PLK1 介导 PDCD4 磷酸化促进前列腺癌恩杂鲁胺耐药的机制及联合治疗策略

为探究恩杂鲁胺（enzalutamide）耐药机制，研究人员开展相关研究，发现 PLK1 磷酸化 PDCD4 致其降解，联合治疗或可克服耐药。

　　前列腺癌是全球男性癌症相关死亡的主要原因之一，雄激素受体（AR）信号在其发展和进展中起着关键作用。对于晚期前列腺癌患者，雄激素剥夺疗法是常用的治疗手段，但多数患者最终会发展为去势抵抗性前列腺癌（CRPC）。恩杂鲁胺作为一种第二代 AR 拮抗剂，常用于治疗 CRPC，可改善转移性 CRPC 患者的总体生存率。然而，大多数患者在短时间内就会对恩杂鲁胺产生耐药性，这一现状迫切需要科研人员深入探究耐药机制，并寻找克服耐药的新方法。

为了解决这些问题，国外研究人员开展了一项针对前列腺癌恩杂鲁胺耐药机制及治疗策略的研究。该研究成果发表在《Science Signaling》上，为前列腺癌的治疗带来了新的希望。

研究人员为开展此项研究，主要运用了以下几种关键技术方法：

1. 细胞实验：使用多种前列腺癌细胞系，包括 LNCaP、22Rv1、C4-2 等及其恩杂鲁胺耐药细胞系，进行细胞培养实验，研究相关蛋白表达和细胞功能变化。
2. 动物模型：构建 22Rv1 细胞衍生的小鼠异种移植模型，用于评估药物治疗效果和肿瘤生长情况。
3. 免疫印迹和免疫沉淀：通过这些技术检测蛋白表达水平、蛋白间相互作用以及蛋白的磷酸化和泛素化情况。
4. RNA 测序（RNA-seq）：对表达不同 PDCD4 变体的 22Rv1 细胞进行 RNA 测序，分析基因表达变化，探索耐药相关的分子机制。
5. 生物信息学分析：利用公共数据库中的患者数据，分析基因表达与临床预后的相关性。

下面具体介绍该研究的主要结果：

1. PLK1 和 PDCD4 的表达模式呈负相关：研究人员通过对比肺癌、前列腺癌中 PLK1 和 PDCD4 的 mRNA 表达，发现二者呈负相关。在前列腺癌患者队列数据中，高表达的 PLK1 与患者不良生存相关，低表达的 PDCD4 也与不良生存相关。在多种前列腺癌细胞系及其恩杂鲁胺耐药细胞系中，进一步证实 PLK1 表达升高的同时 PDCD4 表达降低。在细胞实验中，过表达 PLK1 会导致 PDCD4 蛋白水平下降，且这种调节依赖于 PLK1 的激酶活性，而 PLK1 主要通过蛋白酶体相关的蛋白降解途径调节 PDCD4 的蛋白水平。
2. PLK1 介导 PDCD4-Ser²³⁹磷酸化触发 PDCD4 蛋白降解：实验表明 PLK1 与 PDCD4 相互作用并直接磷酸化 PDCD4。通过对 PDCD4 潜在磷酸化位点的突变分析，确定 Ser²³⁹是 PLK1 磷酸化 PDCD4 的主要位点。带有磷酸模拟突变 S239D 的 PDCD4 比野生型 PDCD4 的半衰期更短，而 S239A 突变则阻止了 PDCD4 的降解，说明 PLK1 介导的 PDCD4 在 Ser²³⁹的磷酸化降低了其蛋白稳定性。βTRCP2 参与了 PLK1 介导的 PDCD4 在 Ser²³⁹磷酸化后的泛素化和降解过程。此外，S6K1 对 PDCD4 蛋白降解的影响与 PLK1 无关，PDCD4-Ser⁶⁷磷酸化也独立于 Ser²³⁹的磷酸化。在前列腺癌细胞中，PLK1 的表达和激活会增加 PDCD4 在 Ser²³⁹的磷酸化，且这种磷酸化与恩杂鲁胺耐药相关。
3. PDCD4 下调赋予前列腺癌恩杂鲁胺耐药性：在前列腺癌细胞系中，过表达 PDCD4 抑制细胞增殖，敲除 PDCD4 则促进增殖。过表达 PDCD4 可增强 MR49F 细胞对恩杂鲁胺的敏感性，而在多种细胞系中敲低 PDCD4 会降低细胞对恩杂鲁胺的细胞毒性反应，增加细胞的集落形成能力。在体内异种移植瘤模型中，表达 PDCD4-S239D 变体的肿瘤生长更快，对恩杂鲁胺的耐药性更强，且肿瘤细胞增殖增加，凋亡减少，这表明 PLK1 诱导的 PDCD4 通过 S239 磷酸化降解增强了晚期前列腺癌在体内外对恩杂鲁胺的耐药性。
4. PDCD4 在 Ser²³⁹的磷酸化与恩杂鲁胺耐药中 UGT2B15 的上调相关：对表达不同 PDCD4 变体的 22Rv1 细胞进行 RNA 测序和基因集富集分析（GSEA），发现 PLK1 介导的 PDCD4 磷酸化激活了 MYC 通路，抑制了 AR 反应。UGT2B15 是一种与雄激素失活相关的基因，在表达 PDCD4-S239D 变体的细胞中表达较高。分析相关患者数据集，证实了 PLK1、UGT2B15 的表达与恩杂鲁胺反应和患者治疗持续时间的关联，且 UGT2B15 表达与前列腺癌进展正相关。在细胞实验中，敲低或敲除 PDCD4 会导致 c-MYC 和 UGT2B15 蛋白丰度上调，而重新引入野生型或 S239A 变体的 PDCD4 可抑制其上调，S239D 变体则不能。
5. 靶向 PDCD4-GLI/UGT2B15 轴克服恩杂鲁胺耐药：研究发现 PDCD4 至少部分通过抑制 c-MYC 来调节 GLI 蛋白和 UGT2B15 的丰度。敲低 PDCD4 促进了 GLI1 蛋白的表达和核转位，增强了 Hedgehog 通路的激活，而表达 PDCD4-S239D 变体也有类似效果。敲低 PDCD4 增强了细胞的 UGT 活性，表达可磷酸化模拟的 PDCD4 的细胞 UGT 活性更高。敲除 UGT2B15 可使表达 PDCD4-S239D 变体的 22Rv1 细胞对恩杂鲁胺重新敏感，表明 PLK1 介导的 PDCD4 在 Ser²³⁹的磷酸化通过 UGT2B15 赋予前列腺癌细胞恩杂鲁胺耐药性。临床批准的 Hedgehog 通路抑制剂维莫德吉（vismodegib）与恩杂鲁胺联合治疗，在体外和体内均可显著诱导细胞凋亡，抑制肿瘤生长，增强对恩杂鲁胺耐药的前列腺癌细胞的敏感性。

在结论和讨论部分，研究人员指出，在前列腺癌细胞系中，PLK1 介导 PDCD4 的磷酸化，促进其降解，进而激活 c-MYC，通过 c-MYC-GLIs/UGT2B15 轴导致肿瘤细胞对恩杂鲁胺的敏感性降低。这一发现揭示了前列腺癌恩杂鲁胺耐药的新机制，为克服耐药提供了潜在的治疗靶点。此外，维莫德吉与恩杂鲁胺的联合治疗策略展现出了良好的应用前景，有望为前列腺癌患者带来更有效的治疗方案。然而，目前针对 UGT2B15 的有效药物仍缺乏，未来还需要进一步探索如何在体内外重新激活 PDCD4，以完善前列腺癌的治疗策略。总之，该研究为前列腺癌的治疗提供了重要的理论依据和新的研究方向。