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雄激素受体是促结缔组织增生性小圆细胞肉瘤的治疗靶点

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发表时间:2022-06-02 09:41作者:武汉新启迪Xinqidibio

摘要

促结缔组织增生性小圆细胞肿瘤(DSRCT)是一种侵袭性的、通常不可治愈的肉瘤亚型,主要发生在青春期后的年轻男性。最近的证据表明,雄激素受体(AR)可以促进DSRCTs中的肿瘤进展。然而,AR诱导的致癌刺激的机制仍未确定。在此,我们证明了恩扎鲁胺和AR导向的反义寡核苷酸(AR-ASO)阻断了5α-二氢睾酮(DHT)诱导的DSRCT细胞增殖并降低了异种移植瘤的负担。进行基因表达分析和染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq)来阐明AR信号如何调节细胞表观遗传程序。值得注意的是,ChIP-seq揭示了新的DSRCT特异性AR DNA结合位点,邻近关键的致癌调节因子,包括WT1(病理融合蛋白的C末端伴侣)和FOXF1。此外,AR占据了调节Wnt途径、神经分化和胚胎器官发育的增强子位点,暗示AR与功能障碍的细胞谱系定型有关。鉴于FDA批准的用于前列腺癌的雄激素靶向药物的广泛应用,我们的发现具有直接的临床意义。

介绍

促结缔组织增生性小圆细胞肿瘤(DSRCT)是一种侵袭性软组织恶性肿瘤,通常在青春期后的青少年和年轻成人中表现为大的腹内肿块,并伴有浆膜和膈下表面的广泛覆盖,由数百至数千个恶性结节构成。由于肿瘤位置不明显,几乎所有的晚期患者都出现腹痛或腹胀、恶心、便秘和体重减轻1.

DSRCT的细胞来源未知,这些肿瘤普遍表现为高级别、低分化状态,其特征为谱系不清的细胞巢,似乎显示上皮、肌肉、间充质和神经分化与显著的促结缔组织增生间质混合2,3,4。鉴于其罕见性,年龄调整后的发病率峰值为百万分之0.3-0.745直到1989年,Gerald和Rosai才首次将DSRCT描述为一种独特的临床病理疾病6。此后不久,细胞遗传学分析证明DSRCT肿瘤具有特征性t(11;22)(p13:q12)与尤文肉瘤(ES)基因配对的染色体易位(EWSR1)与肾母细胞瘤抑制基因(WT1)6,7,8,9。产生的嵌合59 kDa融合蛋白(FP)与WT1肿瘤抑制蛋白的杂合功能缺失相一致,促进了增强肿瘤存活和生长的致癌效应10.

PI3K/AKT和雄激素受体(AR)信号级联是癌症中最频繁激活的11,12。鉴于90%的DSRCT病例发生在青春期后的男性(平均诊断年龄为21.4岁),我们研究了AR如何促进肿瘤发生和存活4,13,14。Fine等人在2006年首次报道了AR和DSRCT之间的潜在联系,他们研究了27名晚期DSRCT患者,这些患者至少经历了两种化疗方案15。在那个回顾性的多中心分析中,37%的样本通过免疫组织化学检测≥2+,令人惊讶的是,6个样本中有3个是AR+患者暂时受益于使用Lupron和比卡鲁胺的第二代联合雄激素阻断(CAB)。尽管有这种有希望的活性信号,但AR靶向治疗尚未在临床上进一步开展,在撰写本文时,文献中没有报道其他研究。

在目前的工作中,我们使用DSRCT异种移植物和患者来源的肿瘤移植物(pdx)将Fine等人的发现扩展到现代AR靶向治疗,如恩扎卢他胺,这是前列腺癌(PC)治疗的基础16。此外,我们提出了使用实验性AR靶向反义寡核苷酸(ASO)的有希望的疗效数据,ASO通过抑制AR表达显著延迟肿瘤生长。最后,我们展示了染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq)结果,提示对AR在DSRCT致瘤性中的作用有了新的机制理解。我们的研究结果证实DSRCT是第二种AR驱动的恶性肿瘤,并暗示了一条通向临床试验的道路,该临床试验的中心是针对这种其他难治性儿科癌症的AR指导的治疗方案。

结果

DSRCT中的蛋白质表达与胚胎干细胞有很大不同

鉴于临床表现、肿瘤生物学和对生物学靶向治疗的反应的差异,我们进行了反相蛋白裂解物阵列(RPPA)来鉴定富含DSRCT的蛋白。为了确定肿瘤特异性蛋白,我们使用一个充分描述的富含已知癌蛋白的RPPA平台,比较了来自同一患者的DSRCT结节和成对的相邻正常表现的肠系膜组织的蛋白裂解物(补充图。S1)17,18,19。无监督的双层聚类正确地将正常的肠系膜组织与过度表达Akt、Syk、PKC-α和其他蛋白的DSRCT区分开。接下来,我们鉴定了与另一种恶性肿瘤相比富含DSRCT的蛋白质,使用ES作为共享N-末端EWSR1融合伴侣的最近的分子表亲。有趣的是,AR和Syk蛋白在大多数DSRCT标本中上调,但在胚胎干细胞中几乎检测不到(图。1a、b).通过蛋白质印迹(WB)验证的RPPA数据提供了富含DSRCT的蛋白质的第一个筛选(图。1c,d).

图DSRCT和ES的蛋白质组比较。
figure 1

a来自DSRCT的蛋白质裂解物(红色;n= 16)和ES(蓝色;n= 6)进行151种蛋白质和磷蛋白(红色,信号增强;绿色,信号减弱)。使用蛋白质之间的Pearson相关距离度量(行)和质心链接(一种聚类方法)的无监督双层聚类将22个样本按照肿瘤类型分成两组(列)。在这22种蛋白质中,8种在ES和DSRCT之间具有显著差异的表达(p≤ 0.05;折叠变化≥2)。b与DSRCT或es相关的8种蛋白质的平均表达强度值,以及它们在通过RPPA小组中151种抗体的中位数对整体蛋白质表达进行标准化后的统计学显著性。c蛋白质印迹用于验证RPPA鉴定的在DSRCT和ES之间差异表达的蛋白质。d标准化的蛋白质表达与β-肌动蛋白相关。数据点在bd代表平均值±标准差。n是每种肉瘤亚型的分析样本数。

AR在DSRCT原发肿瘤中的表达

由于ar活性需要雄激素介导的核转位,我们从MD安德森癌症中心(MDACC)治疗的60例患者中创建了一个DSRCT特异性组织微阵列(TMA ),以确定在一个机构治疗的患者中AR染色的患病率和细胞分布。75%的可用于分析的岩芯通过免疫组织化学检测呈核ar阳性(图。2a,b和补充图。s2a–c),通常在上皮样细胞中比在促结缔组织增生基质细胞中更显著。在AR阳性样本中,7%在10-50%罕见的散在细胞中显示局灶性AR表达,并且可以是任何强度(低阳性AR表达),3.3%具有低AR表达,其中只有1-10%的细胞为AR表达阳性(局灶性表达),25%显示阴性AR表达(其中只有0-1%的细胞为阳性)。65%显示高AR表达,其定义为样本细胞中AR阳性率> 50%(图。2b和补充图。S2c).高强度染色被定义为完全模糊细胞核苏木精复染,而中度染色允许染色可视化。弱染色需要检查至少200倍的细胞,以可靠地检测染色。作为AR表达的额外指标,我们通过蛋白质印迹法评估了另外12例DSRCT患者肿瘤的AR表达:42%的肿瘤显示高AR表达,33%中度AR表达,25%为AR阴性(图。2c,d).由于IHC和蛋白质印迹显示大约四分之三的DSRCT病例中有中度到高度的AR表达,这似乎证实了RPPA的结果。

图2:AR和PSA表达的DSRCT TMA和冷冻标本图谱。
figure 2

a直方图显示了按强度(低、中和高)分组的60个人DSRCT肿瘤的AR IHC表达水平。人口统计学数据,包括每个原发或转移性切除肿瘤患者的相应性别(红色:男性或绿色:女性)、诊断年龄和手术前/后化疗治疗,显示在每个直方图的左侧。b在DSRCT TMA IHC染色上的AR表达水平解释和肿瘤标记的百分比评分(阳性(> 50%)、低阳性(10-50%)、局灶性(1-10%)和阴性(0-1%)。c11个DSRCT速冻原发肿瘤中AR表达的蛋白质印迹分析。AR表达:P =阳性,N=负,或M =中等。d样品间的相对AR水平如所示c。条形图显示平均值±标准偏差。e对来自前列腺癌(PC)、DSRCT和其他类型肉瘤样品的基因表达执行的主成分分析图。fDSRCT、前列腺癌和其他四种肉瘤类型的AR基因表达水平的箱线图。Wilcoxon秩和检验用于比较DSRCT(n= 22)和其他每一种癌症类型。PC =前列腺癌(n= 12);CS =软骨肉瘤(n= 7);OS =骨肉瘤(n= 47);WDLPS =高分化脂肪肉瘤(n= 7),DDLPS =去分化脂肪肉瘤(n= 10).***p值< 0.001,**p值< 0.01,并且*p值< 0.05。

DSRCT、PC和其他肉瘤原发肿瘤样品的基因组分析

鉴于DSRCT的男性优势,新的AR蛋白表达数据,以及已知大量的AR靶向治疗用于前列腺癌,我们选择将AR作为DSRCT的潜在治疗靶点。Fine等人的病例报告暗示DSRCT患者可以对第一代CAB产生短暂的反应,这增强了我们研究AR信号如何促进DSRCT生物学的热情15.

鉴于AR在前列腺癌生长和存活中的中心作用,以及对这种恶性肿瘤的深层机制理解20,21,22,23我们进行了基因表达分析,将22个DSRCT样本与12个PC样本和一组其他不同肉瘤亚型进行比较,包括7个软骨肉瘤,7个高分化脂肪肉瘤,10个去分化脂肪肉瘤和47个骨肉瘤样本,作为阴性对照。正如预期的那样,与软骨肉瘤、高分化和去分化脂肪肉瘤以及骨肉瘤(p < 0.01–p < 0.0001) but did not surpass the levels observed in PC (Fig. 2e,f).

与其他肉瘤亚型相比,大多数DSRCT样本根据其雄激素途径相关的89个基因的表达聚集在一起,如KEGG所定义(补充图。S2d).类似地,DSRCT样本通过55个与典型雄激素信号传导相关的基因的表达聚集在一起(补充图。S2f).值得注意的是,根据所有样本中1500个最不同的基因,PC和DSRCT聚集在它们自己的分支上,与其他肉瘤亚型分开(图。3).通路分析显示,与其他肉瘤亚型相比,DSRCT中富含其他癌症通路。这包括通过细胞粘附和脱离之间的协调平衡来调节细胞侵袭的细胞粘附分子通讯途径24,25和细胞外基质(ECM)相互作用途径,已知该途径启动细胞穿过ECM屏障的运动26.

图3:PC的双层聚类(n= 12)、DSRCT(n= 22),以及其他肉瘤亚型(n= 71).
figure 3

所有样本中前1500个最易变的基因用于比较DSRCT与PC和其他肉瘤亚型。无监督的双层聚类将DSRCT放置在分支1上的PC旁边。其他肉瘤亚型聚集在分枝2上。热图中不同的区块表示与其他肉瘤亚型相比,PC和DSRCT中基因过表达(A)或低表达(B)。在分支1中,与DSRCT (D)相比,一些基因在PC (C)中严格上调。PC =前列腺癌(n= 12);OS =骨肉瘤(n= 47);CS =软骨肉瘤(n= 7);WDLPS =高分化脂肪肉瘤(n= 7),DDLPS =去分化脂肪肉瘤(n= 10).

表征ar及其核辅因子的核外伴侣

AR剪接变异体(AR-Vs)与PC肿瘤进展、生化复发风险增加和总体生存结果不佳有关27,28,29。为了确定在DSRCT中是否存在AR的变异形式,我们评估了12名连续DSRCT患者队列中AR-V7的表达。由于最初的12个样本中没有一个表达IHC AR-V,我们选择不在更广泛的样本集中进一步检测。

因为AR活性会受到整联蛋白和转录辅调节因子的影响30,31中,我们使用蛋白质印迹分析在蛋白质组水平上在11个DSRCT肿瘤的同一队列中评估了这些AR激活剂。在间质组织中常见的三种α整合素(ITGAV、ITGA4和ITGA5)和β整合素(ITGB1、ITGB3和ITGB5)亚单位中,蛋白质表达差异很大,并且与AR表达无关(补充图。S3a).

由于AR的表观遗传效应可以被辅因子结合和基质金属蛋白所改变,我们评估了类固醇受体辅激活因子NCOA1/2/3或MMP2/13是否通过AR依赖机制促进DSRCT的发展32,33,34,35,36,37。为此,我们对11个原发性DSRCT肿瘤以及JN-DSRCT和LNCaP PC细胞系进行了WB。三NCOA生物标志物在DSRCT临床样本中的异质性表达与其AR表达成比例(补充图。S3b).然而,与LNCaP PC细胞相比,JN-DSRCT细胞显示NCOA1/2的低表达和NCOA2的等同表达(补充图。S3c).需要进行更大样本集的进一步研究,以确定AR依赖性整联蛋白/NCOA依赖性途径如何影响DSRCT细胞迁移和死亡。

通过AR体外刺激和抑制DSRCT增殖

尽管睾酮和DHT激活AR导致PC细胞快速增殖38不确定DSRCT细胞是否同样依赖AR信号进行增殖、生长和存活。为了评估这一点,我们在JN-DSRCT中进行了DHT介导的AR刺激后的体外细胞增殖试验;用作阳性或阴性对照的表达AR的LNCaP PC细胞、不表达AR的PC3 PC细胞和ES TC71细胞。如假设的那样,与PC3和ES细胞相比,DHT刺激增加了JN-DSRCT和LNCaP细胞的细胞增殖(图。4a).如通过蛋白质印迹所测量的,我们证实了在DHT刺激后LNCaP和JN-DSRCT细胞系的强AR表达,而在TC71 ES和PC3 PC细胞中AR不存在(图。4b).接下来,我们对这些细胞进行了共聚焦免疫荧光染色,以确定DHT介导的刺激是否(以及多快)促进AR从细胞质迁移到细胞核。我们的结果表明AR-核转位在DHT暴露的5小时内开始,在24小时内达到高峰(图。4c,d).

图4:通过AR对DSRCT增殖的体外刺激和抑制。
figure 4

aJN-DSRCT、TC71、LNCaP和PC3细胞在用AR激动剂激素双氢睾酮(DHT)以剂量依赖性方式处理后的增殖试验。n是实验重复次数。b通过western blotting分析JN-DSRCT、TC71和LNCaP细胞的AR表达,并绘制各细胞系AR水平的直方图。c通过用DAPI标记的细胞核(蓝色)进行免疫荧光分析来分析JN-DSRCT细胞的AR蛋白表达(绿色),d在DHT后处理的0、5和24小时,在单个细胞内报告的细胞核/细胞质ar平均强度比率的定量散点图表示。eJN-DSRCT细胞对enzalutamide的敏感性低于(f2)AR反义寡核苷酸处理,如基于细胞的体外WST1增殖试验所示。g未经处理或经对照ASO和AR-ASO处理后的JN-DSRCT细胞中AR表达的蛋白质印迹分析。GAPDH标准化后各细胞系相对AR水平的直方图。数据点在a, e,以及f代表每个细胞系使用三个实验重复的平均值SEM。数据输入b(底部面板),dg(下图)代表平均标准偏差。P由不成对的双尾计算的值t-测试。

已经表明DHT刺激DSRCT细胞,我们研究了FDA批准的和实验性的AR拮抗剂是否有抗增殖作用。两种enzalutamide(图4e)和小说AR-ASO(IONIS 560131;前AZD5312)在两周时显著减缓DSRCT细胞增殖(图。4f)和减少的AR表达(图。第四代移动通信技术).然而,在用AR靶向的反义封闭剂处理的细胞中,体外抗增殖效果更有效四倍(图。4e,f).值得注意的是,这种抗肿瘤作用需要与DHT同时给药(补充图。第四心音).总之,这些数据表明DHT刺激的AR表达在DSRCT细胞增殖中的重要作用,并最终证明了AR拮抗剂的有效抗肿瘤作用。

基于AR的靶向治疗DSRCT的临床前疗效

由于只有一个DSRCT细胞系存在,我们使用JN-DSRCT异种移植物和可用的DSRCT PDXs将AR拮抗剂的评估扩展到体内环境。在治疗的前两个月,与安慰剂组或对照组相比,接受恩扎鲁胺或AR-ASO治疗的携带JN-DSRCT异种移植肿瘤的免疫低下NSG小鼠显著降低了肿瘤负荷并提高了存活率,且疗效相同(图。5a、b).在2个月时,肿瘤生长开始在enzalutamide治疗的小鼠中加速,而在用25或50m g/kg AR-ASO治疗的小鼠中生长抑制继续(p < 0.0001; Fig. 5a).与enzalutamide相比,AR靶向ASO (25和50 mg/kg)表现出更好的抗肿瘤活性(图。5a; p < 0.0001 or p= 0.006)。AR-ASO和对照ASO的效果也在携带DSRCT PDX的NSG小鼠(5只小鼠/组)中进行了评估(图。5d–f).正如预期的,肿瘤生长和Kaplan-Meier曲线显示,与对照ASO组相比,用AR-ASO治疗的肿瘤显著降低了肿瘤负荷并提高了存活率(p= 0.0097,并且p < 0.0001, respectively).

图5:用于治疗DSRCT的基于AR反义的疗法的临床前功效。
figure 5

acAR阻断在JN-DSRCT异种移植物中的治疗效果,重复三次。在用恩扎卢他胺(25 mg/kg,橙色)、AR-ASO (25 mg/kg,常规红色;50毫克/千克,红色虚线)、对照ASO(灰色)或安慰剂(黑色)。顶部面板(a)显示了每只小鼠的个体数据;中间面板(b)显示了相对肿瘤体积的平滑分组中值;下面板(c)显示了每个治疗组小鼠的存活Kaplan-Meier曲线。df显示了用相同药物治疗的DSRCT PDX的类似数据。d个人PDX数据,e平滑的PDX数据,以及fPDX DSRCT的卡普兰-迈耶曲线。P平滑肿瘤生长曲线的报告值(be)是由一个双尾不成对的t-测试。卡普兰-迈耶P数值通过对数秩(Mantel–Cox)检验进行计算。n是每个治疗组中接受治疗的小鼠数量。

虽然两种药物都延缓肿瘤生长,但在两种临床前模型中,AR-ASOs比enzalutamide更有效。因此,我们的药效学分析主要集中在AR-ASO治疗的效果上。RPPA的蛋白质组分析(图。6a),蛋白质印迹法(图。6b,c),免疫荧光(图。6d,e和补充图。s5a–c),以及免疫组织化学(图。6f–h和补充图。s5d–f)验证了AR-ASO介导的异种移植物和PDX中AR表达的敲低。为了进一步描述AR-ASO与enzalutamide在机理上的区别,我们对38份临床前动物标本进行了液相色谱-串联质谱分析,如图。5。与PC的先前文献一致,AR-ASO治疗后AR的丢失使睾酮不稳定,并减少了其在肿瘤内的表达(补充图。S6)39,40。作为阴性对照,肾上腺素受体阻断后皮质酮水平没有变化。此外,由于恩扎鲁胺的抗肿瘤作用是通过阻止配体-AR结合,减少AR穿梭到细胞核,并削弱AR DNA结合亲和力来发挥作用,而不是降低AR水平(补充图。s7a–e)—enzalutamide治疗没有显著降低肿瘤内睾酮。

图6:基于AR的反义治疗后JN-DSRCT和PDX肿瘤中AR表达的蛋白质组学评价。
figure 6

a治疗后对JN-DSRCT和PDX肿瘤的主成分分析图和反相蛋白质裂解物阵列(RPPA)评估将32个样本分成四组,并在0.05的假发现率(FDR)下鉴定了37个与治疗有统计学显著相关的蛋白质。bAR-ASO治疗后JN-DSRCT异种移植物和PDX-DSRCT肿瘤的免疫印迹评估。c临床前肿瘤样本中相对于GAPDH的AR标准化。与对照ASO组相比,用AR-ASO治疗的小鼠中AR生物标志物显著减少(p= 0.01).d临床前JN-DSRCT和PDX肿瘤样品的代表性AR免疫荧光共聚焦显微镜定量,在单细胞或e平均处理样本(安慰剂、对照ASO和AR-ASO)。f临床前JN-DSRCT和PDX1肿瘤样本的免疫组织化学评估图像。用AR-ASO、对照ASO和安慰剂治疗后,JN-DSRCT和PDX-DSRCT小鼠原发性肿瘤中AR的IHC染色。显示了100个微米比例尺。g临床前JN-DSRCT和PDX肿瘤样本的代表性IHC AR平均强度量化,在单细胞或h平均处理样本(安慰剂、对照ASO和AR-ASO)。RPPA分析的所有肿瘤均在肿瘤进展或实验结束时收集,AR-ASO PD组除外,该组在开始治疗10天后收集,以便进行药效学分析。数据输入c, d, e, g,以及h代表平均标准偏差。P由不成对的双尾计算的值t-测试。

为了初步了解AR抑制的短期药效作用,收集了一组接受AR-ASO治疗10天后的JN-DSRCT异种移植物和DSRCT PDXs(图。6a,AR-ASO PD)进行RPPA分析,以评估早期补偿性药效学变化。pS6、Akt、雌激素受体(ER)、PD-1L、pAKT和其他蛋白质(图。6a和补充图。s7f–g)被上调。其他人报道PI3K-AKT途径对几种恶性肿瘤的存活、增殖、代谢和生长途径具有多效性影响41它的阻断长期以来一直是管理PC的兴趣所在,其中AKT信号的补偿性增加可以在AR抑制后发生42。值得注意的是,在我们的临床前实验中使用的相同AR-ASO (AZD5312)在给予PC患者时耐受性良好(NCT03300505)。因此,理论上可以在DSRCT特异性2期试验中研究这种AR-ASO候选药物。鉴于我们临床前研究的有限性质,未来的恩扎卢他胺研究也很有意义。

AR直接调节DSRCT中重要的致癌调节因子

为了模拟人类JN-DSRCT细胞系中的AR转录程序,我们在用对照ASO或AR-ASO处理的未刺激或DHT刺激的JN-DSRCT细胞中使用ChIP-Seq实验确定了全基因组AR结合谱。正如预期的那样,DHT处理增强了AR与染色质的结合,这通过所有显著峰的平均强度图来评估(p < 1e−7)和热图(图。7a).DHT刺激导致约4000个新峰,这些峰被AR-ASO治疗抑制(图。7b和补充数据1).这些结合位点在已知的AR反应元件(AREs)和AR反应元件的位点上富集FOXA1一种转录因子,已知能打开压缩的DNA并与PC中的AR合作43(图。7c和补充数据1).与DSRCT的发病机制一致,我们也注意到WT1AR结合峰内的结合基序(图。7c)表明JN-DSRCT细胞中AR、FOXA1和WT1之间的潜在相互作用。为了进一步表征AR结合位点峰附近的基因,我们使用700个AR直接靶基因进行了途径分析。上调的途径包括TNFα途径、Hippo信号和多能性调节因子(图。7d和补充数据1),包括关键基因WT1, CTNNB1, SOX2, GLI2, FOXF1,以及GATA6(图。7e,补充图。S8d和补充数据1).

图7:JN-DSRCT细胞中的AR结合。
figure 7

aChIP-seq读数的热图(左图)和平均强度曲线(右图)( RPKM每百万作图读数中每千碱基转录物的读数)。AR结合位点显示在对照ASO、AR-ASO、DHT +对照ASO和DHT + AR-ASO样品的10k b窗口中(位于结合位点的中间)。b文氏图显示对照ASO、DHT +对照ASO和DHT + AR-ASO样品之间所有AR峰的重叠,以识别AR独特或共有的结合位点。cAR特异性结合位点中富集的转录因子(TF)基序列表。使用HOMER(二项式检验)鉴定基序。d显示AR特异性结合位点显著富集途径的点状图。网点大小代表基因比例,颜色代表调整后的p值(费希尔精确检验)。eIGV图像显示氩峰周围富集WT1, SOX2, CTNNB1, GATA6, FOXF1,以及GLI2使用对照ASO、DHT +对照ASO和DHT + AR-ASO样品的聚集ChIP-seq图谱的基因。

在JN-DSRCT细胞中评估雄激素刺激和撤销的效果后,我们接下来将DSRCT与来自PC细胞的数据进行比较。AREs的AR结合位点存在明显的重叠(补充图。S8a),FOXA1基序(补充图。S8b),以及调节关键癌症通路的位点,包括WNT、TGFβ、PI3K、MAPK、Hippo信号传导、TNFα和上皮间质转化(补充图。S8c).为了进一步评估在DSRCT肿瘤小鼠模型中的AR调节功能,我们对DSRCT异种移植物和PDX样品进行了ChIP-seq。与细胞系数据一致,我们观察到AR-ASO处理抑制了AR与染色质的结合(补充图。S9a,b).类似地,对前5000个丢失的AR结合位点靶向基因的途径分析显示MAPK途径、Hippo信号传导、Wnt信号传导和多能性调节因子的富集(补充图。S9c,d).我们还注意到在DSRCT-异种移植物和PDX样本中AR结合峰内AR和FOX家族结合基序的富集(补充图。S9e).在两个模型中,与AR结合位点峰相邻的基因也显示出与DSRCT特异性基因的高度重叠(补充图。S9f).来自细胞系数据的关键基因(图。7e)也显示AR-ASO治疗后AR信号减少(补充图。S9g).

AR依赖性增强子重编程激活DSRCT中的癌基因通路

几项研究表明,AR通过重新编程PC进展中的活性增强子景观(通过H3K27ac谱评估)建立了促肿瘤发生转录组44。因此,我们通过检查用对照ASO或AR-ASO处理的未刺激或DHT刺激的JN-DSRCT细胞中H3K27ac标记的全基因组图谱,询问AR是否在DSRCT中起类似作用。我们注意到,与对照ASO处理的细胞相比,AR-ASO处理的未刺激细胞显示出更高的强度和更高数量的H3K27ac峰(图。8a、b,补充图。S10a和补充数据2).类似地,与对照ASO处理相比,DHT处理的细胞中的AR-ASO处理也增加了活性增强子峰(图。8a、b,补充图。S10a和补充数据2).这一观察结果与PCs中的观察结果相反,在PCs中活性增强子峰与较高的AR活性正相关44。先前已经表明,AR募集MLL复合体和CBP/p300,其负责PC中的活性增强子标记45。为了确定哪些增强子可能来源于AR结合和增强子标记蛋白的潜在募集,我们在DHT处理的细胞中重叠了AR和H3K27ac峰(补充图。S10b和补充数据2).然后我们将这些AR靶向增强子峰与DSRCT中高表达的基因交叉(图。8c和补充数据2)(FC > 1.5,已调整p与其他肉瘤亚型相比值< 0.05)。在那里,我们发现WNT信号和细胞粘附是主要的驱动因素,它们在染色质水平上受AR依赖性活性增强程序的调节(图。8d).具有直接AR结合和增强子增益的基因包括重要的致癌基因,例如AXIN2CDK6(图。8e).此外,我们研究了含有高密度TF结合基序的超级增强子(SE)区域的变化46,47,48。对照ASO处理的细胞中的SEs标记了重要的癌基因,例如AKT3GRHL2,而AR-ASO处理的细胞中的SEs标记了肿瘤抑制基因,如RUNX1CUX1(补充图S10c,d和补充数据3),潜在地调节AR驱动的转录组。总的来说,我们的结果表明AR激活重编程典型的增强子和SE来调节DSRCT中的关键致癌信号通路。

图8:JN-DSRCT细胞中AR的增强子重编程。
figure 8

aChIP-seq读数的热图(左图)和平均强度曲线(右图)( RPKM每百万作图读数的每千碱基转录本的读数)。在对照ASO、AR-ASO、DHT +对照ASO和DHT + AR-ASO样品中,增强子区域显示在10k b窗口中(位于结合位点的中间)。b文氏图显示对照ASO、AR-ASO、DHT +对照ASO和DHT + AR-ASO样品之间所有增强子峰的重叠,以识别AR独特或共有的增强子重编程。c文氏图显示了AR特异性增益增强子峰的注释基因的重叠和DSRCT肿瘤与其他肉瘤肿瘤的上调基因列表,以确定AR独特增强子重编程相关的转录上调。d柱状图显示了ar特异性增强子重编程相关转录上调的显著富集途径。条形长度代表基因数量,颜色代表调整后的p值(费希尔精确检验)。eIGV图像显示H3K27Ac峰周围富集协议2, AXIN2, CDK6,以及MYH10使用对照ASO、DHT +对照ASO和DHT + AR-ASO样品的聚集ChIP-seq图谱的基因。

有趣的是,在临床前肿瘤样本中,我们也观察到类似的增强子重编程。与对照ASO处理相比,DSRCT-异种移植物的AR-ASO处理显著增加了活性增强子和启动子结合位点,而PDX样本显示了适度的增加(补充图。s11a–d).我们还观察到AR依赖性活性增强子调节PI3K-AKT-mTOR、WNT信号传导、细胞粘附途径(补充图。S11e,f),以及关键癌基因(图。8e),在DSRCT-异种移植物和PDX模型中具有直接AR结合和增强剂增益(补充图。S11g).

讨论

自从Ladanyi和Gerald发现了EWSR1-WT1染色体易位8DSRCT采用与ES相同的化疗方案进行治疗。最近的例外包括ES特异性药物,如靶向c-末端ETS基因(如FLI1或ERG)的TK-216,或在DSRCT和其他软组织肉瘤中表现出优先活性的帕唑帕尼49。测试新抗原靶向单克隆抗体的II期研究,例如DSRCT中的8H9,也针对独特的肉瘤亚型50.

由于所有DSRCT患者中有四分之三通常在5年内死于恶性肿瘤,我们的RPPA研究旨在为DSRCT定义新的分子靶点,并扩大我们的生物靶向治疗的治疗库。1).令人惊讶的是,在RPPA评估的151种蛋白质中,SYK和AR的差异表达最大。SYK蛋白——以前在DSRCT中没有报道——是一种非受体酪氨酸激酶(也称为脾酪氨酸激酶),通常在血液组织中发现。它的组成型激活已被证明诱导B细胞恶性转化为淋巴瘤或白血病。因此,口服SYK抑制剂cerdulatinib(Portola Pharmaceutical)和entosplatinib(Gilead Sciences)正在进行积极的临床研究,以治疗某些淋巴瘤、慢性淋巴细胞性白血病和急性髓细胞性白血病(NCT01994382和NCT02457598)。一种口服活性SYK抑制剂fostamatinib已经获得FDA批准用于治疗免疫性血小板减少症,并继续作为血液系统恶性肿瘤的实验性治疗进行研究(NCT00446095)。虽然认为SYK过度激活在DSRCT中起致癌作用很诱人,但我们还没有机会在临床前DSRCT模型中评估这些相对较新的药物。

与SYK相反,许多FDA批准的和实验性的AR拮抗剂可用于即时临床前评估,并可能通过同情性准入或早期临床试验提供给患者。虽然我们的RPPA数据和9:1的男女比例提示DSRCT是AR驱动的恶性肿瘤,为了明确证明这一点,我们提出了几个标准,类似于Koch的假设:(a)肿瘤必须充分表达AR,(b) DHT必须刺激DSRCT细胞增殖,以及(c) AR拮抗剂应抑制雄激素刺激的促瘤作用。纳入机制研究,包括那些直接将AR与AREs联系起来的研究,进一步增加了DSRCT是第二种AR驱动的恶性肿瘤的可信度。

迄今为止,第一个标准——要求AR表达——已经被两个先前的团队报道,他们认识到DSRCT对年轻男性的显著偏好15,51。如引言中简要讨论的,Fine等人通过WB和IHC评估了AR、c-Kit、EGFR和其他蛋白的蛋白表达,使用范围在0(无染色)到4+(高度阳性)的5分制评分15。在他们的病例系列中,27名DSRCT患者中有10名(37%)得分为2+或更高,但我们强调15名患者没有AR表达(图。2),这表明前瞻性研究可能希望根据AR状态对反应进行分层,以确定AR表达是否与治疗效果相关。U.C.S.D .的Bulbul等人在2018年发表的一项更近的研究使用了IHC和下一代测序技术对35名DSRCT患者(86%为男性)的肿瘤进行测序;59%的AR阳性,使用二分法的临界值,要求≥10%的细胞中≥1+染色51。在目前的研究中,我们报道了最广泛的一系列DSRCT患者进行了蛋白质和转录组分析。尽管富含癌蛋白,我们的RPPA阵列将AR列为与ES(其最接近的分子肉瘤亚型)相比差异表达最大的蛋白(图。1).我们随后通过世界银行对RPPA结果的确认,以及随后通过IHC的半定量分析,与早期的报告一致,似乎证实了AR是DSRCT中真正的目标。

满足Koch的第二个假设,72小时细胞增殖试验证明JN-DSRCT细胞在暴露于生理水平的DHT后增殖显著增加(图。4a),虽然低于LNCaP PC细胞。正如在雄激素敏感细胞中所预期的那样,DHT也促进ar在细胞核中穿梭,在细胞核中作为其靶基因的转录调节子发挥作用(图。4c,d).由于我们的结果依赖于单个细胞系(当时唯一存在的细胞系)的数据,我们保持警惕以避免过度解读它们。然而,我们的结果与Fine等人的类似发现相呼应,他们报道了在从腹水中获得的瞬时DSRCT细胞系中DHT诱导的细胞增殖增加两倍18.

满足定义AR驱动的恶性肿瘤的第三个要求,我们的团队再次加强了Fine等人的工作,他们在十多年前采取了一个有先见之明的步骤来评估CAB在那种情况下,在六名AR阳性的DSRCT患者中使用Lupron和比卡鲁胺(IHC的3+或4+)18。有趣的是,在他们有限的初步试验中,非阉割水平的基线睾酮水平与持续3-4个月的适度反应相关。诚然,在2006年至2015年期间,在现代雄激素剥夺疗法(如阿比特龙和恩扎卢他胺)出现之前,我们的团队用相同的药物组合测试了几名DSRCT患者,观察到有限的临床益处持续不到3个月。我们对DSRCT中AR靶向治疗的新热情源于RPPA表达结果,伴随着体外DHT刺激研究和使用恩扎卢他胺和AR-ASO的体内数据(图。5).

在为目前正在进行的早期临床试验做准备时,我们的工作迈出了第一步,推进了我们对DSRCT中AR信号传导机制的理解。作为包括糖皮质激素受体、盐皮质激素受体、孕酮和雌激素受体以及维生素D受体在内的几种类固醇和核激素超家族受体之一,ar保留了一个保守的66氨基酸DNA结合结构域,能够连接两个(5’-aga ACA-3’)六聚半位点,排列成间隔3-b.p .的反向回文(IR3)。由于局部类固醇代谢、配体丰度、染色质可及性和辅因子占用率的差异,AR的DNA结合模式在PC中与其他组织相比有显著差异52。有趣的是,在控制AR与PC中特定基因组位点的谱系特异性结合的先驱因子中53,54,55以及控制AR介导前列腺基因(如PSA)的转录调节56, FOXA1是JN-DSRCT细胞中最丰富的基序(图。7c).DSRCT和PC中雄激素信号级联的共同激活可以解释图1中观察到的紧密转录组聚集。2e。尽管它们相似,ChIP-seq也确定了增强子AR表观遗传调控的显著差异(图。8)和SE(补充图。S9c)结合位点。

尽管这是未来研究的主题,我们怀疑WT1或者异常EWS-WT1FP可能在不同于PC的结合位点募集一组特定的染色质修饰物。其他人已经使用WT1特异性抗体在DSRCT患者标本中进行了ChIP-seq,但是在该出版物中使用的是Santa Cruz抗体57已经停产了。由于缺乏合适的ChIP-seq验证的WT1特异性抗体,ATAC-seq可在WT1 RNA沉默前后使用,尽管由于缺乏WT1或EWS-WT1的选择性拮抗作用,对该实验的解释不会如此直接。

有趣的是,正如去势抵抗性前列腺癌11,58,59,我们的药效学研究揭示了AR和Akt/PI3K/mTOR途径之间的反比关系。随着PI3K和mTOR的许多抑制剂已经获得FDA批准,下一步显然是研究AR和PI3K或mTOR的联合靶向是否产生协同抗癌活性。尽管本研究中没有探讨,AR-ASO治疗后ER也高度表达。鉴于er、AR和其他类固醇激素受体具有共同的结合DNA基序,这一观察表明ER靶向药物可能对去势抵抗性DSRCT患者有效,并且很可能对少数患有这种罕见癌症类型的女性有效。当然,在DSRCT和其他激素驱动的恶性肿瘤中,需要进一步的研究来确定AR和er通路转换如何影响肿瘤生长和存活60.

总的来说,虽然在形态学和表型上与PC不同,但我们的数据表明DSRCT是第二种雄激素刺激的恶性肿瘤(第三种,如果考虑三阴性乳腺癌的AR阳性分子亚群)。肿瘤生长和存活对AR的共同依赖性提供了一个令人兴奋的机会来研究不同癌症类型和较年轻的DSRCT患者群体中的AR信号。使用enzalutamide和AR-ASO的临床前数据增加了一种诱人的可能性,即用于PC的AR靶向药物也可以用于对抗DSRCT。


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