Cancer Cell ｜ 揭秘他汀类药物通过焦亡抑制癌症机制

原创 Even 图灵基因 2023-04-25 10:12 发表于江苏

撰文：Even

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亮点：

1. ARID1A失活促使细胞焦亡

2. ARID1A调控甲羟戊酸途径的限速酶HMGCR和HMGCS1

3. 他汀类药物通过焦亡抑制ARID1A失活肿瘤的生长

4. 他汀类药物与ICB协同抑制ARID1A失活肿瘤

2023年4月10日，美国德州大学安德森癌症中心Rugang Zhang课题组在Cancer Cell上发表题为Targeting the mevalonate pathway suppresses ARID1A-inactivated cancers by promoting pyroptosis的研究性论文。在这一研究中，作者表明抑制甲羟戊酸途径与免疫检查点阻断 (ICB)协同作用，通过在ARID1A失活的 OCCC 中驱动炎性体调节的免疫调节细胞焦亡。甲羟戊酸途径的抑制剂如辛伐他汀抑制ARID1A突变体而非野生型 OCCC的生长。在遗传 OCCC 小鼠模型中，辛伐他汀与抗 PD-L1 抗体协同抑制ARID1A失活肿瘤。总之，抑制甲羟戊酸途径可抑制肿瘤细胞生长并通过促进细胞焦亡增强抗肿瘤免疫力，这与 ICB 协同抑制ARID1A突变癌症。

ARID1A编码SWI/SNF染色质重塑复合物的一个亚基，并发挥肿瘤抑制因子的作用，ARID1A失活突变经常发生在卵巢透明细胞癌和卵巢子宫内膜样癌。从乙酰辅酶A中合成多种异戊二烯类物质需要甲羟戊酸途径，这些物质在多种生物过程中都是必需的。ARID1A突变使卵巢癌对ICB敏感，在OCCC的临床试验中，ICB有改善反应率的趋势。

细胞焦死是一种炎症形式的细胞死亡，肿瘤细胞焦亡过程中释放的HMGB1介导抗肿瘤免疫反应，包括联合免疫疗法如ICB。此外，浸润的免疫细胞如CD8+ T细胞也可诱导肿瘤细胞的焦亡。因此，肿瘤细胞的焦亡与相关的免疫微环境建立了一个正的肿瘤抑制反馈回路。事实上，不到15%的肿瘤细胞的焦亡就足以清除整个肿瘤改变肿瘤免疫微环境的炎症状态对免疫疗法(如ICB)的反应有影响。然而，ARID1A在调节细胞焦亡中的作用尚未被研究。

ARID1A失活产生对甲羟戊酸途径的依赖，并使细胞对他汀类药物诱导的焦亡敏感

甲戊酸/胆固醇途径是ARID1A敲除后受到抑制的主要途径之一，敲除ARID1A增加了NLRP3炎症小体特征并抑制了甲羟戊酸途径(图1A-B)。作者使用FDA批准的甲羟戊酸途径抑制剂(如辛伐他汀和阿托伐他汀)治疗对照组和ARID1A敲除细胞。与对照相比，他汀类药物在ARID1A敲除细胞中诱导炎症小体形成显著增加，大量的质膜破坏，焦亡标记物水平更高(图1C-H)。这表明，辛伐他汀在ARID1A失活细胞中诱导的细胞焦亡水平显著升高。

ARID1A基因敲除显著降低了ARID1A野生型细胞中辛伐他汀和阿托伐他汀的IC50，这可以通过异位ARID1A表达来挽救(图2A-B)。在OCCC细胞株组中，ARID1A突变株中辛伐他汀的IC50显著降低(图2F-G)。作者敲除了ARID1A野生型细胞中编码甲戊酸途径限速酶7的HMGCS1(图2I)。HMGCS1敲除使ARID1A野生型细胞对辛伐他汀敏感(图2J)。因此，ARID1A失活通过诱导焦亡作用，使细胞对甲戊酸途径的抑制敏感。

HMGCR和HMGCS1是含有ARID1A的SWI/SNF复合体的直接靶基因

ChIP-seq分析显示，ARID1A与编码甲戊酸途径限速酶的HMGCR和HMGCS1基因的启动子相关(图3A)。ARID1A敲除后HMGCR和HMGCS1在mRNA和蛋白水平上下调(图3B)。一致地，ARID1A敲除细胞中HMGCR活性较低，辛伐他汀治疗进一步降低(图3C-D)。异位野生型ARID1A恢复挽救了ARID1A敲除所诱导的HMGCR和HMGCS1的下调(图3E)。

接下来，作者验证了ARID1A和SNF5 (SWI/SNF复合物的核心亚基)与HMGCR和HMGCS1基因启动子的关联。ARID1A敲除减少了SNF5和RNA Pol II与其启动子的关联(图3G-H)。人类样本中，ARID1A阳性的OCCCs与HMGCR和HMGCS1表达水平显著升高相关，而与IL-1b呈负相关。此外，在这些OCCCs中，HMGCR与HMGCS1呈正相关(图3K-M)。综上所述，HMGCR和HMGCS1是含有ARID1A的SWI/SNF复合物的直接靶基因，ARID1A失活通过下调HMGCR和HMGCS1抑制甲羟戊酸通路。

他汀类药物的生长抑制依赖于焦亡

作者在ARID1A失活的细胞中敲除了关键的焦亡调节因子，GSDMD或Caspase 1的基因敲除挽救了ARID1A基因敲除引起的辛伐他汀IC50降低(图4A-D)。此外，小分子对Caspase 1活性的抑制挽救了观察到的ARID1A敲除引起的辛伐他汀IC50s的下降。使用NLRP3炎症因子的小分子抑制剂MCC950也得到了类似的结果(图4E)。这些发现支持了抑制甲戊酸途径诱导的ARID1A失活细胞的生长抑制是焦亡依赖的。

他汀类药物诱导ARID1A失活细胞焦亡依赖于甲戊酸途径代谢产物GGPP

在ARID1A敲除细胞中，甲戊酸和GGPP以剂量依赖的方式拯救了他汀类药物诱导的生长抑制(图5A-B)。这些发现支持抑制甲戊酸途径使细胞对他汀类药物敏感。通过补充甲戊酸或GGPP，辛伐他汀诱导的炎性小体形成减少(图5C-D)。同样，HMGB1和IL-1b的分泌被甲戊酸和GGPP拯救。此外，辛伐他汀诱导的Caspase 1和GSDMD的分裂被甲戊酸和GGPP抑制(图5E)。使用原代ARID1A突变的OCCC培养物也进行了类似的观察(图5H-I)。因此，他汀类药物诱导的焦亡依赖于甲戊酸代谢产物GGPP。

ARID1A失活使体内肿瘤对辛伐他汀敏感

辛伐他汀治疗显著降低了ARID1A敲除RMG1细胞形成的原位异种移植的负担。相比之下，对照组RMG1细胞形成的肿瘤生长无显著影响(图6A-B)。ARID1A突变的TOV21G细胞形成的原位异种移植瘤也观察到类似的生长抑制(图6C-D)。作者将这些研究扩展到OCCC患者来源的异种移植(PDX)，得到相似的结果(图6E-F)。Caspase 1敲除消除了辛伐他汀治疗引起的肿瘤负荷降低(图6O)。然而，单靠辛伐他汀似乎不足以根除已建立的ARID1A灭活的卵巢癌。抑制甲羟戊酸途径可以抑制ARID1A失活的卵巢癌的生长，但单靠辛伐他汀不足以根除ARID1A失活的卵巢癌。

辛伐他汀与抗PDL -1协同抑制ARID1A灭活的OCCCs

与单独治疗相比，辛伐他汀和抗PD-L1联合治疗在减少腹水生成和肿瘤负担方面明显更有效(图7A-D)。辛伐他汀增加了肿瘤中CD8+和CD4+ T细胞的浸润(图7E)。辛伐他汀上调了治疗后肿瘤中Caspase 1的活性(图7F-G)，这支持了观察到的免疫细胞浸润增加与焦亡诱导相关的观点。作者使用CD8抗体清除CD8+ T细胞显著降低了联合治疗对荷瘤小鼠生存率的改善(图7H)。人源化患者来源的ARID1A突变OCCC模型中，辛伐他汀和抗PD-L1在减少肿瘤负荷方面得到相似结果 (图7I-J)。总之，抑制甲羟戊酸途径与免疫检查点封锁协同抑制ARID1A灭活的OCCCs的生长。

作者的研究结果支持他汀类药物和ICB联合使用在抑制ARID1A突变肿瘤方面具有协同作用，因为这种联合使用既利用了抑制甲戊酸途径的肿瘤内在效应，也利用了其在肿瘤微环境中增强抗肿瘤免疫的作用。他汀类药物和ICB都是FDA批准的。因此，本文报道的组合治疗策略通过重新利用FDA批准的药物，可以很容易地转化为ARID1突变的癌症的治疗方案，如OCCCs。此外，ARID1A是最常发生突变的表观遗传调控因子，20%的人类癌症中SWI/SNF发生改变。总之，作者的发现对开发这些癌症急需的治疗方法具有深远的影响。

教授介绍

Rugang Zhang，博士生导师，德克萨斯大学安德森癌症中心教授，主要研究方向是卵巢癌生物学，目标是开发新的治疗方法来精确对抗这种疾病。特别是，该实验室研究了表观遗传学的改变如何导致上皮性卵巢癌。这一系列研究的最终目标是利用这些新获得的机制见解，根据一个人独特的遗传和/或途径特征，以个性化的方式开发新的治疗方法。

参考文献

Zhou W, Liu H, Yuan Z, Zundell J, Towers M, Lin J, Lombardi S, Nie H, Murphy B, Yang T, Wang C, Liao L, Goldman AR, Kannan T, Kossenkov AV, Drapkin R, Montaner LJ, Claiborne DT, Zhang N, Wu S, Zhang R. Targeting the mevalonate pathway suppresses ARID1A-inactivated cancers by promoting pyroptosis. Cancer Cell. 2023 Apr 10;41(4):740-756.e10.