EZH2 x KDM1A

前言 目前，第27届全国临床肿瘤学大会暨2024年中国临床肿瘤学会（CSCO）学术年会正于鹭岛厦门召开。秉承“以患为本 共享未来”的主题和“团结、协作、务实”的根本宗旨，本届CSCO大会与指定合作媒体医脉通共同打造了“第一直播间”特别栏目，聚焦领域前沿进展，为学术观点的交流碰撞提供舞台。近年来，随着NGS技术的迅速发展，其在肿瘤精准诊疗中的重要性日益凸显，而全景变异分析（CGP）、循环肿瘤DNA（ctDNA）液体活检、多组学技术以及人工智能的应用更是助力肿瘤精准诊疗更上一层楼。基于此，医脉通特邀广东省人民医院张绪超教授、西安交通大学叶凯教授以及因美纳全球肿瘤医学负责人John Jiang博士做客直播间，共话实体瘤精准诊疗的当前治疗现状与未来发展趋势！ 实体瘤精准诊疗之CGP的临床应用、面临挑战与发展机遇 主持人：今年8月，FDA批准了Illumina体外诊断产品（IVD）TruSight™ Oncology（TSO） Comprehensive检测试剂盒，并应用于拉罗替尼和塞普替尼的伴随诊断（CDx）适应证，肯定了肿瘤全景变异分析（CGP）在临床中的应用价值。能否请John分享一下CGP在欧美国家的临床实践经验和挑战？ John Jiang博士 因美纳全球肿瘤医学负责人 TSO COMP是FDA批准的首个泛癌种CGP NGS伴随诊断IVD试剂盒，能够助力肿瘤患者实现更为精准的诊断和治疗。在欧美国家，目前可能仅有20%的患者能够接受到精准诊疗，以美国为例，约80%在基层医院接受治疗的患者可能并不会获得较为精准的诊疗。而且在欧美国家，许多医院需要将肿瘤患者的样本送到中心实验室进行检测，这会导致检测周期较长，而TSO COMP的获批可助力患者在就诊医院包括基层医院就可以较为迅速地获得准确诊断，且能够最大限度地从每位患者的样本中找到可用于临床干预的信息，从而大大提高肿瘤精准诊疗的临床可及性和检测效率。此外，TSO COMP这种大panel NGS检测可以对500多个癌症相关基因的生物标志物进行评估，其能够同时分析 DNA 和 RNA 以及复杂的基因组特征，如微卫星不稳定性（MSI）和肿瘤突变负荷（TMB），可为患者获得更为精准的治疗决策信息提供依据。 主持人：感谢John的精彩分享，那么接下来能否请张绪超教授分享一下目前国内CGP的应用现状，以及和国外应用现状相比，存在哪些差异？ 张绪超教授 广东省人民医院 在国内，CSCO肿瘤生物标志物委员会分别于2019年和2022年做了两次中国肿瘤NGS应用调研报告。与2019年的调研结果相比，2022年中国医生对CGP的应用需求有所增加，应用场景可覆盖靶点诊断、耐药机制分析、疾病检测、家族性遗传病分析以及临床试验入组前的检测等。我们可以看到，中国的医生已经认识到CGP在临床应用中以及临床研究中的重要价值。 目前，我国在审批以NGS为基础的靶点诊断时要求非常严格，只有对临床靶点明确，用药清晰，且在拥有临床有效性数据的情况下才会批准试剂盒。当然，目前也在和国家层面积极沟通，我们希望未来能够有所突破，使这些检测试剂盒能够获得批准。在临床实践中，对于CGP应用的规范化、标准化如何在国内取得全面落实也是目前面临的一个挑战。 此外，在2016年，我们撰写了第一版临床肿瘤学的NGS应用共识，后续也发布了《肿瘤二代测序（NGS）临床报告解读共识》。我们发现，很多临床医生尤其是基层医院的医生可能对CGP的报告解读存在一定困难。目前，基于多学科诊疗（MDT），或者说国外的MTB模式进行临床的精准诊断与治疗是十分必要的，在进行报告解读时，对于靶点变异分析尤其是共突变的明确，以及后续临床治疗决策的制定，均需要进行多学科讨论。总体而言，目前CGP在国内的发展得到了很大程度的提升，但对于临床应用方面的一些问题还需要进一步加强。 实体瘤精准诊疗之ctDNA的临床应用、面临挑战与发展机遇 主持人：从ASCO、WCLC以及刚刚落幕的ESMO大会上，我们可以看到，基于ctDNA的液体活检备受关注，尽管ctDNA在临床应用中展现出巨大潜力，但其应用仍然存在一些争议，请问叶教授，从生信分析角度来看，ctDNA检测技术目前还存在着哪些挑战？ 叶凯教授 西安交通大学 ctDNA通常是由肿瘤细胞主动分泌或在肿瘤细胞凋亡或坏死过程中释放进入循环系统中的DNA片段[1]，由于其半衰期较短，在检测中面临着很多挑战。首先，ctDNA样本中肿瘤源DNA含量极低，因此如何检测低频突变是一个难题，通常低频突变易被背景噪音掩盖，从而影响检测灵敏度。其次，对ctDNA的检测往往会受到正常细胞胚系变异或克隆性造血细胞体系突变干扰，在实际进行数据判读时会导致假阳性结果，因此如何在高噪背景中准确的追踪到肿瘤源DNA也非常具有挑战性。此外，ctDNA数据庞大且复杂，包括基因突变、拷贝数变异（CNV）、甲基化等多种信息，如何将这些多维数据与临床信息有效整合，形成全面的解读，也是生物信息分析中的一大挑战。 针对以上挑战，我们可以采取一些策略进行应对。由于ctDNA半衰期短，在采样、建库的过程中以及后续的数据分析中，有必要进行流程的优化。同时我们也希望能够获得高覆盖度的数据，以便能够更准确地辨别样本中的低频变异、拷贝数差异和低频甲基化特征。此外，还可以开发针对低频突变的深度学习检测算法，提高低频突变检测的准确度。以及引入多种数据处理技术和背景模型，结合机器学习算法过滤噪声数据，提高数据的特异性和准确性。 主持人：感谢叶教授的精彩分享，请问张绪超教授、John Jiang博士，两位如何看待ctDNA的临床应用？ 张绪超教授 广东省人民医院 ctDNA是近几年临床应用的热点，可以用于早期诊断、靶点诊断、疾病监测、疗效预测以及耐药机制的解析。包括近几年的国际肿瘤学大会中，也有很多关于ctDNA的研究报告。在这些研究中，我们可以看到ctDNA具有重要的预测价值。通过ctDNA检测，我们可以发现有些EGFR突变患者可能还会同时伴随其他的基因变异，能够相对全面地反映患者的肿瘤分子特征。 此外，基于ctDNA进行微小残留病灶（MRD）监测也是目前肿瘤领域的探索热点之一，其应用价值已得到充分显现。例如，在今年ASCO年会上，ADAURA研究提示，ctDNA-MRD 检测可能有助于识别从更长时间的奥希替尼辅助治疗中获益的患者群体，从而有助于指导患者进行个体化治疗[2]。而且研究还提示，进行ctDNA检测可在无病生存期（DFS）事件前中位4.7个月检出MRD[2]，这一研究结果与既往研究报告基本一致，即ctDNA检测较影像学检查可提前预判复发，从而为患者提供宝贵的治疗时间。尤其是对于早期患者而言，越早发现越有可能尽快采取有效的治疗方案以达到根治目的。 当然，与组织检测相比，ctDNA检测可能仍然具有敏感性不足的问题。以及ctDNA技术的稳定性与可重复性问题，还有如何将ctDNA技术有效地转化到临床实际应用中等问题。但总体而言，我个人认为ctDNA已经进入临床，而且随着ctDNA技术的逐步完善应该会为肿瘤精准诊疗提供更多的帮助和可能性。 John Jiang博士 因美纳全球肿瘤医学负责人 据我所知，在一些欧美的TOP检测机构，会同时进行组织检测和ctDNA检测，这是因为两者的检测结果可能具有差异，而ctDNA检测能够克服肿瘤空间异质性，更为全面的代表肿瘤整体的基因组成。同时，进行ctDNA检测也能够提前预判患者的疾病进程。以上这些信息均会为临床医生制定患者管理策略带来非常大的便利。对于骨转移患者（常见于乳腺癌/前列腺癌等），传统检测手段可能会存在一定局限性，而ctDNA检测作为一种辅助手段，也为骨转移患者提供了更全面、更准确的肿瘤基因信息。关于MRD，目前基于ctDNA-MRD检测状态或可指导患者进行升阶或降阶治疗，如果患者检测为ctDNA阳性，患者可能需要加强治疗；如果患者检测为ctDNA阴性尤其是持续检测阴性的患者，或可享受一段时间的“药物假期”，这样也有助于提高患者的生活质量以及延缓耐药性。 实体瘤精准诊疗之多组学的临床应用、面临挑战与发展机遇 主持人：多组学技术通过不同维度和组学层次为我们解开了肿瘤复杂性的新视角，请问张教授，能否请您分享一下多组学技术对于肿瘤机制以及精准治疗有哪些价值和未来展望？ 张绪超教授 广东省人民医院 目前，多组学技术的主要应用方向包括肿瘤分类与亚型识别、治疗疗效预测、肿瘤异质性分析、耐药机制研究以及联合治疗策略的开发。比如，TCGA分析涵盖了基因组数据、转录组数据，也涵盖了表观遗传学数据，特别是甲基化数据。通过这些多维度的数据分析，能够将肿瘤细分为几十个亚型。这表明，我们对疾病的理解已经与过去不同，即不再单纯认为肿瘤是单一变异导致的，而是复合基因变异共同作用的结果。因此，在临床转化上，这意味着可能需要联合靶向多个靶点才能获得更好的治疗效果。这也是当前许多临床研究在制定联合治疗方案时的重要依据。 此外，在2020年-2021年分别有几个机构对肺鳞癌和肺腺癌进行了多组学研究。有研究者分别对肺鳞癌和肺腺癌进行了系统性多组学分析，包括DNA测序、表观遗传学测序、转录组测序，磷酸化蛋白质组学以及乙酰化蛋白质组学分析，多维分析结果提示，对于肺鳞癌和肺腺癌，目前仍然可以进一步进行更为精准的分子分型。这种更为精确的分型，可以帮助我们判断患者预后，并指导患者的后续治疗选择。我们从多组学的数据分型中也可以观察到复合变异，比如EGFR突变伴TP53突变；也可以观察到新靶点，比如鳞癌中的LSD1和EZH2。 总体而言，多组学在帮助我们理解疾病以及预后分型、靶点诊断方面均提供了直接证据。虽然目前针对多组学数据的标准化和整合非常困难，但多组学研究仍然为我们带来了庞大且有价值的数据。从所获取的这些数据中我们可以深入了解肿瘤微环境的特性，揭示肿瘤细胞亚克隆的进化，并鉴定出在进化过程中哪些主导性克隆能够作为潜在靶点，这其中蕴含着巨大的临床转化价值，未来需要进行更为深入的探索。 主持人：感谢张教授的精彩分享，请问叶教授，您团队前期发表了系列基于多组学数据检测MSI的生信文章，其中用到的信息学技术有哪些？AI如何进一步赋能多组学数据的解读？ 叶凯教授 西安交通大学 MSI是DNA复制过程中形成大量移码突变、引起的核苷酸重复单元数量改变的现象[3]。MSI与肿瘤的发生、发展及预后密切相关。 在过去数年间，我们团队开发了系列MSI检测工具，首先是基于normal-tumor基因组比较的MSIsensor，后续也推出了tumor-only的MSIsensor-pro，最近还开发了基于表达数据的MSIsensor-RNA，能够从单细胞和空转数据中判别单个细胞的MSI状态。MSIsensor系列方法提取最关键的序列长度差异特征，采用了数学建模方法，实现了MSI的精准检测，为发现MSI在肿瘤发生发展过程中的关键作用以及免疫治疗过程中肿瘤动态变化提供了新的工具。我们采用建模思路解决变异检测问题，其实是将纷繁复杂世界的关键因素提取出来，搭建一个简化模型，检测性能还不错。 然而，在真实世界中总有超出简化模型的大量事件，这导致临床应用过程中计算结果并不是最优。因此，我们尝试从降维角度转换为升维，将基因组、转录组和蛋白质组等多组学数据加以整合，训练出一个深度学习模型，在多种肿瘤类型检测中都展示出较好的性能。基于多组学的人工智能计算方法能够实现肿瘤分子分型、预后评估和个性化治疗。相信随着NGS数据量的进一步增大，基于人工智能的检测方案将更加完善。 主持人：谢谢叶教授分享了MSI sensor系列的研究工具赋能多组学研究，请问John，最后能否请您分享一下Illumina 如何赋能多组学研究？ John Jiang博士 因美纳全球肿瘤医学负责人 目前，AI发展十分迅速。我相信AI作为能够高效处理和分析海量数据的关键技术，对于CGP报告的解读，以及对于多组学数据的处理都可以发挥出巨大的应用价值。同时通过AI这种便捷的手段，也有望进一步推动多组学数据的整合，以助力肿瘤精准医学实现更大突破。而我们Illumina目前也在与合作伙伴共同推动多组学与AI的深度融合，并致力于推动多组学研究成果在临床诊断和治疗中的应用，以助力肿瘤患者实现更为精准的诊疗以及更长久的生存！ 扫码观看CSCO第一直播间回放 参考文献： 1. 中国抗癌协会肿瘤标志专业委员会,步宏,邢金良,等.ctDNA高通量测序临床实践专家共识(2022年版)[J].中国癌症防治杂志, 2022(003):014. 2. Tom John, Christian Grohe, Jonathan W. et al. Molecular residual disease (MRD) analysis from the ADAURA trial of adjuvant (adj) osimertinib in patients (pts) with resected EGFR-mutated (EGFRm) stage IB–IIIA non-small cell lung cancer (NSCLC). 2024 ASCO abstract 8005. 3. 中国医师协会医学技师委员会病理技术专家组,中国医学装备协会病理装备分会标准化部,中国研究型医院学会病理学专业委员会病理技术学组,等.微卫星不稳定性(MSI)检测技术专家共识[J].临床与实验病理学杂志, 2024(003):040. 本文转自医脉通肿瘤公众号 .

耐药是导致癌症复发和患者预后不良的主要原因之一。表观遗传调控是一种独立于核苷酸序列变化的基因表达的可遗传改变。DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA（ncRNAs）调控是常见的表观遗传调控机制。诸多证据表明，表观遗传调控异常会导致肿瘤耐药。因此，靶向表观遗传调控因子是逆转肿瘤耐药的有效策略。今天小编想和大家分享的便是表观遗传调控在肿瘤耐药中发挥作用的途径与方法。其次，小编还会和大家一起探讨表观遗传修饰的必要因子，组蛋白去甲基化酶家族的功能以及与癌症耐药相关的调控机制，并对表观遗传相关治疗策略进行简单总结。一常见耐药机制肿瘤耐药是目前癌症治疗面临的关键问题之一，目前已有多种耐药机制被发现，包括ABC转运蛋白过表达、肿瘤干细胞（cancer stem cells，CSCs）富集、上皮-间充质转化(epithelial-mesenchymal  transition，EMT)、自噬、凋亡、基因突变和表观遗传调控等（图1）。今天小编想和大家主要分享的便是表观遗传调控的耐药机制。图1. 常见耐药机制二表观遗传调控的肿瘤耐药机制表观遗传修饰是指基因表达在不改变DNA序列的情况下发生的可遗传变化，ncRNAs、DNA甲基化和组蛋白修饰(包括组蛋白乙酰化和甲基化)在肿瘤耐药中的表观遗传调控中发挥重要作用（图2）。DNA甲基化由DNA甲基转移酶和DNA去甲基酶维持，组蛋白乙酰化由组蛋白乙酰转移酶和组蛋白去乙酰酶调节，组蛋白甲基化由组蛋白去甲基酶和组蛋白甲基转移酶维持。图2. 表观遗传调控的肿瘤耐药机制DNA和组蛋白修饰不仅影响转录因子的功能，还与染色质重塑和非编码RNA等其他表观遗传修饰密切相关，共同调节肿瘤过程。通常，DNA甲基化影响基因表达、转录和活性。在DNA甲基转移酶的作用下，基因启动子高甲基化，进而导致转录抑制以及基因表达的降低。此外，组蛋白修饰（乙酰化、磷酸化、甲基化、ADP核糖化）是一种重要的表观遗传模式。目前大多数研究集中在乙酰化、甲基化和磷酸化上。大量研究表明，组蛋白尾部的翻译后修饰对癌症的发生和发展至关重要，包括组蛋白去甲基酶、组蛋白甲基转移酶、组蛋白去乙酰酶、组蛋白乙酰转移酶(HATs)和ADP核糖基转移酶。在多种癌症中，组蛋白乙酰化与基因转录密切相关，组蛋白乙酰化的改变与癌症表型密切相关，其调节异常通常导致癌基因的激活或抑癌基因的失活，以及许多信号通路的功能障碍，进而导致肿瘤耐药。因此，靶向表观遗传修饰是克服肿瘤耐药的潜在策略之一。三不同表观遗传修饰在肿瘤耐药中的作用图3. 不同表观遗传修饰在肿瘤耐药中的作用1.DNA甲基化与耐药：在DNA甲基化转移酶的作用下，基因组CpG二核苷酸的胞嘧啶5'碳位共价键结合一个甲基基团。研究表明，DNA甲基化导致的抑癌基因抑制，是多种癌症的基本发病机制，比如肿瘤抑制基因RB1和DNA修复基因BRCA1等。DNA甲基转移酶家族有五个成员，分别是DNMT1、DNMT2、DNMT3A、DNMT3B和DNMT3L。DNA甲基化由DNA甲基转移酶和DNA去甲基化酶协同调控Notch和Wnt/β-catenin信号通路影响细胞凋亡、干性、EMT和细胞增殖，进而导致耐药（图3）。除DNA甲基转移酶，DNA去甲基化酶也在耐药性中发挥重要作用(图3)。DNA去甲基酶家族TETs与DNMTs协同工作以维持DNA甲基化的平衡。DNA甲基化除通过影响基因表达调控肿瘤发展外，还可以与组蛋白修饰、核小体定位等表观遗传修饰相互作用，协同调控染色质形成。到目前为止，已经开发许多靶向DNA甲基化的小分子抑制剂。其中，azacytidine等多款DNMT抑制剂已经进入临床试验。2.ncRNAs与耐药：ncRNAs是基因表达的关键调控因子之一，主要由4个小核苷酸（miRNAs，piRNAs，tsRNAs，snoRNAs）和2个大核苷酸（circRNAs，lncRNAs）组成，在癌症进展或肿瘤耐药中发挥双重作用。miRNAs可以与靶mRNAs的3’端互补序列结合，导致mRNAs靶点的翻译抑制或降解，具有促进或抑制肿瘤进展的双重作用；lncRNAs是一种具有共价封闭环状结构的单链RNA，同样具有作为致癌因子或肿瘤抑制因子双重作用；circRNAs能够直接与蛋白质结合并与miRNAs相互作用以调节癌症发生发展。此外，lncRNAs能够与蛋白质或DNA结合进而发挥促癌或抑癌作用。例如，MEG3可以上调p53，并促进p53与GDF15启动子的结合，从而抑制肿瘤的生长；相反，癌基因lncRNA HOX转录反义RNA过表达可增加多种肿瘤的转移和侵袭能力。3.组蛋白修饰与耐药：组蛋白修饰主要包括组蛋白甲基化和乙酰化。组蛋白甲基化和乙酰化分别通过组蛋白去甲基酶和甲基转移酶、组蛋白乙酰转移酶和组蛋白去乙酰酶来保持基因表达的平衡，在抗癌方面起着双刃剑的作用。乙酰化一般发生在组蛋白尾部的赖氨酸残基上，主要由两种功能相反的酶: 组蛋白乙酰化酶（HATs）和组蛋白去乙酰化酶(HDACs)调节，从而影响细胞内pH值和影响基因转录活性和染色质结构来动态调节癌症进展。除已经被FDA批准用于临床治疗的四种HDAC抑制剂外，HDAC抑制剂与mTOR抑制剂、免疫检查点抑制剂的联合治疗也已成为临床和临床前研究的重要组成部分。组蛋白甲基转移酶(HMTs)又被称为蛋白甲基转移酶(PMTs)，可分为组蛋白赖氨酸甲基转移酶(HKMTs或PKMTs)和组蛋白精氨酸甲基转移酶(HRMTs或PRMTs)。组蛋白甲基转移酶与耐药密切相关(图3)。比如，EZH2的高表达可激活细胞生存通路，导致卵巢癌对顺铂的耐药。截至目前，针对组蛋白甲基转移酶的抑制剂主要以EZH2为靶点，I/II期临床试验也在多种癌症中有序进行。组蛋白去甲基化酶(HDMTs)是一个可逆的动态调控过程，组蛋白甲基化异常可直接或间接影响生理病理过程。组蛋白去甲基酶可以通过调节基因转录、促进自噬、减少细胞凋亡、影响细胞代谢过程、促进上皮-间质转化等过程导致耐药。相反，通过抑制剂或siRNA靶向组蛋白去甲基酶可以逆转耐药性(图4)。因此，小编接下来想和大家分享的便是组蛋白去甲基酶抑制剂在临床试验中的分类及作用，并对组蛋白去甲基酶在肿瘤耐药中的作用和靶向组蛋白去甲基酶逆转耐药的有效策略进行详细介绍。图4. 组蛋白去甲基酶调节肿瘤耐药四组蛋白去甲基酶的分类与功能组蛋白去甲基酶包括组蛋白赖氨酸去甲基酶和组蛋白精氨酸去甲基酶，已有大量关于组蛋白赖氨酸去甲基酶的报道，而对组蛋白精氨酸去甲基酶的报道相对较少。组蛋白去甲基酶主要有三个家族:赖氨酸特异去甲基酶(LSD)家族、Jumonji C(JmjC)-domain-containing去甲基酶(JMJD)家族和组蛋白精氨酸去甲基酶，其去甲基位点如图5所示。不同的去甲基酶可以使组蛋白的不同甲基化位点脱甲基。图5. 组蛋白去甲基酶的分类及其去甲基位点1. LSD家族结构域与催化机理LSD家族由LSD1和LSD2组成。LSD1又名KDM1A、BHC110和AOF2，由三个主要结构域组成:(1)位于n端，负责与其他蛋白质相互作用的SWIRM结构域，(2)由两个反向平行的α螺旋组成，保证LSD1去甲基化正常功能的Tower结构域，(3)位于LSD1 C端的AOL域，AOL域被Tower结构域分为两个区域，一个用于底物结合和识别，另一个被定义为非共价黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)的结合位点(图6A)。LSD1与不同的辅因子或底物结合可以产生不同的功能，与CoREST、 CtBP、NuRD相互作用，可以使H3K4me1/me2脱甲基，从而增强DNMTs的表达和DNA的再甲基化进而抑制基因转录；然而，在雌激素或雄激素存在时，LSD1可使H3K9脱甲基并激活基因表达。LSD2，也被称为KDM1B和AOF1，是另一种FAD依赖的氨氧化酶(图6A)。与LSD1不同， LSD2含有N端锌指结构域，对维持去甲基化活性异常重要。LSD2是一种H3K4me1/me2去甲基化酶，可以通过H3K4me1/2去甲基化抑制p53或TFPI-2等基因表达，进而影响癌症进展。每两个组蛋白H2A、H2B、H3、H4分子组成一个核心蛋白八聚体，约146 bp的DNA结合在八聚体周围形成核小体，去甲基酶通过去除组蛋白上的甲基发挥作用(图6B)。图6. LSD家族的结构域及催化机理2. 含有JmjC结构域的蛋白质家族JMJD由6个家族的21个含有 JmjC 结构域的蛋白组成，对组蛋白赖氨酸和精氨酸进行脱甲基，包括FBXL (KDM2)、JMJD1 (KDM3)家族、JMJD2 (KDM4)家族、JARID1 (KDM5)家族、KDM7家族。FBXL (KDM2)家族由KDM2A和KDM2B组成，KDM2A高表达受多种因素影响，包括microRNA、炎症和缺氧。KDM2B具有特定的H3K4me3去甲基酶活性，能够抑制核糖体RNA并负向调节细胞增殖(图5)。JMJD1 (KDM3)家族：JMJD1家族中有三个蛋白，分别是KDM3A、KDM3B和KDM3C，它们都能导致H3K9me1/me2去甲基化(图5)。KDM3A能以去甲基化依赖的方式上调DCLK1和CDK6，维持胰腺癌的发生和发展。JMJD2 (KDM4)家族：JMJD2家族由六种蛋白(KDM4A-F)组成，都具有导致H3K9me2/me3和H3K36me2/me3去甲基化的能力，有助于乳腺癌等癌症的形成(图5)。研究表明，KDM4蛋白的过表达可以改变转录和染色质重塑，从而诱导细胞增殖，而敲除KDM4后去甲基酶可以通过增加起始位点H3K9me3的积累来下调Taf1b和Nom1基因的表达，从而下调造血干细胞的维持。JARID1 (KDM5)家族：由KDM5A、KDM5B、KDM5C和KDM5D这4个去甲基化蛋白组成。KDM5A的结构包含3个PHD结构域，其中 PHD1结构域可以优先识别未甲基化的H3K4组蛋白尾部并刺激其活性(图5)。值得注意的是，KDM5B在乳腺癌和前列腺癌中表达上调，敲除KDM5B可激活AMPK信号通路，逆转上皮-间充质转化(EMT)，诱导脂质重编程，抑制细胞增殖和迁移，而其过表达可增强PI3K/AKT信号通路。UTX/JMJD3 (KDM6)家族：KDM6A和KDM6B可以使H3K27me2/ me3221脱甲基，而KDM6C没有酶活性。此外，KDM6B在维持干细胞功能方面发挥重要作用，可通过调节Pax6等影响胚胎干细胞(ESC)的分化。膀胱癌中KDM6C还可以影响p53和FGFR3的表达。KDM7家族：KDM7A和KDM7B可以参与H3K27me1/2、H3K9me1/2和H4K20me1的去甲基化，促进癌症进展(图5)，而PHF2则被认为可以抑制肿瘤生长。3. 组蛋白精氨酸去甲基化组蛋白精氨酸甲基化是一个可逆过程，但截至目前只有少数组蛋白精氨酸去甲基化酶被报道，包括PAD4、JMJD1B、JMJD6等。五组蛋白去甲基酶抑制剂组蛋白去甲基化酶在肿瘤发生发挥关键作用，多款组蛋白去甲基化酶抑制剂的开发已成为癌症治疗的研究热点，已有多款抑制剂被批准用于临床试验，以进一步评估其在患者中的疗效和安全性(图7)。其中，LSD1无疑是明星中的明星，已经在肺癌、白血病等多种癌症或疾病中开启了广泛的临床试验。与LSD1抑制剂相比，靶向其他去甲基酶的抑制剂较少进入临床试验。图7. 代表性组蛋白去甲基酶抑制剂及其临床试验六组蛋白去甲基化酶与癌症耐药表观遗传变化，特别是组蛋白甲基化和去甲基化，在耐药中发挥重要作用。组蛋白去甲基酶与耐药密切相关，靶向不同肿瘤的去甲基酶是克服耐药的潜在策略之一(图3)。小编进一步想和大家分享的便是不同组蛋白去甲基酶对耐药的作用和影响。1.LSD家族与耐药：LSD1是一种重要的组蛋白去甲基化酶，可以通过改变H3K4和H3K9的甲基化水平来调节各种癌细胞的耐药。LSD1可通过激活NF-kB和Wnt/β-catenin信号通路维持干细胞功能，促进EMT或者与长链非编码RNA相互作用招募LSD1，通过去甲基化修饰导致化疗或索拉非尼等药物耐药(图8)。与LSD1相似，LSD2同样可以增强干细胞特性，诱导细胞凋亡，调节其他酶的表达进而导致耐药。图8. 赖氨酸特异性去甲基化酶(LSD)家族与耐药2.含JmjC结构域蛋白家族与耐药：KDM2家族由KDM2A和KDM2B组成。KDM2A可以通过上调干细胞干性标志物Sox2和Oct4的表达来促进细胞干性。在肝癌中抑制KDM2A可减少其下游SOX2、NANOG和OCT4表达，从而减少肿瘤干细胞的形成，降低对索拉非尼的耐药。KDM2B可以通过增加干细胞和凋亡同时增强耐药性，在胶质母细胞瘤中靶向KDM2B会损害干细胞的分化能力或者高表达坏死因子相关凋亡诱导配体(TRAIL)，并降低肿瘤生长和血管生成。此外，KDM3A能够降低p53的表达，KDM3C可以通过ERK/MAPK信号通路抑制EMT。截止目前，有关KDM3B和KDM3C的研究相对较少，但这些KDM同源物在促进肿瘤生长和耐药方面中的作用不可小觑。KDM3A和KDM3B对 H3K9去甲基的功能是维持胚胎干细胞功能所必需的。KDM3B能使H4R3me2或者H3K9me2脱甲基，从而影响造血干细胞的发育和功能。已有报道表明，JMJD1C在紫杉醇耐药食管鳞状细胞癌中表达显著增加。敲除JMJD1C降低细胞转移能力，增加细胞凋亡能力，从而降低对紫杉醇、吉西他滨和卡铂等药物的耐药性。JMJD1C可能通过调节miR-200家族和miR-290/295家族来抑制ERK/MAPK信号转导和EMT过程的激活，正是ESC自我更新所需要的(图9)。图9. KDM2、KDM3家族对耐药的影响3.KDM4家族与耐药：除JMJD2E和JMJD2F外，KDM4家族的另外4个成员在多种癌症中过表达，并与耐药进展密切相关。KDM4A可以控制乳腺癌干细胞(BCSCs)的增殖和自我更新，进而导致治疗耐药。此外，胃癌细胞对抗癌药物的敏感性可以通过JMJD2A与其底物CCDC8的相互作用调控。在去势耐药前列腺癌(CRPC)中，KDM4A-AS1的表达增加，调节USP14-AR的稳定性，防止AR降解，导致细胞对enzalutamide耐药。小分子抑制剂NSC636819和JIB-04通过影响CCDC8表达和凋亡抑制KDM4A活性，增加细胞敏感性(图10)。此外，在缺氧条件下，KDM4B分别通过激活Wnt/β-catenin通路或与C-Myc相互作用，增加C-Myc转录，诱导自噬和增加细胞代谢水平，可能是治疗CRPC的潜在策略(图10)。KDM4C的高表达与耐药密切相关。KDM4C能够通过影响细胞周期和CDC6的转录促进癌症的进展，KDM4D可以通过Wnt/β-catenin和Notch信号通路增加CSC的性质(图10)。图10. KDM4家族与耐药4.KDM5家族与耐药：KDM5家族与耐药性密切相关。KDM5A在各种癌症中高度表达，可通过激活IGF1R和ErbB信号通路，进而促进PI3K/AKT/mTOR通路，并联合抑制KDM5D诱导EMT，从而导致紫杉醇等药物耐药 (图11)。KDM5B可通过激活c-Met信号通路促进干细胞表型、被microRNA-29c-3p(一种肿瘤抑制因子)调控等方式导致多种药物耐药。KDM5B可诱导CD34转化为CD34+，降低小鼠黑素瘤细胞对BRAF抑制剂的敏感性。此外，KDM5B与Ki67（细胞增殖基因）共表达，与犬组织细胞增殖能力呈正相关(图11)。KDM5C高表达既可以通过抑制PTEN促进CRPC或鼻咽癌增殖，又可以通过抑制p53及其下游p21和p27的表达促进细胞增殖和迁移(图11)。有趣的是，KDM5C过表达可以通过对ABCC1的去甲基化降低ABCC1表达，从而抑制结直肠癌细胞对奥沙利铂和伊立替康等药物的耐药性(图11)。此外，KDM5C的下调可促进肿瘤生长和ccRCC对铁铁死亡的抵抗。与KDM5家族的其他成员相反，KDM5D表达的降低有利于癌细胞的耐药，比如低表达KDM5D可以通过诱导EMT和对CUL4A启动子上的H3K4去甲基化来促进胃癌细胞的转移，或者导致对多西他赛等药物耐药(图11)。总之，KDM5家族在耐药中发挥至关重要的作用，靶向KDM5家族是提高疗效的重要途径。5.KDM6家族与耐药：KDM6A和KDM6B分别通过促进细胞干性和调节细胞周期来增强耐药性。KDM6A表达下调可能会降低ENT1水平，导致阿糖胞苷敏感性降低。此外，H3K27me3低水平与结直肠癌细胞干性和奥沙利铂耐药密切相关。PCGF1可增加KDM6A的表达，进一步降低H3K27me3水平，激活干细胞标记物的转录，促进干细胞增殖。KDM6B在多种癌症中高表达，有利于肿瘤的发展和耐药。KDM6B可促进C-Myc及其靶基因CyclinD1的表达，从而促进前列腺癌细胞增殖和肿瘤生长。有趣的是，KDM6B在成神经细胞瘤中过表达，并可激活CDK4/6-pRB-E2F通路，该通路通过H3K27去甲基化与帕博西布耐药密切相关(图11)。这些数据表明抑制KDM6B可能成为克服耐药的有效治疗策略。6.KDM7家族与耐药：截至目前，KDM7家族在耐药中的研究相对较少。KDM7A可通过H3K27me2去甲基化上调AR转录活性，其抑制剂TC-E 5002可显著降低顺铂耐药膀胱癌细胞系的细胞活力。PHF8，也被称为KDM7B，可以通过去甲基化修饰或者与HER2相互作用，增强FOXA2或IL6的表达，促进曲妥珠单抗等抗HER2药物的耐药(图11)。图11. KDM5-7家族与耐药7.组蛋白精氨酸去甲基酶与耐药组蛋白精氨酸去甲基酶PAD4能将精氨酸转化为瓜氨酸，其不仅能通过调节EMT和凋亡抑制耐药的产生，还能在肝细胞癌中促进自噬，导致化疗耐药 (图12)。以上研究表明，虽然PAD4对不同癌症的耐药有不同影响，靶向PAD4仍然是降低耐药的潜在策略之一。图12. 组蛋白精氨酸去甲基酶PAD4的肿瘤耐药双刃剑七通过靶向组蛋白去甲基酶克服肿瘤耐药通过组蛋白去甲基酶抑制剂或其他靶向组蛋白去甲基化的分子可以有效控制耐药，现有多项研究通过组蛋白去甲基化酶抑制剂和siRNA，靶向LSD1或者KDM家族克服耐药性（表格）。当单独使用或与其他药物联合使用时，组蛋白去甲基酶抑制剂通常可以增加化疗的疗效。考虑到一些表观遗传调控因子之间通过相互作用共同调控肿瘤的发展，两种或两种以上不同靶点抑制剂的联合使用可能在逆转耐药上发挥更强功效。因此，开发多靶点抑制剂、蛋白水解靶向嵌合(PROTAC)分子、变构抑制剂以及那些调节非酶功能的抑制剂也可能为逆转肿瘤耐药提供新的策略。表格1 通过组蛋白去甲基化酶抑制剂和siRNA克服肿瘤耐药今天的分享就是这些啦，最后让我们简单的回顾下表观遗传调控与肿瘤耐药的关系吧。ncRNAs、DNA甲基化和组蛋白修饰(包括组蛋白乙酰化和甲基化)等表观遗传修饰与肿瘤耐药密切相关。其中，组蛋白去甲基化酶家族与肿瘤进展和癌症耐药相关，为个性化癌症治疗提供分子基础，靶向组蛋白去甲基化酶抑制剂等表观遗传学修饰在克服肿瘤耐药方面具有广阔的前景。最后的最后，小编还要偷偷告诉大家，很多表观调控因子都是通过直接或间接调控肿瘤干性导致细胞耐药的，感兴趣的同学不妨以此为方向，耐心钻研一下哦！参考文献：Wang N, Ma T, Yu B. Targeting epigenetic regulators to overcome drug resistance in cancers. Signal Transduct Target Ther. 2023 Feb 17;8(1):69. doi: 10.1038/s41392-023-01341-7. PMID: 36797239; PMCID: PMC9935618.

近日，趋势显示跨国医药巨头资金开始“流向”表观遗传学治疗方向。如2022年11月21日，默沙东就宣布，将通过子公司以每股36美元的价格现金收购Imago BioSciences，合计涉及收购金额约为13.5亿美元。据悉，该笔交易预计将于2023年第一季度完成。公开信息显示，Imago BioSciences是一家临床阶段的骨髓增生疾病技术研发公司，其核心资产是一款正在临床二期用于治疗慢性骨髓增殖性肿瘤（MPN）的赖氨酸去甲基化酶1（LSD1）抑制剂Bomedemstat。其中，LSD1则是表观遗传学治疗的经典靶点。实际上，为挽救K药（Keytruda）“专利悬崖”，默沙东近年来收购动作频频。在业内人士看来，默沙东此次斥重金收购表观遗传学单一管线公司，亦有寻求K药以外的业绩增长点，同时探索与PD-(L)1靶点进一步联用的可能。“Imago表观遗传学管线临床2期骨髓纤维化效果可观，可望成为突破性疗法，解决临床需求，且‘PD-1+LSD1’联用效果已获得学术界证实。如另一家PD-1赛道重磅玩家，手握“O药”资产Opdiva的BMS（百时美施贵宝）就在收购Celgene（新基）后，开发PD-1单抗与LSD1小分子在小细胞肺癌等适应症上联用的治疗机会，可见潜力巨大。两方面都足以吸引手握重金的默沙东花费近百亿元人民币，收购一家单一管线表观遗传学公司。”该业内人士分析称。开启恶性肿瘤治疗第三条道路无论是单药治疗还是联合疗法，经过过去一段时间的发展，K药都已经触及到了PD-(L)1靶点药物的天花板。据默沙东2021年财报披露，K药在FDA获批的适应证已经超过30项，仅2021年一年就在FDA获批了10项适应证，其中还包括晚期肾细胞癌、HER2阳性胃癌等适应证的一线疗法。不过，在K药适应症不断积累的同时，其部分关键专利也将在2028年到期，针对K药的生物仿制药已经在酝酿之中。现实逼迫“默沙东们”关注和布局未来风口，而表观遗传学或许正带来了新的突破点。所谓表观遗传学是研究在基因组DNA序列不发生变化的情况下，基因表达的改变导致可遗传的表型变化的科学，是后基因组时代生命健康领域最具前景的研究和转化方向。传统的肿瘤治疗方式包括化疗和靶向疗法，二者均旨在针对性的遏制肿瘤细胞自身恶性增殖特性。近年来兴起的肿瘤免疫疗法，例如PD-1单抗，则专攻肿瘤外部微环境的免疫细胞调节。然而由于肿瘤具有高度异质性，导致无论现有的内防还是外攻疗法策略均存在易耐药、复发和转移，以及应答率较低的弊端。表观遗传机制不仅可以靶向调控和重塑肿瘤自身基因表达，还可以重编程肿瘤微环境，对于高度异质性的肿瘤可以“内外兼修、双管齐下”进行抑制。正是基于上述特征，未来表观遗传疗法有望面向难治的恶性肿瘤治疗，走出前景光明的第三条道路。实际上，今年以来就有两款表观新药成功获批上市。其中，第一三共的EZH1/EZH2双重抑制剂Ezharmia（valemetostat）于9月在日本获批上市，用于治疗T细胞白血病/淋巴瘤，该药也获得了FDA治疗外周T细胞淋巴瘤（PTCL）的孤儿药资格。另一款Rezlidhia（olutasidenib）提前两个半月加速批准，12月1日获得FDA批准上市，用于治疗IDH1突变、复发性/难治性AML患者。Rezlidhia最初由Forma Therapeutics公司开发。除此以外，今年8月，Regel Therapeutics从Forma获得Rezlidhia的上市和商业化权益，而后者于今年9月被诺和诺德以11亿美元收购。种种最新进展都彰显出表观遗传赛道商业化已逐渐进入成熟模式，发展前景值得期待。国内表观遗传学“执牛耳者”为谁？可以说，正是凭借广阔的单用和联用前景，表观遗传学药物成功吸引了跨国医疗巨头的注意。不过，在Imago收获巨额资金并购邀约的同时，鉴于技术的前沿性，国内真正专注表观遗传学领域的企业却十分稀少，其中赛岚医药科技有限公司（CytosinLab Therapeutics，简称：赛岚医药）则是最具特点和代表性的一家。公开信息显示，赛岚医药创立于2019年，是国内首家聚焦表观遗传领域的创新生物技术企业。公司基于新一代表观遗传学机理和表观基因组学成果，开发创新治疗药物和诊疗手段，以满足中国及全球患者对肿瘤等重大疾病的医学需求。成立三年来，赛岚医药已打造了十余条针对临床迫切需求的恶性实体瘤和血液瘤的产品管线，并快速推进数个候选治疗药物于近期进入临床试验阶段。主力管线产品为全球首创靶点和机理（First-in-Class，FIC），在国际上均处于领先地位。图丨赛岚医药管线一览能快速开拓数条First-in-Class或Best-in-Class管线，也得益于赛岚医药顶尖的表观遗传学研发团队。赛岚医药创始人、首席执行官吴海平博士就具有十余年表观遗传学研究经验，曾在诺华负责多个肿瘤表观遗传学创新疗法的研发并推向临床，并于近期获评“张江生命健康产业年度新锐人物·2022”。公司联合创始人、首席运营官米沅博士也先后在GNF及诺华任职期间，领导多个突破性重磅新药进入临床乃至上市，是具有20多年经验的中美医药行业资深从业者。徐国良院士同样是赛岚医药联合创始人之一。作为中国现代表观遗传学研究领域的奠基人之一，徐院士长期专注于动物生长发育的表观遗传调控研究以及肿瘤等疾病发生机制的探索，在相关领域具有重大国际影响力，曾于2011年与2016年两度入选当年“中国科学十大发现”，并拥有多项专利及对外授权。“公司立足于做创新药，做中国患者急需的好药，特别是实现从基础科研成果向医药应用的快速转化。”在吴海平博士看来，除面向恶性肿瘤治疗外，表观遗传疗法在神经系统疾病、再生医学、长寿等与人类生存质量息息相关的领域，也展现出广阔的应用前景。“未来，表观基因组学大数据、AI、中医药新应用、新一代纳米机器人、表观遗传相关合成生物学、新治疗范式甚至元宇宙应用等技术和途径，更有望联合应用形成交叉的前沿学科，重塑人类对自身健康管理和与环境更好认知、适应的新模式，共同助力人类健康事业。”图丨赛岚医药上海办公室而为解决表观遗传学缺少符合产业标准转化途径的难题，赛岚医药特别搭建了国内独家、国际一流的EpigenPLUS技术平台。该平台可基于独到的表观基因组学和肿瘤诊疗机理研究开发新一代靶向癌症和免疫系统等疾病的创新药物和诊疗手段，将原创性表观遗传学研究成果向应用转化。图丨赛岚医药EpigenPLUS平台简介米沅博士就此介绍称，EpigenPLUS平台融合了表观基因组学、生物学、药物化学、毒理药理、结构生物学和转化医学等多元化创新药物研发技术平台，可实现高效、集成、综合性地对表观遗传学新机理、新靶点、新技术进行系统评估和转化，用于创新靶点和候选化合物的快速发现，且该平台可外延与外部学术界、医学界、产业界对接合作，今后有望进一步发展成为世界一流的大科学、专精特新的技术平台载体。领投了赛岚医药A轮融资的鼎晖投资高级合伙人柳丹博士就指出，在“中心法则”之外，表观遗传组学涉及多种调控机制，可以提供“纸笔、橡皮、墨水”等方式对生命天书提供多种“编程修改方案”，默沙东对Imago管线的收购也再次体现了对这一大领域潜力的看好。“国内对这一领域恰恰具备前沿优势，赛岚医药基于徐国良院士团队在表观遗传学领域3.0时代的积累转化开发，风险可控潜力巨大，是国内这一平台领域的佼佼者。我们看好赛岚在实体瘤、合成致死和联用治疗上的潜力。”柳丹博士表示。点亮在看，传递信息♥