经同胡桃素介导的翻译抑制导致 MCL1 急性丢失可实现与 BCL-XL 阻断的强效凋亡协同作用

《Cancer Letters》：Acute MCL1 Loss via Homoharringtonine-Mediated Translational Inhibition Enables Potent Apoptotic Synergy with BCLXL Blockade

在体外翻译抑制下，HHT迅速耗竭短半衰期蛋白。HHT与BCLXL抑制剂联用可暂时耗竭MCL1，从而诱导细胞凋亡。HHT可降低MCL1水平，并在前列腺癌异种移植瘤模型中表现出单药活性。HHT在前列腺癌异种移植瘤模型中表现出单药抗肿瘤活性，并在体外增强对BCLXL抑制的敏感性。## 引言尽管雄激素受体通路抑制、紫杉烷类化疗及其他系统性治疗取得了进展，转移性前列腺癌（PCa）仍然是致命的疾病。BCL2家族成员是线粒体细胞凋亡的核心调节因子。抗凋亡BCL2家族蛋白如BCL2、BCLXL和MCL1可隔离多结构域效应蛋白BAX和BAK，以及BIM等BH3-only蛋白，从而防止线粒体外膜通透化。针对BCL2和BCLXL的BH3模拟药物，包括navitoclax（靶向BCL2和BCLXL）和venetoclax（选择性靶向BCL2），已在血液系统恶性肿瘤中显示出显著活性，但在实体瘤中收效有限，因为高表达的MCL1常介导耐药。这些观察结果表明，在实体瘤中有效诱导细胞凋亡通常需要功能性协同靶向MCL1和BCLXL，要么直接联合靶向，要么通过间接降低MCL1丰度来实现。既往研究发现，实体瘤已被诱导至凋亡状态，MCL1和BCLXL在抑制这种凋亡准备状态中具有部分冗余的作用，而BCL2的作用似乎较小。我们在前列腺癌细胞中证明，MCL1的遗传耗竭或药理学抑制可显著增强前列腺癌细胞及异种移植瘤对navitoclax（及其他靶向BCLXL的BH3模拟药物）的敏感性，而单独使用navitoclax或MCL1抑制剂效果甚微。我们进一步发现，多种药物可通过激活整合应激反应（ISR）使肿瘤细胞对凋亡敏感化，包括eIF2α磷酸化、转录因子ATF4的诱导，以及由此引起的NOXA转录和蛋白表达增加，进而促进MCL1的降解。我们还鉴定出线粒体相关RING指E3泛素连接酶MARCH5是这种NOXA依赖性MCL1降解的主要介导因子。综上所述，这些发现支持这样一个模型：许多实体瘤依赖MCL1和BCLXL的联合活性来维持线粒体完整性，直接或间接损害MCL1功能的药物可能暴露潜在的BCLXL依赖性，这种依赖性可由BCLXL选择性BH3模拟药物如A1331852或BCL2/BCLXL双重抑制剂如navitoclax靶向。鉴于MARCH5锚定于线粒体外膜并调节MCL1及其他线粒体底物的周转，我们认为干扰线粒体功能的药物可能同样激活MARCH5依赖性MCL1降解，或通过额外机制增强对BCLXL抑制剂的敏感性。在本研究中，我们在前列腺癌细胞中使用精心筛选的线粒体靶向化合物库进行了聚焦性小分子筛选，分别检测每种药物单用及与BCLXL定向BH3模拟药物联用的效果。该筛选鉴定出表柔若内酯（HHT）——一种植物来源的头花素酯——作为一个有前景的候选药物。HHT已被证明可损害线粒体功能，但最佳特征表现为蛋白质翻译抑制剂，其半合成形式（美索巴菌素）已获批用于慢性粒细胞白血病的治疗。HHT与核糖体大亚基结合，优先抑制MCL1和MYC等短寿命蛋白的合成。基于这种MCL1耗竭作用，既往在白血病和淋巴瘤模型中的研究表明，HHT可增强细胞对靶向BCLXL药物的凋亡敏感性。然而，其对凋亡依赖性的机制影响及其在前列腺癌和其他实体瘤中的治疗潜力仍知之甚少。我们在此确认，HHT可迅速降低MCL1和其他短寿命存活蛋白，从而增强对BCLXL抑制的敏感性。我们进一步证明，极短暂的HHT暴露可暂时耗竭MCL1，与靶向BCLXL的BH3模拟药物联用时，可在多种实体瘤细胞系中诱导快速凋亡反应。最后，我们表明HHT在体内前列腺癌异种移植瘤模型中具有疗效并可耗竭MCL1，提示与靶向BCLXL药物联合治疗具有潜力。## 片段### 细胞系及培养人前列腺癌细胞系LNCaP、VCaP、22Rv1、PC3和DU145，肺癌细胞系A549和H1975，以及结直肠癌系HCT116和HT29均购自ATCC，在37°C、5% CO?加湿培养箱中培养。LNCaP、22Rv1、PC3、DU145、A549、H1975和HCT116培养于含L-谷氨酰胺的RPMI-1640培养基（Corning, MT10040CV）中，补充10% FBS（Gibco, A3160602）和1%青霉素-链霉素（Gibco, 15-140-163；10,000 U/mL）；VCaP和HT29培养于DMEM培养基中。### 表柔若内酯（HHT）在前列腺癌模型中表现出广泛的细胞毒性和促凋亡活性我们此前曾报道过可增加前列腺癌细胞对BCL2家族抗凋亡蛋白依赖性并使其对靶向BCLXL或MCL1的BH3模拟药物敏感化的药物。为了鉴定其他可能直接作用于线粒体的药物，我们在LNCaP前列腺癌细胞中筛选了84种线粒体靶向化合物，分别检测单药及与抑制BCL2和BCLXL的navitoclax联用的效果。几种化合物显示出联用增强活性的证据。### 讨论HHT是一种植物来源的头花素酯，已作为半合成制剂美索巴菌素进行临床开发，并在酪氨酸激酶抑制剂治疗失败后获批用于治疗慢性粒细胞白血病。包括HHT和美索巴菌素在内的哈灵丁内酯类似物已被充分证实为翻译抑制剂，直接作用于核糖体。生化和结构研究表明，HHT结合于60S大亚基的A位裂缝中。### CRediT作者贡献声明**Kobayashi Susumu：** 资源。 **Poluben Larysa：** 可视化，调查研究。 **Onose Mai：** 调查研究。 **Suzuki Kazuhiro：** 资源。 **Oyama Hayumi：** 调查研究。 **Balk Steven：** 撰写–审阅与编辑，资源，方法学，概念构思。 **Katayama Ayaka：** 调查研究。 **Arai Seiji：** 撰写–审阅与编辑，资源，方法学，概念构思。 **Izumi Motohiro：** 资源。 **Kobayashi Ikei：** 资源。 **Tanaka Atsushi：** 形式分析。 **Ohtsu Akira：** 撰写–审阅与编辑，撰写–### 伦理声明本研究遵循ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南进行。本研究已获得BIDMC IACUC批准。### 意义声明表柔若内酯在前列腺癌异种移植瘤模型中具有单药体内活性，并在体外增强实体瘤细胞对BCLXL抑制的敏感性。### 利益冲突作者声明无潜在利益冲突。### 数据可用性声明支持本研究结果的数据可在本文及其补充数据文件中获取。额外数据和材料可根据合理要求从通讯作者处获取。### 伦理/合规性所有动物研究均按照机构指南进行，并获得了群马大学和本内亚利桑那德亚康医疗中心的机构动物护理和使用委员会批准（批准编号分别为20-041和051-2022）。本研究未招募人类参与者。### 利益冲突声明作者声明不存在利益冲突。### 致谢感谢大崎敦子对异种移植瘤标本进行免疫组化染色的专业协助。感谢群马大学核心设施中心（CoMTeCC）通过LC-MS/MS协助进行全局蛋白质组学分析。本研究部分由Kanbe纪念奖学金、望月医药研究纪念基金会以及JSPS科学研究补助金（24K19645）资助A.O.，以及JSPS科学研究补助金资助。**Akira Ohtsu|Tatsuhiro Sawada|Larysa Poluben|Mai Onose|Hayumi Oyama|Ayaka Katayama|Fang Xie|Betul Ersoy-Fazlioglu|Juan M. Jiménez-Vacas|Yusuke Otani|Yoshiyuki Miyazawa|Yoshitaka Sekine|Yuta Maeno|Takanori Shimizu|Tsukasa Oda|Shaoyong Chen|Olga Voznesensky|Xin Yuan|Luigi Giovanni Cecchi|Robert A. Cerulli|Seiji Arai**