前献解泌第52期 | 王宗平教授与您共同探讨前列腺癌翻译组靶向治疗的应用潜力

摘要：本期与我们用声音见面的是浙江省肿瘤医院王宗平教授，他将与大家一同分享一项近期发表于《Cancer Cell》杂志（影响因子：44.5）的有关去势抵抗性前列腺癌（castration-resistant prostate cancer，CRPC）翻译组靶向治疗的

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聚前沿文献之声，解泌尿学术之惑，这里是聚焦前列腺癌的《菲长视野 · 前献解泌》专栏。

本期与我们用声音见面的是浙江省肿瘤医院王宗平教授，他将与大家一同分享一项近期发表于《Cancer Cell》杂志（影响因子：44.5）的有关去势抵抗性前列腺癌（castration-resistant prostate cancer，CRPC）翻译组靶向治疗的研究。

研究背景

前列腺癌是男性癌症死亡第二大原因，虽然化疗以及雄激素信号抑制剂（androgen signaling inhibitor，ASI）等治疗方式显著改善了CRPC患者的生存获益，但高达30%患者患有原发性难治性前列腺癌，随着时间进展，所有患者都不可避免的对ASI治疗产生耐药性并导致疾病进展，亟需创新疗法延长患者生存。迄今为止，前列腺癌治疗策略研发主要集中在阻断已知癌基因的活性或转录靶点。近几十年，尽管对前列腺癌转录组进行了深入研究，但对翻译组却知之甚少。而核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）转录水平难以很好地反映蛋白质丰度，更凸显了转录后调节的重要性。

翻译起始是一个受到严格调控的步骤，对于维持细胞生长和存活相关因子的蛋白水平至关重要。近期研究显示，翻译因子可以快速、精准、稳定调控特定蛋白的产生。肿瘤相关信使RNA（message RNA，mRNA）的选择性翻译可能源于其高度结构化的5’非翻译区（5’ untranslated regions，5’UTR），而肿瘤细胞可能依赖于翻译因子的过度激活来解开这些结构，从而促进核糖体结合并选择性增加肿瘤中的蛋白质生成。其中，真核起始因子4A（eukaryotic initiation factor 4A，eIF4A）是一种关键的RNA结合蛋白和转录因子，可以解开5’UTR结构，增加肿瘤相关mRNA的翻译起始。目前，少有临床化合物可用于评估翻译组疗法对肿瘤治疗是否有效，但部分天然化合物的表现已经显示出这种疗法的应用潜力（silvestrol和rocaglamide A可以抑制eIF4A，对肿瘤细胞的毒性作用大于正常细胞）。Zotatifin是一种新开发的eIF4A抑制剂，在实体瘤和乳腺癌的早期临床试验中展示出一定的治疗价值。因此，本研究探索了zotatifin在前列腺癌中的治疗价值与作用机制[1]。

研究方法

研究利用370例前列腺癌患者的组织样本，分析eIF4A与患者预后的关联；并通过转录组、翻译组和蛋白质组分析，揭示了eIF4A依赖性翻译的机制和CRPC肿瘤的蛋白质组学特征，并在患者来源的异种移植（patient-derived xenograft，PDX）模型中进行疗效和功能验证。

研究结果

● eIF4A1蛋白表达水平升高与前列腺癌术后转移风险和死亡率增加相关

研究使用定量免疫荧光（immunofluorescence，IF）法分析了370例接受根治性前列腺切除术的前列腺癌患者的组织样本，并与邻近的良性组织进行比较，结果显示，eIF4A在肿瘤样本中的表达更高（图1A-B）。随后，研究进一步评估了eIF4A表达与疾病转移或前列腺癌特异性死亡率（metastasis or prostate cancer-specific mortality，MET/PCSM）之间的关联。127例具有不良病理特征（非器官局限性、Gleason评分≥4+3、淋巴结转移）的分析结果显示，高达31%的eIF4A高表达患者在术后15年死亡（图1C）；eIF4A表达高于中位数的患者，MET/PCSM的风险更高（风险比[hazard ratio，HR] 2.6，p=0.04）。

图1 靶向eIF4A的临床化合物可减轻肿瘤负荷并延长前列腺癌患者的生存

● 靶向eIF4A的临床化合物可减轻肿瘤负荷并延长前列腺癌患者的生存

研究在不同的前列腺癌PDX模型评估了zotatifin的疗效（2个激素敏感性PDX模型，一例来自原发灶[图1E-F]，另一例来自同一位患者的淋巴结转移灶[图1G-H]）。结果显示，在原发性和转移性PDX小鼠模型中，eIF4A抑制剂zotatifin均可以抑制肿瘤生长并延长生存；在CRPC来源的PDX模型（图1I-J）和细胞异种移植模型（图1K-N）中同样观察到显著的抑制肿瘤生长和延长生存的效果，且治疗并未引起任何体重变化。进一步分析显示，zotatifin治疗可以降低eIF4A活性标志物细胞周期蛋白D1（cyclin D1，CCND1）水平，而并未改变mRNA水平。

● 选择性翻译抑制剂重塑前列腺癌的翻译和蛋白质组景观

上述研究数据显示，eIF4A抑制剂zotatifin可能是前列腺癌的潜在疗效手段。研究者进一步探索了zotatifin的作用机制。由于翻译是基因表达最快速的步骤之一，研究者评估了短期处理后，zotatifin对22Rv1细胞系异种移植物模型翻译组和蛋白质组的影响。核糖体印迹测序（ribosome profiling，Ribo-seq）和质谱（mass spectrometry，MS）分析结果显示，治疗后554个转录本翻译水平下调，339个蛋白表达下调（图2A-C）。交叉分析鉴别出108个在翻译和蛋白水平下调的基因，京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）通路分析提示，上述蛋白在肿瘤发展、激素信号和中心碳代谢等通路中富集（图2D）。在“肿瘤相关通路”类别中，PIK3CA（PI3K-AKT通路中的关键成分），以及雄激素受体（androgen receptor，AR）和HIF1α显著表达，为进一步的研究奠定了基础。研究者假设，使用AKT抑制剂靶向PI3K-AKT通路的致癌活性以及PIK3CA蛋白的产生可以产生超过单一药物的疗效。研究结果提示，联合治疗组肿瘤抑制效果更为显著（图2E-F）。

图2 eIF4A抑制重塑了前列腺癌的翻译和蛋白质景观

● Zotatifin抑制AR及其v7剪接变体的翻译

AR是CRPC的主要致癌因素，Ribo-seq和MS分析结果显示，AR蛋白的产生可以在翻译控制水平上影响前列腺癌的生长和进展。因此，研究者在22RV1细胞系异种移植模型中验证了zotatifin治疗后AR蛋白表达减少（图3A）。值得注意的是，zotatifin还可以降低AR-v7剪接变体的蛋白水平，这种抑制活性可能与AR和AR-v7的5’UTR结构高度重叠有关。随后，研究者在不同PDX模型中进行重复，以进一步验证临床相关性。结果显示，无论在激素敏感还是去势抵抗的PDX模型中，zotatifin均降低AR蛋白表达，而不影响其mRNA水平（图3B）。在细胞异种移植模型中的结果进一步证实了这一结论。

研究者通过RNA测序分析zotatifin治疗在减少AR蛋白表达的同时是否改变了其转录活性。结果显示，zotatifin在体内外均显著降低了KLK3（AR靶基因，编码前列腺特异性抗原[prostate-specific antigen]蛋白）的mRNA水平，表明AR活性受到了抑制（图3C）。基因富集分析（gene set enrichment analysis，GSEA）结果显示，在22Rv1细胞异种移植模型中，zotatifin治疗显著下调了不同临床研究中，由AR转录活性调控的常见靶基因的表达（图3D），表明zotatifin从整体上抑制了AR的转录活性。因此，研究者假设，在抑制AR活性之外，再靶向AR的生成会具有更强的治疗效果。研究结果证实，zotatifin联合AR通路抑制剂在体内显著抑制肿瘤生长并延长小鼠生存期（图3E-F）。

图3 AR受翻译调节并可联合AR拮抗剂和zotatifin进行靶向治疗

● AR受结构化的5'UTR调控翻译

Zotatifin可以抑制负责解旋5’UTR结构的RNA解旋酶eIF4A，研究者评估了zotatifin与AR的5’UTR结构之间的相互作用。结果显示，只有表达包含5’UTR结构的AR编码序列的细胞才对zotatifin敏感。多核糖体分析实验进一步证实，zotatifin可以显著抑制AR蛋白表达，从而抑制肿瘤生长，5’UTR结构是zotatifin抑制AR mRNA翻译这一过程所必须的（图4A-D）。二甲基硫酸突变谱测序（Dimethyl Sulfate Mutational Profiling Sequencing，DMS-MaPseq）分析结果显示，zotatifin处理可以使AR mRNA的5’UTR二级结构中的5个茎环变为2个，并通过结构重塑作用干扰核糖体的结合和翻译起始（图4E-H）。

图4 AR mRNA的5’UTR结构在zotatifin治疗后改变

● Zotatifin抑制HIF1A的翻译

研究确认的另一个翻译和蛋白质水平下调的靶点为HIF1α。HIF1A基因编码HIF1α蛋白，后者在低氧条件下可以启动特定转录程序，与恶性肿瘤程度增加、预后不良以及对放化疗的耐药有关。研究证实，LTL-484 PDX模型和22Rv1细胞移植模型HIF1α高表达，表明肿瘤存在低氧环境，且zotatifin治疗后HIF1α蛋白表达水平显著降低，而HIF1A的mRNA水平并未改变（图5A-D）。在低氧水平下（氧气浓度1%），zotatifin也可以抑制前列腺癌细胞HIF1α蛋白表达水平，说明环境氧水平在这种调节中起重要作用（图5E）。后续研究进一步证实，HIF1A的5’UTR是zotatifin发挥抑制作用所必需的（图5G-H）。DMS-MaPseq分析结果显示，zotatifin通过改变5’UTR的结构，抑制HIF1A mRNA的翻译（图5I-K）。

图5 zotatifin调节HIF1A的翻译

● 翻译抑制HIF1A mRNA重塑其转录程序

研究者在正常和低氧条件下，分别进行了24小时有或无zotatifin处理的全基因组RNA测序，以了解转录水平变化是否是抑制肿瘤的关键（图6A）。结果显示，108个基因在低氧条件下显著上调，且在zotatifin处理后显著下调（图6B），这些基因富集程度最高的是HIF1信号通路，表明低氧条件下HIF1a的上调重塑了其转录靶基因的表达。此外，还观察到几种HIF1依赖性基因同样在低氧条件下上调，而在zotatifin处理后表达被抑制，这些基因与糖酵解/糖异生、磷酸戊糖途径和碳代谢等通路有关（图6C）。低氧的一个显著特征是诱导糖酵解，从而促进肿瘤发生和转移。因此，研究者假设zotatifin可能通过抑制HIF1α蛋白表达来逆转这一效应，从而减少肿瘤负荷。结果提示，低氧水平下，糖酵解水平显著增加，而zotatifin处理可以降低糖酵解水平，过表达对zotatifin具有抗性的HIF1A编码序列可以恢复糖酵解水平，证实了上述假设（图6D-F）。

图6 翻译抑制HIF1A mRNA重新编程其转录调控网络并可通过放疗与zotatifin联合进行靶向治疗

● 放疗联合zotatifin减少了体内肿瘤负担

放疗是前列腺癌治疗的重要手段，而低氧是导致放疗耐药的主要原因之一。因此，研究假设zotatifin可以通过减少HIF1α的产生，使对放疗耐药的前列腺癌细胞变得更加脆弱，从而增强疗效（图6G）。集落形成实验结果显示，低氧条件下，前列腺癌细胞对放疗的耐药性更强。当同时使用放疗和zotatifin时，低氧条件下的集落形成显著减少，表明zotatifin可以克服低氧介导的放疗耐药性（图6H-I）；过表达对zotatifin具有抗性的HIF1A编码序列可以恢复放疗耐药性，进一步证实了zotatifin通过5’UTR结构降低HIF1α水平。在小鼠模型中观察到了相似的疗效和生存改善（图6K）。

研究结论

研究结果显示，eIF4A抑制剂zotatifin可以改变5’UTR结构，调控AR和HIF1A的表达，重塑前列腺癌的翻译组和蛋白质组景观，使肿瘤对抗雄激素和放疗更敏感。翻译组靶向治疗有望为前列腺癌带来全新的治疗选择。

专家有话说

众所周知，本研究所使用的前列腺癌多组学研究是一种综合了基因组学、转录组学、蛋白组学和代谢组学的研究方法。通过多组学研究，我们可以更全面地了解前列腺癌的发生、发展机制和对治疗的应答情况，具有多重优势。第一，多组学研究的可以通过基因转录、蛋白质代谢等多个层次，全面地综合分析前列腺癌的分子机制，为我们提供一个更全面的解理疾病的视角，有助于发现在单一组学研究中可能遗漏的一些重要信息和相互作用。第二，我们可能通过多组学研究，根据每个患者的分子特征来个性化制订治疗方案，提高治疗的精准度和有效性，这对于克服前列腺癌治疗耐药和复发尤其重要。同时，我们也可以更深刻地提示肿瘤异质性，帮助我们识别驱动肿瘤进展的关键通路和潜在治疗靶点。第三，多组学研究允许我们将不同组学数据进行相互验证，有助于提高研究结果的可靠性和可重复性。第四，多组学研究可以提示不同组学层次之间的调控关系与协同作用，为前列腺癌研究提供新假说和新思路。

当然，多组学研究因为其非常庞大且复杂的数据也同时为我们带来了很多的挑战和限制。第一，多组学研究可能需要更多的研究经费。第二，多组学研究需要更强大的计算工具和生物信息学的分析方法。第三，因为多研究研究来自于不同的平台和实验条件，因此如何有效整合这些数据是非常有挑战的。因此，多组学研究结果向临床转化的道路上还有很多需要做的工作。但总体而言，多组学研究已经为我们带来了对肿瘤更精准、更全面的了解。

此外，促性腺激素释放激素激动剂（gonadotropin-releasing hormone agonist，GnRH-a）是前列腺癌常用雄激素剥夺治疗（androgen-deprivation therapy，ADT）药物之一。2023年6月曲普瑞林6月剂型在中国获批，使我国患者同时拥有1月、3月、6月三种不同剂型选择。曲普瑞林可以持续降低血清PSA水平并维持深度降酮。一项回顾性汇总分析，纳入3项前瞻性III期研究中共计592例前列腺癌患者（大多数接受曲普瑞林单药治疗，仅4例接受雄激素受体轴靶向治疗）的数据，旨在评估患者接受曲普瑞林治疗后达到的睾酮最低值是否与总生存期（overall survival，OS）和疾病特异性生存期（disease-specific survival，DSS）改善有关[2]。结果显示，在意向治疗（intention-to-treat，ITT）人群中，经曲普瑞林治疗后睾酮水平＜10、≥10且＜20、≥20且＜50和≥50 ng/dL的患者比例分别为96%、3.2%、0.34%和0.17%。主分析结果显示，随着睾酮最低值的降低，患者的OS更好（所有p均＜0.001），在敏感性/补充性分析中仍可观察到这一趋势。主分析未观察到睾酮最低值降低与DSS的改善显著相关，敏感性/补充性分析结果显示，随着睾酮最低值的降低，患者的DSS更高（1-262天，p=0.01；合并组1-518天，p=0.03；合并组1-262天，p=0.005）[2]同时，曲普瑞林6月剂型为患者带来了非常便捷的治疗体验，更受医患青睐。欧洲一项对402例接受促性腺激素释放激素激动剂GnRH-a治疗的前列腺癌患者调查结果显示，大多数（60%）患者青睐注射间隔更长的6月剂型，因为6月剂型给药更灵活，可以进一步减少注射次数，改善治疗结果和生活质量，有利于提高患者治疗、随访的依从性[3]。

对于晚期前列腺癌患者，持久且便捷的ADT是疾病管理的基石。曲普瑞林6月剂型不仅疗效证据确凿，可以长期维持睾酮去势水平，还可以通过大幅降低年注射次数，为患者提供了更灵活、更友好的治疗体验。期待未来在曲普瑞林6月剂型的帮助下，我国前列腺癌控制水平能够进一步提升。

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