UTX/EGFR正反馈环路在酪氨酸激酶抑制剂治疗非小细胞肺癌中的机制研究

Tyrosine kinase inhibitors (TKIs) treatments are often selected for non-small cell lung cancer (NSCLC) patients harboring EGFR mutations, however, some patients are not sensitive to TKI. Studies have shown that EGFR pathway is closely related to epigenetic regulation. We have found that histone demethylase UTX is elevated in about 80% of EGFR mutant NSCLC. In NSCLC cell lines, UTX and EGFR was positively correlated with each other，and UTX knockdown or UTX inhibitor could significantly enhance the TKI killing effects on EGFR mutant NSCLC cells. According to these results, we propose that "UTX is a potential target for NSCLC treatment, and there is a positive feedback loop between UTX and EGFR. Inhibition of UTX will improve the anti-NSCLC effects of TKI by blocking EGFR pathway". This study will explore the role of UTX in the epigenetic regulation on EGFR in NSCLC at molecular and cellular levels. We will also evaluate the combined effect of UTX inhibitor and TKI on NSCLC treatment in animal model. This study will discover a theoretical basis for new anti-NSCLC drug targets and provide new strategies for NSCLC clinical treatment.

临床常使用酪氨酸激酶抑制剂（TKI）治疗具有表皮生长因子受体（EGFR）突变的非小细胞肺癌（NSCLC），但仍有相当部分患者疗效不佳。研究表明EGFR通路与表观遗传调控关系密切。申请人发现约80%EGFR突变的NSCLC临床组织中表观遗传修饰酶-组蛋白去甲基化酶UTX表达升高；在NSCLC细胞中UTX与EGFR存在相互正反馈调控关系，敲低UTX或利用UTX抑制剂可显著增强TKI对EGFR突变NSCLC细胞的杀伤效果。申请人据此提出“UTX是NSCLC治疗潜在靶点，UTX与EGFR之间存在正反馈调控环路，抑制UTX能通过抑制EGFR通路协同提高TKI的抗NSCLC效果”研究假说。本项目拟从分子和细胞水平探索UTX在NSCLC中对EGFR的表观遗传调控作用；利用动物模型研究UTX抑制剂联合TKI治疗NSCLC的效果及分子机制；有望为发现抗NSCLC药物新靶点提供理论依据，为临床治疗提供新策略。

表皮生长因子受体-酪氨酸激酶抑制剂（EGFR-TKI）适用EGFR敏感突变的非小细胞肺癌（NSCLC）治疗。但是，大部分NSCLC病人没有EGFR敏感突变。而携带敏感突变的病人，治疗中也可继发耐药突变而导致EGFR-TKI耐药。表观遗传异质性在NSCLC的靶向治疗和药物耐药中发挥了重要的作用。.我们发现表观遗传修饰酶H3K27去甲基化酶UTX在NSCLC病人肿瘤组织中高表达，敲低UTX能显著抑制NSCLC细胞的生长和迁移，过表UTX在EGFR突变型和EGFR野生型NSCLC细胞中均显示出明显的促增殖效果，且其效果有浓度依赖性。UTX抑制剂GSKJ4抑制了NSCLC细胞生长，且为剂量依赖性的生长抑制。EGFR磷酸化使UTX蛋白水平上调，二者正相关，使用EGFR-TKI抑制NSCLC细胞的EGFR磷酸化后，UTX蛋白水平显著下降。敲低UTX可以抑制EGFR通路活化，EGFR磷酸化显著降低。EGFR下游的JAK-STAT通路正向调控UTX，其中以STAT3通过转录途径调控UTX，且对UTX蛋白稳定性没有影响。UTX抑制剂GSKJ4与EGRF-TKI联用，可增强对耐药NSCLC细胞（T790M突变）的抑制效果。结果表明组UTX可能通过“UTX-EGFR-STAT3-UTX”正反馈环路参与了NSCLC增殖活化迁移。抑制UTX可提高EGFR-TKI对NSCLC（EGFR敏感或耐药细胞）的抑制作用。.我们也发现另一种表观遗传修饰酶H3K27甲基转移酶EZH2和MET表达负相关，且和EGFR-TKI耐药相关。EGFR-TKI敏感NSCLC细胞使用EGFR-TKI后，EZH2蛋白水平下调。敲低EGFR-TKI敏感NSCLC细胞EZH2能介导耐药，MET本底和磷酸化水平均上调。shEZH2细胞系在EGFR-TKI处理后MET本底和磷酸化水平上调。EZH2抑制剂GSK343能增强EGFR-TKI耐药。抑制MET或AKT通路能够上调EZH2水平，回复耐药细胞对EGFR-TKI敏感性。MET过表达或者激活MET-AKT通路后，EZH2水平下调并增加了磷酸化EZH2水平，AKT能在丝氨酸21位点磷酸化EZH2。结果表明“MET-AKT-EZH2”负反馈轴能够增强EGFR-TKI耐药，AKT抑制剂联合EGFR-TKI能阻断这个轴并逆转NSCLC对EGFR-TKI的耐药。