CDK7抑制剂在不同分子分型乳腺癌中的作用

作者：袁铭亨, 刘静, 张国君

文章来源：中华普通外科杂志,2020,35 (02)

摘 要

细胞周期失调是肿瘤形成和转移的重要因素之一。乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤，细胞周期的失调和转录活性改变也是乳腺癌发生发展的重要因素。本文旨在阐述细胞周期蛋白依赖性激酶7(CDK7)在细胞周期中的作用，及CDK7抑制剂对不同分子分型乳腺癌的影响及作用机制，并探讨CDK7抑制剂在临床应用的前景。

细胞周期失调和细胞增殖活跃是肿瘤形成的基本特征。周期蛋白依赖性蛋白激酶(cyclin dependent kinases，CDKs)是一组丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，其与周期蛋白cyclin协同作用，调控细胞周期的进展，而CDKs的表达和功能失调是人类肿瘤形成最常见的改变之一。因此，CDKs是非常有前景的人类恶性肿瘤治疗的潜在靶点。现阶段，CDK4/6抑制剂已经在乳腺癌的临床应用方面取得了巨大的成功。而CDK7抑制剂在乳腺癌中应用和作用机制研究则相对有限。本文旨在阐明CDK7在细胞周期中的作用，并在此基础上讨论CDK7抑制剂对不同类型的乳腺癌的作用及其潜在作用机制。

一、CDK7在细胞周期中的作用

作为CDKs的一种，CDK7可与cyclin H和MAT1结合成CDK激活激酶(CDK activating kinase，CAK)，磷酸化激活其他CDKs的活化片段T-loop，而T-loop的磷酸化是CDKs在细胞周期和转录中发挥作用所必须的。同时，CDK7参与组成转录因子IIH(transcription factor II H，TFIIH)，后者则磷酸化RNA聚合酶II(RNA polymerase II，Pol II)的最大亚基Rpb1，即Pol II羧基末端结构域(carboxyl terminal domain, CTD)中丝氨酸S5，促进转录过程。

CDK7也可磷酸化CDK9，而后者磷酸化Pol II的CTD中丝氨酸S2，该过程为Pol II参与转录过程的必要条件。此外，CDK7还可通过磷酸化核受体的N端转录激活功能域，直接调节维甲酸受体α/γ，雄激素受体和雌激素受体等核受体的转录活性，而该过程通常依赖TFIIH与核受体C-端激素结合结构域的结合。

(一)CDK7抑制剂对不同类型乳腺癌的作用

临床上很早就发现，在病理分期或临床分级相同的乳腺癌患者中，即使采用相同的治疗手段，患者的预后却大相径庭。随着分子生物学的进步，乳腺癌分子分型逐渐进入人们视野，并成为乳腺癌治疗的重要基石。现阶段临床上乳腺癌分子分型多采用四分型法，即Luminal A型、Luminal B型、HER2＋型(人类表皮生长因子受体2，HER2)，基底样(basal-like)型。其中，Luminal A型和Luminal B型均为ER＋乳腺癌细胞，而Basal-like型又称为三阴性乳腺癌(triple negative breast cancer, TNBC)。

随着CDK7的抑制剂THZ1和ICEC0942等的问世，CDK7抑制剂对乳腺癌治疗作用的研究越来越多。目前已经问世的其他CDK抑制剂大多只作用于某一特定通路，如CDK4/6抑制剂主要作用于cyclin D-CDK4/6-INK4-Rb通路，使pRb脱磷酸化和E2F依赖的基因表达下调，从而导致G1期阻滞并进而抑制肿瘤细胞增殖。

相对比而言，CDK7抑制剂既可以阻断CDK(1、2、3、4、6)在细胞周期中的主导作用，又可以影响转录过程，进而达到更强的抑制肿瘤细胞增殖的目的。现已有研究证实，CDK7抑制剂可促进乳腺癌细胞死亡，而CDK7同时还参与调节CtBP2(一种肿瘤转移的关键促进因子)的稳定性，促进乳腺癌细胞的转移。CDK7和cyclin H在新辅助化疗后患者肿瘤组织中表达明显下降，提示其是化疗药物作用的潜在靶点。尽管现阶段研究结果提示CDK7抑制剂是乳腺癌的潜在有效的治疗药物，但CDK7抑制剂在不同分子分型的乳腺癌中作用却不尽相同。

(二)CDK7抑制剂诱导ER＋乳腺癌细胞凋亡与ERα磷酸化相关

CDK7抑制剂对ER＋乳腺癌细胞有显著的抑制作用。ICEC0942，一种新的口服CDK7抑制剂，已经通过动物试验证实其可以通过降低肿瘤细胞Pol II和ER的磷酸化程度，进而抑制乳腺癌细胞MCF-7的增殖，并且联合雌激素受体抑制剂他莫昔芬或氟维司琼后抑制效果更明显。同样另一种CDK7抑制剂THZ1也获得了类似的实验结论。

通过进一步的研究发现，CDK7抑制剂对ER＋乳腺癌细胞的抑制作用主要依赖ERα的磷酸化。作为CDK7发挥功能的重要复合物之一，CAK可通过非配体依赖性受体激活过程激活ER，即通过诱导ERα的118位丝氨酸(S118)磷酸化，增强ER介导的转录活性，进而促进乳腺癌细胞周期进展。与此同时，Harrod等发现诱导ESR1基因537位酪氨酸突变Y537S，可降低乳腺癌细胞MCF-7对雌激素受体抑制剂的敏感性，并伴有TFIIH的聚集和CDK7介导的S118磷酸化，而CDK7抑制剂THZ1可显著抑制携带Y537S突变的乳腺癌MCF-7耐药株的生长和增殖，促进耐药株细胞的凋亡。

更值得注意的是，在韩国一项随机入组了723例乳腺癌患者的大型临床研究中，通过分析调节细胞周期基因的基因多态性在乳腺癌中的作用，发现相对于其他组合基因型(如CCND1和ESR1)，CDK7和ESR1组合基因型与韩国女性乳腺癌患病风险相关。由于在使用他莫昔芬治疗，尤其是在已发生转移的乳腺癌患者中肿瘤细胞ER的S118磷酸化程度更高，预示该部分患者的内分泌治疗效果不佳，提示联合内分泌治疗和CDK7抑制剂或许是该部分ER＋乳腺癌患者新的潜在治疗策略。

另一方面，Kavarthapu等研究则证实催乳素和雌二醇的共同受体PRLR可在催乳素和雌二醇的作用下促进乳腺癌细胞的迁移，且雌二醇可通过内源性PRL和CDK7的作用上调PRLP的表达，而CDK7抑制剂THZ1可完全抑制雌二醇对PRLP的激活作用及ERα的簇集。

总的来说，CDK7抑制剂可以通过抑制雌激素诱导的ERα(S118)磷酸化和雌二醇诱导的PRLR启动子活化，抑制细胞周期的进展，进而促进ER＋乳腺癌细胞的凋亡。

(三)CDK7抑制剂依赖超级增强子诱导TNBC细胞凋亡

由于缺乏非常有效的治疗靶点及明确的驱动突变位点，TNBC一直是目前乳腺癌研究的热点和难点。即便TNBC的遗传异质性水平很高，TNBC仍然存在一组持续激活并易于识别的表达基因，而这或许将成为三阴性乳腺癌患者未来治疗的重要靶点。Wang等在研究中发现TNBC细胞对微摩尔级浓度的CDK7抑制剂THZ1非常敏感，而ER/PR＋乳腺癌细胞对该浓度的THZ1反应不明显，提示TNBC中可能存在对CDK7抑制剂高度敏感的持续活化基因。

进一步通过全基因组测序分析，研究者发现了一组对CDK7抑制剂高度敏感的基因，称为TNBC特异性基因的'跟腱基因'，包括大量信号分子和转录因子，如TGFβ、STAT、WNT和EGFR/MET，及MYC、ETS1等基因。Wang等发现TNBC细胞中40%的跟腱基因与超级增强子相关，而ER/PR ＋乳腺癌细胞中只有11%的跟腱基因与超级增强子相关。

研究证实超级增强子可聚集转录因子导致靶基因表达水平增加，而超级增强子的作用高度依赖于转录调节因子，如CDK7等。具有与超级增强子相关的'跟腱基因'的TNBC细胞对THZ1更加敏感，提示CDK7是TNBC的潜在治疗靶点。

CDK7在TNBC中的作用除了与超级增强子相关以外，还与MYC基因的转录和ERβ的表达有着密切的联系。已有文献报道MYC高表达乳腺癌患者预后较差，在此基础上，Li等研究证实TNBC中MYC的表达水平较高，而CDK7抑制剂处理后促凋亡因子BIM则表达上调，可使高表达MYC的TNBC肿瘤细胞退化。Reese等认为约30%的TNBC细胞可以表达ERβ，通过降低CDK1和CDK7的表达，进而抑制细胞周期的进展。

与此同时，Bo等分析了579例TNBC患者的转录组学数据，发现CDK7转录活性高的患者无病生存期(relapse-free survival，RFS)较短，而Breast Mark分析2656例未分型乳腺癌患者数据发现，CDK7的转录表达水平与未分型乳腺癌患者的RFS无关，提示CDK7可能是TNBC患者特异性的预后因素。

有了基础研究的理论支持，人们开始研究CDK7抑制剂在肿瘤治疗中的作用。在TNBC细胞株BT-549和MDA-MB-231中敲除CDK7的表达后发现，肿瘤细胞的增殖和迁移能力降低，恶性程度明显下降，且对阿霉素的敏感性增高，对卡铂敏感性略有提高，而对多西他赛无反应，提示CDK7参与化疗药物诱导肿瘤DNA损伤过程。由于使用CDK7抑制剂可以上调促凋亡因子家族成员的表达，因此，联合使用THZ1和ABF-263(可抑制抗凋亡蛋白的表达)是TNBC新的潜在治疗策略。

更为重要的是，尽管CDK7在一些胚胎组织的生长中发挥着重要的作用，但其在成人组织中的增殖指数(proliferation indices，PI)较低，所以并不会对肿瘤患者产生广泛毒性。一项针对结肠癌、肺癌、胰腺癌和乳腺癌等晚期实体瘤的Ⅰ期临床试验，结果显示，21例患者中对SNS-032(一种选择性的抑制CDK2、CDK7和CDK9的抑制剂)耐受性良好，口服给药途径可行。同时小鼠试验中证实SNS-032不会诱导正常乳腺组织的凋亡。

(四)CDK7抑制剂在HER2＋型乳腺癌细胞中的作用尚无相关研究

有研究表明，在HER-2过表达的乳腺癌细胞中，CAK复合物的表达水平低于HER-2阴性的乳腺癌细胞，缺少相应CDK7抑制剂的作用靶点，提示该部分患者预后更差。已有研究证实ERα的S118的磷酸化与HER2的表达量之间无明显相关，提示CDK7在HER2＋型乳腺癌中作用可能较局限。现阶段对HER2＋型乳腺癌的研究，多集中在CDK4/6抑制剂的作用。Finn等发现，CDK4/6抑制剂优先抑制ER＋的Luminal型乳腺癌细胞的生长，而对HER2＋型和TNBC乳腺癌细胞作用不明显。

另一方面，临床试验也证实，CDK4/6抑制剂性在雌激素受体阳性的进展乳腺癌患者中发挥重要作用。说明CDK7抑制剂在HER2＋型乳腺癌细胞中的作用及其潜在机制有待进一步的研究。

二、思考和展望

近年来，CDK4/6抑制剂的研发成为乳腺癌的治疗领域的一大重要进展，特别是PALOMA-1研究中CDK4/6抑制剂联合内分泌治疗在激素受体阳性、HER2阴性晚期乳腺癌中的应用刷新了晚期乳腺癌内分泌治疗的无进展生存期记录。

相比而言，CDK7抑制剂的研发和临床应用还处于早期，面临诸多机遇和挑战：

(1)与Luminal型和HER2过表达型的乳腺癌患者相比，TNBC乳腺癌患者治疗方法仍然局限于化疗为主，尚无明显的靶向药物，CDK7抑制剂通过抑制TNBC中的超级增强子不仅在细胞和动物水平证实其肿瘤杀伤效果，也在早期临床试验中使患者生存获益，证实CDK7抑制剂在以后临床应用中的巨大潜力。

(2)CDK7抑制剂可提高化疗耐药细胞株对化疗药物的敏感性，特别是阿霉素耐药细胞株，证实其可作为乳腺癌化疗耐药患者潜在的联合治疗药物。

(3)由于CDK7抑制剂对多种细胞周期依赖性激酶和转录过程都有抑制作用，而细胞周期和转录普遍存在于人正常细胞和癌细胞中，会因为缺乏药物对癌细胞的特异性杀伤作用而导致药物毒性。这也是限制CDK7抑制剂临床转化的一个重要障碍。我们相信随着药物研发工艺的不断进步及基础研究的深入，会有毒性更小而特异性更强的CDK7抑制剂不断问世。

总之，CDK7抑制剂在促进乳腺癌细胞的死亡，抑制肿瘤的生长并且在联合用药方面都有着非常大的前景和作用。

参考文献【略】