《Pharmacological Reports》：DUSP6/MKP3 as an emerging therapeutic target in glioblastoma
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MKP家族双特异性磷酸酶（DUSPs）在肿瘤发生中的作用及其在精准肿瘤学中作为治疗靶点的潜力现已得到充分证实。这些酶可使细胞外信号调节激酶ERK1/2上的磷酸酪氨酸和磷酸苏氨酸残基去磷酸化，从而减弱丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号传导。DUSP6/MKP3作
MKP家族双特异性磷酸酶（DUSPs）在肿瘤发生中的作用及其在精准肿瘤学中作为治疗靶点的潜力现已得到充分证实。这些酶可使细胞外信号调节激酶ERK1/2上的磷酸酪氨酸和磷酸苏氨酸残基去磷酸化，从而减弱丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号传导。DUSP6/MKP3作为一种情境依赖性调节因子，在不同癌症中发挥肿瘤抑制或肿瘤促进作用。胶质母细胞瘤（GBM）作为一种侵袭性原发性脑肿瘤，临床预后极差，对癌基因靶向治疗和免疫治疗策略的反应均十分有限。DUSP6/MKP3在GBM中频繁过表达，并促进肿瘤生长、侵袭行为和治疗耐药。计算分析鉴定出DUSP家族基因（包括DUSP6/MKP3）在GBM驱动基因网络中反复失调，支持其在胶质瘤发生中的核心作用。本文综合转录组学和细胞水平证据，探讨DUSP6/MKP3在胶质母细胞瘤中的分子机制及其临床相关性。
引言
胶质瘤是人类最常见的恶性原发性脑肿瘤，也是最致命的癌症之一。尽管采用多模式治疗（Stupp方案），胶质瘤患者的预后仍然不佳，胶质母细胞瘤患者的中位生存期约为一年。扩展对胶质瘤病理生物学机制的认识并探索新的治疗选择，对于提高生存率至关重要。新版世界卫生组织（WHO）CNS5分类整合了组织学和分子参数，将成人型弥漫性胶质瘤定义为三种实体：星形细胞瘤（IDH突变型）、少突胶质细胞瘤（IDH突变且1p/19q共缺失）以及胶质母细胞瘤（IDH野生型）。值得注意的是，胶质母细胞瘤现仅限于IDH野生型肿瘤，即使在缺乏典型组织学特征的情况下，也可依据端粒酶逆转录酶（TERT）启动子突变、EGFR扩增或7号染色体获得/10号染色体缺失的组合进行诊断。此外，IDH突变型星形细胞瘤分级为CNS WHO 2至4级，CDKN2A/B纯合性缺失作为4级诊断的分子标准。这些修订强调了分子分型在指导诊断、预后判断和治疗分层中日益重要的作用。此外，胶质母细胞瘤中的信号传导失调不仅源于基因突变，还源于表观遗传改变和通路重塑。
越来越多的证据表明，磷酸酶代表了一类在癌症中具有治疗可操作性的靶点。针对致癌磷酸酶的小分子抑制剂可以抑制肿瘤生长、延缓恶性进展并改善对现有治疗的反应。在这一类中，双特异性磷酸酶（DUSPs）作为蛋白酪氨酸磷酸酶超家族的一个亚类，通过使酪氨酸和丝氨酸/苏氨酸残基去磷酸化来调节信号传导。其中一部分DUSPs选择性结合并使MAPK家族成员去磷酸化。
DUSP6/MKP3对细胞外信号调节激酶（ERK2）表现出显著的底物特异性，而对p38、c-Jun N端激酶（JNK）和ERK5的活性极低。DUSP6/MKP3对肿瘤发生的贡献表现出强烈的情境依赖性。取决于细胞和分子环境，DUSP6/MKP3可能发挥肿瘤抑制作用，如在结直肠癌、乳腺癌、胃癌、前列腺癌、胰腺癌、肺癌和卵巢癌及黑色素瘤中所报道的，也可能促进肿瘤进展，如在胶质母细胞瘤、甲状腺癌和白血病中所观察到的。
尽管有大量研究支持该类酶在癌症中的相关性，但其蛋白质的生化结构仍缺乏充分表征。实验解析的人DUSP6/MKP3晶体结构主要对应于其催化结构域，该结构域含有标志性的HCXXXXXR磷酸酶基序，负责使ERK/MAPK底物去磷酸化。迄今为止，尚无全长DUSP6/MKP3或ERK/DUSP复合物的结构。这一挑战极大地阻碍了小分子抑制剂靶向该磷酸酶的开发进展。此外，值得注意的是，大多数DUSP6/MKP3抑制剂也被鉴定为MKP1抑制剂。目前尚无临床适用的选择性抑制剂。尽管如此，BCI及其衍生物BCI-215是研究最深入的DUSP6/MKP3半变构拮抗剂。尽管BCI能部分重现基因敲除DUSP6/MKP3的表型后果，但其缺乏临床所需的选择性，仍是一种关键的概念验证工具。
对DUSP6/MKP3的基因扰动在多种恶性肿瘤中产生与治疗脆弱性一致的表型，包括胶质母细胞瘤。本综述聚焦讨论DUSP6/MKP3作为GBM潜在治疗靶点的作用，整合先前的功能研究与最新的转录组学和生物信息学观察，强调其转化相关性的不足与进展。
双特异性磷酸酶作为胶质母细胞瘤的分子靶点
DUSP家族包含MAPK磷酸酶（MKPs）和非典型DUSPs，它们具有不同的底物。典型和非典型双特异性磷酸酶已成为脑癌（主要是胶质母细胞瘤）中的分子驱动因子。在侵袭性GBM的假栅栏区和坏死周围区域，DUSP1、DUSP5和DUSP6旁系同源物的表达富集。DUSP1是一种核双特异性磷酸酶，调节MAP激酶信号传导并协调细胞应激反应。在GBM中，DUSP1被CXCL12信号招募，通过调节JNK活性和稳定RAD51（同源重组修复的关键因子）来增强放射存活。其上调促进放射耐药，提示抑制DUSP1可使GBM细胞对放疗敏感化，并提高标准治疗方案的疗效。
此外，DUSP26作为一种非典型磷酸酶旁系同源物，在胶质母细胞瘤中发挥肿瘤抑制作用。DUSP26高表达与低级别肿瘤和高级别胶质瘤患者的良好生存相关。机制上，DUSP26通过使关键通路组分的去磷酸化来减弱MAPK和Akt丝氨酸/苏氨酸激酶（AKT）信号传导，从而抑制恶性行为。DUSP4表达水平在高级别星形细胞瘤中升高，对III级星形细胞瘤患者具有预后价值。启动子高甲基化介导的DUSP4沉默是胶质瘤中的常见事件，抑制其表达并消除其生长抑制功能，支持该磷酸酶在胶质瘤发生中的肿瘤抑制作用。
研究人员早期的研究结果显示，DUSP6/MKP3在原始队列的原发性胶质母细胞瘤中过表达，凸显了其临床重要性。使用携带鼠源正义、反义和催化失活C293S突变体DUSP6的复制缺陷型腺病毒载体的体外功能获得和功能丧失研究确立了其致癌功能。正义DUSP6腺病毒削弱了EGF诱导的强烈磷酸化，抑制细胞增殖并延缓细胞周期进展，表现为G1期增加。此外，升高的DUSP6/MKP3水平赋予更具侵袭性的胶质母细胞瘤表型，其特征是体外有丝分裂/锚定依赖性增加和克隆形成潜能增强。
最终，这些效应在体内加速肿瘤生长，导致显著增大的异位侧腹肿瘤。正义DUSP6/MKP3增强化疗耐药，而反义DUSP6/MKP3降低了药物敏感性阈值。尽管催化失活的C293S突变体减弱了EGF介导的信号传导并调节了对血清饥饿的反应，但未诱导明显的表型改变。鉴于胶质母细胞瘤间充质亚型通常预后不良，研究人员探讨了DUSP6过表达对化疗反应的影响。在监测波形蛋白、N-钙黏蛋白、E-钙黏蛋白和纤连蛋白等关键间充质标志物的表达谱和功能后果的实验中，发现迁移增强。高水平的波形蛋白随药物剂量增加而减弱，而N-钙黏蛋白则相应增加，提示DUSP6调节胶质母细胞瘤中间充质转化相关的侵袭程序，将其定位为肿瘤可塑性的调节因子，对治疗反应具有潜在影响。
迄今为止，DUSP6的肿瘤抑制作用已在胰腺癌、非小细胞肺癌、食管鳞状细胞癌、鼻咽癌和卵巢癌中得到证实。情境依赖性的一个显著例子是Wong等人的研究，该研究报道了食管鳞状细胞癌和鼻咽癌中显著的DUSP6缺失。DUSP6耗竭促进肿瘤发生、EMT相关特征和癌细胞运动性，而其过表达则抑制这些特征。重要的是，组织微阵列分析将较高的DUSP6表达与患者生存改善相关联。
生物信息学分析
DUSP6/MKP3在独立研究中相对于正常脑组织在GBM中持续上调。为补充已发表文献，研究人员使用GEPIA2对公开可用的TCGA和GTEx数据集进行了探索性转录组学分析。该分析评估了正常脑和胶质瘤标本中DUSP6/MKP3的表达。结果与已报道的DUSP6/MKP3在胶质瘤中的上调一致，并提供了关于转录变体的额外描述性信息，以及DUSP6/MKP3表达与胶质瘤各分级生存之间的关联。DUSP6/MKP3高表达与GBM和低级别胶质瘤（LGG）中较短的总生存期相关（风险比约为1.7–1.9）。这些探索性观察存在一定局限性：不应将其解释为具有独立预后价值的证据，因为这些分析未针对相关临床和分子协变量进行调整。此外，由于这些分析基于批量转录组数据集，无法区分肿瘤细胞和肿瘤微环境中非恶性成分中的DUSP6/MKP3表达。
因此，这一概念框架将DUSP6/MKP3重新定义为不仅是一个简单上调的基因，而是一个整合MAPK信号传导、间充质转化、放射敏感性和肿瘤-微环境串扰的多功能调节枢纽。特别是，它已被鉴定为基于转录组学分析的超增强子驱动基因，并且作为NRF1调控的转录程序的一部分，DUSP6/MKP3与胶质母细胞瘤的干性和间充质特征相关联，支持其在肿瘤进展、治疗耐药和疾病复发中的作用。胶质母细胞瘤干细胞转录组和TCGA数据集的整合分析将DUSP6鉴定为胶质母细胞瘤干细胞区室中过表达的预后枢纽基因。DUSP6抑制剂BCI和(E/Z)-BCI显示出与ERK2相互作用域的强预测结合，进一步支持其在胶质母细胞瘤中的治疗脆弱性。
生理水平的DUSP6/MKP3 mRNA在CA1区相对于皮层显著富集，其表达主要定位于海马神经元而非胶质细胞。RNA测序分析揭示，胶质瘤-小胶质细胞相互作用激活ETS2–ID2转录轴，驱动小胶质细胞中DUSP6/MKP3的表达。该调控机制在人类GBM中保守且具有临床相关性，因为ETS2和ID2在TCGA胶质瘤队列中与相反的预后结果相关联。肿瘤相关中性粒细胞（TANs）的单细胞转录组分析将DUSP6/MKP3鉴定为胶质瘤中预后相关基因，但其功能和治疗意义尚未被探索。
双特异性磷酸酶DUSP6/MKP3的药理学和遗传学靶向
主要的药理学工具是BCI，一种DUSP1和DUSP6的半变构拮抗剂，最初通过斑马鱼化学筛选鉴定。它在多种癌症中很大程度上重现了基因DUSP6/MKP3缺失的效果，包括结直肠癌、白血病、人表皮生长因子受体-2（HER2）阳性乳腺癌和前列腺癌，并在异种移植和小鼠模型中显示出体内疗效，也适用于心肌损伤等肿瘤学之外的领域。在HER2阳性乳腺癌中，BCI介导的DUSP6/MKP3抑制可抑制neuregulin–HER3驱动的对HER2靶向治疗的耐药。一致地，DUSP6阻断在体内减少肿瘤生长并增强治疗反应。值得注意的是，BCI具有反应性且选择性不足以用于临床应用，但其在临床前概念验证研究中仍处于核心地位。
此外，DUSP6/MKP3通过促进DNA双链断裂修复来促进GBM放射耐药，这一机制由Nair及其同事通过互补实验方法证明。药理学BCI介导和遗传性ΔDUSP6（C293S突变体）介导的抑制破坏了DNA-PKcs激活和γH2AX招募，在体外增强放射敏感性，并在原位模型中延长无进展生存期，与DNA损伤修复中的非经典核功能一致。然而，BCI的多效性脱靶活性和细胞毒性效应混淆了将观察到的表型特异归因于DUSP6/MKP3抑制。事实上，BCI已被广泛报道具有显著的非特异性活性，并在低于有效抑制DUSP6所需浓度下诱导细胞毒性，引发对其使用所得结论的担忧。
重要的是，与依赖BCI的药理学研究不同，DUSP6/MKP3的基因消融为其功能提供了更直接的机制证据。在膀胱癌中，DUSP6/MKP3敲除可减少增殖、迁移、侵袭，并通过mTOR调节促进线粒体自噬。在非小细胞肺癌中，OCT4驱动的其上调促进转移。此外，结直肠癌中新兴的治疗潜力表明，高DUSP6/MKP3表达与肿瘤生长增加（约40%）和更差的预后相关。因此，这些模型支持开发超越BCI样分子的药理学DUSP6/MKP3抑制剂的合理性。
实验解析的人DUSP6/MKP3晶体结构主要对应于其催化结构域，该结构域含有标志性的HCXXXXXR磷酸酶基序，负责使ERK/MAPK底物去磷酸化。迄今为止，尚无全长DUSP6或ERK/DUSP复合物的结构。这一挑战极大地阻碍了小分子抑制剂靶向该磷酸酶的开发进展，目前尚无选择性和临床可行的抑制剂可用。作为MAPK诱导的反馈调节因子，DUSP6和DUSP4可能表现出功能冗余，可能通过补偿性旁系同源物活性缓冲DUSP6缺失的影响。
未来展望
总体而言，当前证据表明DUSP6/MKP3的异常表达参与GBM的发展和进展。通过调节MAPK信号传导（特别是通过ERK2亚型），DUSP6在塑造细胞对不同癌症治疗的敏感性和反应中发挥关键作用。临床前研究根据癌症情境将DUSP6归类为促癌或抑癌因子。目前，尚无直接测试DUSP6/MKP3靶向药物的临床试验（I-III期）。迄今为止，胶质母细胞瘤中唯一针对磷酸酶的临床试验是复发性胶质母细胞瘤中的蛋白磷酸酶2A抑制剂。结果已在ClinicalTrials.gov注册表（NCT03027388）中报告，但据研究人员所知，这些发现尚未在同行评审期刊上发表。
尽管初步发现前景广阔，但仍需在原位脑肿瘤模型中进行额外研究，以制定策略尽量减少其在中枢神经系统中抑制的不良反应。此外，尽管BCI在临床前环境中降低DUSP6活性，但在推进至人体试验之前，仍需更具选择性的下一代抑制剂。
多项临床研究探讨与DUSP6功能相关的通路，包括HER2、AKT和MAPK信号传导。然而，目前尚无直接靶向DUSP6的研究。例如，采用AKT抑制剂MK2206的试验通常在DUSP6驱动的耐药背景下作为对照提及。总体而言，这些观察将DUSP6定位为生物标志物和治疗耐药的中介因子，而非目前直接的临床靶点。这些观察强调了DUSP6作为MAPK驱动癌症（如胶质母细胞瘤）中潜在脆弱性的治疗吸引力。然而，其功能双重性的内在复杂性，加上药理学靶向磷酸酶的更广泛挑战，持续限制其转化进展。
三个主要挑战隐含地制约了DUSP6靶向策略的临床开发。首先，磷酸酶（包括MAPK磷酸酶）历来难以成药，因其固有的结构和催化特性长期使该类酶被视为“不可成药”。其次，DUSP6的情境依赖性生物学使其治疗开发复杂化。取决于肿瘤类型和分子情境，DUSP6可发挥促癌作用（如胶质母细胞瘤和乳腺癌中所报道）或肿瘤抑制作用（如胰腺癌和肺癌中所观察）。这种功能双重性对临床适应症的合理选择构成重大障碍。第三，缺乏优化的先导化合物进一步限制转化进展。原型抑制剂BCI虽广泛用作化学探针，但缺乏关键药物样特性，且伴有脱靶效应和定义不清的药代动力学特征，阻碍其进入临床评估。
