康毅滨团队为治疗转移性乳腺癌提供新思路

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乳腺癌是目前在女性中发病率最高的癌症 【1】。大约有30%的早期乳腺癌患者会发展成为转移性乳腺癌。转移性乳腺癌有更强的耐药性，从而大大降低了患者的生存率。如何提高转移性乳腺癌的治疗效果一直是一个亟待解决的问题。

在过去的几年中，免疫治疗，特别是以anti-CTLA4, anti-PD1/PD-L1为代表的免疫检查点抑制疗法在黑色素瘤，肺癌和结直肠癌中取得了突破性进展【2】。但遗憾的是，转移性乳腺癌患者对这些治疗方法的应答率并不高。提高免疫疗法在转移性乳腺癌患者中的应答率也成为延长患者生存率的重要途径之一。

2021年11月29日，普林斯顿大学康毅滨教授团队在 Nature Cancer 上以背靠背的形式发表 了题为Small Molecule Inhibitors that Disrupt the MTDH-SND1 Complex Suppress Breast Cancer Progression and Metastasis和题为Pharmacological Disruption of the MTDH-SND1 Complex Enhances Tumor Antigen Presentation and Synergizes with Anti-PD-1 Therapy in Metastatic Breast Cancer的研究成果。通过这两项研究，康毅滨教授团队筛选得到了可以提高转移性乳腺癌免疫治疗效果的一类新的化合物，并阐释了其作用机制。

在前期的研究中，康毅滨教授团队发现基因Matedherin (MTDH) 与乳腺癌患者的生存率息息相关。MTDH表达高的乳腺癌患者往往有较差的生存率。更糟糕的是这个基因在至少40%的乳腺癌患者中都具有扩增的现象【3】。基于小鼠的功能研究表明，MTDH会促进乳腺癌的发生，转移，以及耐药性【3,4】。有趣的是敲除MTDH基因并不会影响正常小鼠的各项功能【4】。这提示MTDH 或可以作为乳腺癌治疗的一个有效靶点，并且副作用极其可控。为了验证MTDH 是否可以作为一个有效靶点，康毅滨教授团队首先构建了诱导型MTDH基因敲除小鼠。研究人员模拟临床情况，当模型小鼠自发产生乳腺癌后再特异性的敲除MTDH基因，并检测其对乳腺癌发展和转移的影响。实验表明，MTDH对乳腺癌的发展和转移是至关重要的。MTDH基因的敲除显著的减缓了乳腺癌的发展和转移。这也进一步证实MTDH确实可以作为乳腺癌治疗的一个靶点。

进一步的分子机制研究表明，MTDH是通过和Staphylococcal nuclease domain-containing 1 (SND1) 的相互作用来促进乳腺癌的发展和转移【4-6】。在小鼠中抑制MTDH-SND1的相互结合可以有效的减缓乳腺癌的发展和转移。有趣的是MTDH和SND1的结合位点非常小。两者是通过MTDH中的两个氨基酸插入到SND1形成的两个疏水小袋中来发挥相互作用的【6】。这一结构信息提示，或许可以找到小分子化合物，通过竞争性地占有SND1中的小袋来阻碍MTDH和SND1的相互作用 (图1，左) 。如上所述，由于MTDH-SND1复合物在乳腺癌的发展和转移中的关键作用，所得到的阻碍MTDH-SND1相互作用的化合物也可能具有潜在的治疗效果。

为了验证这一假设，研究人员建立了基于荧光素酶的高通量筛选平台。经过筛选了五万多个小分子化合物后，非常幸运的获得了一类化合物C26-A6，可以非常高效的在体外阻碍MTDH-SND1复合物的形成。共结晶实验也证实，正如预期所料，C26-A6效的占据了SND1中对MTDH 结合所必须的其中一个位点，从而阻碍了

图1：MTDH-SND1结合域结构（左），C26-A6与SND1共结晶结构（右）

MTDH-SND1的相互作用（图1，右）。进一步研究表明，C26-A6在体内可以很好的被吸收，并且几乎没有显著毒性。这也使得小分子化合物C26-A6可以用于进一步的治疗性研究。该实验结果表明，C26-A6的治疗显著减缓了小鼠模型中乳腺癌的发展和转移。更有意思的是C26-A6使得小鼠对化疗更加的敏感（图2）。

图2：C26-A6与化疗协同性抑制乳腺癌转移的进展并提高小鼠生存率

为了进一步阐释该小分子化合物的作用机理，对照组和C26-A6治疗组的肿瘤被收集并用于RNA测序。结果表明，C26-A6治疗组的肿瘤具有更强的Interferon 的信号。这也提示C26-A6治疗导致了更强的免疫反应。与之相应的是，在C26-A6 治疗组的肿瘤中也观察到了更多的以CD3, CD8为代表的T细胞的浸润。这些结果提示，C26-A6 可能是通过调控免疫反应来抑制乳腺癌发展和转移。

为了进一步的了解其分子机制，康毅滨教授团队的研究人员建立了基于Ovalbumin/OT-I的肿瘤细胞/免疫细胞体外共培养模型。基于该模型，研究人员发现C26-A6的处理显著的增强了肿瘤细胞的抗原呈递过程，从而使得肿瘤细胞更容易被T细胞识别并清除。更深入的机制研究表明，MTDH-SND1复合物可以结合抗原加工呈递的关键性元件TAP1/2的RNA，并促进其降解，从而降低TAP1/2的蛋白水平。与之相应的结果是，导致了肿瘤细胞抗原呈递的减弱，从而使得肿瘤细胞可以成功逃脱免疫细胞的识别。然后，C26-A6的处理，有效的阻碍了MTDH-SND1蛋白复合物的形成，并逆转了该复合物导致的抗原呈递减弱的这一过程，最终抑制了乳腺癌的发展和转移。

有意思的是，C26-A6治疗提高的肿瘤抗原呈递不仅增强了CD8+ T细胞的浸润和活化，作为负反馈信号，它也导致了更多的CD8+ T细胞的耗竭。之前的研究表明，免疫检查点抑制剂的治疗可以有效的缓解T细胞耗竭。所观察到的这一现象也提示，C26-A6与免疫检查点抑制剂或许有协同作用。为了验证这一假设，研究人员对乳腺癌小鼠进行了C26-A6和anti-PD-1的单独处理或者联用。实验结果表明，C26-A6+anti-PD-1的联用比单独治疗有更显著的效果。联合治疗有效的抑制了乳腺癌的发展和转移，并在部分小鼠中导致了已形成的转移灶的减小（图3）。这一结果提示，C26-A6+anti-PD-1或许在转移性乳腺癌病人中具有积极的治疗意义。

图3：C26-A6增强anti-PD-1在转移性乳腺癌中的治疗效果

综上所述，康毅滨教授团队研究发现MTDH通过与SND1形成复合物从而结合抗原呈递关键性元件TAP1/2并促进其降解，从而抑制肿瘤抗原呈递。这也使得乳腺癌细胞能够成功逃避免疫细胞的识别并最终促进乳腺癌的发展和转移。更重要的是，研究人员筛选并得到了MTDH-SND1复合物的有效小分子抑制剂。该抑制剂通过阻碍MTDH-SND1复合物的形成，成果恢复了肿瘤细胞的抗原呈递过程。值得注意的是，该抑制剂也显著增强了转移性乳腺癌的免疫治疗效果。这两项研究具有重要的临床意义，为转移性乳腺癌的治疗提供了新的潜在途径。

康毅滨教授和其团队的博士后沈敏洪分别为这两项研究通讯作者和第一作者。该研究还得到了University of Wisconsin-Madison, Yongna Xing 教授，以及复旦大学肿瘤研究所邵志敏教授和江一舟教授团队的大力支持。另外，沈敏洪博士也在Wayne State University/Karmanos Cancer Center建立了自己的研究团队，拟招聘具有生物信息学，肿瘤免疫等相关背景的博士后/研究人员。

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https://jinshuju.net/f/ZqXwZt

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s43018-021-00279-5

https://doi.org/10.1038/s43018-021-00280-y

制版人：十一

参考文献

1 Siegel, R. L., Miller, K. D., Fuchs, H. E. & Jemal, A. Cancer Statistics, 2021. CA: a cancer journal for clinicians 71, 7-33, doi:10.3322/caac.21654 (2021).

2 Hargadon, K. M., Johnson, C. E. & Williams, C. J. Immune checkpoint blockade therapy for cancer: An overview of FDA-approved immune checkpoint inhibitors. Int Immunopharmacol 62, 29-39, doi:10.1016/j.intimp.2018.06.001 (2018).

3 Hu, G. et al. MTDH activation by 8q22 genomic gain promotes chemoresistance and metastasis of poor-prognosis breast cancer. Cancer cell 15, 9-20 (2009).

4 Wan, L. et al. MTDH-SND1 interaction is crucial for expansion and activity of tumor-initiating cells in diverse oncogene- and carcinogen-induced mammary tumors. Cancer cell 26, 92-105 (2014).

5 Blanco, M. A. et al. Identification of staphylococcal nuclease domain-containing 1 (SND1) as a Metadherin-interacting protein with metastasis-promoting functions. The Journal of biological chemistry 286, 19982-19992 (2011).

6 Guo, F. et al. Structural insights into the tumor-promoting function of the MTDH-SND1 complex. Cell reports 8, 1704-1713 (2014).

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