Rb驱动的转录限制了其在乳腺癌中的肿瘤抑制效应

《Nature》：Rb-driven transcription limits its tumour-suppressive effects in breast cancer

　　

视网膜母细胞瘤蛋白（Rb）是一种肿瘤抑制因子，最著名的是抑制E2F转录因子并阻止细胞周期进程¹。在激素受体阳性（HR⁺）乳腺癌中，CDK4/6抑制剂通过阻止其磷酸化来激活Rb，成为当前内分泌治疗方案的关键组成部分²。药理学激活的Rb如何重塑染色质并影响细胞周期停滞之外的转录仍知之甚少。研究人员表明，CDK4/6抑制诱导低磷酸化Rb重新分布到启动子和增强子。尽管Rb可预测地结合到细胞周期基因启动子以抑制转录，但在其他位点，它意外地通过整合到富含雌激素受体（ER）的转录枢纽中促进雌激素反应基因的表达。CDK4/6抑制剂以Rb依赖性方式增强乳腺癌细胞、患者来源异种移植瘤和临床HR⁺乳腺癌样本中ER靶基因的表达。这种重编程部分由KDM5A介导，KDM5A与Rb的相互作用有助于这些位点的基因调控。关键的是，这种Rb驱动的ER转录程序的组成部分是促增殖的。在内分泌敏感肿瘤中，这种效应可以被抗雌激素治疗中和，解释了治疗协同作用。在内分泌耐药的情况下，如ESR1突变乳腺癌，该程序持续存在，限制了CDK4/6抑制剂的治疗效果。这些发现将Rb重新定义为一种双功能转录调节因子，虽然强制细胞周期停滞，但也能激活抵消其肿瘤抑制功能的程序。

视网膜母细胞瘤蛋白（Rb）是经典的肿瘤抑制因子，主要通过抑制E2F转录因子和阻断细胞周期进程来发挥作用。在激素受体阳性（HR⁺）乳腺癌中，CDK4/6抑制剂通过阻止Rb磷酸化激活其功能，成为当前内分泌治疗的核心。然而，药理学激活的Rb如何重塑染色质并影响细胞周期停滞之外的转录机制尚不明确。为阐明这一问题，研究人员利用多种技术，在HR⁺乳腺癌细胞系（MCF7、ZR-75-1）、患者来源异种移植瘤（PDX）模型（KCC-P-3837）以及POP临床试验（NCT02008734）的配对样本中，系统研究了CDK4/6抑制后Rb的染色质结合变化及其转录后果，最终揭示了Rb作为双功能转录调节因子的新角色，其既可抑制细胞周期基因，又可激活促增殖的雌激素反应（ER）靶基因，从而限制自身的肿瘤抑制效应。该研究发表于《Nature》。

主要关键技术方法包括：使用CUT&RUN（切割靶标和释放核酸酶）技术绘制未标记Rb的染色质结合图谱，结合CDK4/6抑制剂处理；在PDX肿瘤中采用DynaTag（动态靶标和标签化）方法改良CUT&Tag；利用H3K27ac HiChIP（高通量染色质构象捕获联合染色质免疫沉淀）鉴定转录枢纽；通过RNA-seq分析基因表达变化；采用CRISPR-Cas9进行基因编辑；运用免疫共沉淀（co-IP）和质谱分析核相互作用组。样本队列来源于POP临床试验（NCT02008734）的44对palbociclib治疗和18对对照样本。

**药物激活的Rb在染色质上积累**：通过CUT&RUN分析，CDK4/6抑制（abemaciclib）导致低磷酸化Rb在染色质上大量增加（MCF7细胞中15,218个上调峰，ZR-75-1细胞中12,868个上调峰），约75–80%位于基因启动子，富集E2F基序并抑制细胞周期基因表达。同时，在非启动子区域（包括基因间区和内含子）也观察到广泛积累，提示Rb具有超越E2F抑制的未知功能。在PDX模型中，DynaTag结果与体外一致，所有差异信号均为上调峰。

**Rb参与增强子网络**：非启动子Rb结合位点表现出H3K27ac水平升高，并显著关联附近基因上调，提示这些位点为预存增强子。H3K27ac HiChIP数据显示，含有非启动子Rb峰的转录枢纽更复杂，且与ER共定位，富集雌激素反应基因。ChIP-Enrich分析进一步证实，这些位点对应的基因显著富集于雌激素反应通路。

**Rb促进雌激素反应转录**：HiChIP鉴定了405个非启动子Rb结合元件与雌激素反应基因启动子形成环，包括CCND1、TFF1、KRT18等17个标志性雌激素反应早期基因。CRISPR-Cas9破坏这些Rb结合的增强子显著减弱了abemaciclib诱导的基因上调。RB1敲除完全取消了该转录反应，表明Rb在功能上不可或缺。

**Rb塑造内分泌治疗反应**：POP临床试验中，palbociclib治疗组（n=44）肿瘤样本中雌激素反应基因集显著上调，而对照组（n=18）无变化。联合选择性ER降解剂fulvestrant可抑制该效应，并增强E2F靶基因的抑制和细胞增殖抑制。CCND1敲低同样增强E2F靶基因抑制，提示cyclin D1是Rb诱导的补偿性增殖反应的关键组分。

**Rb在ESR1突变体中也激活ER靶点**：在ESR1^Y537S突变MCF7细胞中，CDK4/6抑制仍诱导雌激素反应基因（包括CCND1），且该诱导在模拟芳香化酶抑制剂治疗的雌激素剥夺条件下持续存在，导致E2F靶基因抑制减弱。联合使用SERD（选择性ER降解剂）可恢复抑制，控制肿瘤细胞增殖。

**Rb缓解KDM5A介导的抑制**：免疫共沉淀结合质谱鉴定出Rb与ER、组蛋白去甲基化酶KDM5A形成核复合物。CUT&RUN显示，非启动子Rb上调峰与KDM5A和ER结合位点高度重叠，且KDM5A敲低单独即可上调雌激素反应基因，并消除CDK4/6抑制的进一步诱导效应。CDK4/6抑制导致H3K4me3峰在关键雌激素反应基因处扩展，与KDM5A活性降低一致。

**讨论**：本研究将Rb重新定义为动态、上下文依赖的转录调节因子。在CDK4/6抑制后，低磷酸化Rb通过直接参与染色质调控网络，激活ER靶基因（如CCND1），同时抑制E2F靶基因，从而既增强又限制治疗效应。在ESR1突变模型中，Rb驱动的转录程序持续存在，限制了细胞周期完全抑制，而SERD可逆转此效应。研究结论部分翻译：这些发现将Rb重新定义为一种双功能转录调节因子，虽然强制细胞周期停滞，但也能激活抵消其肿瘤抑制功能的程序。