靶向BLVRB：乳腺癌治疗新策略——调控氧化还原稳态与膜功能的关键机制

《Breast Cancer Research》：Biliverdin reductase B as a new target in breast cancer

本研究针对乳腺癌细胞中氧化还原稳态失衡的关键问题，揭示了胆绿素还原酶B(BLVRB)作为新型治疗靶点的重要功能。通过CRISPR/Cas9基因敲除、多组学分析和异种移植模型，研究人员发现BLVRB缺失会诱导还原应激，导致内质网应激和脂质代谢紊乱，进而破坏HER2和转铁蛋白受体(CD71)的膜定位。该研究为BLVRB高表达的乳腺癌（特别是HER2+亚型）提供了新的靶向治疗策略，相关抑制剂开发已取得重要进展。

　　

在乳腺癌研究领域，科学家们一直致力于寻找能够特异性靶向癌细胞的新型治疗策略。乳腺癌细胞因其快速增殖特性，表现出显著的代谢和线粒体活性增强，这导致细胞内氧化还原平衡被打破。为了维持生存，癌细胞进化出多种氧化还原防御机制，这种与正常细胞的差异为癌症治疗提供了独特的"治疗窗口"。然而，当前针对氧化还原稳态的靶向治疗策略仍显不足，特别是对于血红素代谢这一关键通路的研究尚不充分。

血红素代谢在乳腺癌中经常发生改变，是调控氧化还原稳态和铁代谢的重要环节。血红素降解途径通过两种非冗余的胆绿素还原酶BLVRA和BLVRB，将细胞毒性的血红素逐步代谢为强效抗氧化剂胆红素。尽管此前研究发现在多种恶性肿瘤中存在BLVRB过表达，包括乳腺癌，但该酶在乳腺癌发病机制中的具体功能仍属未知。

在这项发表于《Breast Cancer Research》的研究中，Marchenko等人首次系统阐述了BLVRB在乳腺癌中的关键作用。研究人员发现BLVRB在乳腺癌细胞中高表达，特别是在HER2阳性亚型中表达最高，且与肿瘤进展和不良预后相关。通过深入的机制研究，团队揭示了BLVRB通过维持氧化还原稳态、内质网蛋白稳态和脂质代谢平衡，从而保障癌细胞膜功能完整性的新颖机制。

研究采用的主要技术方法包括：利用CRISPR/Cas9技术在多种乳腺癌细胞系中构建BLVRB基因敲除模型；通过整合蛋白质组学、代谢组学和脂质组学分析BLVRB介导的适应性代谢反应；使用异种移植模型评估BLVRB缺失对肿瘤生长的影响；结合TCGA、METABRIC和GTEx等临床数据库进行生物信息学分析；采用免疫印迹、流式细胞术、免疫荧光等技术进行机制验证。

BLVRB在乳腺癌发生发展中的表达特征

研究人员首先通过生物信息学分析发现，BLVRB在乳腺癌细胞系和肿瘤组织中显著高表达，且表达水平高于其他血红素降解途径基因（BLVRA、HMOX1、HMOX2）。单细胞RNA测序数据显示BLVRB在上皮基底细胞和循环上皮基底细胞中富集，这些细胞群与乳腺肿瘤发生密切相关。

2+-原卟啉IX)作为血红素蛋白的关键组成部分，通过降解途径在BLVRA和BLVRB的作用下逐步转化为强效抗氧化剂胆红素。B-C图显示单细胞RNAseq数据中血红素降解途径基因的表达模式，可见BLVRB在所有细胞簇中普遍表达增强。D-E图显示小鼠乳腺肿瘤细胞系中BLVRB表达显著高于正常乳腺上皮细胞。F图显示从正常乳腺导管到DCIS过程中BLVRB强度的逐渐增加。G-I图显示BLVRB在浸润性乳腺癌中的异质性表达及其与亚型和分期的关系。J图显示BLVRB RNA在HER2+乳腺癌中表达最高。K图显示BLVRB高表达的HER2+乳腺癌患者总体生存期较差'>

免疫组织化学分析显示，BLVRB表达在从正常乳腺组织到导管原位癌(DCIS)的转变过程中逐渐增加。在浸润性乳腺癌中，BLVRB表达呈现异质性，定位在细胞核、细胞质和细胞膜。重要的是，BLVRB表达与乳腺癌亚型显著相关，HER2阳性乳腺癌显示最强的BLVRB染色，而三阴性乳腺癌(TNBC)表达最低。生存分析显示BLVRB高表达的HER2阳性乳腺癌患者呈现较差的总体生存趋势。

BLVRB促进乳腺癌细胞增殖

研究人员在多种乳腺癌细胞系中验证了BLVRB的表达模式，发现SKBR3(HER2+)、BT474和ZR-75-30(均为Luminal B)以及MCF7和T47D(均为Luminal A)细胞中BLVRB表达较高，而在MDA-MB-231(TNBC)和非肿瘤性MCF10A乳腺上皮细胞中表达最低或检测不到。

通过CRISPR/Cas9技术敲除SKBR3(HER2+)和T47D(Luminal A)细胞中的BLVRB基因，研究人员发现BLVRB缺失显著抑制了细胞增殖，这种效应在模拟肿瘤微环境的无血清条件下更为明显。基因回补实验进一步证实，野生型BLVRB能够恢复BLVRB缺陷细胞的增殖能力，而催化失活的BLVRB S111L突变体则无此功能，表明BLVRB的氧化还原活性对其促增殖功能至关重要。

BLVRB维持氧化还原稳态和细胞保护

BLVRB缺失导致细胞内还原应激，表现为NADPH/NADP+和NADH/NAD+比率显著升高，但谷胱甘肽(GSH/GSSG)氧化还原比率未受影响，说明这种还原应激特异于NAD(P)H系统，与谷胱甘肽系统无关。

BLVRB缺陷细胞表现出活性氧(ROS)积累增加和细胞保护功能丧失，对5-氟尿嘧啶(5FU)诱导的氧化应激更为敏感。临床数据分析进一步显示，BLVRB高表达的乳腺癌患者对FAC(5FU、阿霉素、环磷酰胺)化疗的反应较差，表明BLVRB可能参与化疗耐药机制。

BLVRB调控代谢网络重编程

整合蛋白质组学和代谢组学分析揭示了BLVRB缺失引起的广泛代谢紊乱。BLVRB缺陷细胞表现出脂肪酸和胆固醇代谢通路的下调，以及未折叠蛋白反应(UPR)的上调。

代谢物分析发现BLVRB缺陷细胞选择性排泄酰基肉碱，同时保留TCA循环代谢物（琥珀酸、柠檬酸、丙酮酸、苹果酸、富马酸），表明细胞通过保存功能性细胞内TCA循环代谢物来适应BLVRB缺失带来的代谢压力。

BLVRB缺失引发内质网应激和脂质代谢紊乱

BLVRB与ER驻留蛋白HMOX2部分共定位，提示其在ER中具有空间限制的氧化还原功能。BLVRB缺陷细胞在基础条件下就表现出持续的UPR和ER应激，PERK和BiP水平升高，这种效应在使用毒胡萝卜素诱导ER应激或无血清饥饿时进一步加剧。

脂质组学分析显示BLVRB缺陷细胞中磷脂（特别是磷脂酰丝氨酸和磷脂酰乙醇胺）选择性减少，这些磷脂是细胞膜的重要组成成分。同时，BLVRB缺陷细胞表现出脂质过氧化增加，表现为MDA和4-HNE水平升高，以及超氧化物清除剂NQO1的上调。

BLVRB缺失损害膜功能及受体 trafficking

BLVRB缺陷导致HER2蛋白下调及其磷酸化减少，这种下调发生在蛋白水平，ErbB2 mRNA无显著变化。共聚焦显微镜和亚细胞分级分离研究显示HER2在膜组分中选择性富集，BLVRB缺陷细胞中细胞质和膜相关HER2均减少。

BLVRB缺陷细胞中早期内体标志物EEA1在膜上积累，但晚期内体标志物RAB7无变化，小窝蛋白（caveolin）增加，表明小窝蛋白介导的内吞作用存在特异性缺陷。转铁蛋白受体(TfR, CD71)也表现出类似的细胞表面丢失，流式细胞术证实SKBR3和T47D BLVRB缺陷细胞中CD71表达均显著减少。pan-磷酸酪氨酸抗体染色显示受体酪氨酸激酶(RTK)活性全面降低，进一步证实BLVRB缺陷细胞的膜功能异常。

BLVRB沉默抑制体内乳腺肿瘤发生

异种移植实验显示，BLVRB+/+移植瘤快速生长，而BLVRB-/-移植瘤生长严重受阻，平均肿瘤体积始终小于10 mm3。组织病理学分析显示BLVRB-/-肿瘤中出现坏死、高度非典型细胞，与BLVRB+/+肿瘤中的典型恶性特征形成鲜明对比。

研究结论与意义方面，本研究首次全面阐述了BLVRB作为乳腺癌新型治疗靶点的功能和机制。BLVRB通过维持氧化还原稳态、ER蛋白稳态和脂质代谢平衡，保障癌细胞膜功能完整性，进而影响HER2和转铁蛋白受体等重要致癌受体的膜定位和信号传导。值得注意的是，BLVRB的功能不同于BLVRA，两者具有不同的底物特异性和组织分布模式，在癌症中发挥非重叠功能。

该研究的临床意义在于为BLVRB高表达的乳腺癌（特别是HER2阳性亚型）提供了新的靶向治疗策略。研究人员已经开发出具有良好药代动力学特性的BLVRB小分子抑制剂，这些抑制剂可能通过干扰BLVRB的氧化还原功能，复制基因敲除产生的抗肿瘤效应。与传统的抗体为基础受体靶向疗法或受体酪氨酸激酶抑制剂相比，BLVRB抑制剂提供了独特的作用机制，可能补充和增强常规疗法。

此外，BLVRB在正常组织发育中非必需，BLVRB缺陷小鼠无明显器官病理学改变，这为靶向BLVRB治疗的安全性提供了有利证据。未来研究需要验证BLVRB抑制剂是否能在乳腺癌模型中重现基因敲除的效果，并探索其在BLVRB高表达的其他癌症类型中的治疗潜力。

总之，这项研究不仅揭示了BLVRB在乳腺癌中的关键作用机制，还为开发针对该靶点的新型治疗方法奠定了坚实基础，为个性化乳腺癌治疗提供了新的方向和希望。