《Molecular Oncology》:Pharmacological chromatin remodeling enhances response to estrogen therapy in ER+ breast cancer
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雌激素疗法在约30%的内分泌耐药雌激素受体(ER)阳性乳腺癌患者中产生临床获益,但其作用机制及提高疗效的策略仍不清楚。雌激素疗法可诱导ER转录过度激活和DNA损伤;研究人员假设这种损伤可通过抑制组蛋白去乙酰化酶(HDACi)引起的表观遗传失调而进一步加剧。研究
雌激素疗法在约30%的内分泌耐药雌激素受体(ER)阳性乳腺癌患者中产生临床获益,但其作用机制及提高疗效的策略仍不清楚。雌激素疗法可诱导ER转录过度激活和DNA损伤;研究人员假设这种损伤可通过抑制组蛋白去乙酰化酶(HDACi)引起的表观遗传失调而进一步加剧。研究人员在三种ER+乳腺癌模型中评估了17β-雌二醇和HDACi的效果:在长期雌激素剥夺后适应生长的细胞;经工程改造过表达外源ER从而赋予内分泌耐药性的细胞;以及携带内分泌耐药患者来源异种移植瘤的小鼠。检测终点包括细胞凋亡、细胞生长、DNA损伤、组蛋白翻译后修饰、ER调节的转录本及编码蛋白水平、细胞周期和复制状态,以及全基因组染色质可及性、ER结合和转录谱。恩替诺司他处理增加了组蛋白乙酰化和染色质可及性。在ER过表达模型中,E2与恩替诺司他联合治疗抑制了细胞生长并诱导了细胞凋亡。E2和恩替诺司他作为单药及联合使用均诱导了DNA损伤。这些药物在肿瘤模型中表现出协同作用,提示HDACi可作为增强雌激素疗法疗效的策略。
乳腺癌(BC)中最普遍的亚型是雌激素受体阳性/人表皮生长因子受体2阴性(ER+/HER2?)疾病,占BC病例的2/3。传统的内分泌疗法通过抑制雌激素生物合成或拮抗ER来中断ER信号传导驱动的增殖过程,但仍有约1/3的患者经历通常致命的复发转移,因此亟需改善内分泌耐药疾病的治疗。早在20世纪40年代,人们就观察到雌激素疗法对BC有效。尽管雌激素疗法在约30%的内分泌耐药ER+ BC患者中具有临床益处,但其使用受限于用雌激素治疗BC的悖论,且其疗效机制尚不清楚。既往案例描述了E2在ESR1扩增的ER+晚期乳腺肿瘤中的反应,研究人员发现ER过表达可通过ER激活赋予对雌激素剥夺的耐药性,并且ER过表达及其相关的高水平ER转录激活将E2从促生长剂转化为生长抑制剂,同时还伴有由ER转录再激活诱导的DNA损伤。组蛋白去乙酰化酶(HDACs)作为组蛋白乙酰化标记的擦除剂,其药理学抑制可增加染色质可及性。研究人员假设,HDACi将促进E2诱导的ER-DNA结合和转录,从而在内分泌耐药BC细胞中进一步加剧DNA损伤。因此,本研究旨在确定HDACi对ER+ BC临床前模型中E2疗法反应的影响。
为开展此项研究,研究人员使用了三种ER+ BC模型:长期雌激素剥夺适应生长的HCC-1428/LTED细胞、过表达外源ER的MDA-MB-415/ESR1细胞,以及来源于内分泌耐药患者的CTG-3346和WHIM16两种患者来源异种移植瘤(PDX)小鼠模型(进行卵巢切除术的NSG小鼠)。主要应用的关键技术方法包括:利用染色质转座酶可及性测序(ATAC-seq)评估全基因组染色质可及性,利用靶标切割和释放(CUT&RUN)技术结合高通量测序绘制ER在全基因组的DNA结合图谱,通过RNA测序(RNA-seq)结合基因集富集分析(GSEA)评估转录组变化,以及利用流式细胞术和免疫荧光技术定量分析细胞周期、细胞凋亡和DNA损伤标志物(如γH2AX)。
HDACi增加组蛋白乙酰化和染色质可及性
通过免疫印迹和ATAC-seq研究发现,选择性HDAC1/3抑制剂恩替诺司他以剂量依赖的方式增加组蛋白H3第27位赖氨酸的乙酰化(H3K27ac),这在特定的调控元件中引起了短期的染色质重塑,且基序富集分析显示,恩替诺司他主要增加了ESR1等转录因子基序的可及性。
恩替诺司他与17β-雌二醇联合疗法抑制细胞生长并诱导细胞凋亡
通过细胞生长实验和流式细胞术分析证实,在E2抑制生长的HCC-1428/LTED和MDA-MB-415/ESR1内分泌耐药模型中,恩替诺司他联合E2比任何一种单药都更有效地抑制细胞生长,且该组合通过诱导细胞凋亡显著增强了生长抑制效果。
恩替诺司他和E2驱动不同的基因表达谱
通过RNA-seq和GSEA分析得出,恩替诺司他主要诱导转录上调,而E2和恩替诺司他在亲本和LTED细胞中对下游靶点(如MYC targets和E2F targets)表现出相反的调节作用。在内分泌耐药的LTED细胞中,恩替诺司他对特定通路具有主导的转录效应。
恩替诺司他改变E2诱导的ER DNA结合谱
通过CUT&RUN技术研究发现,E2主要增加ER在基因间区和启动子区域的结合,而恩替诺司他的共处理减少了E2诱导的ER结合位点数量。尽管如此,在E2单独诱导及联合诱导的ER结合区域中均显著富集了雌激素反应元件(ERE)基序,且恩替诺司他改变了具有近端ER结合位点基因的E2调节转录模式。
联合疗法诱导DNA损伤,HDACi阻滞细胞周期进程
通过BrdU掺入、DAPI染色和γH2AX信号流式分析得出,恩替诺司他预处理阻滞了细胞进入S期并抑制了DNA复制,而E2的加入部分挽救了这种复制阻滞现象。联合治疗在复制活跃的细胞中诱导了最显著的DNA损伤,提示细胞周期进程与抑制之间的竞争机制构成了联合治疗抗癌疗效的基础。
E2/恩替诺司他联合疗法在体内具有协同作用
在卵巢切除的NSG小鼠PDX模型中,恩替诺司他单药适度减缓肿瘤生长,而E2单药及联合治疗均可诱导几乎所有肿瘤的完全消退。在停止恩替诺司他给药后,联合治疗显著延缓了肿瘤的复发时间。转录组分析和免疫印迹表明,恩替诺司他在体内增加了ER靶基因的反应并诱导了更多细胞凋亡(PARP剪切增加),同时抑制了肿瘤细胞的复制。
在讨论部分,研究人员总结了采用长期雌激素剥夺(LTED)细胞、过表达ER细胞和PDX模型模拟内分泌耐药ER+ BC的发现。虽然E2和恩替诺司他单药在一定程度上能限制耐药细胞生长,但联合用药效果更佳。机制上,两者促进了相互拮抗的细胞周期进程,恩替诺司他通过药理学抑制HDACs破坏了DNA损伤修复过程并增加了细胞对DNA损伤诱导死亡的敏感性,而E2增强了R-loop的形成,两者在机制上存在汇聚点。此外,表观遗传的异质性决定了不同的抗癌反应。研究结论部分表明,恩替诺司他与E2联合治疗在改变染色质可及性、转录模式、DNA损伤和细胞周期应激方面优于单药治疗,具有显著的协同作用。这些数据为将HDACi作为内分泌耐药ER+ BC雌激素疗法的伴随治疗策略提供了理论依据,也为HDACi在实体瘤中的应用提供了合理场景。
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