC患者的轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)CDK7轉(zhuǎn)錄活性高的患者無病生存期(relapse-free survival，RFS)較短，而Breast Mark分析2656例未分型乳腺癌患者數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，CDK7的轉(zhuǎn)錄表達(dá)水平與未分型乳腺癌患者的RFS無關(guān)，提示CDK7可能是TNBC患者特異性的預(yù)后因素。
有了基礎(chǔ)研究的理論支持，人們開始研究CDK7抑制劑在腫瘤治療中的作用。在TNBC細(xì)胞株BT-549和MDA-MB-231中敲除CDK7的表達(dá)后發(fā)現(xiàn)，腫瘤細(xì)胞的增殖和遷移能力降低，惡性程度明顯下降，且對(duì)阿霉素的敏感性增高，對(duì)卡鉑敏感性略有提高，而對(duì)多西他賽無反應(yīng)，提示CDK7參與化療藥物誘導(dǎo)腫瘤DNA損傷過程。由于使用CDK7抑制劑可以上調(diào)促凋亡因子家族成員的表達(dá)，因此，聯(lián)合使用THZ1和ABF-263(可抑制抗凋亡蛋白的表達(dá))是TNBC新的潛在治療策略。
更為重要的是，盡管CDK7在一些胚胎組織的生長(zhǎng)中發(fā)揮著重要的作用，但其在成人組織中的增殖指數(shù)(proliferation indices，PI)較低，所以并不會(huì)對(duì)腫瘤患者產(chǎn)生廣泛毒性。一項(xiàng)針對(duì)結(jié)腸癌、肺癌、胰腺癌和乳腺癌等晚期實(shí)體瘤的Ⅰ期臨床試驗(yàn)，結(jié)果顯示，21例患者中對(duì)SNS-032(一種選擇性的抑制CDK2、CDK7和CDK9的抑制劑)耐受性良好，口服給藥途徑可行。同時(shí)小鼠試驗(yàn)中證實(shí)SNS-032不會(huì)誘導(dǎo)正常乳腺組織的凋亡。
(四)CDK7抑制劑在HER2＋型乳腺癌細(xì)胞中的作用尚無相關(guān)研究
有研究表明，在HER-2過表達(dá)的乳腺癌細(xì)胞中，CAK復(fù)合物的表達(dá)水平低于HER-2陰性的乳腺癌細(xì)胞，缺少相應(yīng)CDK7抑制劑的作用靶點(diǎn)，提示該部分患者預(yù)后更差。已有研究證實(shí)ERα的S118的磷酸化與HER2的表達(dá)量之間無明顯相關(guān)，提示CDK7在HER2＋型乳腺癌中作用可能較局限?，F(xiàn)階段對(duì)HER2＋型乳腺癌的研究，多集中在CDK4/6抑制劑的作用。Finn等發(fā)現(xiàn)，CDK4/6抑制劑優(yōu)先抑制ER＋的Luminal型乳腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)，而對(duì)HER2＋型和TNBC乳腺癌細(xì)胞作用不明顯。
另一方面，臨床試驗(yàn)也證實(shí)，CDK4/6抑制劑性在雌激素受體陽性的進(jìn)展乳腺癌患者中發(fā)揮重要作用。說明CDK7抑制劑在HER2＋型乳腺癌細(xì)胞中的作用及其潛在機(jī)制有待進(jìn)一步的研究。
二、思考和展望
近年來，CDK4/6抑制劑的研發(fā)成為乳腺癌的治療領(lǐng)域的一大重要進(jìn)展，特別是PALOMA-1研究中CDK4/6抑制劑聯(lián)合內(nèi)分泌治療在激素受體陽性、HER2陰性晚期乳腺癌中的應(yīng)用刷新了晚期乳腺癌內(nèi)分泌治療的無進(jìn)展生存期記錄。
相比而言，CDK7抑制劑的研發(fā)和臨床應(yīng)用還處于早期，面臨諸多機(jī)遇和挑戰(zhàn)：
(1)與Luminal型和HER2過表達(dá)型的乳腺癌患者相比，TNBC乳腺癌患者治療方法仍然局限于化療為主，尚無明顯的靶向藥物，CDK7抑制劑通過抑制TNBC中的超級(jí)增強(qiáng)子不僅在細(xì)胞和動(dòng)物水平證實(shí)其腫瘤殺傷效果，也在早期臨床試驗(yàn)中使患者生存獲益，證實(shí)CDK7抑制劑在以后臨床應(yīng)用中的巨大潛力。
(2)CDK7抑制劑可提高化療耐藥細(xì)胞株對(duì)化療藥物的敏感性，特別是阿霉素耐藥細(xì)胞株，證實(shí)其可作為乳腺癌化療耐藥患者潛在的聯(lián)合治療藥物。
(3)由于CDK7抑制劑對(duì)多種細(xì)胞周期依賴性激酶和轉(zhuǎn)錄過程都有抑制作用，而細(xì)胞周期和轉(zhuǎn)錄普遍存在于人正常細(xì)胞和癌細(xì)胞中，會(huì)因?yàn)槿狈λ幬飳?duì)癌細(xì)胞的特異性殺傷作用而導(dǎo)致藥物毒性。這也是限制CDK7抑制劑臨床轉(zhuǎn)化的一個(gè)重要障礙。我們相信隨著藥物研發(fā)工藝的不斷進(jìn)步及基礎(chǔ)研究的深入，會(huì)有毒性更小而特異性更強(qiáng)的CDK7抑制劑不斷問世。
總之，CDK7抑制劑在促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的死亡，抑制腫瘤的生長(zhǎng)并且在聯(lián)合用藥方面都有著非常大的前景和作用。
參考文獻(xiàn)【略】
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