H3.3K27M/CREB5/ID1 轴：弥漫性内生性脑桥胶质瘤恶性维持的关键密码与潜在治疗靶点

为解决弥漫性内生性脑桥胶质瘤（DIPG）的发病机制及治疗难题，研究人员开展了 H3.3K27M/CREB5/ID1 轴相关研究。结果发现该轴维持 DIPG 细胞干性和恶性，ABBV-075 联合 BRG1 抑制剂可抑制肿瘤生长。这为 DIPG 治疗提供了新策略。

　　在儿童肿瘤的世界里，弥漫性内生性脑桥胶质瘤（Diffuse intrinsic pontine glioma，DIPG）是一颗极为凶险的 “毒瘤”。它主要侵袭儿童群体，是弥漫性中线胶质瘤（Diffuse midline glioma，DMG）的一种，患者的中位生存期仅约 10 个月，犹如一道残酷的 “生死线”。大约 80% 的 DIPG 患者存在组蛋白 H3 的突变，即赖氨酸 27 被蛋氨酸取代（K27M），这种突变的组蛋白被称为致癌组蛋白（oncohistones），是肿瘤发生的重要驱动因素。

在肿瘤的发展过程中，H3K27M 突变影响了 PRC2 的酶活性，限制了 H3K27me³抑制性标记的扩散，使得 DIPG 细胞停滞在具有自我更新和肿瘤起始能力的癌症干细胞样少突胶质前体细胞（OPC）状态。尽管部分细胞能向星形胶质样（AC-like）和少突胶质样（OC-like）细胞状态分化，但只有 OPC 样肿瘤细胞能在小鼠中产生肿瘤异种移植物，这表明细胞分化与致瘤性之间存在反向关系。目前，针对 DIPG 的治疗手段十分有限，迫切需要深入了解其发病机制，以寻找新的治疗靶点。

为了攻克这一难题，来自清华大学、首都医科大学附属北京天坛医院等机构的研究人员展开了深入研究。他们发现了一个涉及 H3.3K27M 致癌组蛋白、CREB5 和 ID1 的信号轴，这一发现为理解 DIPG 的发病机制和治疗提供了新的方向，相关研究成果发表在《Nature Communications》上。

研究人员在这项研究中运用了多种关键技术方法。在细胞和动物实验方面，使用了患者来源的 DIPG 细胞系和免疫缺陷小鼠构建体内外模型。通过 RNA 测序（RNA-seq）、染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）、转座酶可及染色质测序（ATAC-seq）和切割标签测序（CUT&Tag）等技术，从基因表达、染色质修饰和可及性等层面进行分析。还利用公共数据库中的单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）数据进行挖掘，并通过分子对接实验探索药物作用机制。

研究结果如下：

• ID1 促进 H3K27M DIPG 增殖和干性维持：通过对 H3.3K27M DIPG 患者样本和细胞系的研究发现，ID1 在 H3.3K27M 和 H3.1K27M DIPG 中均高表达。敲低 ID1 后，细胞增殖能力显著下降，干性标记物（SOX2 和 OLIG2）表达下调，在小鼠异种移植模型中肿瘤生长受到抑制，生存期延长，同时促进了细胞分化。这表明 ID1 在促进 DIPG 细胞增殖和维持干性方面发挥着重要作用。
• CREB5 独立于 BMP 信号通路调节 ID1 表达：考虑到 H3.3K27M DIPG 中 BMP 信号通路活性较低，研究人员探究了 ID1 转录调节机制。通过对临床队列分析、使用 BMP 信号通路抑制剂以及筛选转录因子等实验，发现 BMP 信号通路在 H3.1K27M DIPG 中正向调节 ID1 转录，而在 H3.3K27M DIPG 中，CREB5 作为 ID1 的上游正调节因子，独立于 BMP 信号通路发挥作用。
• CREB5 维持 H3.3K27M DIPG 的恶性干细胞状态并促进肿瘤生长：研究表明，CREB5 在 H3.3K27M DIPG 细胞和肿瘤组织中高表达，且与患者预后不良相关。敲低 CREB5 后，DIPG 细胞的增殖和干性受到抑制，凋亡和分化增加，在小鼠体内肿瘤生长减缓，生存期延长。这说明 CREB5 在维持 DIPG 的恶性干细胞状态和促进肿瘤生长方面起着关键作用。
• Creb5 在正常前脑神经祖细胞中特异性表达，H3.3K27M 诱导其在后脑神经祖细胞中表达：研究人员对小鼠脑发育过程中 Creb5 的表达模式进行研究，发现 Creb5 在正常小鼠胚胎发育过程中特异性表达于前脑神经祖细胞。H3.3K27M 的存在会损害 H3K27me³从 Hoxa 簇的扩散，从而诱导 Creb5 在后脑神经祖细胞中表达，这一机制可能在人类 DIPG 中同样存在。
• 致癌组蛋白 H3.3K27M 启动 CREB5 激活：通过对 DIPG 细胞系和正常人类星形胶质细胞的研究发现，H3.3K27M 通过改变 CREB5 基因座的表观遗传景观，减少 H3K27me³信号，促进 CREB5 表达。敲低 H3.3K27M 后，CREB5 表达下降，进一步证实了 H3.3K27M 在诱导 CREB5 表达中的重要作用。
• CREB5 调节与 DIPG 患者生存时间相关的基因：通过 CUT&Tag 和 RNA-seq 等实验，研究人员发现 CREB5 结合在与转录、细胞周期和神经祖细胞增殖相关的基因启动子区域。这些基因包括与干性和恶性相关的基因，且 CREB5 调节的基因与患者生存时间密切相关，高表达 CREB5 与不良临床结局相关。
• CREB5 与 SWI/SNF 复合物相互作用调节致癌转录变化：研究人员通过分析 CREB5 的结合基序和免疫沉淀质谱实验，发现 CREB5 与 SWI/SNF 复合物的多个亚基相互作用，且 CREB5 和 BRG1 在染色质上共定位。敲低 CREB5 或敲除 BRG1 会影响 DNA 可及性和基因表达，表明 CREB5 与 SWI/SNF 复合物协同调节 H3.3K27M DIPG 中的致癌转录。
• ABBV-075 通过破坏 CREB5 超级增强子活性抑制其表达：鉴于 CREB5 在 DIPG 中的重要作用，研究人员进行药物筛选，发现 ABBV-075 可有效抑制 CREB5 表达。ABBV-075 通过与 BRD4 结合，破坏 CREB5 超级增强子活性，降低 DNA 可及性，从而抑制 CREB5 表达，影响 DIPG 细胞的干性和分化相关基因表达。
• ABBV-075 与 BRG1 抑制剂联合治疗 H3.3K27M DIPG 具有协同效应：实验表明，ABBV-075 对正常细胞毒性较低，对 DIPG 细胞增殖有显著抑制作用。联合使用 ABBV-075 和 BRG1 抑制剂（BRM014）在抑制 H3.3K27M DIPG 细胞增殖方面具有协同效应，为临床治疗提供了新的策略。

研究结论和讨论部分指出，该研究揭示了 H3.3K27M/CREB5/ID1 轴在维持 DIPG 细胞干性和恶性中的关键作用。在不同的 H3K27M 亚型中，ID1 的调节机制存在差异，H3.3K27M 通过重塑 CREB5 基因座的 H3K27me³景观促进 CREB5 表达，进而调节 ID1。此外，靶向 CREB5 超级增强子的 ABBV-075 联合 BRG1 抑制剂为 H3.3K27M DIPG 的治疗提供了有前景的策略。然而，联合治疗中药物剂量的优化仍需进一步研究。总体而言，该研究为深入理解 DIPG 的发病机制和开发更有效的治疗方法奠定了重要基础，为攻克这一恶性儿科肿瘤带来了新的希望。