引言
在激素受体阳性(hormone receptor-positive, HR+)乳腺癌中,CDK4/6抑制剂的经典逻辑并不复杂:抑制CDK4/6,让视网膜母细胞瘤蛋白(retinoblastoma protein, Rb)保持低磷酸化状态,压制E2F转录因子,最终把细胞阻滞在G1期。
但近日,《Nature》的研究报道“Rb-driven transcription limits its tumour-suppressive effects in breast cancer”发现,这个故事还有另一面。研究人员发现,被CDK4/6抑制剂激活的Rb一边压制细胞周期,一边又进入雌激素受体(estrogen receptor, ER)相关的转录调控网络,增强一批雌激素反应基因的表达,其中甚至包括促进增殖的 CCND1。
这意味着,一个经典的抑癌蛋白,可能同时承担方向相反的两种转录功能。
一个反常的起点:Rb总量下降了,染色质上的Rb却突然增多
过去谈到Rb,重点几乎总是它与E2F的关系。
活化的低磷酸化Rb(hypophosphorylated Rb)结合E2F,使后者无法启动进入S期所需的细胞周期基因。CDK4/6抑制剂正是利用这条通路,把细胞周期的“推进器”关掉。
问题是:药物激活Rb之后,Rb在整个基因组上究竟去了哪里?
研究人员使用CUT&RUN(cleavage under targets and release using nuclease)对内源性、未经标签修饰的Rb进行染色质定位。结果相当醒目。
在MCF7细胞中,阿贝西利(abemaciclib)处理后出现 15,218个Rb结合增强区域,而减少的只有57个;在ZR-75-1细胞中,则分别是 12,868个和8个。更值得注意的是,虽然药物处理后细胞内总Rb蛋白水平反而下降,染色质上的低磷酸化Rb却大规模增加。大约 75%~80% 的新增Rb结合位点位于基因启动子(promoter)区域。
这些启动子富集E2F结合基序,附近主要是细胞周期相关基因,同时伴随转录活性标志H3K27ac下降。这部分结果完全符合我们熟悉的Rb模型:Rb来到E2F靶基因附近,然后把细胞周期程序压下去。
真正带来新问题的是剩下的20%~25%。
如果Rb的主要任务只是关闭E2F,那么它为什么要大量出现在启动子之外?
最值得关注的20%~25%:Rb进入了ER的调控网络
在MCF7和ZR-75-1细胞中,研究人员分别发现 3,878个和2,240个 由阿贝西利诱导的非启动子Rb结合区域。
这些区域与经典E2F启动子的表现恰好不同。
Rb进入经典细胞周期启动子后,H3K27ac降低;但在这些非启动子区域,H3K27ac反而升高,而且附近基因更倾向于表达上调。换句话说,这些位点更像是已经存在的活性增强子(enhancer),Rb到来后,它们的转录活性进一步增强。
进一步分析三维染色质结构后,线索开始指向ER。
所谓转录枢纽(transcriptional hub),可以理解为多个具有转录活性的染色质区域通过空间相互作用形成的三维调控网络。研究中,包含非启动子Rb结合位点的转录枢纽具有更多节点和染色质连接,而且转录活性更高。
在345个与Rb相关的转录枢纽中,188个同时包含ER结合节点,占54%。
研究人员进一步找到 405个非启动子Rb结合区域,这些区域可以通过染色质环(chromatin loop)直接连接到基因启动子。其中包括 17个Hallmark Estrogen Response Early基因,代表性成员有 CCND1、TFF1、KRT18和KRT19。大多数这些基因在CDK4/6抑制后,无论mRNA还是蛋白水平都出现上升。
于是,一个颇为反直觉的现象出现了:
CDK4/6抑制剂成功激活Rb之后,Rb不仅压低E2F程序,同时还加强了ER驱动的转录程序。
而后者并不都是“无害”的。
例如 CCND1编码cyclin D1。Cyclin D1本身就是推动细胞周期的重要蛋白,也与CDK4/6抑制剂耐药有关。因此,Rb在一条线路上限制增殖,却可能在另一条线路上重新建立部分促增殖能力。
这只是“同时出现”吗?研究人员做了三层反向分析
看到Rb和ER同时出现在活跃染色质区域,还不能证明Rb促进了这些基因的表达。相关性并不等于功能关系。
这项研究比较有说服力的一点,是随后进行了多层干预。
首先,研究人员利用CRISPR–Cas9破坏连接 CCND1或KRT18启动子 的Rb结合增强子。一个很关键的结果是:破坏这些增强子并没有明显降低基因的基础表达,却显著削弱了阿贝西利处理后CCND1或KRT18的诱导。
这意味着这些调控元件不是简单维持基因日常表达,而是参与了药物诱导的转录响应。
第二,研究人员敲除 RB1。在MCF7、ZR-75-1等ER阳性模型中,CDK4/6抑制原本可以稳定上调雌激素反应基因;失去Rb后,这种转录响应基本消失。
第三,还有一个容易被忽略的替代解释:会不会只是药物让ER本身变多了?
RNA测序并没有发现ER表达水平发生足以解释现象的大幅变化。
把三层证据放在一起,逻辑链条就更清楚了:不是因为细胞简单制造了更多ER,而是CDK4/6抑制后,Rb自身进入ER相关的染色质调控网络,并参与增强ER靶基因的转录。
一个临床上的老问题,因此有了新的解释:为什么CDK4/6抑制剂要搭配内分泌治疗?
CDK4/6抑制剂单药与联合内分泌治疗的差异,临床上早已知道。
这项研究提出的问题是:这种联合为什么会如此有效?两类药物只是分别阻断两条通路,还是存在更深的机制耦合?
研究人员重新分析了POP临床试验中的乳腺癌样本。患者在手术前接受2周帕博西利(palbociclib)单药治疗或不接受治疗。分析中包括 44对帕博西利治疗前后配对样本,以及18对对照样本。
结果呈现出两种方向相反的转录变化。
帕博西利治疗后,Hallmark E2F Targets显著下降,符合CDK4/6抑制剂的预期;与此同时,Hallmark Estrogen Response Early却显著升高。其中雌激素早期反应基因集的标准化富集分数(normalized enrichment score, NES)为 1.68,校正P值为0.00024;而E2F靶基因的NES达到 −3.60,校正P值为2.1×10⁻⁴⁹。
换句话说,在患者肿瘤中也可以同时观察到:
细胞周期被压制,而ER转录程序被增强。
这为联合治疗提供了一个新的解释。
在MCF7、ZR-75-1和CAMA-1细胞中,阿贝西利单药增加雌激素反应基因表达;加入ER降解剂氟维司群(fulvestrant)后,这一响应明显受到抑制,同时E2F程序下降得更深,细胞增殖受到更持久的控制。值得注意的是,这种增强效应并不是通过明显增加细胞死亡实现,而主要体现为更强的增殖抑制。患者来源异种移植瘤(patient-derived xenograft, PDX)模型中也观察到了类似方向:CDK4/6抑制单药诱导ER相关基因,而联合ER靶向治疗进一步加强E2F抑制和肿瘤生长控制。
因此,CDK4/6抑制剂与内分泌治疗之间的协同,可能不仅是“两条增殖通路同时被封锁”。
更值得注意的是:内分泌治疗可能还在清除CDK4/6抑制本身诱导出来的一条补偿性转录程序。
ESR1突变之后,这条反馈可能从“可控制”变成“逃逸通道”
如果ER可以被内分泌治疗充分关闭,那么Rb诱导的ER转录程序并不一定构成严重问题。
但如果ER已经不再依赖雌激素呢?
研究人员把目光转向了 ESR1 Y537S。这是一个具有配体非依赖性活性的ESR1突变,即使缺少雌激素,ER仍可以保持较高转录活性。
在携带ESR1 Y537S的MCF7细胞中,即使使用模拟芳香化酶抑制剂治疗环境的雌激素剥夺条件,阿贝西利仍然能够诱导一批ER靶基因,包括 CCND1。
与此同时,E2F靶基因受到的抑制变弱。
当研究人员从单纯雌激素剥夺转而使用能够降低突变ER水平的选择性雌激素受体降解剂(selective estrogen receptor degrader, SERD)后,E2F抑制和细胞增殖控制重新加强。更有意思的是,仅仅降低CCND1,就足以让阿贝西利处理后的E2F程序进一步下降。
这里需要注意:
这组数据支持这样的机制模型:在ESR1突变背景下,持续活跃的ER使Rb诱导的补偿性转录程序难以被单纯雌激素剥夺关闭,因此可能削弱CDK4/6抑制带来的完整细胞周期阻滞。
但它还不能单独证明“所有ESR1突变患者都应该立即提前使用SERD”,更不能证明这一机制能够解释所有临床CDK4/6耐药。
这是机制研究提供的治疗假说,而不是一项治疗时序的随机临床试验结论。
Rb怎么从“转录抑制者”变成“转录促进者”?KDM5A提供了关键线索
还有一个核心问题没有解决:
Rb本身并不是经典意义上的转录激活因子,它到底怎样促进ER靶基因表达?
研究人员对Rb的核内互作蛋白进行了质谱分析,随后通过免疫共沉淀(co-immunoprecipitation, co-IP)验证。结果发现,Rb、ER和组蛋白去甲基化酶KDM5A可以存在于同一核内蛋白复合物中:分别沉淀三者中的任意一个,都能够检测到另外两个。
染色质分析进一步显示,ER和KDM5A在很多相关区域原本就已经存在;CDK4/6抑制后,发生明显变化的主要是Rb——低磷酸化Rb后来进入这些区域。
KDM5A尤其值得注意。
KDM5A能够去除与活跃转录相关的H3K4me3修饰。研究人员敲低KDM5A后,雌激素响应基因明显升高,其中就包括前面那17个由Rb结合增强子连接的ER靶基因。更关键的是,在KDM5A已经被敲低的情况下,再加入CDK4/6抑制剂并没有带来进一步明显的转录诱导。
与此同时,CDK4/6抑制后,多种ER相关基因的H3K4me3区域出现扩展。
因此,研究支持的模型不是“Rb直接打开这些基因”,而更接近于: Rb进入原本存在的ER–KDM5A调控区域,削弱KDM5A介导的转录抑制,使H3K4me3等活跃染色质特征得以维持或扩大,最终提高ER靶基因输出。
这是一种“解除抑制(derepression)”式的转录激活。
不过作者也明确指出,目前的数据并不能证明ER就是负责把Rb招募到这些区域的因子。换句话说,Rb如何被精准定位到这些调控位点,仍然没有完全解决。
最值得关注的,可能不是“Rb还有一个新功能”
如果只把这项工作理解为“发现Rb还能促进ER转录”,其实低估了它的意义。
它更值得思考的地方在于:药物激活一个抑癌通路,并不意味着细胞只会执行我们希望看到的那一部分功能。
CDK4/6抑制确实让Rb恢复了经典抑癌功能:压低E2F、阻断细胞周期。但同一个被激活的Rb又重塑了染色质占位,参与增强子-启动子(enhancer-promoter)网络,并诱导一部分能够维持增殖潜力的ER靶基因。
治疗因此改变的并不只是某个激酶的活性,而是整个细胞的转录状态。
这个视角也解释了一个看似矛盾的现象:Rb诱导的ER程序,在内分泌敏感环境下可能提高肿瘤对抗雌激素治疗的依赖,从而促进联合治疗效果;但在ESR1突变等ER持续活化的背景中,同一程序又可能成为限制CDK4/6抑制效果的因素。
同一套分子机制,结果取决于治疗背景。
在接受这个新模型之前,还有几个数字值得保持警惕
这项研究的证据链很完整:从CUT&RUN染色质定位,到RNA-seq、三维染色质互作,再到RB1敲除、增强子CRISPR干预、KDM5A敲低、PDX模型以及患者治疗前后样本,多个层级的结果相互支持。
但“证据链完整”不等于“不存在不确定性”。
首先,多数核心染色质实验每组使用 2个独立生物学重复;部分ER或KDM5A染色质实验甚至只有1个样本条件,需要后续更大规模重复验证。
其次,三维染色质HiChIP数据来自阿贝西利处理 7天 的既往实验,而本研究Rb CUT&RUN主要在处理 2天 后完成。研究人员自己也将这种时间点不一致列为整合分析的局限性。
第三,ESR1突变部分主要依赖细胞模型;PDX证据也集中于特定模型。POP试验样本则证明患者肿瘤在短期帕博西利治疗后出现类似转录变化,但这些数据本身并不能证明Rb–ER反馈的强弱能够直接预测患者的长期无进展生存或耐药时间。
因此,目前比较稳妥的结论是:
Rb并不是一个只负责“关闭转录”的静态抑癌蛋白。CDK4/6抑制使低磷酸化Rb重新分布到染色质,在关闭E2F程序的同时,还可以参与ER相关增强子网络,诱导包括CCND1在内的雌激素反应基因;这种双重作用既可能帮助解释CDK4/6抑制剂与内分泌治疗的协同,也可能在ESR1突变背景下限制细胞周期抑制的深度。
而这项研究最后留下的一个问题,或许比答案更值得继续追踪:
当一种抗肿瘤药物成功击中了预定靶点之后,我们究竟应该只观察“靶点有没有被抑制”,还是应该进一步关注细胞为了适应这次打击,重新启动了哪些转录程序?
很多耐药机制,也许就藏在后一个问题里。
参考文献
Watt AC, Ahn A, Blyth C, Dixon-Douglas JR, Ambani K, Coulson R, Taylor M, Chan KT, Dietrich C, Russ BE, Ramm S, Mahendra CA, Lu KH, Pires N, Garcia-Sannicolas J, Voulgaris O, Nunag S, Ang CS, Dawson MA, Lim E, Arnedos M, Chandarlapaty S, André F, Goel S. Rb-driven transcription limits its tumour-suppressive effects in breast cancer. Nature. 2026 Aug 12. doi: 10.1038/s41586-026-10886-w. Epub ahead of print. PMID: 42587147.
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