只抑制CDK2打不垮稳固的细胞周期，共抑制CDK2/4/6才是抑制细胞周期的良策

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原创 春晓 BioArt 2023-06-17 08:14 发表于上海

撰文 | 春晓

细胞周期蛋白依赖性激酶CDKs，包括CDK1、CDK2、CDK4、CDK6，是驱动细胞周期的核心机制。在细胞周期的经典调控模型中，有丝分裂原先刺激MAPK途径，导致CycD的表达和CDK4/6的激活，CDK4/6-CycD复合物磷酸化Rb1，释放E2F以促进细胞周期蛋白CycE和CycA的转录，激活CDK2，活化的CDK2过度磷酸化Rb1，从而建立了一个有效且持续的正反馈回路，以确保CycE和CycA以及其他对S期至关重要的蛋白质的持续表达，使细胞完成细胞周期，当细胞S期完成后，CycA和CycB与CDK1形成复合物，驱动有丝分裂的进行（图1）。

在细胞周期的正反馈回路中，CDK2是核心激酶，尽管在正常情况下它没那么重要，因为CDK1可以补偿它，但在癌症中它是极具吸引力的抗癌药靶点，因为它在多种癌症中异常激活，磷酸化多种底物，促进肿瘤的过度增值。目前至少有五种CDK2抑制剂（Pfizer：PF-06873600 (PF3600)；Pfizer：PF-07104091 (PF4091)；Blueprint Medicines：BLU-222；Incyclix Bio：INX-315；Incyte：INCB123667）已被用于临床研究【1】，此外还有多种CDK2抑制剂和CDK2降解剂正在进行临床前开发。

2023年6月1日，来自美国科罗拉多大学的Sabrina L. Spencer研究小组在Cell杂志上发表题为Rapid adaptation to CDK2 inhibition exposes intrinsic cell-cycle plasticity的研究论文，这篇文章使用基于DNA解旋酶B（DHB）的活性报告子单细胞延时成像等分析发现虽然几种CDK2抑制剂会导致CDK2激酶活性立竿见影地降低，然而，由于强大的正反馈回路和增强的CDK4/6活性，这些细胞通过CDK2/4/6-Rb-E2F依赖性机制快速适应，迅速克服CDK2的抑制，使细胞完成细胞周期。

作者选用了辉瑞的靶向CDK2抑制剂PF3600处理细胞，用活细胞酶活性传感器和高时间分别率显微镜进行检测，抑制剂处理后之后CDK2底物磷酸化立即下降，然而在处理之后的几个小时内，活性快速反弹，细胞最终成功完成了细胞周期和有丝分裂，无偏磷酸化蛋白质组学也验证了这一发现。酶活性在化学抑制之后几个小时的反弹非常不寻常，作者做出了假设：可能有其他激酶在CDK2被抑制的情况下帮助CDK2恢复了活性。

为了探索CDK2底物磷酸化反弹的潜在机制（图2），作者研究了其他CDK是否帮助驱动了CDK2的反弹，结果发现CDK1能够部分帮助CDK2底物的再度磷酸化，但不是主要原因，特别是在受到急性抑制时，CDK1帮不上什么忙，而CDK4和CDK6直接影响了CDK2底物磷酸化水平的反弹。

在整个S期，CDK4/6都保持着足够的活性，维持着Rb1的过度磷酸化，由Rb-E2F轴调节的转录程序依然保持活性。CDK4/6与CDK2协同维持着Rb1的过度磷酸化和E2F的释放，即使CDK2或者CDK4/6活性下降，依然可以完成细胞周期。在野生型细胞中，CDK2抑制剂PF3600和CDK4/6抑制剂Palbociclib联合处理明显阻断了E2F1蛋白质和mRNA的上调，但是在敲除Rb1的细胞中没有阻断，支持了CDK2和CDK4/6合作维持Rb1过度磷酸化的观点。在CDK2受抑制的情况下，细胞周期蛋白Cyclin A2也持续增加，为新的CDK2/CycA复合物的形成提供了温床。

打破CDK-Rb-E2F正反馈回路需要同时抑制CDK2和CDK4/6。作者通过使用由KRASG12V和TRP53L/L突变的小鼠肺肿瘤模型测试课该预测，小鼠肿瘤体积显著减小。

CDK可塑性的概念事实上已经得到了建立和认可【2】，新的单细胞CDK2酶动力学实时可视化技术以及步入临床的CDK2抑制剂帮助研究人员发现了CDK可塑性新机制，即CDK2和CDK4/6合作维持Rb1的过度磷酸化（图3），同时抑制了CDK2和CDK4/6才能打破Rb1的正反馈回路。共靶向CDK2和CDK4/6是一种潜在的治疗策略，可以消除早期的适应性反弹，CDK2和CDK4/6抑制剂的同时联合治疗可能需要对相关肿瘤进行持久的生长抑制，这一想法目前正在接受临床试验的验证。总而言之，这项研究揭示了一种新的细胞周期缓冲系统，使人们能够更好地理解CDK2/4/6-Rb-E2F的可塑性。