JBC：科学家激活肿瘤抑制基因

　　

生物通报道：科学家发现了重新激活抑癌基因的新方法，他们的研究将有助于研发新抗癌药物，能更有效靶标癌组织而不会损害健康组织和重要器官。这项研究发表在Journal of Biological Chemistry杂志上。

由宾州大学生化和分子生物学副教授Yanming Wang及化学副教授Gong Chen领导的团队，在多年PAD4基因（产生PAD4酶）前期研究的基础上研发了一种新的治疗手段。Wang之前的研究显示PAD4酶机体抵御病菌感染过程中起着重要作用。科学家对携带正常PAD4基因的小鼠和缺陷型PAD4基因的小鼠进行了比较研究。在细菌感染时，正常小树细胞攻击并杀死30%的致病菌，而缺陷型小鼠细胞只能杀死10%的致病菌。研究人员发现，产生正常PAD4酶的细胞能够在其周围建立起一个保护性的网络，Wang及其同事称之为NET (neutrophil extracellular trap)。这种NET 抵御食肉菌特别有效。

在他们的这项新研究中，Wang及其同事着重研究了PAD4的负面效应。虽然PAD4是机体防御系统的重要部分，该基因的过表达却可能引起类风湿性关节炎和多发性硬化症等自体免疫性疾病。而且在乳腺癌、肺癌和骨癌等大多数人类癌症中，PAD4过表达，PAD4酶显著增加，说明PAD4可能是癌症治疗的靶点。

在癌细胞中，肿瘤抑制基因常常被酶催化的组蛋白修饰，而被沉默。“我们知道PAD4基因能沉默肿瘤抑制基因，”Wang说，“于是我们设想，抑制这种酶，肿瘤抑制基因应该能更好地发挥作用，摧毁肿瘤组织使机体康复。”

为了验证他们的构想，Wang及其同事合成了一种IC50浓度低的新PAD抑制剂YW3-56，该抑制剂能抑制PAD活性和癌细胞生长。YW3-56能调节控制细胞周期和死亡的基因表达，其中包括编码mTORC1信号通路上游抑制子的SESN2。研究人员研究了经YW3-56处理的基因表达谱，发现PAD4作为p53的辅助抑制因子，在癌细胞中通过组蛋白瓜氨酸化调节SESN2的表达。且经YW3-56处理后，癌细胞自噬被扰乱。

用YW3-56对恶性肿瘤小鼠进行治疗，研究人员发现YW3-56具有抑制癌生长的活性，并且对重要器官几乎没有副作用。而该PAD抑制剂与HDAC抑制剂的组合能更有效的抑制肿瘤生长，其效果与目前最常使用的化疗药物doxorubicin一样能使肿瘤缩小约70%。

令人惊喜的是，PAD4抑制剂治疗对健康组织的损害比化疗药物要小的多。“目前doxorubicin等化疗药物不止攻击肿瘤，也攻击机体的健康区域，”Wang解释说。“这就是癌症患者在化疗时发生体重减轻、恶心和脱发等严重副作用的原因。而PAD4治疗的毒性比化疗药物低，可能成为现有化疗药物的替代品。”

Wang还阐述了应如何理解PAD4基因的双重特性，即一方面有助于抵御病毒，而另一方面沉默抑癌基因。“我们的祖先没有抗生素，所以病毒感染可以轻易导致死亡（特别是儿童），”Wang解释道。“在那时，过于活跃的PAD4基因是有利的，因为NET机制是机体对抗病菌感染的主要防御手段。”而另一方面，现代人由于拥有抗生素，寿命比我们的祖先要长得多。“PAD4的危害性就在年龄较大的时候显现出来，引发癌症和自体免疫性疾病，”Wang说。“于是在现代社会，过于活跃的PAD4基因，即使仍能抵御致病菌，但对我们而言是有害的。”

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要：

Anticancer PAD inhibitors regulate the autophagy flux and the mammalian target of rapamycin complex 1 activity.

Tumor suppressor genes are frequently silenced in cancer cells by enzymes catalyzing epigenetic histone modifications. The peptidylarginine deiminase family member PAD4 (also called PADI4) is markedly overexpressed in a majority of human cancers, suggesting that PAD4 is a putative target for cancer treatment. Here, we have generated novel PAD inhibitors with low micromolar IC50 in PAD activity and cancer cell growth inhibition. The lead compound YW3-56 alters the expression of genes controlling the cell cycle and cell death, including SESN2 that encodes an upstream inhibitor of the mTORC1 signaling pathway. Guided by the gene expression profile analyses with YW3-56, we found that PAD4 functions as a corepressor of p53 to regulate SESN2 expression by histone citrullination in cancer cells. Consistent with the mammalian target of rapamycin complex 1 (mTORC1) inhibition by SESN2, the phosphorylation of its substrates including p70S6K and 4E-BP1 was decreased. Furthermore, macroautophagy is perturbed after YW3-56 treatment in cancer cells. In a mouse xenograft model, YW3-56 demonstrates cancer growth inhibition activity with little if any detectable adverse effect to vital organs, while a combination of PAD4 and HDAC inhibitors further decreases tumor growth. Taken together, our work found that PAD4 regulates the mTORC1 signaling pathway and PAD inhibitors are potential anticancer reagents that activate tumor suppressor gene expression alone or in combination with HDAC inhibitors.