KIF2C—— 三阴性乳腺癌紫杉醇耐药 “元凶”，新型抑制剂 7S9 带来逆转希望

《Developmental Cell》：KIF2C promotes paclitaxel resistance by depolymerizing polyglutamylated microtubules

本期推荐的研究聚焦三阴性乳腺癌（TNBC）。研究发现驱动蛋白家族成员 2C（KIF2C）可通过解聚多聚谷氨酰化微管促进 TNBC 对紫杉醇耐药。新开发的抑制剂 7S9 能有效抑制 KIF2C，逆转耐药，为 TNBC 治疗提供新思路，极具研究价值。

　　

研究背景

三阴性乳腺癌（TNBC）因缺乏雌激素受体（ER）、孕激素受体（PR）和人表皮生长因子受体 2（HER2），缺乏有效的靶向治疗手段，临床预后较差。紫杉醇作为常用的微管靶向药物（MTAs），虽用于治疗 TNBC，但患者客观缓解率仅 20%-40%，中位无进展生存期为 5 个月，肿瘤复发和化疗耐药问题突出，严重影响患者总生存期。

驱动蛋白家族成员 2C（KIF2C），又称有丝分裂着丝粒相关驱动蛋白（MCAK），在癌细胞对紫杉醇的适应性中发挥重要作用。它作为微管解聚酶，参与有丝分裂中双极纺锤体的形成。已有研究表明，KIF2C 在 TNBC 中高表达，与预后不良相关，抑制 KIF2C 可使 TNBC 细胞对紫杉烷类药物敏感。然而，KIF2C 在紫杉醇存在的情况下能否解聚稳定的微管，以及抑制 KIF2C 是否能降低 TNBC 的化疗耐药性，仍有待研究。

此外，微管蛋白的翻译后修饰（PTMs），如酪氨酸化、去酪氨酸化、乙酰化和多聚谷氨酰化等，可调节驱动蛋白与微管的相互作用。但这些修饰在 TNBC 获得性化疗耐药中的具体作用尚未完全明确。本研究旨在揭示 KIF2C 在 TNBC 对紫杉醇耐药中的分子机制，并开发有效的 KIF2C 抑制剂，为克服化疗耐药提供新策略。

研究结果

1. KIF2C 在乳腺癌中的表达：通过分析三个临床数据集（GEO：GSE25066、GSE41998、GSE32646），发现 KIF2C 是 TNBC 中差异表达的基因。与非 TNBC 相比，KIF2C 在所有 TNBC 亚型中均高表达（p 值 <0.05， fold change>1.3 倍），且其高表达与乳腺癌患者生存率低相关。在 TNBC 细胞系（如 MDA-MB-231、MDA-MB-468、Hs578T）中，KIF2C 蛋白水平明显高于非 TNBC 细胞系（如 MCF-7、SK-BR-3）。敲低 KIF2C 会显著降低 TNBC 细胞系的存活率，表明 KIF2C 在 TNBC 细胞存活和有丝分裂进程中至关重要。
2. KIF2C 缺失增强耐药细胞对紫杉醇的敏感性：通过逐步增加紫杉醇剂量，建立了化疗耐药的 TNBC 细胞系 MDA-MB-231 R 和 4T1 R。在这些耐药细胞中，KIF2C 表达显著增加。敲低 KIF2C 后，4T1 和 MDA-MB-231 细胞对紫杉醇的敏感性分别提高了 2 倍和 1.4 倍。研究还发现，KIF2C 的诱导可能与细胞增殖无关，且耐药细胞（如 4T1 R4 和 R8）在低浓度紫杉醇（200 - 400 nM）下增殖略有增加，高浓度（>1000 nM）时细胞活力下降。此外，耐药细胞呈现纺锤形形态，迁移能力比敏感细胞至少高 2 倍。
3. 紫杉醇促进 KIF2C 在微管蛋白多聚谷氨酰化时的活性：研究发现，与化疗敏感细胞相比，MDA-MB-231 R 和 4T1 R 细胞中微管蛋白的酪氨酸化和多聚谷氨酰化水平增加。通过体外实验，发现 KIF2C 对富含多聚谷氨酰化（poly (E)）的微管蛋白具有更高的活性，紫杉醇可进一步增强这种活性。过表达 VASH1/2 - SVBP 增加去酪氨酸化微管蛋白并轻度降低 poly (E) 微管蛋白，而 TTLL4 则显著增加 poly (E) 微管蛋白。KIF2C 与 poly (E) 微管蛋白的结合亲和力更强，且多聚谷氨酰化通过增强静电相互作用促进 KIF2C 与微管蛋白的结合。此外，通过质谱分析发现，微管蛋白亚型变化在不同耐药细胞系中并非普遍存在。
4. KIF2C 化学抑制剂的开发：研究人员对现有的 KIF2C 抑制剂进行研究，发现 DHTP 虽能有效抑制 KIF2C 的驱动蛋白活性，但对 MDA-MB-231 细胞无细胞毒性；C4 在高浓度下具有细胞毒性，但在实验的驱动蛋白测定中未能抑制 KIF2C。通过对 DHTP 进行衍生化，合成了一系列化合物，其中 7S9 表现出最强的 KIF2C 抑制活性。7S9 具有良好的细胞穿透性，能选择性抑制 KIF2C，其细胞毒性依赖于 KIF2C。
5. 7S9 阻断 KIF2C 介导的微管解聚：体外实验表明，7S9 能在紫杉醇存在的情况下抑制 KIF2C 的活性。分子对接发现 7S9 在 KIF2C - 微管蛋白界面有两个结合位点，它可插入 KIF2C - 微管蛋白复合物，阻止 KIF2C 从微管蛋白上解离，从而阻断 KIF2C 介导的微管解聚。在细胞实验中，7S9 处理可使耐药细胞（4T1 R4 和 R8）的微管表型恢复到类似敏感细胞（4T1 S1）经紫杉醇处理后的状态。
6. 抑制 KIF2C 增加紫杉醇耐药细胞的化疗敏感性：7S9 与紫杉醇联合处理，可使 4T1 R4 和 R8 细胞对紫杉醇的 IC₅₀值分别降低 11.8 倍和 8.2 倍，同时非致死剂量的紫杉醇也可使细胞对 7S9 的敏感性提高。集落形成实验表明，联合处理能显著抑制耐药细胞的集落形成。时间推移成像分析显示，联合处理可诱导耐药细胞出现显著的有丝分裂缺陷，包括延长有丝分裂进程、胞质分裂失败和有丝分裂细胞死亡，提示联合处理可能诱导耐药细胞发生合成致死。
7. 7S9 联合治疗增强紫杉醇的抗肿瘤作用：在小鼠模型中，7S9 与紫杉醇联合治疗显著抑制了 4T1、4T1 R4 和 4T1 R8 细胞来源的肿瘤生长，肿瘤生长抑制率分别达到 62.6%、70.2% 和 66.2%，表明 7S9 能协同增强紫杉醇在化疗敏感和耐药细胞中的抗肿瘤作用。
8. 抑制 KIF2C 逆转对 MTAs 的交叉耐药：4T1 R4 和 R8 细胞对多种 MTAs（如多西他赛、伊沙匹隆、艾日布林、长春瑞滨）表现出交叉耐药。添加 7S9 后，显著增强了耐药细胞对这些 MTAs 的化疗敏感性。采用 Chou - Talalay 方法计算组合指数（CI）发现，7S9 与紫杉烷类衍生物联合使用时，协同细胞毒性作用最强，可使敏感性提高 90 倍以上，CI 值低于 0.5；与其他 MTAs 联合使用时，也能使敏感性提高至少 20 倍，CI 值在 0.46 - 0.54 之间。
9. KIF2C 作为乳腺癌进展的潜在生物标志物：通过对 482 例乳腺癌患者的组织阵列进行免疫组化染色，发现细胞质 KIF2C 在肿瘤组织中显著增加，且与淋巴结转移和肿瘤进展呈正相关，而细胞核 KIF2C 表达与肿瘤进展无明显相关性。ROC 曲线分析显示，细胞质 KIF2C 可用于区分乳腺癌与相邻正常组织，且在区分 TNBC 与其他乳腺癌类型方面也具有较高的预测价值，表明 KIF2C 是乳腺癌尤其是 TNBC 的独立预测生物标志物。

研究讨论

1. KIF2C 在化疗耐药发展中的主要作用：本研究证实 KIF2C 在 TNBC 对紫杉醇耐药中起关键作用。R4 细胞中 KIF2C 表达较高，R8 细胞中 poly (E) 微管蛋白水平较高，且 R4 细胞的化疗耐药性更强，表明 KIF2C 在驱动耐药方面可能比微管蛋白 PTMs 发挥更核心的作用。目前，KIF2C 在耐药细胞中过表达的上游调节因子尚不清楚，其上调与细胞周期阶段和增殖速率无关，提示存在非经典的调节机制。
2. 微管蛋白酪氨酸化和多聚谷氨酰化对 KIF2C 活性的调节作用：微管蛋白酪氨酸化可通过直接和间接机制影响 KIF2C 活性。直接作用方面，去酪氨酸化的微管蛋白会降低 KIF2C 活性；间接作用方面，酪氨酸化可通过增强多聚谷氨酰化促进 KIF2C 招募到微管上。微管蛋白多聚谷氨酰化则直接增强 KIF2C 与微管的结合亲和力和活性，其通过静电相互作用使 KIF2C 更好地结合微管蛋白。
3. KIF2C 与微管蛋白在紫杉醇作用下的相互作用：微管蛋白亚型组成在不同细胞系的化疗耐药中作用不同，如 MDA-MB-231 R 细胞中 β4a 微管蛋白增加，可能与耐药有关，而 4T1 细胞系中微管蛋白亚型组成在敏感和耐药细胞间无明显差异。delta - 2 微管蛋白和乙酰化微管蛋白在不同癌细胞系的化疗耐药过程中调节方式不同。此外，微管蛋白修饰酶的变化可能驱动癌细胞对紫杉醇的适应性，且独立于 KIF2C。
4. 7S9 是一种有效的 KIF2C 抑制剂：与其他 KIF2C 抑制剂相比，7S9 具有更强的抑制活性、良好的细胞穿透性和选择性。它能特异性地靶向 KIF2C - 微管蛋白复合物，通过稳定 KIF2C 与微管蛋白的相互作用，抑制 KIF2C 的解聚活性。
5. 7S9 降低耐药细胞对 MTAs 的交叉耐药性：4T1 R4 和 R8 细胞对多种 MTAs 产生交叉耐药，KIF2C 和微管蛋白多聚谷氨酰化可能协同增强微管动态不稳定性，导致对 MTAs 的耐受性增加。7S9 通过稳定 KIF2C 与微管蛋白的相互作用，影响细胞内微管蛋白的分布，与多种 MTAs 联合使用时表现出协同效应，有望作为 MTAs 的治疗佐剂降低化疗耐药性。
6. KIF2C 作为泛癌治疗靶点的潜力：TCGA PanCancer Atlas 数据显示，KIF2C 在 75% 的癌症中表达至少是正常组织的两倍，且与多种实体瘤的发生或预后不良相关。KIF2C 参与 DNA 修复和 mTOR 信号通路，影响癌细胞的迁移和侵袭。本研究还发现 KIF2C 缺失会增加 MDA-MB-231 细胞的胞质分裂失败，表明 KIF2C 可作为潜在的泛癌治疗靶点。但 7S9 对 KIF2C 核功能的影响仍需进一步研究。

研究局限性

本研究虽阐明了 KIF2C 与微管蛋白 PTMs 在 TNBC 对紫杉醇耐药中的相互作用，但未探讨 KIF2C 是否与其他多药耐药机制存在交叉反应。此外，KIF2C 抑制剂能否与非 MTAs 药物联合使用，以及是否适用于其他癌症亚型，也需要进一步研究。

研究展望

本研究为 TNBC 的治疗提供了新的靶点和策略。未来的研究可进一步探究 KIF2C 的上游调节机制，以及 7S9 在体内的长期疗效和安全性。同时，探索 KIF2C 抑制剂与其他药物的联合治疗方案，有望为 TNBC 及其他癌症的治疗带来新的突破。