Nature | 是卫士，还是内应？抑癌蛋白Rb的“双面人生”

撰文|咸姐

视网膜母细胞瘤蛋白（Rb）作为经典的肿瘤抑制因子，其传统功能主要通过结合并抑制E2F转录因子家族，从而阻断细胞周期从G1期向S期的推进，遏制异常增殖。这一机制为CDK4/6抑制剂的临床应用提供了理论基础——此类药物通过阻止Rb磷酸化，维持其“活性”状态，已成为激素受体阳性（HR+）乳腺癌内分泌治疗的一线策略。除了E2F抑制，低磷酸化Rb也被发现可能在染色质上具有更广泛的功能【1,2】。然而，长期以来，人们对Rb的功能认知主要局限于其对细胞周期基因的转录抑制作用，而其在全基因组范围内的染色质结合模式、对非经典靶基因的调控潜力，以及在治疗压力下的反馈性转录重编程，仍知之甚少。更重要的是，尽管临床数据显示CDK4/6抑制剂联合内分泌治疗具有协同效应，但单药疗效有限且耐药频发，提示Rb活化可能不仅介导细胞周期阻滞，还参与调节其他促癌或耐药相关通路，这一矛盾现象背后的分子机制长期未被阐明。

近日，来自澳大利亚Peter Mac癌症研究中心的Shom Goel团队在Nature在线发表题为Rb-driven transcription limits its tumoursuppressive effects in breast cancer的文章，系统绘制了CDK4/6抑制后内源性Rb的染色质再分布图谱，发现CDK4/6抑制剂激活的低磷酸化Rb不仅抑制经典细胞周期基因，还结合增强子等非启动子区域，与雌激素受体（ER）形成转录枢纽，激活CCND1等促增殖的雌激素响应基因。该Rb驱动的ER程序在内分泌敏感肿瘤中可被抗雌激素治疗抵消，形成协同效应；但在ESR1突变耐药模型中持续激活，削弱CDK4/6抑制剂疗效。这一发现颠覆了Rb作为纯粹转录抑制因子的传统观念，揭示其作为“双功能”调控因子的新角色，不仅深化了对Rb生物学复杂性的理解，也为优化CDK4/6抑制剂的治疗策略、克服耐药提供了重要的理论依据和潜在干预靶点。

既往研究受限于染色质免疫共沉淀测序（ChIP-seq）在检测内源性Rb时的低信噪比和技术瓶颈，多依赖外源标签表达，难以真实反映Rb在细胞周期波动和内源性蛋白丰度变化下的动态结合行为，更未能系统解析其在肿瘤细胞中经药物激活后的转录后果。本文研究人员利用改进的CUT&RUN技术，在HR+乳腺癌细胞中实现了内源性Rb的高分辨率染色质结合谱绘制。分析結果意外地发现，CDK4/6抑制剂诱导的低磷酸化Rb并非简单地因总蛋白减少而削弱染色质结合，反而在全基因组范围内发生了剧烈的、以结合增加为主的染色质重新分布。这种重新分布既包括在经典细胞周期基因启动子区域的富集以执行转录抑制，也包括在大量非启动子区域的意外积聚，暗示Rb具有超越E2F调控的未知功能（图1）。这一现象在多种细胞系和乳腺癌患者来源异种移植（PDX）模型中均得到验证，具有普遍性。

图1

随后，研究人员聚焦于CDK4/6抑制后Rb在非启动子区域的累积，发现其在增强子等调控元件上显著富集。这些位点H3K27ac水平升高且与附近基因上调相关，提示其为预先存在的增强子。整合H3K27ac HiChIP数据表明，含非启动子Rb峰的转录枢纽更为复杂，富含ER结合位点，且通过染色质环与基因启动子相连。功能上，这些连接的基因显著富集于雌激素响应通路，包括CCND1、TFF1、KRT18等经典ER靶基因，在CDK4/6抑制后mRNA和蛋白水平均显著上调。通过CRISPR-Cas9破坏Rb结合的CCND1和KRT18增强子，虽不影响基础表达，却完全消除了药物诱导的基因激活；同时，RB1基因敲除也彻底取消了全基因组范围内的雌激素响应基因上调。这些结果证实，CDK4/6抑制通过招募Rb至增强子网络、整合入ER富集的3D转录枢纽，直接驱动邻近雌激素响应基因的转录激活。

进一步地，研究人员通过临床、细胞及动物模型系统探讨了Rb驱动的ER转录程序对内分泌治疗应答的塑造作用。在POP临床试验中，接受palbociclib单药治疗的HR+乳腺癌患者肿瘤组织表现出E2F靶基因抑制与雌激素响应基因集的显著诱导，而对照组无此变化。在细胞系和PDX模型中，CDK4/6抑制剂单独处理会上调ER靶基因表达，但联合选择性ER降解剂fulvestrant后，该上调被明显削弱，同时E2F靶基因的抑制更为彻底，细胞增殖受到更强控制，提示抗雌激素治疗能有效阻断Rb介导的促增殖反馈，从而解释临床联合治疗的协同效应。然而，在携带ESR1突变（模拟内分泌耐药）的细胞中，即使处于雌激素剥夺条件，CDK4/6抑制剂仍持续诱导ER靶基因（如CCND1），导致E2F靶基因抑制不充分，细胞周期阻滞减弱；而换用选择性ER降解剂（SERD）降解突变型ER后，E2F靶标抑制得以恢复，增殖控制得到加强。此外，敲低CCND1本身即足以加深CDK4/6抑制剂对E2F靶标的抑制，证实cyclin D1是该反馈通路的关键效应因子。这些结果揭示Rb通过激活ER靶基因既能增强内分泌敏感性（在敏感背景下）又可驱动耐药（在ESR1突变背景下），从而双向调节内分泌治疗反应，并为SERD在耐药患者中的优先使用提供了机制依据。

最后，研究人员深入探讨了Rb促进雌激素响应基因转录的分子机制。通过免疫沉淀联合质谱分析，他们在CDK4/6抑制剂处理的MCF7细胞核提取物中鉴定出Rb与ER及组蛋白去甲基化酶KDM5A的相互作用，三者形成共享核复合物。染色质分析显示，CDK4/6抑制后非启动子Rb结合位点与KDM5A及ER结合位点高度重叠，但KDM5A和ER在这些位点的占据并不随药物处理而改变，且KDM5A敲低不影响Rb的招募，提示Rb是被招募至预先存在的KDM5A结合区域。基因富集分析表明，Rb-KDM5A-ER共结合区域显著富集于雌激素响应通路，其中57%的早期响应基因在非启动子和启动子区域同时存在Rb与KDM5A的共结合，表明Rb与KDM5A共同参与增强子-启动子成环的相互作用，从而在CDK4/6抑制的细胞中增强雌激素驱动的基因表达。siRNA介导的KDM5A敲低本身即能显著上调雌激素响应基因（包括与Rb结合增强子-启动子环相关的基因），且与CDK4/6抑制联合后未见进一步诱导，表明Rb通过抑制KDM5A的活性来解除其转录抑制功能。与此一致，CDK4/6抑制导致关键雌激素响应基因上H3K4me3（KDM5A的底物）峰宽度显著扩展，从启动子向基因体区域扩散，伴随转录输出的增加。这些结果证实，Rb通过与KDM5A的相互作用，拮抗其介导的转录抑制，促进H3K4me3修饰在ER靶基因上的富集，从而激活雌激素响应转录程序。

总而言之，本研究颠覆了Rb作为纯粹转录抑制因子的传统认知，揭示其在CDK4/6抑制后兼具抑制细胞周期基因和激活促增殖ER靶基因的双重功能，拓展了此前关于Rb功能多样性的推测。研究证实，低磷酸化的Rb通过与ER及KDM5A协同作用，直接参与染色质调控网络，激活雌激素响应性转录，且此过程并非细胞周期阻滞的间接效应，而是CDK4/6抑制所暴露的潜在转录活性。该机制在内分泌敏感与耐药背景下产生截然不同的治疗效应，为优化CDK4/6抑制剂联合方案及克服耐药提供了重要理论依据。

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10886-w

制版人： 十一

参考文献

1. Harbour, J. W., Luo, R. X., Dei Santi, A., Postigo, A. A. & Dean, D. C. Cdk phosphorylation triggers sequential intramolecular interactions that progressively block Rb functions as cells move through G1.Cell98, 859–869 (1999).

2. Nielsen, S. J. et al. Rb targets histone H3 methylation and HP1 to promoters.Nature412, 561–565 (2001).

学术合作组织

（*排名不分先后）

推荐直播

转载须知

【原创文章】BioArt原创文章，欢迎个人转发分享，未经允许禁止转载，所刊登的所有作品的著作权均为BioArt所拥有。BioArt保留所有法定权利，违者必究。

BioArt

Med

Plants

人才招聘