前列腺癌是男性癌癥死亡的主要原因之一，死亡率僅次于肺癌。其中雄激素受體AR陽性前列腺腫瘤（AR positive prostate cancer, ARPC）為早期主要的前列腺腫瘤類型，靶向抑制AR的內(nèi)分泌治療是最主要的治療手段，包括雄激素剝奪治療、AR抑制劑治療如恩雜魯胺、阿帕魯胺等。

但是，隨著內(nèi)分泌治療進(jìn)行腫瘤會(huì)進(jìn)展為致死性更高的去勢(shì)抵抗性前列腺癌（Castration resistance prostate cancer, CRPC），對(duì)雄激素剝奪及AR抑制劑均顯示出耐藥性，其耐藥機(jī)制中包括持續(xù)性AR剪接突變體（如Androgen receptor splice variant 7, AR-V7 ）的表達(dá)等。AR-V7缺少C端雄激素配體結(jié)合域，不與雄激素結(jié)合即可入核激活下游信號(hào)通路，因而不受靶向雄激素配體結(jié)合區(qū)的AR抑制劑的調(diào)控，解決CRPC的耐藥問題并對(duì)其進(jìn)行有效治療成為臨床上亟待解決的問題。

前列腺是一類重要的分泌性器官，多胺代謝是其中一類重要的代謝類型，多胺類小分子主要包括腐胺、亞精胺、精胺。精胺在前列腺中含量最高，高出其他組織器官約10-20倍，癌組織中的精胺含量顯著低于癌旁組織，且腫瘤惡性程度越高精胺含量越低，有研究者提出可以將精胺的含量作為判斷腫瘤惡性程度的“biomarker”。以上現(xiàn)象均提示了精胺在前列腺腫瘤進(jìn)展中的重要?jiǎng)幽?，但目前針?duì)其潛在藥理作用及分子機(jī)制的研究仍尚屬空白。

針對(duì)以上問題，中國科學(xué)院上海藥物研究所羅成課題組聯(lián)合中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心高棟課題組，于2023年7月14日，在Cell Reports 上發(fā)表了題為“Spermine Is a Natural Suppressor of AR Signaling in Castration-Resistant Prostate Cancer”的研究成果。聯(lián)合團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了精胺能夠通過靶向抑制蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶PRMT1，在基因組水平顯著下調(diào)AR與靶基因的結(jié)合及AR靶基因的H3K27ac修飾水平，進(jìn)而下調(diào)AR-FL、AR-V7信號(hào)通路，在去勢(shì)抵抗性前列腺腫瘤CRPC中發(fā)揮抗腫瘤作用。

研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)多種前列腺腫瘤細(xì)胞或類器官進(jìn)行精胺添加處理，結(jié)果顯示精胺可以抑制腫瘤細(xì)胞生長，且對(duì)AR陽性CRPC生長抑制強(qiáng)度顯著高于AR陰性CRPC。在同時(shí)表達(dá)AR-FL和AR-V7的CRPC細(xì)胞22RV1和VCAP中，精胺能夠同時(shí)下調(diào)AR-FL和AR-V7的表達(dá)。RNA-seq結(jié)果顯示，相比于恩雜魯胺僅能夠下調(diào)AR-FL信號(hào)通路，精胺能夠同時(shí)下調(diào)AR-FL、AR-V7信號(hào)通路。AR是重要的轉(zhuǎn)錄因子，與靶基因的結(jié)合能夠促進(jìn)轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的招募、增強(qiáng)染色質(zhì)開放狀態(tài)進(jìn)而提高基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)水平，AR ChIP-seq、H3K27ac ChIP-seq實(shí)驗(yàn)表明精胺能夠在基因組水平顯著下調(diào)AR與靶基因的結(jié)合及AR靶基因的H3K27ac修飾水平，相應(yīng)地，ATAC-seq結(jié)果也顯示精胺能夠同時(shí)下調(diào)AR-FL、AR-V7信號(hào)通路基因的染色質(zhì)開放狀態(tài)。此外，在腫瘤細(xì)胞內(nèi)敲減精胺氧化酶SMOX或過表達(dá)精胺合酶SMS使精胺在胞內(nèi)累積，同樣會(huì)下調(diào)AR信號(hào)通路基因的表達(dá)并抑制腫瘤細(xì)胞生長。

圖1. 代謝物精胺靶向PRMT1下調(diào)AR信號(hào)通路，發(fā)揮抗腫瘤功能

在對(duì)異常變化的代謝物的生物功能研究中，研究者發(fā)現(xiàn)代謝物通常會(huì)作用于細(xì)胞內(nèi)不同的酶來調(diào)控基因表達(dá)和生長信號(hào)的傳遞，因此接下來團(tuán)隊(duì)探究了精胺是否作用于細(xì)胞內(nèi)特定的靶點(diǎn)發(fā)揮其抗腫瘤作用。首先，基于藥效團(tuán)作用模型和配體結(jié)構(gòu)相似性，通過靶標(biāo)預(yù)測(cè)方法對(duì)其內(nèi)源作用靶點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶（Protein arginine methyltransferases, PRMTs）可能是其潛在作用靶標(biāo)。這也與前期研究報(bào)道PRMTs參與了前列腺腫瘤的發(fā)生發(fā)展相一致。PRMT1在前列腺腫瘤中的表達(dá)水平最高，進(jìn)一步的同位素酶活實(shí)驗(yàn)及細(xì)胞內(nèi)底物甲基化修飾檢測(cè)實(shí)驗(yàn)均顯示，在所有的PRMTs亞型中，精胺能夠顯著抑制PRMT1的酶活。一維核磁實(shí)驗(yàn)及分子對(duì)接實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明精胺可以直接結(jié)合PRMT1蛋白并占據(jù)其精氨酸底物口袋，為其對(duì)PRMT1的酶活抑制效應(yīng)提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

在確證精胺與PRMT1的直接作用后，科研人員進(jìn)一步探索精胺是否通過靶向PRMT1發(fā)揮抗腫瘤作用。對(duì)前列腺腫瘤組織芯片進(jìn)行PRMT1免疫組化染色及TCGA數(shù)據(jù)庫分析，發(fā)現(xiàn)PRMT1表達(dá)量隨腫瘤惡性程度升高逐級(jí)增加，且與病人預(yù)后顯著負(fù)相關(guān)，PRMT1基因表達(dá)水平與AR信號(hào)通路關(guān)鍵基因表達(dá)顯著正相關(guān)。在腫瘤細(xì)胞中敲減PRMT1，細(xì)胞生長被顯著抑制，AR-FL、AR-V7信號(hào)通路關(guān)鍵基因表達(dá)下調(diào)，敲減PRMT1后再進(jìn)行精胺的處理，則精胺對(duì)AR信號(hào)通路的抑制效應(yīng)被封阻。在CRPC移植瘤模型中，PRMT1敲減及精胺給藥處理均能夠顯著抑制AR-FL、AR-V7信號(hào)通路及腫瘤生長，同樣地，敲減PRMT1后再進(jìn)行精胺給藥處理，則精胺的抑制效應(yīng)被封阻。至此，該研究進(jìn)一步確證精胺通過靶向抑制PRMT1下調(diào)AR-FL、AR-V7信號(hào)通路從而抑制CRPC。

圖2. 代謝物精胺作用于PRMT1抗CRPC機(jī)制模式圖

基于合作團(tuán)隊(duì)前期對(duì)蛋白質(zhì)精氨酸甲基化酶的化學(xué)探針發(fā)現(xiàn)（J Med Chem. 2012;55:7978；J Med Chem. 2017;60:8888.;J Med Chem. 2017;60:6289）和針對(duì)腎細(xì)胞癌（Theranostics. 2021;11:5387）、肝癌（Theranostics. 2019;9:2606）的化學(xué)干預(yù)工作，團(tuán)隊(duì)運(yùn)用自主開發(fā)的PRMT1的化學(xué)探針DCPT1061，同樣能夠在細(xì)胞和動(dòng)物水平抑制CRPC。PRMT1的組蛋白底物H4R3me2a是一種經(jīng)典的轉(zhuǎn)錄激活型修飾marker，H4R3me2a的ChIP-qPCR實(shí)驗(yàn)顯示精胺與DCPT1061均能夠顯著下調(diào)AR基因啟動(dòng)子區(qū)的H4R3me2a修飾水平，進(jìn)一步證明精胺通過抑制PRMT1酶活下調(diào)AR信號(hào)通路。DCPT1061與精胺均能夠抑制AR與靶基因的結(jié)合并下調(diào)AR信號(hào)通路靶基因的H3K27ac水平，ATAC-seq實(shí)驗(yàn)也顯示兩者均能夠抑制相關(guān)基因的染色質(zhì)開放狀態(tài)，且共同抑制的基因peaks數(shù)overlap在70%以上。因此，精胺作為PRMT1的內(nèi)源性抑制小分子與PRMT1化學(xué)抑制劑發(fā)揮高度類似的生物功能，兩者均能夠抑制AR信號(hào)通路及腫瘤生長。

綜上，該研究揭示了與前列腺腫瘤有高度臨床相關(guān)性的代謝物精胺具有抗CRPC細(xì)胞增殖功能。表觀修飾酶PRMT1是精胺的內(nèi)源作用靶點(diǎn)，在前列腺腫瘤細(xì)胞中，精胺通過靶向PRMT1下調(diào)AR基因啟動(dòng)子區(qū)H4R3me2a修飾，抑制AR轉(zhuǎn)錄表達(dá)，并抑制AR靶基因與AR的結(jié)合、H3K27ac修飾以及AR-FL、AR-V7信號(hào)通路基因的染色質(zhì)開放狀態(tài)，從而下調(diào)AR-FL、AR-V7信號(hào)通路，抑制CRPC生長。精胺及PRMT1抑制在一定程度上克服了CRPC對(duì)AR抑制劑恩雜魯胺等獲得性耐藥的局限。該研究提示，癌癥進(jìn)展過程中發(fā)生異常變化的生物活性分子或具有特定的生物功能，對(duì)其進(jìn)行全面篩查分析其表觀調(diào)控過程，探究這些異常變化的代謝物質(zhì)是否會(huì)干預(yù)腫瘤進(jìn)展，有助于深入探究腫瘤發(fā)生發(fā)展的內(nèi)源生理機(jī)制，或可以為腫瘤的有效治療提供更全面的干預(yù)手段。

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周家喜

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