随着世界人口的老龄化发展，大多数癌症发生在60岁以上的人身上，癌症正在成为一个重大的公共卫生问题。据估计，到2050年，世界上超过20%的人口将超过60岁——这可能给社会带来巨大的经济、医疗和财政负担。
癌症和衰老似乎是相反的过程：癌症是细胞适应性异常增强的结果，而衰老的特征是适应性的丧失。但是在更深层次上，癌症和衰老可能有共同的起源。细胞损伤的时间依赖性积累被广泛认为是衰老的一般原因。同时，细胞损伤偶尔会给某些细胞带来异常的好处，最终导致癌症。因此，癌症和衰老可以被认为是同一个潜在过程的两种不同表现，即细胞损伤的积累。此外，一些与衰老相关的疾病，如动脉粥样硬化和炎症，涉及不受控制的细胞过度生长或过度活跃。
如何适度诱导细胞衰老，抑制癌症是肿瘤领域的热点研究内容。
今天为大家解析一篇发表在Cell Death and Disea.（9.69分）的文章，探究诱导肿瘤衰老的新策略，题目是Induction of senescence-associated secretory phenotype underlies the therapeutic efficacy of PRC2 inhibition in cancer。
一、研究背景
Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2) 是从酵母到哺乳动物中鉴定出的唯一组蛋白 H3 赖氨酸 27 (H3K27) 甲基转移酶。通过与启动子结合并催化三甲基化 H3K27 (H3K27me3) 的形成，PRC2 抑制靶基因的转录，并在多个谱系的胚胎发育和成体干细胞维持中发挥关键作用。已有研究发现，EZH2功能获得性突变会驱动肿瘤的发生，MAK683是EED的抑制剂，其抗癌功效已在临床上得到证明，但具体作用机制还有待阐明，本文章针对PRC2抑制剂的分子药理机制展开了探索。
二、研究方法及结果
本文的研究思路为：
①在多种肿瘤细胞中进行实验验证PCR2抑制剂能够升高H3K27乙酰化水平
②对全基因组亚硫酸氢盐测序以及ACAT-seq分析证明PRC2抑制剂能够上调H3K27me3z的表达
③通过基因富集分析证明PRC2抑制剂诱导肿瘤细胞衰老
1.MAK683 是一种高效的PRC2抑制剂，可阻断癌细胞增殖
作者使用PRC2抑制剂（MAK683、EED226以及EPZ26438）处理肿瘤细胞后发现，这些抑制剂可以在 HeLa细胞中剂量依赖性地降低H3K27me3表达并抑制淋巴瘤细胞（WSU）的增殖。
之后作者在一组癌细胞中检测了 MAK683 的抗增殖作用。G401、G402 和 A204 是具有SMARCB1缺陷的恶性横纹肌瘤 (MRT) 细胞，它们对 MAK683的处理很敏感。但是，HeLa和RD细胞的增殖完全没有受到影响。据推测，H3K27 甲基化去除后 H3K27ac的增加是影响对 PRC2 抑制剂敏感性的重要因素。在G401 和RD中都观察到了H3K27ac 乙酰化的增加。因此，PRC2抑制剂发挥作用与H3K27ac相关。
2.PRC2抑制剂导致H3K27me3的高表达
接下来，作者研究了PRC2抑制后敏感肿瘤会发生什么。作者对三个敏感细胞 G401、G402 和 A2780 以及 RD细胞进行了 RNA-seq。数百个基因在敏感细胞中在MAK683 处理后表现出上调，而只有 39 个基因在RD细胞中轻度增加。为进一步剖析与PRC2抑制剂相关的表观基因组变化，作者对G401进行了全基因组亚硫酸氢盐测序 (WGBS)及转座酶可及染色质 (ATAC-seq)分析。
为找出PRC2抑制上调基因的表观遗传特征，作者使用mRNA表达、DNA甲基化、H3K4me3和ATAC-seq的数据进行聚类分析，得到了5种不同的基因类型：其中2型表现出高 DNA 甲基化，4型表现出高H3K4me3水平，而5型富集了大部分上调基因。5型的H3K27me3信号明显高于其他类型，且在TSS周围显示出明显的峰值。在富集分析中，富集的基因包括 COL4A1、COL4A2、COL4A4、COL4A5、FBN2 和 LAMB1等典型的基底膜标志物。这些富集的基因表明PRC2抑制剂在肿瘤中诱导上皮分化和ECM重组。
3.PRC2抑制剂诱导肿瘤细胞衰老的多种特征
由于由PRC2抑制剂上调的基因可能是肿瘤敏感性的驱动因素，作者于是专注于转录组数据并进行了基因集富集分析 (GSEA)。结果发现，SASP在 MAK683 处理过的样品中显著富集，启动子上表现出高 H3K27me3 和阳性H3K4me3修饰特征的基因聚集在5型基因组中，除了SASP 上调外，MAK683 处理还增强了肿瘤细胞中的 SA-β-gal（衰老相关β半乳糖苷酶）活性。作者通过定量 PCR（qPCR）证实了 CDKN2A/p16、HLA-B、GATA4 和SASP 基因（包括 BMP6、CCL2、CCL25 和 MMP2）在多细胞中显著上调。在 MAK683诱导的细胞衰老中，出现G0/G1 细胞周期停滞和p16蛋白增加。
接下来，作者继续观察 G401 异种移植物中的细胞，发现MAK683在抑制肿瘤生长方面表现出良好的功效。MAK683处理的肿瘤表现出显着降低的Ki-67和增加的SA-β-gal活性，与细胞观察结果一致。CDKN2A/p16的 mRNA 水平和p16的蛋白质水平均显着上调。此外，包括GATA4、CCL2、IL6和IL1B在内的典型SASP均显着上调，HLA-B、BMP6和MMP2呈上调趋势。因此，肿瘤异种移植物中的PRC2抑制诱导了多种衰老特征。
4.PRC2抑制引起的SASP基因上调不依赖于p16
CDKN2A/p16被认为是一种关键的 PRC2 靶标，用于在许多癌症（包括鼻咽癌、乳腺癌、白血病和卵巢癌）中抑制 PRC2后的增殖阻断。但研究人员经过验证发现p16缺乏并没有改变 H3K27me3 的水平。表明p16 KO不妨碍SASP基因的去抑制，它们由PRC2独立调节。
接下来，作者进行了体内异种移植研究。p16 KO G401 异种移植物比 WT 异种移植物生长更强劲。由于 MAK683 治疗在本研究中持续时间更长，该治疗有效地阻断了 WT 肿瘤的生长（T/C% = 7.21%，TGI 达到治疗终点的 91.25%）。此外，p16 KO 异种移植物也对 MAK683 治疗有反应（T/C% = 35.81%，治疗终点时 TGI 达到 54.18%）。Ki67 阳性与肿瘤大小密切相关，在 p16 KO 载体中表达高于 WT 载体组，并且在 WT 和 p16 KO 肿瘤中被 MAK683 所抑制。在 WT 肿瘤中通过 MAK683 处理后SA-β-gal 信号增加，但在 p16 KO 异种移植物中没有变化。包括MMP2、MMP10、BMP6、IGFBP3、IGFBP5和IL1B在内的经典 SASP 的上调具有统计学意义，并且不受 p16 KO 的影响，并且观察到CCL2的相同趋势。总之，这些结果表明一类 SASP 基因直接受 PRC2 调控。它们通过独立于 p16 的 PRC2 抑制上调，并有助于通过 PRC2 抑制剂抑制肿瘤。
5.PRC2抑制剂促进体内肿瘤分化、衰老和免疫浸润
在MAK683处理后的肿瘤中，GSEA显示ECM成分、突触膜成分和基底膜途径显著富集，SASP通路和ECM在MAK683治疗的肿瘤中均明显上调。qPCR分析也证实它们在MAK683处理的 WT和 p16 KO肿瘤中上调，且ITGA2 和GBP1蛋白（SASP相关蛋白）的表达也显著增加。这些结果表明PRC2抑制剂会促进体内肿瘤细胞的分化、衰老相关炎症和免疫浸润的发生。
三、总结
破译靶向治疗的分子药理学机制对于其适当的临床应用和最大化其可能给患者带来的益处至关重要。在这项研究中，作者解决了 PRC2 抑制剂的一个基本问题，即它们如何在反应性肿瘤中发挥作用。通过结合单细胞测序、基因富集分析等方法揭示了PRC2抑制剂的药理机制——即诱导肿瘤细胞发生衰老改变以发挥其抗癌功效，并提出PRC2抑制剂与PD-1治疗和/或CDK4/6抑制剂的组合可能是一种有效的临床策略。
来源：https://www.nature.com/articles/s41419-022-04601-6#Sec2
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