Nature子刊：揭示乳腺癌新靶点---LRRC31

乳腺癌在女性中属于最为常见的恶性肿瘤之一，从分子水平上讲，乳腺癌是一种异质性疾病，分子特征包括人类表皮生长因子受体2（HER2）的激活，激素受体的激活（雌激素和孕激素受体）以及BRCA基因的突变，依其分子亚型可分为四种：luminal A型/ luminal B型/HER-2过表达型/Basal-like型

乳腺癌的治疗策略因分子亚型的差异，分为局部治疗（手术和放射疗法）和系统性治疗。系统性疗法主要包括针对激素受体阳性的内分泌疗法，HER2阳性的抗HER2疗法， BRCA突变携带者的多聚（ADP-核糖）聚合酶抑制剂以及免疫疗法等。

早期乳腺癌（包含在乳房中或仅扩散到腋窝淋巴结的癌症）被认为可以治愈，使用多式联用疗法增加了约70-80%的患者治愈的机会。相比之下，晚期乳腺癌主要治疗的目标是延长生存期并控制症状，以维持或改善生活质量。

近年来，随着系统性疗法的发展和影像技术的改进，乳腺癌脑转移瘤（BCBM）在乳腺癌患者中的患病率呈上升趋势。BCBMs患者的预后不佳，中位生存期只有2.3-7.1个月。目前对BCBMs的治疗主要为保守治疗，以放射治疗为主，遂对BCBMs的靶向治疗的研究具有重要的意义。

Common metastatic sites in breast cancer.

 Nadia Harbeck, breast cancer, Nature Review Disease Primer,2019

2020年10月西安交通大学医学部黄辰教授与耶鲁大学周江兵教授共同于Nature Cell Biology杂志发表的论文“LRRC31 inhibits DNA repair and sensitizes breast cancer brain metastasis to radiation therapy”，发现LRRC31是一个新的放疗敏感基因，在乳腺癌细胞中过表达的LRRC31可显著抑制DNA损伤修复反应进而增强对放疗的敏感性，下面我们就LRRC31的发现及论证过程进行简要的讲解。

1）全基因组CRISPR筛选将LRRC31确定为放射增敏基因

利用“CRISPR-Cas9基因敲除文库”技术筛选出了与肿瘤细胞放疗反应相关的5种基因，后续RT-PCR和western blot 实验表明LRRC31具有最佳的放射增敏作用，同时还发现体外实验中过表达的LRRC31可以抑制肿瘤细胞的增殖（下图m,n）以及在体内实验中抑制肿瘤进一步发展（下图g），因此LRRC31可能具有选择性地增强辐射对肿瘤细胞的杀伤的潜力。

2）LRRC31通过抑制NHEJ途径抑制DNA双链的修复

通过Comet assay确定了过表达的LRRC31能够增加肿瘤细胞辐射后的DNA损伤或抑制DNA的修复（下图a,b），并通过免疫荧光和western blot实验测定γH2AX 的变化确定了LRRC31可以抑制DNA双链断裂的修复（下图e），之后使用流式细胞仪分析确定了LRRC31是通过抑制非同源化重组修复反应（NHEJ）来抑制DSB修复的。

3）LRRC31与ATR和Ku70/Ku80相互作用，抑制DNA-PKcs并阻断MSH2-ATR信号通路

LRRC31通过LRR结构域与DNA损伤修复反应蛋白Ku70/Ku80形成复合物, 阻遏DNA-PKcs聚集到DNA双链的断裂处，并且抑制其磷酸化激活（下图g-i）。MSH2-ATR信号通路可以应对DNA甲基化损伤和错误合成，而LRRC31结合ATR，减少MSH2-ATR二聚体的形成（下图k-m）。LRRC31与DNA损伤修复反应分子的这种竞争性结合削弱了NHEJ，促进了细胞对放射的敏感性。

4）LRRC31基因的靶向传递增加BCBMs对放射治疗的敏感性

利用“ABTT-NPs”纳米载体包裹LRRC31基因对乳腺癌脑转移荷瘤小鼠进行治疗，通过TUNEL法（检测细胞凋亡情况），HE染色，Caspase-3染色，Ki67染色确定注射LRRC31 NPs可以明显增加小鼠肿瘤细胞的凋亡并有效抑制肿瘤细胞的增殖，以上结果均证实LRRC31具有显著的放疗增敏效果。

结论：

该研究为阐明肿瘤放疗反应的分子网络调控机制和寻找放疗增敏药物靶点提供理论依据，并通过“纳米靶向给药联合放疗”探索出治疗脑转移瘤的一种新策略，具有重要的科学意义和临床参考价值。

同时该研究在蛋白研究方面给我们以下三点提示：

（1）潜在靶点——western blot检测Total protein，初步判断目标蛋白的表达情况

（2）亚细胞定位——查找目标蛋白在细胞内的具体存在位置

免疫荧光确定了Ku70、ATR、LRRC31大部分定位于细胞核中

（3）富集目标蛋白（nuclear protein）——分离目标蛋白所在组分（nucleus），以保证后续实验需求（Wetern blot /CO-IP/IP/ELISA）

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