BPTF通过增强染色质可及性及稳定AR-FOXA1互作调控雄激素受体活性以促进前列腺癌进展

《Nature Communications》：BPTF regulates androgen receptor activity by enhancing chromatin accessibility and stabilizing the AR-FOXA1 interaction

本研究针对去势抵抗性前列腺癌（CRPC）中雄激素受体（AR）信号通路持续激活的临床挑战，揭示了染色质重塑因子BPTF在CRPC中上调，并通过增强染色质可及性（ATAC-seq验证）和稳定AR-FOXA1复合物（Co-IP/CUT&RUN验证）双重机制促进AR靶基因转录。关键发现是BPTF溴结构域与AR配体结合域直接互作，其抑制剂AU1可有效抑制AR信号通路并协同增强恩杂鲁胺疗效，为克服CRPC治疗耐药提供了新靶点。

　　

前列腺癌（PCa）是全球男性发病率最高的恶性肿瘤之一，而晚期患者从激素敏感性前列腺癌（CSPC）进展为去势抵抗性前列腺癌（CRPC）是导致死亡的主要原因。雄激素剥夺疗法（ADT）及第二代AR通路抑制剂（如恩杂鲁胺）虽能暂时控制病情，但绝大多数患者最终会产生耐药。CRPC的进展与AR信号通路的重新激活密切相关，其机制包括AR过表达、突变、剪接变体产生、共调控因子上调以及肿瘤内雄激素合成等。因此，深入揭示AR活性的调控新机制，对于开发克服CRPC耐药的新策略至关重要。

溴结构域PHD指转录因子（BPTF）是核小体重塑因子（NURF）复合物的支架亚基，该复合物是一种ATP依赖的染色质重塑器。BPTF在黑色素瘤、胶质瘤、白血病等多种恶性肿瘤中发挥促癌作用，但其在前列腺癌中的功能尚不明确。发表在《Nature Communications》的这项研究首次系统阐明了BPTF通过调控AR信号通路驱动前列腺癌进展的新机制，为靶向BPTF治疗CRPC提供了理论依据。

为开展此项研究，研究人员综合运用了多种关键技术。在临床样本分析方面，利用了公共转录组数据库、前列腺癌组织微阵列（TMA）免疫组化染色以及来自患者样本和患者来源异种移植模型（CRPC-PDX）的AR ChIP-seq数据。在分子机制探索中，核心实验技术包括：RNA测序（RNA-seq）分析基因表达谱；CUT&RUN染色质免疫共沉淀测序（ChIP-seq）在全基因组范围内绘制BPTF、AR、FOXA1、SMARCA1等蛋白的染色质结合位点；转座酶可及染色质测序（ATAC-seq）评估染色质开放性；快速免疫沉淀质谱（RIME）和免疫共沉淀（Co-IP）分析蛋白质相互作用；CRISPR激活（CRISPRa）系统对内源BPTF进行功能获得性研究；以及小分子抑制剂（AU1）处理评估靶向治疗潜力。生物信息学分析如基序富集分析（HOMER）、基因集富集分析（GSEA）、结合与表达靶点分析（BETA）和超级增强子分析（ROSE算法）等被广泛应用于数据解读。

BPTF在CRPC中上调并促进PCa进展

研究人员通过分析公共数据库发现，BPTF在转移性CRPC中的mRNA水平显著高于原发性前列腺癌。对前列腺癌组织微阵列的免疫组化染色进一步证实，BPTF蛋白在淋巴结转移性前列腺癌和CRPC组织中的表达高于良性前列腺增生（BPH）和原发性前列腺癌，且在高分级（Gleason评分8-10）肿瘤中高于低分级（Gleason评分6-7）肿瘤。功能上，敲低BPTF能显著抑制多种前列腺癌细胞系（Rv1, C4-2, VCaP, LNCaP）的集落形成能力。相反，利用CRISPRa系统上调内源性BPTF表达，能在雄激素剥夺条件下显著增强Rv1细胞的集落形成，表明BPTF过表达赋予了对雄激素剥夺的抵抗性。这些结果提示BPTF表达与前列腺癌进展正相关，并发挥促癌作用。

BPTF主要调控PCa中AR靶基因的表达

为探究BPTF促进细胞增殖的机制，研究人员对BPTF敲低的Rv1细胞进行了RNA-seq分析。生物信息学分析（BART、GO、GSEA）一致表明，BPTF主要正向调控AR信号通路。BPTF敲低降低了多个前列腺癌细胞系中经典AR靶基因（如KLK3、NKX3-1）的mRNA水平，且不依赖于雄激素（R1881）的存在。反之，BPTF过表达则上调了AR靶基因的表达。BPTF敲低并不影响AR本身的mRNA和蛋白水平。在TCGA前列腺癌数据集中，BPTF表达与AR及其靶基因的表达呈正相关。尽管BPTF在其他癌种中常调控c-Myc，但本研究发现在前列腺癌细胞中，BPTF对c-Myc及其靶基因的表达影响甚微，表明AR通路是BPTF在前列腺癌中的主要作用靶点。

BPTF与AR相互作用

AR RIME质谱分析将BPTF鉴定为AR的结合蛋白，Co-IP实验验证了内源性BPTF与AR的相互作用。通过结构域映射实验，研究人员发现BPTF的溴结构域（BRD）和AR的配体结合域（LBD）介导了二者的结合。雄激素（R1881）处理能增强BPTF-AR相互作用，而AR拮抗剂恩杂鲁胺（ENZ）则抑制此相互作用，这与AR-LBD参与互作的结论一致。

BPTF/AR峰在染色质上共定位

通过BPTF和AR的CUT&RUN ChIP-seq分析，发现在Rv1细胞中，57.4%的BPTF峰与AR峰重叠（共14,051个）。这些共结合区域显著富集FOXA1 motif，但AR motif富集程度较弱。BPTF和AR共同结合于多个AR靶基因（如NKX3-1, KLK3）的启动子和增强子区域。ChIP-qPCR证实了BPTF和AR在这些区域的富集，且CRISPRa介导的BPTF过表达增加了BPTF和AR在KLK3增强子和NKX3-1启动子上的结合。

BPTF通过促进AR与启动子和增强子的结合来上调AR靶基因的表达

BPTF敲低导致2,190个AR结合位点（定义为BPTF依赖性AR峰）的信号显著降低，其中44.9%位于活性增强子区域，7.9%位于活性启动子区域。BPTF敲低对增强子区域AR信号的影响尤为明显。ChIP-qPCR在多个基因位点验证了这一结果。BETA分析显示，BPTF依赖性AR峰与BPTF敲低后下调的基因正相关，GO分析确认这些直接靶基因最显著富集于AR信号通路。此外，研究还发现BPTF结合于超级增强子（SE）区域，其敲低导致80个SE相关基因（如SLC45A3, STEAP2）表达下调，这些基因同样富集于雄激素反应通路。

BPTF调控染色质可及性以促进AR结合

作为染色质重塑复合物成员，BPTF可能通过改变染色质结构来影响AR结合。ATAC-seq分析表明，BPTF敲低导致6,944个染色质开放区域的信号降低，并且在BPTF依赖性AR结合位点，ATAC-seq信号也显著下降。足迹分析显示，在对照细胞中，BPTF依赖性AR结合位点的AR motif富集程度更高，提示BPTF通过增强染色质可及性促进AR招募。研究还发现NURF复合物的催化亚基SMARCA1（而非SMARCA5）在调控部分BPTF依赖性AR靶基因表达中起主要作用。SMARCA1敲低也降低了BPTF依赖性AR结合位点的染色质可及性，且与BPTF敲低共有2,394个重叠的ATAC-seq峰。BART分析预测AR是这些共享峰相关基因的顶级转录调控因子。SMARCA1 ChIP-seq显示其与47.2%的BPTF/AR共享峰共定位，且这些区域富集雄激素反应通路。

BPTF促进AR与FOXA1在染色质上的结合

鉴于BPTF/AR共享峰强烈富集FOXA1 motif，且FOXA1是AR的先驱因子，研究人员探讨了FOXA1的作用。FOXA1敲低降低了部分BPTF依赖性AR靶基因的表达。Co-IP证实BPTF与FOXA1存在相互作用，且BPTF敲低削弱了AR与FOXA1的结合。ChIP-seq分析显示，BPTF、AR和FOXA1在三者共享的10,399个峰位点共定位，这些区域FOXA1 motif富集最强。FOXA1敲低显著降低了FOXA1、BPTF和AR在BPTF依赖性AR结合位点的染色质占据。相反，BPTF敲低对FOXA1的结合影响轻微，但显著降低了AR的结合。AR敲低则对BPTF结合无显著影响。这些结果支持了一个模型：FOXA1负责将AR-BPTF复合物招募至染色质，而BPTF则起到稳定AR-FOXA1相互作用的作用。

BPTF与PCa进展的临床相关性

虽然高BPTF表达与患者总生存期缩短的趋势未达到统计学显著性，但由BPTF敲低后最显著下调的10个基因定义的BPTF基因标签，在TCGA数据集中与更短的无病生存期显著相关。对原发性前列腺癌和CRPC-PDX样本的AR ChIP-seq数据再分析发现，基于top 2,000个BPTF依赖性AR峰，可将样本分为三组：原发性前列腺癌（低AR信号）、CRPC-1（中等AR信号）和CRPC-2（高AR信号）。CRPC-2组表现出更高的BPTF表达和AR活性评分，但AR mRNA水平无差异，提示BPTF高表达可能驱动了CRPC-2中更强的AR染色质结合和转录活性。

BPTF抑制剂可抑制AR活性和PCa细胞生长

AlphaFold2结构预测提示BPTF-BRD的口袋区域与AR-LBD的共因子结合沟（含螺旋H4、H5、H12）相互作用。分子对接显示BPTF溴结构域抑制剂AU1定位于该相互作用界面。实验证实，AU1处理不影响BPTF、AR、FOXA1的蛋白水平，但能剂量依赖性地破坏BPTF-AR相互作用，并降低AR靶基因的表达。集落形成实验表明，AU1单药可抑制多种前列腺癌细胞系（包括恩杂鲁胺耐药的Rv1细胞）的生长（IC₅₀浓度下抑制约50%）。值得注意的是，AU1与恩杂鲁胺联用表现出显著的协同效应，在Rv1、C4-2和VCaP细胞中使集落形成减少约90%。

结论与讨论

本研究确立了BPTF在CRPC中通过增强AR活性驱动疾病进展的关键作用。其机制主要包括两方面：一方面，BPTF通过其所在的NURF复合物（部分依赖SMARCA1）增加染色质可及性，促进AR招募；另一方面，BPTF与AR和FOXA1形成复合物，其中FOXA1负责招募，而BPTF起稳定作用，特别是在富含FOXA1 motif但AR motif较弱的基因调控区域。研究还提示BPTF与BAP18、CTCF等因子可能存在协作，共同精细调控AR功能。SMARCA1和SMARCA5在调控AR靶基因上既有重叠又有区别的功能，暗示它们可能参与构成不同的NURF复合物。最为重要的是，研究证实靶向BPTF-AR相互作用（如使用AU1）能有效抑制AR信号和癌细胞生长，并与现有AR靶向药物具有协同作用，为治疗CRPC，尤其是耐药性CRPC，提供了新的潜在治疗策略。未来研究可进一步探索BPTF是否还通过调控AR以外的转录因子参与前列腺癌的进展。