转录因子作为新的治疗靶点和前列腺癌进展的驱动因素

Transcription Factors as Novel Therapeutic Targets and Drivers of Prostate Cancer Progression

Xie K, Tan K, Naylor MJ. Transcription Factors as Novel Therapeutic Targets and Drivers of Prostate Cancer Progression. Front Oncol. 2022 Apr 25;12:854151. doi: 10.3389/fonc.2022.854151. PMID: 35547880; PMCID: PMC9082354.

转录因子作为新的治疗靶点和前列腺癌进展的驱动因素

前列腺癌是全球男性中诊断出的第二大癌症。雄激素剥夺疗法是最常见的靶向治疗选择，但随着前列腺癌从雄激素依赖症发展为去势抵抗性疾病而被规避。虽然核受体转录因子雄激素受体在疾病的初始阶段驱动前列腺肿瘤的生长，但雄激素抗性与低分化前列腺癌有关。近年来，越来越多的研究突出了少数转录因子的异常转录活性。与雄激素受体一起，这些转录因子的失调有助于前列腺癌细胞的低分化表型和前列腺癌的发生和进展。作为细胞命运决定的主要调节因子，这些转录因子可能为开发治疗前列腺癌的新治疗靶点提供机会。虽然一些转录调节因子以前很难直接靶向，但技术进步为这些转录因子的间接治疗靶向和重编程癌细胞表型的能力提供了潜力。这篇小型回顾将讨论我们对转录调节因子和材料科学的理解的最新进展如何为利用这些调节分子作为前列腺癌的治疗靶点铺平道路。虽然一些转录调节因子以前很难直接靶向，但技术进步为这些转录因子的间接治疗靶向和重编程癌细胞表型的能力提供了潜力。这篇小型回顾将讨论我们对转录调节因子和材料科学的理解的最新进展如何为利用这些调节分子作为前列腺癌的治疗靶点铺平道路。虽然一些转录调节因子以前很难直接靶向，但技术进步为这些转录因子的间接治疗靶向和重编程癌细胞表型的能力提供了潜力。这篇小型回顾将讨论我们对转录调节因子和材料科学的理解的最新进展如何为利用这些调节分子作为前列腺癌的治疗靶点铺平道路。

介绍

前列腺癌是全球男性第二大确诊癌症，仅在 2020 年就有大约 140 万例病例 ( 1 )。前列腺上皮内瘤变 (PIN) 是一种癌前病变，其特征是前列腺内的细胞生长不受控制 ( 2 )。这种不受控制的增殖先于局部前列腺腺癌的发展，从而肿瘤体积增加，细胞开始通过基底膜浸润。这种疾病的最初发病机制很大程度上取决于转录因子雄激素受体 (AR) ( 3 ) 的活性。然而，一旦疾病发展为更具侵袭性的表型，肿瘤就会产生雄激素抗性，演变为去势抵抗性前列腺癌 (CRPC)。4）。转移性 CRPC (mCRPC) 是该疾病的晚期/最后阶段，癌细胞会转移到远端器官，例如骨、肝和肺 ( 5 )。除了雄激素抵抗外，在前列腺细胞的恶性转化过程中也会发生诸如染色质结构改变和细胞核增大等表型变化 ( 6 , 7 )。

AR 是一种配体激活的转录因子，它通过结合雄激素（例如睾酮和 5-α-二氢睾酮）发挥作用，雄激素从其伴侣热休克蛋白 (HSP) 90 中释放 AR。类似于许多类固醇激素核受体，这一结果AR 易位至细胞核以调节与前列腺上皮细胞生长和维持相关的基因表达 ( 8 )。AR 与少数其他转录因子一起，已被确立为控制前列腺细胞表型的调节分子，并与前列腺癌的发生和进展有关。表格1, 另见评论 ( 2 , 36 )。由于相同的转录因子具有结合不同基因调控区的能力（37)，靶向转录因子为开发有效治疗前列腺癌提供了直接目标，并允许协调抑制各种致癌基因和信号通路。虽然几种改变转录因子表达的直接方法（如载有 siRNA 的纳米颗粒和慢病毒）正在开发中，但这篇小型综述将重点关注间接方法，如调节表观遗传机制、操纵泛素-蛋白酶体系统、靶向分子伴侣网络和利用转录复合物中的蛋白质，并讨论了最近的一些成功尝试（图1）。

表格1确定的转录因子靶标及其在前列腺癌中的意义。

AR，雄激素受体；ER，雌激素受体；ERRα，雌激素相关受体α ETS，E-26；TMPRSS2，跨膜蛋白酶丝氨酸 2；ERG、ETS相关基因；EZH2，zeste 同源物 2 的增强子；PD-1，程序性细胞死亡蛋白 1；BET，溴域末端增强子；BRD，含溴结构域的蛋白质；YY1，转录因子英阳1；ETM，上皮到间充质；CRPC，去势抵抗性前列腺癌；DUB，去泛素酶；MDM2，鼠双分钟2；USP，泛素特异性肽酶；RUNX，runt 相关转录因子；HSP，热休克蛋白；HIF-1α，缺氧诱导因子 1 α；PTEN、磷酸酶和张力蛋白同源物；PI3K，磷酸肌醇-3-激酶；Akt，蛋白激酶 B；NF-κB，核因子 kappa B；FOX，叉头盒。

图1 目前针对前列腺癌治疗的转录因子的间接方法。转录因子 (TF) 活性可以通过靶向参与表观遗传信号传导的酶和非酶蛋白、通过重新利用和操纵泛素-蛋白酶体系统的各个方面以控制转录因子降解、通过靶向分子伴侣网络和利用与转录复合物相关的共激活因子和共抑制因子。使用这些方法，可以对转录因子活性进行有利的修饰，以降低癌细胞的存活率、整体肿瘤生长和转移扩散的可能性。

转录因子的治疗靶向

从历史上看，许多转录因子被认为是“不可抗药”的目标，因为它们与其功能伙伴形成了“内在无序”的相互作用网络（38、39）。在细胞中，转录因子通过蛋白质-蛋白质相互作用 (PPI) 与其共激活因子和共抑制因子以及通过直接序列特异性 DNA 结合来调节基因表达 ( 40 )。因此，缺乏酶活性和催化位点是转录因子抑制剂和调节剂发展的主要障碍（41）。此外，转录因子-DNA 结合界面通常带正电荷且结构凸出，而转录因子-共调节剂相互作用的位点比典型的酶配体结合口袋要平坦得多 ( 42 , 43 )。总之，这些特性进一步加剧了开发具有理想 ADME（吸收、分布、代谢和排泄）指数的小分子抑制剂和调节剂的挑战 ( 42 , 43）。近年来，大量研究已证明在靶向前列腺癌中的转录因子方面取得了成功，展示了这种方法的可行性，并挑战了以前的教条。特别是，已经开发了靶向 AR 配体结合结构域的化学抑制剂，例如比卡鲁胺和恩杂鲁胺 ( 44 , 45 )。虽然现在使用 AR 抑制剂是早期前列腺癌雄激素靶向治疗的主要选择之一 ( 45 , 46 )，但一旦肿瘤变得去势抵抗，这些选择就会变得无效，因为它们能够规避雄激素靶向治疗通过各种机制，包括 AR 扩增、点突变、剪接变体和用糖皮质激素受体替代 AR 功能 ( 4 , 47 , 48 )。由于 mCRPC 患者的有效治疗方法非常缺乏 ( 49 )，因此研究靶向前列腺癌中非 AR 转录因子的方法至关重要。

表观遗传机制的调节

调节表观遗传信号通路是一种用于靶向前列腺癌内致癌转录因子的方法。由于酶是具有相对较高易处理性的药物靶标，表观遗传写入器和擦除器（如乙酰转移酶、甲基转移酶、脱乙酰基酶和去甲基化酶）为抑制剂的开发提供了直接靶标 ( 50 )。zeste homolog 2 (EZH2) 增强子是一种重要的表观遗传调节因子，在前列腺癌中，发现 EZH2 负调节干扰素刺激基因 (ISG) 如程序性细胞死亡蛋白 1 (PD-1) 和主要组织相容性复合物的表达，创造免疫抑制性肿瘤微环境并增加对免疫检查点阻断 (ICB) 疗法的抵抗力 ( 16）。在 Morel 及其同事最近的一项研究中，抑制 EZH2 可恢复 ISG 的表达并逆转对 ICB 治疗的抗性，突出了 EZH2 抑制剂在前列腺癌中的治疗潜力 ( 51 )。Bai 及其同事加强了 EZH2 抑制剂的临床适用性，其中 GSK126 抑制 EZH2 可防止前列腺特异性抗原表达并克服 CRPC 中的恩杂鲁胺耐药性 ( 52 )。此外，还发现神经内分泌前列腺癌 (NEPC) 是一种侵袭性 CRPC 亚型，与功能失调的 EZH2 活性有关 ( 53 )。使用 GSK126，Dardenne 及其同事表明 NEPC 细胞对 EZH2 抑制比对雄激素敏感的 LNCaP 细胞更敏感（54)，然而，EZH2 抑制剂对 NEPC 的临床疗效值得进一步研究。虽然 EZH2 是前列腺癌的主要靶点，但替代靶点包括组蛋白乙酰转移酶 E1A 结合蛋白 (p300) 和 CREB 结合蛋白 (CBP)。在前列腺癌中，p300 和 CBP 与许多致癌转录因子相互作用，包括 p53、MYC 和 AR，以驱动肿瘤进展 ( 55 )。这些表观遗传酶可以被 CellCentric 开发的化合物 CCS1477 抑制，其中 CCS1477 的给药显示下调 AR 和 MYC 的表达，导致 CRPC 的 22Rv1 异种移植模型中的肿瘤生长减少 ( 56 , 57 )。

或者，靶向在表观遗传信号通路中不具有酶活性的调节剂也被证明是成功的。MYC 是人类癌症中最失调的转录因子之一 ( 17 )。在前列腺癌中，MYC 重塑染色质结构以刺激细胞生长并通过高乙酰化促进致癌信号传导 ( 17 , 18 )，并且已表明这些致癌作用部分由表观遗传阅读器蛋白、溴结构域外末端 (BET) 介导。58）。因此，靶向 BET 蛋白家族提供了间接调节 MYC 表达的潜在途径，最终抑制前列腺肿瘤的进展。事实上，BET 抑制剂 I-BET762 已被证明可降低 MYC 表达。这与前列腺癌细胞增殖减少、程序性细胞死亡增加和体内前列腺肿瘤负担减少有关，突出了靶向 BET 蛋白作为前列腺癌治疗的可能性 ( 59 )。JQ1 进一步增强了 BET 抑制的治疗潜力，JQ1 是一种靶向含溴结构域蛋白 (BRD) 4 的抑制剂 ( 60）。BRD4 是 BET 蛋白家族的成员，它已被证明与 AR 和 MYC 等转录因子相互作用以介导致癌作用 ( 21 )。最近，有人提出 BRD4 在调节肿瘤免疫微环境中也发挥作用。这得到了毛和同事的支持，其中 JQ1 的 BRD4 抑制降低了 PD-1 表达并促进了 CD8 介导的前列腺肿瘤细胞在体外和体内的裂解( 61 )。此外，发现 JQ1 通过下调小细胞肺癌中 Achaete-scute 同源物 1 (ASCL1) 的表达来介导抗癌作用 ( 62 )。最近的证据表明 ASCL1 是 NEPC 的关键驱动因素（63)，JQ1 与其他 BET 抑制剂可能具有作为 NEPC 治疗剂的潜力。BET 抑制剂 BMS-986158 和 RO6870810 现在也处于多癌临床试验的各个阶段，泛 BET 抑制剂 ZEN-3694 在 Ib/IIa 期 mCRPC 研究中显示出治疗效果 ( 64 – 66 )。

泛素-蛋白酶体系统的操作

在前列腺癌中靶向转录因子的另一种方法是利用泛素-蛋白酶体系统 (UPS)。细胞中适当水平的转录因子表达是维持细胞稳态的关键 ( 67 )。异常的转录因子表达或调节回路表达失败可能导致灾难性影响并导致病理生理状态。泛素连接酶（E3 连接酶）是 UPS 中催化细胞泛素化过程的酶，其中泛素与底物蛋白共价连接以进行蛋白酶体降解，作为调节转录因子表达的一种方法 ( 68 , 69）。这种独特的降解途径为控制前列腺癌中的转录因子表达提供了一个潜在的平台。

在包括前列腺癌在内的几种人类癌症中，已知转录因子和肿瘤抑制因子 p53 的表达高度失调 ( 70 )。这种失调可能源于小鼠双分钟 2 (MDM2) 的活性增加，这是一种 E3 连接酶，它会降低 p53 的表达并最终导致患者的临床结果不佳 ( 12 , 23 )。因此，Vassilev 及其同事开发了一类新型 MDM2 抑制剂 Nutlins。这些抑制剂的使用增加了 p53 及其靶基因 p21 ( 71 ) 的细胞表达，同时在体内进一步研究具有雄激素依赖性 LNCaP 和雄激素非依赖性 22Rv1 细胞系的小鼠异种移植模型显示，在 Nutlins 治疗后，两种细胞类型的细胞凋亡增加并减少了肿瘤负荷 ( 72 , 73 )。为了进一步提高这些 Nutlin 的效力和选择性，开发了第二代化合物 Idasanutlin (RG7738/RO5503781) ( 74 )。研究表明，使用该化合物可通过 LNCaP 细胞中细胞周期停滞和细胞毒性损伤的综合机制诱导细胞死亡( 75 )。E3 连接酶抑制的临床适用性最近在一项针对以前未接受过多西他赛治疗的前列腺癌患者的 I 期临床试验中进行了评估（76）。虽然该试验因安全问题和罗氏公司的财务退出而终止，但有希望的初步结果突出了这类化合物以及一般的 E3 连接酶作为前列腺癌治疗进一步研究的潜力。

随着蛋白水解靶向嵌合体 (PROTACs) 的发现，进一步利用 UPS（更具体地说是 E3 连接酶）靶向前列腺癌内的转录因子。PROTAC 是由蛋白质相互作用配体和 E3 连接酶募集配体组成的双功能分子 ( 77 )。PROTAC 中的两个配体以共价方式连接，蛋白质相互作用的配体与感兴趣的蛋白质（如转录因子）结合，而 E3 连接酶募集配体促进泛素化过程和随后的蛋白质降解 ( 78 )。PROTAC 在细胞中产生“击倒”效应，消除目标蛋白质的细胞功能（79）。此外，发现该过程具有高度催化性，其中单个 PROTAC 分子可以消除多种感兴趣的蛋白质 ( 80 )。如上所述，BET 蛋白调节许多促癌转录因子如 AR 和 MYC 的表达，并且这些调节分子的药理学抑制导致抗癌作用。因此，PROTACs 的使用可能代表另一种药理学修饰前列腺癌转录因子表达失调的途径。WWL0245 是一种高度选择性和有效的基于 PROTAC 的 BRD4 降解剂，已被证明通过在体外诱导雄激素敏感性前列腺癌细胞系 LNCaP 和 VCaP 的细胞周期停滞发挥作用. 这同时与致癌转录因子 AR 和 c-Myc 的下调有关，这突出了这种方法在前列腺癌中的治疗潜力和临床可行性 ( 81 )。Raina 及其同事进一步支持了这种观点，他们证明了 pan-BET PROTAC、ARV-771 在 CRPC 小鼠异种移植模型中诱导细胞凋亡和肿瘤消退 ( 82 )。除了 BET，目前的大多数研究都集中在基于 PROTAC 的靶向 AR ( 83 – 85 ) 上，而试图通过靶向其他失调的转录因子在前列腺癌中PROTAC 是有限的。因此，识别更广泛的蛋白质相互作用配体应该是前瞻性研究的主题。

另一种改变转录因子表达的方法是抑制去泛素酶 (DUB) 的活性。DUB 是一种酶，可去除 UPS 中的泛素蛋白，终止泛素介导的蛋白酶体降解过程 ( 86 )。泛素特异性肽酶 (USP) 2a 作为 MDM2 的 DUB，它正向调节 MDM2 的表达 ( 26 )。由于 MDM2 是转录因子 p53 的 E3 连接酶，抑制 USP2a 会促进 MDM2 的蛋白酶体降解并间接调节 p53 的表达 ( 23 , 86 )。这得到了 Stevenson 及其同事的支持，其中 siRNA 对 USP2a 的抑制导致 p53 蛋白在体内的积累，突出了抑制前列腺癌中 DUB 的治疗潜力 ( 87 )。在前列腺癌背景下 DUB 的抑制不限于 p53 信号通路。在 20% 至 50% 的不同种族的前列腺癌患者中观察到基因融合产物跨膜蛋白酶丝氨酸 2 (TMPRSS2)-ETS 相关基因 (ERG) 作为染色体易位的结果 ( 13 , 14 )。TMPRSS2-ERG 融合蛋白显示可介导前列腺癌细胞侵袭和侵袭相关基因转录程序的激活 ( 15 )。ERG 的表达受 E3 连接酶三方基序-含 25 (TRIM25) 的调节，而 USP9X 作为 ERG 去泛素化的 DUB ( 28 ,88 ). 因此，ERG 或 TMPRSS2 的靶向抑制可能对前列腺癌有益。WP1130 是一种小分子抑制剂，由两个蛋白质反应部分、一个 2-溴-吡啶官能团以及一个能够进行迈克尔加成反应的 α,β-不饱和酰胺部分组成 ( 89 )。这使得 WP1130 能够以部分选择性的方式与蛋白质相互作用，并对多种 DUB 发挥抑制作用，例如 USP5、USP9X 和 USP14 ( 90 )。已显示 WP1130通过抑制 USP9X 的酶功能降低体外ERG 水平。这与具有 VCaP 细胞的小鼠异种移植物中肿瘤体积的减少有关，突出了靶向前列腺癌中 DUB 的临床可行性（28）。

针对分子伴侣网络

分子伴侣网络负责各种生物过程，例如适当的蛋白质折叠、细胞内定位和降解，从而维持细胞中的蛋白质稳态 ( 29 )。伴侣蛋白（如 HSP90）通过与多种客户蛋白相互作用发挥这些功能，其中许多是致癌转录因子。它们包括 AR、p53 和缺氧诱导因子 (HIF)-1α ( 29 , 30 )。因此，通过破坏 HSP90 转录因子相互作用小分子抑制剂为纠正导致前列腺恶性肿瘤的失调机制提供了潜在途径。17-AAG 是 Schnur 及其同事开发的一流 HSP90 抑制剂。然而，这种化合物的弱效和较差的生物利用度引发了进一步的优化 ( 30 )。Ganetespib 是一种具有更高效力的第二代 HSP90 抑制剂。已经表明 Ganetespib 在 LNCaP 和 LAPC4 细胞中诱导细胞周期停滞，并导致 CRPC 的 PDX 模型中的肿瘤消退（91)，强调了 HSP90 抑制作为抗癌治疗的可行性和临床适用性。最近，SU086 强化了这一观点，SU086 是另一种新型 HSP90 抑制剂，被发现可在体外减少 PC3 和 DU145 前列腺癌细胞的增殖并抑制前列腺癌临床前小鼠模型中的肿瘤生长 ( 92 )。除了 HSP90，来自分子伴侣网络的其他新兴靶标包括 HSP70 和 HSP90 共伴侣蛋白 CDC37，然而，针对这两种蛋白质的药物样抑制剂仍有待开发 ( 93 )。虽然在前列腺癌中靶向除 HSP90 以外的伴侣蛋白尚不清楚，需要进一步研究，但它代表了前列腺癌治疗的一种新策略。

利用转录复合物中的其他蛋白质

另一种调节转录因子表达的方法可以通过利用转录复合物中的蛋白质来实现。HIF 是一种转录复合物，在诱导血管生成中起关键作用，这是前列腺肿瘤生长和 CRPC 发展的必要条件。在前列腺肿瘤充分发育血管之前，癌细胞必须适应低氧浓度以实现其大量能量消耗（31）。雌激素相关受体 α (ERRα) 参与前列腺能量稳态的调节 ( 11）。已经表明，ERRα 可以与缺氧诱导因子 1 (HIF) 转录因子复合物相互作用，以防止 HIF-1α 经历蛋白酶体降解并增强细胞对前列腺肿瘤细胞产生的缺氧的适应性反应 ( 94 , 95 )。因此，干扰这种不可或缺的 PPI 是开发前列腺癌疗法的一种有利可图的方法。XCT790 是 ERRα 的反向激动剂 ( 94 )。已证明 XCT790 的施用减弱了 ERRα-HIF-1 相互作用并降低了 HIF-1 的表达 ( 95 )。这与体外LNCaP 前列腺癌细胞增殖的减少有关（95)，概述了这种方法在破坏转录因子相互作用方面的临床适用性。

异二聚体转录因子复合物核心结合因子 (CBF) 是另一个新兴目标。CBF 由两种蛋白质组成：DNA 结合矮小相关转录因子 (RUNX) 及其非 DNA 结合 β 亚基 (CBFβ) ( 96 )。CBFβ 作为 RUNX 的共激活剂发挥作用，导致 RUNX 从其自身抑制状态中解脱出来，促进 CBF 复合物与 DNA 结合并调节靶基因表达 ( 97 )。近年来，人们越来越认识到 RUNX 转录因子通过基质金属蛋白酶信号传导促进前列腺癌的细胞生长和转移潜能（24）。因此，靶向这些必需的 PPI 可能会破坏致癌基因的转录过程，从而产生抗癌作用。这种方式的成功靶向是使用 AI-10-49 支架的单价衍生物实现的，这是一种二价抑制剂，最初开发用于靶向 CBFβ-平滑肌肌球蛋白重链相互作用 ( 98 )。这种新的单价抑制剂通过改变它们的构象动力学来干扰野生型 CBFβ 和 RUNX1 蛋白之间的结合 ( 99 )。在一项关于三阴性乳腺癌的研究中，CBFβ-RUNX1 抑制被证明可以消除集落形成并改变上皮间质转化基因的表达，这是与转移相关的特征性癌症标志（99）。关于前列腺癌，这一发现突出了破坏 RUNX 相互作用电路的治疗潜力，这可能适用于开发前列腺恶性肿瘤治疗方法。

结论

这篇小型综述简要总结了最近在靶向非 AR 转录因子方面取得的成功。然而，值得注意的是，调控非AR转录因子的可能方法并不局限于上述方法，这些成功的发现只是进一步研究转录因子的起点。然而，新发现的抑制剂和调节剂代表了通过靶向非 AR 转录因子为 mCRPC 开发有效治疗方案的令人鼓舞的潜力。