MLH1胞质定位异常驱动乳腺癌内分泌治疗耐药及CDK4/6抑制剂敏感性的新机制

《Nature Communications》：Aberrant cytoplasmic localization of MLH1 characterizes a cell population that seeds breast cancer recurrence

本研究针对雌激素受体阳性（ER+）乳腺癌内分泌治疗耐药这一临床难题，发现MLH1蛋白的异常胞质定位（而非完全缺失）是导致耐药的关键机制。该表型约占ER+患者的11%，通过破坏ATM/Chk2通路活化，使肿瘤细胞逃避G1/S期阻滞，从而产生对CDK4/6抑制剂的独特敏感性。这一发现为利用现有MLH1免疫组化检测指导CDK4/6抑制剂的精准应用提供了理论依据，有望改善约三分之一耐药患者的预后。

　　

雌激素受体阳性（ER+）乳腺癌是全球最常见的乳腺癌亚型，内分泌治疗是其基础疗法。然而，几乎四分之一的患者最终会产生耐药性，导致疾病复发和死亡，成为临床管理的重大挑战。近年来，错配修复（Mismatch Repair, MMR）通路缺陷在癌症中的作用备受关注，该通路核心蛋白MLH1的完全缺失已被发现与内分泌治疗耐药相关。但临床观察发现，许多耐药肿瘤依然表达MLH1蛋白，这提示可能存在不依赖于蛋白缺失的耐药新机制。

正是在此背景下，由Svasti Haricharan领导的研究团队在《Nature Communications》上发表了他们的最新发现。他们独辟蹊径，将目光投向了MLH1蛋白在细胞内的“居住地址”——是主要在细胞核内履行职责，还是异常地“滞留”在细胞质中？这项研究揭示，MLH1的异常胞质定位本身就是一个此前未被重视的、驱动内分泌治疗耐药的关键事件，并且意外地为这类难治性乳腺癌提供了一个有效的治疗突破口。

为了深入探索，研究人员综合运用了多种关键技术方法。他们首先对来自欧洲肿瘤研究所（IEO）队列的1022份乳腺癌患者活检组织进行了MLH1免疫组织化学（IHC）分析，并在多个独立的患者来源异种移植模型（PDX）和患者来源类器官（PDxO）中进行了验证。接着，他们利用基因工程技术在ER+乳腺癌细胞系（MCF7和T47D）中引入了在患者中发现的MLH1点突变（如G55V），通过体外二维、三维细胞培养模型以及小鼠体内成瘤实验，系统评估了这些突变对MLH1亚细胞定位、内分泌治疗反应及CDK4/6抑制剂敏感性的影响。机制层面，研究通过免疫荧光、Western blot、细胞分馏、免疫共沉淀等技术探究了MLH1-PMS2二聚化、Chk2磷酸化及下游细胞周期调控蛋白的变化。此外，研究还分析了来自NeoPalAna和NCT03007979等临床试验的患者数据，以验证临床相关性。

亚细胞定位MLH1预测乳腺癌患者内分泌治疗耐药

研究人员在大型患者队列中发现，约11%的ER+/HER2-乳腺癌肿瘤表现出MLH1蛋白的异常胞质定位，其发生频率是MLH1完全缺失（约5%）的两倍多。重要的是，与MLH1核定位的患者相比，MLH1胞质定位（cMLH1）的患者在接受内分泌治疗后5年内疾病进展的风险显著更高。在PDX衍生的类器官模型中也证实，具有胞质MLH1的模型对氟维司群和他莫昔芬均表现出显著耐药性。

MLH1亚细胞定位驱动乳腺癌细胞内分泌治疗耐药

为了探究机制，研究团队构建了携带患者来源MLH1突变的细胞系。他们发现，位于MLH1 ATP酶结构域的G55V错义突变会破坏MLH1与PMS2的正常结合，导致MLH1无法进入细胞核而滞留于胞质中。这种定位异常与降低PMS2表达所产生的效果一致。功能实验表明，表达MLH1^G55V的细胞对内分泌治疗（氟维司群、他莫昔芬）和雌激素剥夺均表现出显著抵抗，在二维、三维培养及小鼠体内成瘤实验中均能持续生长。

胞质MLH1细胞亚群是内分泌治疗耐药的种子

临床数据表明，MLH1^G55V突变在初治肿瘤中可能仅以低变异等位基因频率（VAF，~3%）存在，即仅存在于一小部分肿瘤细胞（亚克隆）中。研究人员通过体外混合培养（MLH1^WT与MLH1^G55V细胞以9:1比例）和小鼠体内实验巧妙地模拟了这一情况。结果发现，在雌激素剥夺或内分泌治疗的压力下，MLH1^G55V细胞亚群被显著富集，最终在治疗后肿瘤中占据主导地位。这解释了为何初始治疗有效的肿瘤最终会复发——耐药的种子早已存在，并在治疗选择压力下被“筛选”出来。

胞质MLH1通过减少Chk2活化导致内分泌治疗耐药

MLH1的正常功能是激活DNA损伤检查点激酶Chk2的关键。研究表明，MLH1^G55V细胞在内分泌治疗後无法有效活化Chk2，因此不能启动G1/S期检查点阻滞，细胞得以继续增殖。使用Chk2激动剂二吲哚甲烷（DIM）可以恢复MLH1^G55V细胞对内分泌治疗的敏感性。在多个PDX模型中进行的相关性分析进一步证实，肿瘤细胞中胞质MLH1的水平与核pChk2的水平呈显著负相关。

胞质MLH1诱导ER+/HER2-乳腺癌细胞和患者肿瘤对CDK4/6的依赖性

由于Chk2活化受阻，胞质MLH1细胞失去了对CDK4/6的正常调控。基因表达分析显示，MLH1^G55V细胞中CDK6和细胞周期蛋白D1（CCND1）表达上调，而CDK抑制剂p27（CDKN1B）下调。功能上，敲低CDK6可恢复细胞对内分泌治疗的敏感性。更重要的是，MLH1^G55V细胞、MLH1敲低细胞以及具有胞质MLH1表型的PDX模型，对CDK4/6抑制剂（帕博西林、阿贝西利）表现出超常的敏感性。临床数据也支持这一发现：携带MLH1 ATP酶结构域其他突变（如Q48C, E34K）的患者肿瘤，对内分泌治疗单药反应不佳，但在联合CDK4/6抑制剂后，其增殖指数可降至与良好长期预后相关的完全细胞周期停滞（CCA）水平。

综上所述，本研究首次系统性地阐明MLH1的异常胞质定位是ER+乳腺癌内分泌治疗耐药的一个新型驱动因素。这种表型可由MLH1基因的ATP酶结构域点突变（如G55V, Q48C, E34K）或PMS2表达降低等多种机制引起，影响了约11%的ER+乳腺癌患者。其核心机制在于破坏了MLH1-PMS2二聚体依赖的ATM/Chk2通路活化，导致细胞周期失控，从而产生对CDK4/6抑制剂的独特依赖性。该研究的意义在于，它将一种常见的临床病理现象（MLH1胞质染色）与一个清晰的分子机制和有效的治疗策略联系起来。鉴于MLH1免疫组化已是临床常规检测项目，本研究强烈提示，在评估乳腺癌患者标本时，除了判断MLH1的有无，还应关注其亚细胞定位。将胞质MLH1作为生物标志物，有望在未来指导对高危亚组患者一线使用内分泌治疗联合CDK4/6抑制剂的精准治疗策略，从而预防耐药和复发，改善患者预后。这为将CDK4/6抑制剂这一“靶向但无生物标志物”的疗法推向精准医疗时代提供了关键的科学依据。