前列腺癌治疗新途径：代谢途径与表观遗传领域双剑合璧

来源：BioArt

撰文 | 十一月

责编 | 兮

前列腺癌目前仍然是全球男性癌症死亡的主要原因。虽然非转移性前列腺癌患者预后良好，但转移性肿瘤患者的5年生存率不足30%【1】。

 为了找到更有效的前列腺癌治疗方案，2020年7月2日，中国科学院上海营养与健康研究所秦骏研究组、重庆军医大学大坪医院江军研究组、南京医科大学王晓明研究组合作在Cancer Cell发文题为SETD2 Restricts Prostate Cancer Metastasis by Integrating EZH2 and AMPK Signaling Pathways，揭示出前列腺癌症中AMPK-SETD2-EZH2信号轴的调节作用，为前列腺癌的治疗提供了可能的参考思路。

组蛋白甲基转移酶(Histone methyltransferases, HMTs)和去甲基化酶参与前列腺癌转移【2】。甲基转移酶EZH2负责抑制性H3K27me3的修饰，使肿瘤细胞获得侵入性特征【3】。在哺乳动物中，SETD2是催化H3K36me3的甲基转移酶，SETD2基因中的突变在包括前列腺癌在内的多种肿瘤中广泛存在【4】。研究发现SETD2通过组蛋白H3K36的甲基化调节基因组不稳定性、RNA加工和基因内转录起始【5,6】。H3K36me2/3和H3K27me2/3修饰在线虫、骨髓瘤和小鼠卵母细胞中是相互排斥的【7-9】。但是目前对于SETD2对于非组蛋白底物中的甲基化作用还了解甚少，同时对于SETD2与EZH2之间的相互关系及其在前列腺癌中的作用也不甚清楚。 

为了对SETD2以及EZH2在前列腺癌中的作用进行解析，作者们对于非转移性型前列腺癌小鼠模型Pten-/-以及转移性前列腺癌小鼠模型Pten-/-;Trp53-/-中H3K36me3/SETD2与H3K27me3/EZH2之间的水平进行比较（图1）。作者们发现H3K36me3/SETD2与H3K27me3/EZH2在小鼠前列腺组织中的表达水平相互排斥。进一步地，作者们希望对SETD2在前列腺癌中的功能进行评估，通过慢病毒载体介导的短发卡RNA对SETD2进行敲低后，发现Pten-/-小鼠类器官的尺寸和增殖能力明显增强。研究表明，在侵入性肿瘤中SETD2的表达量会被下调【10】，通过CRISPRa在转移性前列腺癌小鼠模型类器官中对SETD2进行过表达后发现SETD2过度激活引发类器官致死。这些结果都说明SETD2在前列腺癌中的作用非常关键。

图1 在不同前列腺癌小鼠模型中H3K36me3/SETD2与H3K27me3/EZH2之间水平的比较

进一步地，作者们想知道Setd2在体内的功能，因此将体内Setd2在前列腺上皮细胞中进行特异性敲除。Setd2-/-小鼠表现出明显发育畸形以及多发性低级别前列腺上皮内瘤变损伤。但是作者们发现，Setd2单独敲除是不足以驱动前列腺癌的发生的。当作者们将Setd2-/-小鼠基础上敲低一个拷贝的Pten时，小鼠由于膀胱出口梗阻以及肾盂积水寿命明显减少。这些结果表明，Setd2的敲除会加速肿瘤的进展状况促进前列腺癌的转移性发生。 

Setd2敲除诱导的前列腺癌转移是如何发生和调控的呢？作者们对Pten+/-; Setd2-/-与现Pten+/-小鼠基因表达进行分析后发现，所有差异表达基因中与EZH2和H3K27me3信号转导相关的基因存在明显富集的情况。在Pten+/-; Setd2-/-小鼠中同时敲低Ezh2前列腺肿瘤进展减缓。Setd2的缺失以EZH2依赖的方式加速前列腺肿瘤的发生。为了进一步鉴定出SETD2与EZH2之间的关系，作者们首先想知道EZH2是否是SETD2的一个非组蛋白底物。通过鉴定作者们发现，SETD2无论是在体内还是在体外都可以特异性地与EZH2发生相互作用。通过使用泛甲基化抗体，作者们发现在SETD2过表达的情况下可以检测到EZH2的甲基化。作者们通过质谱基础的分析后发现EZH2中K735这个保守的赖氨酸残基可以被SETD2直接甲基化，并且通过一系列生化实验作者们惊奇地发现SETD2诱导的K735me1可以促进Smurf2 E3连接酶的识别从而降解EZH2。而且作者们通过对小鼠内源敲入突变型Ezh2K735R发现，EZH2-K735me1对于前列腺癌进展非常重要。对该甲基化位点进行突变后敲入，Ezh2K735R对SETD2的甲基化作用不敏感，Pten-/-; Ezh2K735R会发展成为高度侵入性癌症。

为了找到上游调控SETD2表达的信号通路，作者们在细胞中进行了一个化学药物筛选。在该筛选中，作者们发现SETD2表达受AMPK的正向调控，而AMPK通过FOXO3依赖的方式调控SETD2的表达。AMPK激动剂二甲双胍可刺激K735me1，作者们想知道二甲双胍是否会影响前列腺肿瘤的发生。作者们发现，在Pten-/-类器官中施用二甲双胍后会诱导SETD2表达同时降低EZH2以及H3K27me3的水平。为了进一步夯实二甲双胍的作用，作者们对前列腺癌病人来源的外植体进行二甲双胍的处理，发现该结论相似。

图2 AMPK-SETD2-EZH2信号通路在前列腺癌中的调节作用

总的来说，该工作鉴定出了SETD2介导的EZH2-K735me1与其在抑制前列腺癌转移中的作用并鉴定出了完整的AMPK-SETD2-EZH2信号通路调控轴（图2），基于该信号通路的药物干预有望治疗前列腺患者并提供更好的预后情况。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.ccell.2020.05.022