ERK x PYK2 x DDR1

本文为转化医学网原创，转载请注明出处 作者：Jerry 导读： 胰腺癌具有高致死率，其中90%为胰腺导管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma, PDAC)， 5年生存率不足12%，缺乏有效的治疗选择和晚期诊断。此外，肿瘤对细胞毒性化疗表现出强烈的耐药性。 近日，华中科技大学与浙江省台州学院研究人员合作在权威期刊《Cell Death&Disease》上发表了题为“Blockade of DDR1/PYK2/ERK signaling suggesting SH2 superbinder as a novel autophagy inhibitor for pancreatic cancer”的研究论文，本文中，研究人员采用免疫荧光和透射电镜观察自噬通量。使用无标记的定量磷酸化蛋白质组学来找出蛋白质中酪氨酸磷酸化的严重改变。并用荷瘤小鼠验证SH2 TrM-(Arg)9抑制肿瘤细胞的生长。SH2 TrM-(Arg)9通过阻断DDR1/PYK2/ERK信号级联抑制胶原诱导的自噬。SH2 TrM-(Arg)9提高了PANC-1/GEM细胞对吉西他滨(GEM)的敏感性。SH2 TrM-(Arg)9对自噬的抑制可能与化疗协同作用，并在胰腺癌异种移植中增强肿瘤抑制作用。 研究结果表明，SH2 TrM-(Arg)9可以通过抑制DDR1/PYK2/ERK信号传导进入PDAC细胞，阻断自噬，可能成为PDAC靶向治疗的新治疗策略。 https://www-nature-com.libproxy1.nus.edu.sg/articles/s41419-023-06344-4#Sec1 研究背景 01 胰腺癌(PC)是一种高度致命的消化系统恶性肿瘤，威胁着全世界数十万人的生命，5年总生存率仅为12%。大约90%的胰腺恶性肿瘤是起源于胰腺导管上皮的胰腺导管腺癌(PDAC)。由于胰腺的独特位置和功能，许多PC患者在诊断时已处于中晚期;因此，单纯手术治疗是无效的。化疗通常是治疗晚期PDAC的主要方法。吉西他滨(GEM)联合紫杉醇或FOLFIRINOX(氟尿嘧啶、伊立替康、亚叶酸蛋白和奥沙利铂)是目前的一线化疗策略。然而，由于化疗耐药和副作用，化疗对晚期PDAC的疗效有限。其他治疗方案，如靶向治疗和免疫治疗，在一定程度上减缓了PDAC的发展，但与化疗相比没有实质性的优势。此外，其中一些治疗方案仅对一小部分具有特定基因型的患者有益。因此，有必要寻找疗效更高、受益范围更广、耐药更少的新疗法。 自噬是细胞在应激或饥饿条件下回收生物分子并损伤细胞器的自我保护过程。自噬产生用于生物合成和能量生产的中间代谢物，并通过降解和再循环受损的DNA、错误折叠的蛋白质和细胞内病原体来促进肿瘤生长。PDAC肿瘤组织、癌细胞和干细胞中均存在自噬通量异常激活。PDAC肿瘤微环境中其他细胞(如胰腺星状细胞)的自噬也为肿瘤的生长发育提供能量。许多研究表明，自噬水平的增加可能是PDAC发展的重要原因。因此，抑制自噬被认为是治疗PDAC的重要策略。 迄今为止，抑制自噬的小分子药物和新型螯合剂在体外和体内均显示出良好的抗癌效果。 研究进展 02 之前的研究表明SH2 TrM-(Arg)9具有抗肿瘤活性，并且具有广泛的机制。 然而，SH2 TrM-(Arg)9与自噬之间的关系尚不清楚。利用透射电镜观察自噬体和自溶体，并探讨SH2 TrM-(Arg)9是否会影响PDAC细胞的自噬。与先前的研究一致，PDAC细胞在基础条件下表现出较高的自噬。如图1（A、B）所示，在SH2 TrM-(Arg)9处理的PANC-1细胞中，自噬体的数量明显增加，而在对照组中则没有。接下来，研究人员分析了LC3、p62和Beclin1的水平。结果表明，SH2 TrM-(Arg)9可诱导LC3的积累。p62水平升高，Beclin1无明显变化。这一观察结果也证实SH2 TrM-(Arg)9显著增加了瞬时转染GFP-LC3构建体的GFP-LC3阳性点的数量。 图1：SH2 TrM-(Arg)9抑制PANC-1细胞的自噬 据报道，酪氨酸磷酸化的异常激活在人类标本和PDAC细胞中起重要作用。为了揭示其生理活动的分子机制，研究人员采用无标记定量磷酸化蛋白质组学的方法系统研究了SH2 TrM-(Arg)9引起的PANC-1细胞的全局磷酸化事件，希望找到在抗肿瘤过程中酪氨酸磷酸化的关键改变。经过三次独立实验，研究人员发现DDR1 (RTK家族成员)的Y792位点在三个来源的PANC-1细胞中呈现一致的变化趋势，这表明了该位点的重要性(数据集1)。DDR1在自噬过程中在神经系统疾病中发挥作用。在胰腺癌中，阻断胶原/ ddr1信号通路可抑制肿瘤生长;然而，其对自噬的影响尚不清楚。从磷酸化蛋白质组学结果来看，研究人员发现SH2 TrM-(Arg)9处理组DDR1(Y792)的磷酸化酪氨酸水平显著降低(图2A, B)。为了进一步证实磷酸化酪氨酸相关信号通路的重要性，研究人员测量了酪氨酸(pY)和DDR1的磷酸化水平。数据显示SH2 TrM-(Arg)9下调酪氨酸残基的磷酸化水平(图2C, D)。研究人员进一步测量了PDAC和患者邻近组织中总酪氨酸和DDR1(Y792)的磷酸化水平。通过免疫染色，研究人员发现肿瘤组织中pY和pDDR1(Y792)水平均升高(图2E, F)。 图2：阻断DDR1/PYK2/ERK信号提示SH2超结合物是一种新的胰腺癌自噬抑制剂 研究结论 03 综上所述，研究人员深入分析了SH2超粘结剂的作用机理。研究人员首次在PDAC细胞和动物模型中发现SH2超结合物通过影响自噬而具有抗癌作用。当与GEM联合使用时，SH2超结合剂减少了化疗耐药性和副作用。基于SH2超结合物对PDAC细胞明显的自噬抑制作用，研究人员为再次将SH2超结合物作为抗癌药物提供了证据支持，并且为PDAC的临床治疗提供了新的方向。 参考资料： https://www-nature-com.libproxy1.nus.edu.sg/articles/s41419-023-06344-4#Sec1 注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。 热门·直播/活动 🕓 北京｜12月19日-20日 ▶第四届单细胞测序技术应用研讨会暨单细胞&空间组学研讨会（日程稍后公布） 点击对应文字 查看详情

摘 要：目前，新靶点的发现一直是实体瘤治疗的最有效途径之一，通过靶向给药，能更有针对性的摧毁实体瘤。DDR1是近年来受到广泛关注的明星靶点，可能在实体瘤治疗过程中发挥“双刃剑”作用，本文详细概述了DDR1的结构、生理功能，以及梳理了DDR1在癌症中的表达情况，DDR1与肿瘤发生机制和对癌症愈后价值，并讨论了靶向DDR的抗体药物应用前景。最后系统总结了未来设计更多DDR1靶向药物的前景，以期在实体瘤治疗中取得更好的效果。前 言实体瘤治疗是癌症治疗面临最大难点之一。免疫疗法为癌症治疗提供了新思路，但无论是近年来大热的ADC还是CAR-T疗法，都始终无法攻克实体瘤治疗难关。但换个思路来看，一旦攻克实体瘤治疗难点，将会为癌症患者带来巨大福音。DDR1是以胶原蛋白为配体的RTK家族成员。系列研究发现，DDR1在调节细胞形态发生、分化、增殖、黏附、迁移、侵袭和基质重塑等过程中起关键作用。而DDR1的异常激活通常与实体瘤发生发展密切联系。最近的一项研究发现，在三阴性乳腺癌中，DDR1蛋白会阻止免疫细胞进入肿瘤，从而影响杀瘤作用。DDR1基因一旦被敲除或被抗体抑制，就有望冲破三阴性乳腺癌防线。因此DDR1是一个很有前景的靶点。针对DDR1的药物的全球开发正在加速布局，如2022年11月10日，Parthenon Therapeutics公司与开发下一代放射性药物疗法（RPT）产品的ImaginAb公司达成合作，Parthenon公司将在评估其候选药物PRTH-101的I期临床研究中使用ImaginAb的CD8 ImmunoPET成像技术，该研究预计将于2023年启动。（引用自药研网）一、DDR结构和功能概述DDR来自“大名鼎鼎”的RTK家族（受体酪氨酸激酶），只有前三个含有KD的激酶活性受体是全长功能性受体，后两者由于截断或移码而没有激酶活性。DDR2只有一种异构体。DDR的分子结构由胞内激活区、跨膜区和胞外区组成（图1）图1 DDR1和DDR2的结构和亚型。DDR1a、b和c是激酶活性的，而DDR1d和e缺乏激酶结构域具体地说，它是位于胞外区的N-末端DS结构域，能与各种胶原蛋白结合，下方是DS样蛋白，再下方是EJXM域，其次是TM结构域，IJXM，紧随其后的是酪氨酸KD，最后是C末端的尾巴。DDR1和DDR2的表达分布也不同。过去研究发现，DDR1在上皮细胞中广泛表达，而DDR2主要在间充质细胞中表达，更具体来说，DDRs与胶原蛋白结合，而胶原蛋白是细胞外基质中含量最丰富的蛋白质之一，并刺激DDRs的磷酸化以激活激酶。以上是DDR最大的特点。这些结构特点让DDR能够顺利激活MAPK、整合素、转化生长因子-β、胰岛素受体和Notch信号通路。此外，DDR1在调节细胞形态发生、分化、增殖、黏附、迁移、侵袭和基质重塑方面起着关键作用。二、DDR1在人单个细胞中的表达谱为了全面了解DDR1在人类单细胞及其细胞系中的分布，使用集蛋白质组、转录组和系统生物学数据来绘制组织、细胞、器官等的HPA数据库，来进行进一步分析。如图2a所示。在单细胞型表达群中，以呼吸道上皮细胞-粘膜防御为主，此外，DDR1在免疫细胞中检测不到，在HaCaT、HBEC3-KT、RT4和T-47d中的表达会增加（图2B）图2 DDR1在人单个细胞中的分布。(A)DDR1在单细胞类型中的分布；(B)DDR1在细胞系中的表达三、DDR和人类实体瘤关系1DDR1在多种人类实体肿瘤中异常表达和肿瘤发生有关为了进一步明确DDR在癌症中的表达，使用TIMER2.0 数据库对其进行分析，分析发现与正常组织相比，DDR1在多种肿瘤组织中高表达，比如BLCA、BRCA、CHOL、ESCA、HNSC、HNSC−HPVpos、KICH、KIRC、KRIP、LIHC、LUAD、LUSC、PRAD、READ、STAD、THCA、UCEC（图3）。图3 基于TIMER2.0的DDR1基因表达分布分析(图显示基因表达水平的分布，差异表达的统计意义用Wilcoxon检验进行评估此外，通过检索文献，DDR1的异常表达可引起胃癌、肝癌、结肠癌、胰腺癌、乳腺癌、肺癌、卵巢癌、前列腺癌和胶质母细胞瘤等一系列肿瘤发生。2DDR1与实体瘤发生机制实体瘤组织由实质和间质组成。肿瘤实质部分主要是组织特异性肿瘤细胞。后文主要阐明DDR1通过影响肿瘤细胞及其肿瘤细胞微环境而促进肿瘤发生和发展的机制。DDR1与肿瘤细胞分化在生理条件下，DDR1主要在上皮细胞表达，具有维持细胞分化和组织动态平衡的功能。DDR1通过稳定E-钙粘附素（上皮分化的关键调节因子）促进细胞黏附，从而触发上皮细胞分化。在病理条件下观察DDR1对未分化的人甲状腺癌细胞IGF-2/IR-A环和细胞分化的影响。研究发现，DDR1沉默或下调会导致IR-A和IGF-2表达显著降低，分化标志物(NIS、TG、TSH、TPO)水平升高。DDR1与肿瘤细胞增殖细胞增殖是癌症的基本特征之一，目前DDR1在不同肿瘤中促进细胞增殖的作用不同。先前研究发现，在肝细胞癌中，DDR1的上调通过与SLC1A5(SLC转运体家族)相互作用来调节其稳定性，从而影响mTORC1信号通路，促进肝癌的增殖，及促进肝癌的异种移植，下调作用则相反。在肺癌细胞株A549和H1299中，TM4SF1通过调节DDR1及其下游靶蛋白Akt/ERK/mTOR通路的表达而部分促进肺癌细胞的增殖。此外，在卵巢癌中，姜黄素衍生物ST09调节miR-199a-5p/DDR1轴，并调节卵巢癌细胞的增殖。在结肠癌细胞中，LRP-1通过内吞作用调节细胞表面DDR1的表达。LRP-1介导的DDR1内吞通过促进细胞周期进入S期和减少细胞凋亡而促进细胞增殖。总的来说，DDR1影响癌细胞增殖的信号通路是不同的。因此，靶向DDR1的药物被设计成通过作用于不同的信号通路来抑制肿瘤细胞的增殖，从而达到治疗癌症的效果。DDR1与肿瘤细胞黏附：细胞间的黏附与癌细胞的扩散密切相关，DDR1在细胞间黏附中起关键作用。据报道，DDR1可以增加细胞表面E-钙粘附素的稳定性，促进MDCK细胞的聚集。从机制上讲，这是由DDR1/E-钙粘素复合体的形成所介导的。已发现和E-钙粘素之间的相互作用会以消极和黏附依赖性的方式调节DDR1活性和DDR1抑制细胞扩散。此外，先前对乳腺癌的研究发现，DDR1缺失可诱导CD90+和CD24+癌细胞分化，且基底细胞增多与肿瘤细胞有丝分裂有关。坏死区附近K14+细胞增多。简而言之，DDR1促进生长和黏附，有利于基底细胞的扩张，增强纤维化和坏死/缺氧情况。DDR1与肿瘤细胞的侵袭和迁移相关数据表明，DDR1可以影响肿瘤细胞的侵袭和迁移能力。先前的一项研究表明，DDR1过表达会促进膀胱癌细胞的体外迁移和侵袭。但经COL4A1-siRNA处理后，DDR1介导的RT4细胞的迁移和侵袭可以逆转。在肝癌中，DDR1会正向调节肝癌细胞的肺转移。这主要是因为DDR1与ARF6相互作用，并通过募集PSD4激活ARF6。ARF6的激活及其在肿瘤转移中的作用需要DDR1的激酶活性。总之，肿瘤细胞的侵袭和迁移是肿瘤转移的前提，而DDR1与肿瘤细胞的侵袭和迁移密切相关，靶向DDR1为预防肿瘤细胞转移提供了新思路。DDR1 和 EMTEMT在肿瘤起始到转移发展过程中发挥关键作用。但DDR1可能会影响EMT。研究发现，DDR1和STAT3正反馈调节会促进EMT和谷氨酰胺代谢，从而推动肝癌进程。而在前列腺癌中，通过siRNA方法下调DDR1在LNCaP-FGC和DU-145前列腺癌细胞中的表达。I型胶原会刺激DDR1，从而增强PYK2和MKK7信号分子磷酸化，诱导DU-145和LNCaP-FGC细胞发生EMT。相反，DDR1基因敲除后，PYK2和MKK7的EMT显著减弱。简而言之，未来针对DDR1的药物设计可以通过抑制上皮-间充质转化来发挥抗癌作用。DDR1与肿瘤细胞凋亡诱导肿瘤细胞凋亡是一种有效的抗肿瘤策略。在3D横纹肌肉瘤细胞培养中，使用不同硬度的胶原基质和类似体内的微结构，DDR1的激活具有促凋亡和整合素β1促生存的功能。从机制上讲，这是由于DDR1非依赖和DDR1依赖的TRPV4介导的机械限制的双重反应。设计针对DDR1的药物，有望通过诱导肿瘤细胞凋亡来达到抗癌效果。DDR1与肿瘤细胞能量代谢能量代谢异常是疾病发展的因素之一。肿瘤细胞的十个关键特征之一是能量代谢的重新编程。DDR1参与了多种癌症中能量代谢的重新编程。在肝细胞癌中，DDR1和STAT3正反馈调节通过促进谷氨酰胺代谢来提升肝癌发生率。在生成的乳腺癌MCF7 BC细胞中，DDR1沉默会导致总ATP产量显著下降，尤其会影响线粒体ATP的产生,此外，参与糖酵解和氧化磷酸化的关键分子也会下调。在结直肠癌中，DDR1a会促进LoVo细胞的增殖、线粒体功能和胞外酸化。四、DDR1是实体瘤预后的生物标志物本文总结了DDR1作为大多数实体肿瘤生物标志物的预后价值(表1)。表1：DDR1作为实体肿瘤标志物的价值。五、靶向DDR1的药物通过对上述DDR1的全面、系统的介绍，可以看出DDR1在维持人体正常生理功能和肿瘤的发生发展中发挥关键作用。接下来将介绍针对DDR1的全球药物和抗体开发的现状，并对未来靶向DDR1的药物设计进行假设。1全球针对DDR1的药物和抗体研究现状DDR1可能成为肿瘤免疫治疗的新靶点之一，因此，了解全球针对DDR1的药物和抗体的发展现状，对未来的临床治疗具有重要意义，在这里，使用PharnexCloud数据库搜索了针对DDR1的全球药物开发和临床试验(https://www.pharnexcloud.com/).大多数针对DDR1的药物治疗领域都在肿瘤学领域(表2)。此外，针对DDR1的8项全球临床试验中有4项是在实体肿瘤中进行的(表3)。还使用TAB(https://tabs.craic.com/users/sign_in))数据库来搜索针对DDR1D的抗体开发的现状。目前，世界上有8种基于DDR1的抗体处于临床前研究阶段(表4)。简而言之，这些研究都反映了针对DDR1的药物和抗体的开发正在加速，这些药物和抗体可能会给肿瘤患者带来新的希望。2以DDR1为靶点的未来药物设计随着人工智能和深度学习的快速发展，越来越多的DDR1激酶抑制剂被快速鉴定出来，这将极大地促进DDR1激酶抑制剂在实体肿瘤中的更大作用。此外，此前一项研究发现，抗DDR1单抗可抑制实体瘤的免疫排斥反应，为肿瘤免疫基质治疗开辟了新途径。未来有望通过释放细胞毒因子来杀伤癌细胞来制备针对DDR1的CAR-T细胞（图5）开发针对DDR1的CAR-T细胞来治疗实体瘤将是一项非常有趣和具有挑战性的任务。图5 杀癌靶向DDR1-CAR-T细胞基于DDR1在肿瘤中的独特作用，它很可能发挥出强大的抗肿瘤作用。总结与展望目前针对DDR1的药物不断被开发出来，并逐步走向临床，这或许会对实体瘤的治疗带来变革性的影响。同时，在实体瘤治疗的过程中立下汉马功劳的单抗也在不断发展，全人源抗体因免疫原性低等优势（详情参照：）提高了治疗效果。可以乐观预测，虽然靶点DDR1基因在实体瘤中的作用研究只是一小步，但却是一把在不久的将来将有力推动实体瘤治疗的“双刃剑”。参考文献：Tian, Y., Bai, F., & Zhang, D. (2022). New target DDR1: A "double-edged sword" in solid tumors. Biochimica et biophysica acta. Reviews on cancer, 1878(1), 188829. Advance online publication. https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1016/j.bbcan.2022.188829