CDK7在腫瘤中作用機(jī)制的研究進(jìn)展

趙 奇,薛雨晴,范苗苗,畢佳欣,楊 倩,丁 瑞,宋 潔

(牡丹江醫(yī)學(xué)院,黑龍江 牡丹江 157011)

細(xì)胞周期是一個(gè)十分復(fù)雜的調(diào)控過程,細(xì)胞周期蛋白和細(xì)胞周期蛋白依賴激酶(CDKs)共同驅(qū)動細(xì)胞從細(xì)胞周期的一個(gè)階段發(fā)展到另一個(gè)階段。細(xì)胞周期蛋白的異常激活是許多腫瘤發(fā)生的誘因。靶向細(xì)胞周期蛋白可能是阻止腫瘤生長的有效方法。轉(zhuǎn)錄因子通過識別特定的DNA序列來控制轉(zhuǎn)錄,轉(zhuǎn)錄因子充當(dāng)著主要調(diào)節(jié)因子和選擇基因的角色,控制著細(xì)胞類型的決定、發(fā)育模式和特定途徑控制(如免疫反應(yīng))的過程。

CDK7作為細(xì)胞周期的關(guān)鍵性調(diào)控分子和轉(zhuǎn)錄因子ⅡH(TFIIH)的重要組成部分,探索其作為惡性腫瘤治療的有效靶點(diǎn)具有重要價(jià)值。鑒于CDK7對于腫瘤治療的重要作用,尤其是對特定癌癥類型的治療至關(guān)重要。目前陸續(xù)探索并研究了CDK7與腫瘤發(fā)生發(fā)展之間的關(guān)系。本文主要對CDK7與惡性腫瘤之間的關(guān)系進(jìn)行綜述。

1 CDK7調(diào)控腫瘤發(fā)生發(fā)展的機(jī)制

CDK7作為組成CDK激活激酶(Cdk-activated kinase,CAK)復(fù)合物的一部分。參與CDK1、CDK2、CDK4和CDK6等CDKs的磷酸化,從而推動細(xì)胞周期的進(jìn)展。同時(shí)CDK7作為TFIIH復(fù)合物的一部分,磷酸化RNA聚合酶II(RNA POLⅡ)羧基末端結(jié)構(gòu)域七肽重復(fù)序列中的絲氨酸,以促進(jìn)啟動子逃逸(Promoter escape)。此外CDK7還具有調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子活性和修復(fù)單鏈DNA的功能。

1.1 CDK7磷酸化CDKs調(diào)控細(xì)胞周期進(jìn)程大多數(shù)CDKs的激活,不僅需要結(jié)合相應(yīng)的細(xì)胞周期蛋白,還需要在其特定位點(diǎn)發(fā)生磷酸化。這些磷酸化是由CAK復(fù)合物所執(zhí)行的,該復(fù)合物由CDK7、CyclinH和MAT1組成。CDK7通過磷酸化CDK1、CDK2、CDK4和CDK6促進(jìn)細(xì)胞周期的進(jìn)展。CDK7對CDK1 Thr161位點(diǎn)的磷酸化[1],促進(jìn)了細(xì)胞周期G2/M期的轉(zhuǎn)變,并穩(wěn)定CDK1-CyclinB復(fù)合物保證細(xì)胞周期能夠進(jìn)行下去;CDK7對CDK2的磷酸化能夠促進(jìn)細(xì)胞從G1期向S期的轉(zhuǎn)變;CDK7在Thr172和Thr177的T-環(huán)中同時(shí)磷酸化CDK4和CDK6[2-3],使CDK4/6磷酸化視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤蛋白(Rb)促進(jìn)G1期的進(jìn)展。雖然CDK7不直接參與細(xì)胞周期的調(diào)控但是可以通過其CAK復(fù)合物磷酸化相應(yīng)的CDKs,間接在細(xì)胞周期的各個(gè)時(shí)期都發(fā)揮重要作用。

1.2 CDK7在轉(zhuǎn)錄起始和延伸中起控制作用轉(zhuǎn)錄失調(diào)是導(dǎo)致癌癥發(fā)生的重要原因之一,與細(xì)胞周期調(diào)控類似,RNA POLⅡ驅(qū)動的轉(zhuǎn)錄可被視為一個(gè)單向多步驟的周期,每個(gè)細(xì)胞內(nèi)有數(shù)千個(gè)獨(dú)特的轉(zhuǎn)錄周期協(xié)同發(fā)生。每個(gè)轉(zhuǎn)錄周期包括募集、起始、暫停、延長、終止和循環(huán)階段,這些階段由轉(zhuǎn)錄周期蛋白依賴性激酶及其同源周期蛋白協(xié)同作用以及轉(zhuǎn)錄磷酸酶控制。致癌性轉(zhuǎn)錄失調(diào)產(chǎn)生基因表達(dá)缺陷可能導(dǎo)致癌癥的發(fā)生。

CDK7在轉(zhuǎn)錄起始和延伸中起控制作用。CDK7作為TFIIH的組成部分,TFIIH與啟動子開啟、啟動子逃逸、啟動子-近端停頓延伸、RNA處理和終止有關(guān),CDK7作為表觀遺傳調(diào)控因子指導(dǎo)RNA POLⅡ轉(zhuǎn)錄[4]。SIMON J M研究發(fā)現(xiàn)TFIIH相關(guān)激酶CDK7可能間接控制哺乳動物細(xì)胞的DNA甲基化模式,從而對調(diào)控細(xì)胞后代的基因表達(dá)模式產(chǎn)生潛在的影響[5]。同時(shí)FISHER R P的研究表明CDK7功能喪失后的影響并不局限于RNA POLⅡ轉(zhuǎn)錄周期的早期階段,在抑制CDK7后,還發(fā)現(xiàn)了染色質(zhì)修飾模式改變、三端形成受損和延遲終止等[6]。一些腫瘤中超增強(qiáng)子(SE)的存在對于維持腫瘤細(xì)胞功能并促進(jìn)致癌轉(zhuǎn)錄至關(guān)重要。靶向SE已成為腫瘤治療研究的新方向,已有研究表明CDK7抑制劑在癌癥治療中可以通過抑制癌細(xì)胞SE的轉(zhuǎn)錄驅(qū)動從而抑制癌細(xì)胞的基因轉(zhuǎn)錄。

2 CDK7在不同腫瘤治療中的研究進(jìn)展

2.1 CDK7與白血病白血病是一類造血干細(xì)胞惡性克隆性疾病。白血病細(xì)胞因?yàn)樵鲋呈Э?、分化障礙和凋亡受阻等機(jī)制在骨髓和其他造血組織中大量增殖累積并抑制正常造血功能。酪蛋白激酶Iα(CK1α)、SE驅(qū)動、P53活化和抗凋亡蛋白BCL2、MCL1過表達(dá)在白血病中發(fā)揮著重要作用。最近的一項(xiàng)研究中,BRIAN B及其同事發(fā)現(xiàn)了一系列抑制CK1α、CDK7和CDK9的新型分子,能抑制SE驅(qū)動的轉(zhuǎn)錄并激活p53,展示了將p53活化與SE抑制相結(jié)合以促進(jìn)白血病細(xì)胞的協(xié)同殺傷作用是一種高效的治療策略[7],同時(shí)還有研究也表明阻斷Wnt信號通路的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子酪蛋白激酶Iα(CKIα)與抑制CDK7和/或CDK9協(xié)同穩(wěn)定p53活性,可以抑制白血病細(xì)胞的存活和增殖,可以抑制SE驅(qū)動的轉(zhuǎn)錄,并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。ABUDUREHEMAN T研究發(fā)現(xiàn)CDK7抑制劑THZ1可以在B淋巴細(xì)胞白血病中通過干擾c-MYC介導(dǎo)的細(xì)胞代謝而誘導(dǎo)B-ALL細(xì)胞凋亡[8]。THZ1還可以破壞對酪氨酸激酶抑制劑如伊馬替尼缺乏敏感性的白血病干細(xì)胞(LSCs)SE相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。有效地清除BCR-ABL驅(qū)動的CML小鼠中的LSC,同時(shí)保留了正常的造血干細(xì)胞。

急性紅系白血病(AEL)的特點(diǎn)是形態(tài)獨(dú)特、突變譜復(fù)雜、缺乏臨床前模型和預(yù)后不良。IACOBUCCI I等人發(fā)現(xiàn)CDK7/9抑制劑對Trp53/Bcor/Dnmt3a突變型AEL有效[9]。急性髓系白血病(AML)是一種侵襲性血癌,復(fù)發(fā)率高,尤其是在老年患者中CDK7的異常表達(dá)與不良結(jié)局有關(guān),CDK7抑制劑YPN-005在AML細(xì)胞系、異種移植小鼠模型和原代AML細(xì)胞中均有效。YPN-005通過減少RNA POLⅡ的磷酸化,有效抑制AML細(xì)胞的增殖。同時(shí)c-MYC表達(dá)隨YPN-005處理而降低。數(shù)據(jù)表明,YPN-005通過抑制c-MYC和FLT3在治療AML方面發(fā)揮作用[10]。并提出CDK7和BCL2聯(lián)合抑制可以作為定向治療該疾病的一種策略。在T淋巴細(xì)胞瘤中SHIN P等人研究發(fā)現(xiàn)CDK7抑制劑BS-181引起細(xì)胞毒性和凋亡,包括TRAIL / DR4 / DR5上調(diào),c-FLIP下調(diào),BID切割,BAK活化,ΔΨm丟失、半胱天冬酶-8/9/3活化和PARP切割等[11],可以將抑制CDK7作為治療T淋巴細(xì)胞瘤的一種方案。

2.2 CDK7與骨髓瘤多發(fā)性骨髓瘤(MM)是一種侵襲性漿細(xì)胞腫瘤,目前針對MM尚無特效治療方法,盡管一些新藥顯著改善MM患者預(yù)后生存及生活質(zhì)量,但是疾病的復(fù)發(fā)及患者耐藥性的產(chǎn)生,仍然是臨床醫(yī)師面臨的重要難題,迫切需要尋找新的靶標(biāo)與治療方案。Zhang Y等人發(fā)現(xiàn)CDK7抑制劑THZ1能通過下調(diào)c-MYC、MCL1、BCL-X的轉(zhuǎn)錄水平,有效地抑制多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞的增殖[12],THZ1與其它靶向癌癥療法(包括Bet抑制劑、BCL2抑制劑和激素療法)相結(jié)合并在骨髓瘤模型系統(tǒng)中顯示出有效性。INIGUEZ A B等人研究發(fā)現(xiàn)PARP和CDK7抑制劑聯(lián)合治療尤文肉瘤具有協(xié)同作用[13],JIA Y L將MAGI2鑒定為骨髓瘤細(xì)胞的新型SE相關(guān)基因,MAGI2升高與骨髓瘤發(fā)生相關(guān),MAGI2的高患病率也與MM患者的低生存率相關(guān)。CDK7抑制劑THZ1能抑制與MAGI2相關(guān)的SE活性,降低MAGI2的表達(dá),抑制細(xì)胞生長并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。從機(jī)制上發(fā)現(xiàn)致癌轉(zhuǎn)錄因子MAF直接與SE區(qū)域結(jié)合并激活基因轉(zhuǎn)錄。MAGI2-MAF-SE調(diào)控通路為疾病治療提供了潛在的新靶點(diǎn)[14]。CDK7抑制劑THZ1作為多發(fā)性骨髓瘤的治療藥物值得進(jìn)一步關(guān)注。

2.3 CDK7與胰腺癌胰腺癌是一種死亡率高的惡性腫瘤。由于缺乏有效的治療方法和化療耐藥性,胰腺癌迫切需要新的治療方案。通過篩選表觀遺傳學(xué)相關(guān)的化合物庫,LU P將CDK7的共價(jià)抑制劑THZ1確定為有希望的候選藥物。在胰腺導(dǎo)管癌中CDK7抑制導(dǎo)致基因轉(zhuǎn)錄明顯下調(diào),優(yōu)先抑制細(xì)胞周期和NF-κB信號通路相關(guān)轉(zhuǎn)錄本。另外研究發(fā)現(xiàn)在PDAC細(xì)胞中MYC對CDK7抑制敏感。為高度侵襲性胰腺癌的CDK7依賴性轉(zhuǎn)錄成癮提供了一種有效治療策略。ZENG S通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)敲除CDK7基因和使用CDK7抑制劑主要通過STAT3-MCL1-CHK1軸導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯,DNA損傷和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,此外還發(fā)現(xiàn)THZ1在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中與GEM和PTX協(xié)同增強(qiáng)抗腫瘤作用[15]。在胰腺癌中超級增強(qiáng)子(SE)有助于連續(xù)和強(qiáng)大的致癌轉(zhuǎn)錄。BRD4和CDK7抑制劑靶向SE協(xié)同抑制胰腺導(dǎo)管腺癌,KAZI A等人通過磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)顯示在線粒體KRas驅(qū)動的胰腺癌細(xì)胞中,敲除細(xì)胞周期調(diào)節(jié)蛋白CDK1或CDK2或轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白CDK7或CDK9與敲除KRas一樣具有治療胰腺癌的作用[16]。

2.4 CDK7與乳腺癌乳腺癌是導(dǎo)致世界各地女性死亡最突出的癌癥類型。乳腺癌是一種遺傳性和表型異質(zhì)性疾病,具有多種不同的亞型。因此,需要確定更可靠的標(biāo)志物,建立個(gè)體的早期診斷和治療策略。前期臨床研究表明,CDKs和其他調(diào)節(jié)分子作為腫瘤發(fā)生相關(guān)的潛在干預(yù)靶點(diǎn),近期CDK7已成為治療乳腺癌多種亞型的新靶點(diǎn)。

CHO YS等人研究發(fā)現(xiàn)在三陰性乳腺癌(TNBC)MDA-MB-231中,THZ1降低了YAP水平和Hippo靶基因表達(dá),CDK7的失活可以抑制MDA-MB-231乳腺癌腫瘤的生長[17]。而內(nèi)源性CDK7的表達(dá)與突變型p53蛋白表達(dá)水平呈正相關(guān),下調(diào)突變型p53的蛋白表達(dá)水平可明顯抑制TNBC細(xì)胞的增殖。彭景宇等人研究發(fā)現(xiàn)靶向CDK7是治療p53突變型TNBC的有效方法[18],XIA L等人的研究證明抑制表觀基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控可以克服CAR T細(xì)胞治療誘導(dǎo)的免疫抵抗,為TNBC提供了一條新的治療途徑。THZ1和EGFR抑制劑在CAR T細(xì)胞聯(lián)合治療可抑制TNBC腫瘤模型中的免疫抵抗、腫瘤生長和轉(zhuǎn)移,包括人MDA-MB-231細(xì)胞來源的異種移植和TNBC患者來源的異種移植,以及小鼠EMT6細(xì)胞來源的同種異體移植[19]。三者的研究都認(rèn)為靶向CDK7可以從不同的角度為TNBC的治療提供新的方案。

在ER陽性的乳腺癌中CDK7、Cyclin H、MAT1的蛋白和mRNA在乳腺癌組織中表達(dá)顯著上調(diào)(相較于TNBC與HER2陽性乳腺癌)。CDK7在ER的活性、降解和調(diào)節(jié)中起作用,特別是在Ser 118的磷酸化,以及STAT3和β-catenin途徑中起著重要作用,THZ1靶向CDK7可以阻斷ER的激活和ER靶基因的表達(dá)以及MYC的轉(zhuǎn)錄[20]。研究發(fā)現(xiàn)靶向CDK7可以增加對他莫昔芬耐藥的ER陽性乳腺癌細(xì)胞和體內(nèi)模型的毒性作用;在HER2陽性乳腺癌的研究中發(fā)現(xiàn)CDK7通過促進(jìn)轉(zhuǎn)錄而不是通過直接磷酸化經(jīng)典CDKs靶點(diǎn)來促進(jìn)細(xì)胞周期的進(jìn)展。并發(fā)現(xiàn)THZ1可恢復(fù)靶向HER2治療失去的敏感性,使用低劑量THZ1與HER2抑制劑雷帕替尼在體外對HER2抑制劑耐藥的乳腺癌細(xì)胞有較強(qiáng)的協(xié)同作用[21]。同時(shí)MCDERMOTT M S J等人研究發(fā)現(xiàn)EGFR和CDK7聯(lián)合治療可能是不區(qū)分乳腺癌亞型的一種新的治療策略[22]。

3 CDK7為腫瘤診療的分子靶標(biāo)

在最近的研究中CDK7已成為更多腫瘤治療的靶點(diǎn)和生物標(biāo)志物,JIHYE K等人研究發(fā)現(xiàn)CDK7可以作為卵巢上皮性癌可靠的預(yù)后因素和新的治療靶點(diǎn)[23]。CAO X等人通過研究發(fā)現(xiàn)確定CDK7和PPP1R15A可以作為目前尚無有效治療方法且最具侵襲性的惡性腫瘤之一的間變性甲狀腺癌(ATC)潛在的生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)[24]。抑制CDK7誘導(dǎo)DNA復(fù)制應(yīng)激和基因組不穩(wěn)定可提高小細(xì)胞肺癌抗腫瘤免疫水平,通過抑制CDK1、CDK2活性影響細(xì)胞周期,是一種廣泛應(yīng)用于腫瘤免疫治療的新方法。VEO B等人的研究認(rèn)為抑制CDK7是一種對MYC驅(qū)動的髓母細(xì)胞瘤可行的治療策略[25]。從最近的研究發(fā)現(xiàn)CDK7在越來越多的惡性腫瘤中發(fā)揮重要作用,并已成為其治療的靶點(diǎn)。

4 小結(jié)

目前的研究中,我們發(fā)現(xiàn)抑制CDK7在包括乳腺癌、肉瘤、骨髓瘤、白血病、淋巴瘤、黑色素瘤、腦腫瘤、脊髓腫瘤和生殖細(xì)胞瘤等各種類型癌癥中單獨(dú)或者聯(lián)合用藥有較好治療效果。基于這些發(fā)現(xiàn),靶向CDKs和轉(zhuǎn)錄相關(guān)蛋白的小分子有望用于癌癥治療。近十幾年來,越來越多的研究證實(shí)了CDK7在人類癌癥中的高表達(dá),并且與腫瘤的臨床預(yù)后不良和早期復(fù)發(fā)相關(guān)。CDK7在腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄、細(xì)胞周期和DNA雙鏈修復(fù)中扮演著重要角色,在不同的基因和細(xì)胞周期的不同時(shí)期發(fā)揮著重要作用。一方面,在THZ1單獨(dú)治療癌癥的研究中,我們發(fā)現(xiàn)在不同種類的癌癥和同種癌癥的不同分型中THZ1通過不同的機(jī)制發(fā)揮著不同的作用,特別在存在SE的腫瘤細(xì)胞中抑制CDK7能夠更加顯著的抑制腫瘤細(xì)胞的生長。另一方面,CDK7抑制劑THZ1在與其他藥物的聯(lián)合中表現(xiàn)出較強(qiáng)的協(xié)同效應(yīng),為解決目前臨床化療藥物的耐藥性提供了新的思路。同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)THZ1對于不同腫瘤細(xì)胞中凋亡蛋白的表達(dá)情況并不一致,這是值得我們?nèi)パ芯康牡胤健?/p>