林媛團隊：雷帕霉素或成為治療結直腸癌的新希望
2024年7月30日，北京醫(yī)院深圳醫(yī)院林媛團隊在期刊《Nature Cell Biology》上發(fā)表了題為“mTORC2-driven chromatin cGAS mediates chemoresistance through epigenetic reprogramming in colorectal cancer”的研究論文。本研究為mTOR抑制介導的化學耐藥性，提供了機制上的見解，并暗示靶向mTORC2-ccGAS-KGA軸，可以改善癌癥治療。
研究背景
環(huán)狀GMP-AMP合酶（cGAS）在感應到侵入病原體的胞質雙鏈（ds）DNA時，催化形成環(huán)狀GMP-AMP（cGAMP）分子或宿主基因組內的損傷，激活cGAS-STING通路。該途徑在免疫檢測中，起著既定的作用。然而，癌細胞通常會抑制STING活性，同時保留cGAS的前哨功能，這表明cGAS可以獨立于STING，執(zhí)行額外的隱蔽角色。值得注意的是，cGAS不直接接觸核小體 DNA，而是緊密錨定在組蛋白2A-組蛋白2B上的“酸性斑塊”上。這種染色質拴系阻斷了活性cGAS二聚體的形成，并防止對自身DNA的反應。盡管如此，cGAS募集到染色質及其染色質功能的機制，仍然難以捉摸。
雷帕霉素的機制靶點（mTOR）通路整合了細胞外信號，以調節(jié)細胞對環(huán)境變化的反應。mTOR形成兩個復合物，mTORC1和mTORC2。最近的證據表明，mTOR與耐藥性有關。抑制mTOR可誘導哺乳動物胚胎處于休眠狀態(tài)，并在癌細胞中誘導可逆的滯育樣狀態(tài)，賦予對化療的耐受性。這種mTOR阻斷劑可防止結直腸癌和白血病中的化療藥物。在本研究中，通過高通量化合物篩選，團隊發(fā)現mTOR抑制會破壞cGAS-染色質拴系。mTORC2直接在絲氨酸37位點磷酸化cGAS，促進染色質錨定。ccGAS敲低在正常條件下，抑制結直腸癌細胞生長，但誘導對氟尿嘧啶（一種一線療法）的獲得性耐藥性。
研究進展
cGAS耗竭在結直腸癌細胞中誘導滯育樣狀態(tài)
諾考達唑同步后，cGAS敲低誘導HCT116細胞中G1/S期停滯。過表達shRNA抗性S37D或S213D，cGAS挽救了這種停滯，而S37A突變體或STING激活劑 （ADU-S100） 則沒有。平板克隆和細胞計數試驗證實，cGAS敲低抑制HCT116細胞生長，S37D挽救了HCT116細胞生長，但S37A過表達未挽救HCT116細胞生長。因此，ccGAS耗竭誘導結直腸癌細胞周期停滯。
具有染色質定位的cGAS的細胞，表現出小的梭形“上皮樣”形態(tài)。相比之下，那些具有非染色質cGAS的細胞，看起來又大又圓，具有“滯育樣”形態(tài)，其特征是細胞周期停滯和增殖減少。抑制PI3K-mTORC2或RICTOR敲低，誘導滯育形態(tài)，而抑制AKT1-mTORC1-S6K軸或RAPTOR敲低，不會改變形態(tài)。總之，抑制mTORC2-ccGAS軸，可誘導結直腸癌細胞中的滯育樣可塑性。
ccGAS耗竭，誘導結直腸癌細胞出現滯育樣狀態(tài)和化療耐藥性。
ccGAS耗竭限制腫瘤生長并誘導化療耐藥性
氟尿嘧啶（5-FU）是一種廣泛使用的結直腸癌化療藥物，在正常生長條件下，cGAS敲低抑制HCT116細胞增殖，但使細胞對5-FU誘導的死亡脫敏。將野生型cGAS再敏細胞重新表達為5-FU，通過用JR-AB2-011抑制mTORC2，來阻斷這一作用。表達S37D或S213D突變體，也使細胞對5-FU重新敏感，而S37A則沒有。與ccGAS不同，STING激活或敲低，不影響結直腸癌細胞的5-FU耐藥性。此外，ccGAS對化學耐藥性的調節(jié)，與MLH1狀態(tài)無關。這種由ccGAS介導的STING非依賴性化學耐藥性，在具有不同微衛(wèi)星不穩(wěn)定性的結直腸癌細胞系中泛化。敲低mTORC2特異性亞基RICTOR和SIN1，也降低了HCT116細胞中5-FU的敏感性。S37D突變體（而非野生型cGAS）過表達，將mTOR或RICTOR敲低HCT116細胞再敏化為5-FU，表明mTORC2驅動的ccGAS調節(jié)化學敏感性。
在小鼠異種移植模型中，將cGAS敲低或對照HCT116細胞，皮下注射到裸鼠中。3周后，與對照組（100%）相比，cGAS敲低小鼠（37.5%）的腫瘤形成顯著減少。在5周時，腫瘤體積和重量在敲除中也顯著減少。過表達cGAS-S37D在敲低中挽救了腫瘤的形成和生長，而cGAS-S37A則沒有。這些結果表明，ccGAS耗竭通過抑制增殖能力，來抑制結直腸癌的致瘤性。
當腫瘤直徑達到5mm 時，腹膜內給藥5-FU 5周。與之前的腫瘤生長觀察結果一致，在鹽水治療下，cGAS-敲除腫瘤的生長速度，比對照組慢。然而，雖然對照組對5-FU反應靈敏，但cGAS敲低腫瘤則沒有反應。過表達S37D，cGAS在敲低中恢復了5-FU反應，而cGAS-S37A則沒有。這些發(fā)現表明，即使以減少增殖為代價，ccGAS耗竭也會促進化學耐藥性，這表明恢復ccGAS功能可以克服化學耐藥性。
mTORC2驅動的ccGAS，在體內指導結直腸癌可塑性和獲得性化療耐藥性。
研究結論
在本研究中，團隊揭示了mTORC2 誘導的絲氨酸37位點cGAS磷酸化，促進其染色質募集和功能的機制。這種翻譯后修飾，代表了影響癌細胞中cGAS依賴性過程的關鍵調控節(jié)點。通過調節(jié)cGAS-染色質定位，PI3K-mTORC2信號轉導在正常條件下支持增殖，但其破壞會引起對化療的獲得性化療耐藥性。這闡明了PI3K-mTORC2-ccGAS通路在腫瘤生長和治療反應中的重要性。
團隊發(fā)現，抑制mTORC2-ccGAS軸，可驅動結直腸癌細胞，進入類似滯育的化學抵抗狀態(tài)。滯育樣可塑性，是ccGAS耗盡時耐藥性的基礎。添加ccGAS作為生物標志物，或許有助于優(yōu)化將mTOR抑制劑與KGA斷劑相結合的策略，以消除持續(xù)的靜態(tài)化療耐藥性腫瘤。
本研究還揭示了一種表觀遺傳機制，即mTORC2通過ccGAS修飾染色質。ccGAS 選擇性地將SWI/SNF復合物，募集到調節(jié)DNA復制和谷氨酰胺分解的區(qū)域。雖然靶向SWI/SNF具有挑戰(zhàn)性，但選擇性抑制下游淋巴結（如KGA），可能會提高腫瘤學的精準度。
雖然研究結果表明，mTORC2介導的S37磷酸化促進 cGAS-染色質定位，但不能排除PI3K-mTORC2信號傳導下游其他因子的貢獻。總之，團隊提供了臨時證據，證明mTORC2-ccGAS-KGA軸，介導癌癥中的細胞可塑性和獲得性化療耐藥性。進一步探索調節(jié)因子和途徑，可能會優(yōu)化針對適應性生存的精確策略，其有待驗證。持續(xù)的研究，有望改善cGAS生物學的臨床影響。
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