靶向NSD2逆转前列腺癌的可塑性和耐药性

NSD2 targeting reverses plasticity and drug resistance in prostate cancer

作者信息Jia J Li, Alessandro Vasciaveo, Dimitris Karagiannis, Zhen Sun, Kristjan H Gretarsson, Xiao Chen, Ouathek Ouerfelli, Fabio Socciarelli, Ziv Frankenstein, Hanyang Dong, Min Zou, Wei Yuan, Guangli Yang, Gabriel M Aizenman, Tania Pannellini, Xinjing Xu, Himisha Beltran, Yu Chen, Kevin Gardner, Brian D Robinson, Johann de Bono, Or Gozani, Cory Abate-Shen, Mark A Rubin, Massimo Loda, Charles L Sawyers, Andrea Califano, Chao Lu, Michael M Shen
PMID41299174
期刊Nature
发布时间2026-01
DOI10.1038/s41586-025-09727-z

实验完整度

研究包含体外类器官模型、体内异种移植模型、患者样本分析及多种功能验证和机制研究,包括CRISPR敲除、药理学抑制、表观遗传学分析等。

主要模型

小鼠NPp53前列腺肿瘤类器官(NPPO) 人类CRPC类器官(MSKPCa10、MSKPCa14、WCM154、WCM1262、MSKPCa2) 小鼠TKO类器官 小鼠异种移植模型

重点核对

NSD2敲除或药理学抑制后的H3K36me2、H3K27me3水平变化 NSD2敲除或抑制后AR表达和神经内分泌标志物(CHGA、SYP)的变化 NSD2抑制联合恩杂鲁胺对细胞活力和凋亡的影响 体内异种移植模型中联合治疗的肿瘤生长抑制效果

摘要

谱系可塑性是癌症的一个标志,它驱动疾病进展和治疗耐药性¹²。可塑性通常由表观遗传机制介导,这些机制可能是可逆的;然而,这种可逆性的例子很少。在去势抵抗性前列腺癌(CRPC)中,可塑性介导对雄激素受体(AR)抑制剂的耐药性,并驱动从腺癌向侵袭性亚型(包括神经内分泌前列腺癌(CRPC-NE))的进展³⁻⁵。在这里,我们表明,通过抑制NSD2(一种组蛋白甲基转移酶)⁶,可以逆转CRPC中可塑性相关的治疗耐药性。NSD2在CRPC-NE中的上调与较差的总生存期相关,NSD2介导的H3K36二甲基化调节与神经内分泌分化相关基因的增强子。在由基因工程小鼠⁷建立的、概括了向神经内分泌状态转分化的前列腺肿瘤类器官中,以及在人类CRPC-NE类器官中,CRISPR介导的NSD2靶向将CRPC-NE逆转为腺癌表型。此外,经典的AR程序被上调,对AR抑制剂恩杂鲁胺的反应得以恢复。用首创的小分子对NSD2进行药理学抑制可逆转可塑性,并与恩杂鲁胺协同作用,抑制多种CRPC亚型的人类患者来源类器官在培养和异种移植中的生长并促进细胞死亡。NSD2和AR的联合靶向可能代表一种新的治疗策略,用于目前难以治疗的致死性CRPC。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
NSD2是否在去势抵抗性前列腺癌中驱动谱系可塑性和治疗耐药性,以及靶向NSD2能否逆转这些过程并恢复对AR抑制剂的敏感性。
核心机制
NSD2通过催化H3K36me2调节神经内分泌相关基因的增强子,促进谱系可塑性和神经内分泌分化,从而介导AR抑制剂耐药性;靶向NSD2可逆转可塑性,恢复AR表达和经典AR信号,增强对恩杂鲁胺的敏感性。
主要证据
在小鼠和人类CRPC-NE类器官中,CRISPR介导的NSD2敲除或药理学抑制逆转了神经内分泌表型,恢复AR表达和增殖反应;联合恩杂鲁胺在类器官和异种移植中协同抑制肿瘤生长并诱导凋亡;患者样本中NSD2高表达与总生存期差相关。
研究意义
研究为联合靶向NSD2和AR治疗晚期前列腺癌提供了临床前证据,并表明逆转谱系可塑性可能作为一种治疗策略。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立CRPC类器官模型

建立能够重演CRPC异质性和神经内分泌转分化的小鼠类器官模型。

从NPp53小鼠的前列腺肿瘤中建立类器官系,通过组织学和标志物表达验证其表型,包括神经内分泌、非神经内分泌和双表型。

2

表征类器官的分子异质性

确定类器官的基因表达图谱和细胞亚群。

对类器官进行单细胞RNA测序(scRNA-seq),利用VIPER算法推断蛋白质活性,鉴定细胞亚群并分析其与CRPC亚型的对应关系。

3

验证谱系转分化

验证非神经内分泌细胞能否在培养中转分化为神经内分泌状态。

从NPPO-1中分离神经内分泌和非神经内分泌细胞,用H2B-RFP标记非神经内分泌细胞,进行共培养,通过免疫荧光和snRNA-seq检测转分化。

4

检测NSD2和组蛋白修饰水平

评估神经内分泌和非神经内分泌细胞中NSD2及组蛋白修饰的差异。

通过免疫荧光、Western blot和组织微阵列分析,比较H3K36me2、H3K27me3等修饰和NSD2表达,在患者样本中验证NSD2与CRPC-NE的相关性。

5

评价NSD2功能缺失对表型的影响

确定NSD2在维持神经内分泌表型和AR耐药性中的功能作用。

通过CRISPR-Cas9敲除Nsd2或表达H3.3K36M突变体,观察表型变化,包括H&E染色、免疫荧光、snRNA-seq和CUT&Tag分析。

6

评估NSD2抑制对恩杂鲁胺敏感性恢复的效果

验证NSD2缺失或抑制是否恢复CRPC-NE类器官对恩杂鲁胺的敏感性。

用恩杂鲁胺处理NSD2敲除或H3.3K36M表达的类器官,测定细胞活力和IC50;还进行体内异种移植实验,检测肿瘤生长。

7

药理学抑制NSD2并评估联合治疗的效果

测试新型NSD2抑制剂(NSD2i)单独或联合恩杂鲁胺对多种CRPC亚型类器官及异种移植的抗肿瘤作用。

用NSD2i预处理类器官(小鼠12天,人类21天),然后联合恩杂鲁胺处理,评估细胞活力、凋亡和协同作用;体内实验用异种移植小鼠模型。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
基质胶Corning354234
肝细胞培养基Corning355056
谷氨酰胺补充剂Thermo Fisher Scientific35050061
表皮生长因子Thermo Fisher ScientificPHG0311
PrimocinInvivogenant-pm-1
双氢睾酮文中未明确说明--
Y-27632Stemcell Technologies--
A83-01Tocris2939
IV型胶原酶Thermo Fisher Scientific17104019
TrypLEThermo Fisher Scientific12605010
Hank's缓冲液Stemcell Technologies37150
活性炭剥离胎牛血清Gemini100-119
100 µm细胞筛网Corning352360
超低吸附96孔板Corning3474
福尔马林Fisher ScientificSF100-4
鼠尾胶原ICorning354249
酸性酒精Leica Biosystems3803651
Scott's自来水Electron Microscopy Sciences2607007
伊红StatLabS1761GL
封片剂StatLabMMC0126
DAPIThermo Fisher ScientificD1306
Vectashield防淬灭封片剂Vector LaboratoriesH-1200-10
TRI试剂文中未明确说明--
1-溴-3-氯丙烷MilliporeSigmaB9673
异丙醇MilliporeSigmaI9516
RNA结合磁珠文中未明确说明--
核糖核酸酶AThermo Fisher ScientificEN0531
蛋白酶KThermo Fisher ScientificEO0491
EDTAThermo Fisher ScientificAM9260G
SDSMilliporeSigma71736
乙醇MilliporeSigmaE7023
伴刀豆球蛋白A包被磁珠Bangs LaboratoriesBP531
果蝇Schneider 2 (S2)细胞Thermo Fisher ScientificR69007
pA-Tn5接头复合物EpiCypher15-1017
NEBNext HiFi 2× PCR预混液New England BiolabsM0541
Ampure XP磁珠Beckman CoulterA63880
SDS裂解缓冲液Thermo Fisher ScientificLC2676
3-8%梯度SDS-PAGE胶Thermo Fisher ScientificEA0375BOX
4-12%梯度SDS-PAGE胶Thermo Fisher ScientificNP0321BOX
HRP标记抗兔IgGCell Signaling Technology7074
HRP标记抗鼠IgGCell Signaling Technology7076
谷胱甘肽琼脂糖GE Healthcare--
还原型谷胱甘肽MilliporeSigma--
恩杂鲁胺TargetMolT6002
NSD2抑制剂文中未明确说明--
硼替佐米Cayman Chemical10008822
PF-06821497文中未明确说明--
CellTiter-Glo 3D细胞活力检测试剂盒PromegaG9683
Caspase-Glo 3/7 3D凋亡检测试剂盒PromegaG8981
MTase-Glo甲基转移酶检测试剂盒Promega--
Opal 6重检测试剂盒Akoya BiosciencesNEL871001KT
Chromium Next GEM单细胞3'试剂盒v3.110x Genomics--
Chromium单细胞ATAC文库试剂盒10x Genomics--
Chromium Next GEM单细胞多组学试剂盒10x Genomics--
Chromium控制器10x Genomics--
TC20自动细胞计数器Bio-Rad--
Countess II FL自动细胞计数器Thermo Fisher Scientific--
BD Influx细胞分选仪BD BiosciencesX64650000124
FACSCanto II流式细胞仪BD Biosciences--
GloMax Explorer多功能酶标仪Promega--
Leica TCS SP5共聚焦激光扫描显微镜Leica Microsystems--
Leica STELLARIS 5共聚焦显微镜Leica Microsystems--
Olympus BX 61 VS玻片扫描仪Olympus--
4200 TapeStation系统Agilent--
ChemiDoc MP成像系统Bio-Rad17001402

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
类器官培养
培养基组成、基质胶浓度、生长因子添加(如EGF)、DHT浓度、接种密度、培养时间、传代条件
阅读提示:Methods: Establishment and maintenance of mouse prostate organoids; Human prostate tumour organoids
CRISPR敲除
sgRNA序列(sgNsd2和sgNSD2)、转染试剂、抗生素筛选种类和浓度、转染时间、筛选时间
阅读提示:Methods: Lentivirus production and transfection; Flow sorting of transfected cells
药物处理
NSD2i浓度、预处理时间、恩杂鲁胺浓度范围、联合处理时间、细胞接种密度、培养基条件(是否含DHT)
阅读提示:Methods: Enzalutamide treatment of organoids; NSD2i treatment of organoids
体内异种移植
小鼠品系(NOD/SCID)、是否去势、细胞接种数量、基质胶比例、肿瘤起始体积、药物剂量(NSD2i 150 mg/kg, enzalutamide 10 mg/kg)、给药途径和频率
阅读提示:Methods: Grafting assays; Drug treatment assays in vivo
表观遗传分析
抗体信息(克隆号、稀释倍数)、CUT&Tag实验条件(细胞数、抗体量、tagmentation时间)、测序平台和深度
阅读提示:Methods: CUT&Tag; Supplementary Table 6 (Antibodies)