【Nat. Commun.】加州大学发现治疗肺癌的新药物靶点！

7月5日，来自加州大学的研究团队在《Nature Communications》上发表了名为“UHRF1 is a mediator of KRAS driven oncogenesis in lung adenocarcinoma”的文章，研究发现UHRF1在KRAS驱动的肿瘤发生中起着关键作用，可能是治疗KRAS突变的NSCLC和/或其他KRAS驱动的癌症的一个有吸引力的药物靶点。

https://www.nature.com/articles/s41467-023-39591-2

研究背景

肺癌是世界上癌症相关死亡的主要原因，大约30%的非小细胞肺癌（NSCLC）病例是由致癌的KRAS1驱动的。最近，针对特定KRAS等位基因的小分子药物的开发以及在NSCLC患者中使用这些药物的临床试验结果，重新激发了人们对直接抑制KRAS的兴趣。然而，直接靶向KRAS目前只对一部分患者可行。此外，大多数患者对直接KRAS抑制产生内在和获得性耐药性，这表明需要继续补充新方法来抑制KRAS驱动的肿瘤发生针对KRAS驱动的癌症的另一个途径是利用致癌基因的特定弱点。虽然全基因组RNAi或CRISPR/Cas9筛选已被广泛用于寻找KRAS特异性依赖，但这些筛选大多局限于在标准的二维（2D）环境下培养的成熟细胞系，可能会错过在其他生长条件下出现的漏洞。相比之下，三维（3D）培养物再现了体内肿瘤的更多特征，因此可能是研究癌症生物学的一个更好的模型。此外，三维培养物已被发现富含肿瘤繁殖细胞（TPCs），这是驱动肿瘤发生、维持和发展的一个细胞亚群。

虽然在3D中使用原代肿瘤细胞的功能基因组筛选在技术上具有挑战性，而且产量有限，但我们推断这样的筛选策略可能具有独特的潜力，可以发现在2D筛选中没有观察到的与致癌性KRAS驱动的癌症有关的新依赖性。因此，我们在三维培养的原生细胞中进行了RNAi筛选，这些细胞来自于Kras激活和p53缺失驱动的肺癌基因工程小鼠模型（GEMM）。

与正常组织相比，UHRF1是在许多人类癌症中高度表达的E3泛素连接酶，并与疾病的快速发展有关。UHRF1在细胞周期S期由DNA甲基转移酶1（DNMT1）介导的半甲基化DNA的甲基化中的作用最为突出。UHRF1也被认为是在结直肠癌的整个细胞周期中维持DNA甲基化的必要条件。

研究过程

我们利用基因工程小鼠模型、来自这些模型的原发性肿瘤细胞的功能缺失RNAi筛选，以及人类非小细胞肺癌细胞系的三维培养，表明UHRF1在KRAS驱动的致癌过程中发挥关键作用。在体外，在NSCLC的小鼠和人类模型中，UHRF1基因敲除抑制了3D生长并导致细胞凋亡。在肺癌的GEM模型中，UHRF1的缺失导致肿瘤数量和肿瘤大小减少，并明显延长生存期，即使是在由Kras激活和p53缺失驱动的高侵略性模型中。事实上，在这些小鼠中，我们无法检测到UHRF1完全丧失的任何肿瘤，这表明UHRF1的表达对肿瘤的发展很重要。在带有KRAS突变的肺癌患者中，UHRF1的高表达与肿瘤抑制基因的表达反相关，并预示着患者的不良生存率。总之，我们的数据表明，UHRF1通过诱导TSG启动子区域的高甲基化导致其表达减少，从而有助于KRAS驱动的肿瘤发生。我们发现至少有80个肺癌特异性TSG受到UHRF1的调节。其中许多TSG是WNT/β-catenin途径的抑制剂或参与激活凋亡的基因。虽然UHRF1驱动的这些TSG的有限子集在体外的肺癌细胞系中已经被证实，但在这里我们证明UHRF1对TSG的表达有更广泛的影响。我们假设，这种对大量TSG的广泛影响是UHRF1在肺癌中发挥作用的原因。

甲基化驱动的致瘤表型在结肠直肠癌（CRC）中得到了最好的描述，先前的研究也表明，UHRF1在CRC中起到了介导这些效应的作用。独立地讲，KRAS也被证明在体外驱动CRC细胞的TSG启动子高甲基化。总的来说，我们的结果表明，肺癌中受UHRF1调控的TSG与CRC中被认为受UHRF1调控的TSG不重叠，可能是由于组织特异性的影响。

UHRF1和KRAS之间的机制联系仍有待完全了解。以前，UHRF1被预测为肺癌中KRAS的转录靶点，使用丰富的调节子分析（VIPER）虚拟推断蛋白活性。最近的一项研究，使用VIPER和CRISPR筛选的组合，也发现UHRF1是胰腺癌中最重要的基因之一，表明这种主要由KRAS驱动的癌症对UHRF1有特别的依赖性。在胰腺癌的小鼠模型中，Kras G12D的过度表达被证明可以诱导Uhrf1的表达，而在人类胰腺导管腺癌（ PDAC ）细胞系中，KRAS的敲除降低了UHRF1的蛋白水平。与这些结果一致，我们显示KRAS敲除导致人类KRAS突变的肺癌细胞系中UHRF1 mRNA和蛋白表达减少。然而，伴随着环蛋白B1和D1的减少以及流式细胞仪的细胞周期分析，表明这些细胞处于G1期。UHRF1的表达以前被证明是依赖于细胞周期的，并在S和G2期达到峰值，因此，UHRF1蛋白的损失可能是细胞周期停滞在G1期的结果，而不是KRAS耗竭的直接后果。与这一假设一致，我们观察到在瞬时表达致癌KRAS后，KRAS野生型细胞系的UHRF1蛋白水平没有增加。此外，UHRF1的表达被证明是由叉头盒家族转录因子（FOXM1）和细胞周期相关转录因子1（E2F1）驱动的，这两者都是受细胞周期调节。值得注意的是，UHRF1本身的缺失也被证明会影响细胞周期的进展，我们观察到的UHRF1敲除导致DNA损伤水平的增加和细胞在S期的积累也支持了这一点。这种影响在KRAS突变型NSCLC细胞中也比在KRAS野生型NSCLC细胞中更明显，这表明前者可能对未解决的DNA双链断裂在S期的积累更敏感。

虽然UHRF1的表达一般被认为是以细胞周期依赖性的方式调节的，但KP小鼠肺部肿瘤的免疫荧光成像显示Uhrf1存在于细胞周期的不同阶段，包括G1和G0，这表明其在肺癌中的细胞周期依赖性表达被解除。因此，我们假设UHRF1被突变的KRAS调控至少是部分独立于细胞周期的。然而，UHRF1的这种表达改变的确切机制将需要进一步调查。

我们发现两个肺部细胞系之间受KRAS敲除的差异性甲基化几乎没有重叠，同时注意到与对照组细胞相比，双核甘酸(CpG)甲基化的变异性明显增加。作者还证明，由KRAS驱动的甲基化变化是独立于典型的丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号的，指向了其他效应因子。我们的观察表明，在肺癌中，UHRF1可能是KRAS的一个潜在效应器，介导其在DNA甲基化的作用。

先前的研究表明，在RAS驱动的癌症的临床前模型中，将抑制表观遗传调节器与抑制MAPK激酶(MEK) 或磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)相结合是有效的，支持表观遗传调节器可能有助于KRAS驱动的致癌的一般概念。与此一致，我们在此表明，UHRF1的基因消融与KRAS G12C、MEK或PI3K的药物抑制相结合，在体外KRAS突变的肺癌细胞中产生协同抗增殖作用。因此，我们的工作表明，共同针对UHRF1和KRAS可能构成一种可行的治疗KRAS突变癌症的方法。

研究结论

结果表明，UHRF1在KRAS驱动的肿瘤发生中起着关键作用，可能是治疗KRAS突变的NSCLC和/或其他KRAS驱动的癌症的一个有吸引力的药物靶点。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-39591-2

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。