CDK6导致肿瘤的机制研究进展*

董一楠张新伟　魏枫

CDK6导致肿瘤的机制研究进展*

董一楠张新伟魏枫

摘要细胞周期的异常调控导致细胞过度增殖是人类肿瘤发生的重要原因之一，目前已发现CDK6和CDK4是细胞周期的重要调控因子，促进细胞周期正向进行，且在人类大多数肿瘤中过度激活，与肿瘤的发生密切相关。最近，研究证实以CDK4/6为靶点的肿瘤治疗有广泛前景。但是对于CDK6过度激活导致肿瘤发生的机制尚不完全清楚。因此有必要进一步了解CDK4/6在细胞周期调控通路、细胞分化中的作用及其在不同类型肿瘤中的异常表达，对深入了解肿瘤的发生机制及治疗有重大意义。本文拟对CDK6的结构、生物学功能、促进肿瘤的相关机制，以及其抑制剂的临床应用等方面的内容进行阐述。

关键词CDK6肿瘤细胞周期细胞分化抑制剂

细胞周期的异常调控是人类肿瘤发生的主要原因之一［1］。其中细胞周期蛋白依赖的蛋白激酶（CDKs）发挥重要作用。CDK6在多种肿瘤中表达异常，与肿瘤的发生相关，并且其抑制剂的临床试验表现出良好的安全性及有效性，提示CDK4及CDK6可以成为抗癌治疗的潜在靶点。

1　CDK6及其生物学功能

CDK6属于cdc2-相关激酶家族，具有丝/苏氨酸激酶活性，是哺乳动物细胞关键的细胞周期调控因子，在人类由PLSTIRE基因编码［2-3］。人类CDK6基因位于7q21-q22，长度约226 kb，包含7个外显子［4］。CDK6是40kD的蛋白质，与CDK4有70%的氨基酸同源，两者生化特性相似，常共同发挥作用，促进细胞周期由G1期向S期转变［4-5］。

CDK4/6的主要作用是促进细胞周期由G1期进展到S期。在丝裂原诱导下，CDK4及CDK6与细胞周期蛋白D结合，形成CyclinD-CDK4/CDK6复合物，CDK活化激酶（CAK）促进复合物磷酸化激活。激活后的CyclinD-CDK4/CDK6复合物促进肿瘤抑制因子Rb磷酸化并且抑制CDK2抑制因子p21Cip1和p27kip1、增强CDK2的活性并促进CDK2/细胞周期蛋白E复合物形成。G1期后期，pRb与E2F依赖的细胞周期蛋白E形成正反馈环路，增强CDK2活性及pRb进一步磷酸化、失活，导致转录因子E2F释放。E2F与DNA结合促进细胞周期蛋白E及S期相关基因转录，促进DNA合成及细胞周期的进展［6］。

CDK6还具有促进小鼠组织细胞发育的功能。研究表明，CDK6与CDK4基因同时缺乏导致造血缺陷、胚胎死亡［7］。CDK6与CDK4影响小鼠不同组织发育。CDK4对小鼠胰岛β细胞及垂体催乳细胞发育是必要的。而CDK6主要影响造血系统发育，调控造血干细胞及白血病干细胞活化及增殖。CDK6表达于多种造血细胞，Cdk6−/−小鼠会出现造血抑制，主要表现为胸腺萎缩，红细胞、粒细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、血小板减少，淋巴细胞周期停滞在G1期［8］。近些年发现CDK6具有抑制细胞分化的作用。研究证实CDK6能通过其转录活性抑制转录因子Runx2转录，CDK6过表达下调Runx2并阻止其与辅因子骨钙蛋白启动子结合，下调骨钙蛋白、抑制骨髓终末分化［9］。

2　CDK6与肿瘤

2.1 CDK6在恶性肿瘤中的表达及作用

目前已发现，多种肿瘤存在CDK6基因扩增、过表达或细胞周期抑制因子缺乏、突变导致的CDK6活性增强［10］。Tang等［11］对92例胰腺内分泌肿瘤患者组织标本进行分析，大部分肿瘤组织标本CDK4/6或细胞周期蛋白水平高，并常伴有pRB升高。12%组织标本中CDK4基因拷贝数增加，8%组织标本CDK6拷贝数增加。CDK4/6抑制剂（PD0332991）能抑制人胰腺内分泌肿瘤细胞QGP1移植小鼠的肿瘤生长，提示其具有抗肿瘤效果［11］。也有研究用免疫组织化学检测31例膀胱癌及29例移行细胞膀胱癌组织标本中CDK6的表达水平，结果显示浸润性膀胱癌组织标本中CDK6显著上调，而非浸润性膀胱癌标本CDK6未升高，并且细胞质及细胞核CDK6水平与膀胱癌的分期相关［非浸润性膀胱癌（P=0.026），浸润性膀胱癌（P=0.006）］。提示CDK6过表达导致膀胱癌形成，CDK6可作为膀胱癌的生物学标志物［12］。Li等［13］研究表明CDK6在恶性胶质细胞瘤细胞显著上调，并且其上调水平与恶性胶质细胞瘤分期相关。shRNA敲低CDK6可显著抑制肿瘤细胞增殖或存活，提高恶性胶质瘤细胞系U251对药物替莫唑胺的敏感性，促进肿瘤细胞凋亡。敲低CDK6能抑制抗药基因MRP及MDR的水平，提示以CDK6为靶点可提高患者的化疗敏感性［13］。

同时，也有多项研究发现，多种肿瘤中micro-RNA参与CDK6的过表达调控。

上皮性卵巢癌与正常卵巢组织标本相比，miR-211下调，其直接促进CDK6上调。CDK6与细胞周期蛋白D1作用增强，加速细胞周期由G1期进入S期，减少DNA修复，促进上皮性卵巢癌细胞增殖，减少凋亡，肿瘤进展。同时，CDK6也通过调节NF-κB促进炎症因子产生、肿瘤形成。因此，下调CDK6及细胞周期蛋白D1能抑制上皮性卵巢癌细胞周期S期的蛋白、细胞因子及趋化因子表达，抑制肿瘤细胞增殖。提示CDK6抑制剂可以作为卵巢癌治疗的新靶点［14］。

已证实CDK6过表达与人和小鼠的淋巴瘤及白血病形成相关，而CDK4与其无关［1］。染色体7q染色体异位t（7；14）（q21；q32）、t（7；22）（q21；q11）和t（2；7）（p11；q21）导致B细胞分化时，CDK6基因与免疫球蛋白基因的增强子融合，导致CDK6基因过表达，导致B细胞过度增殖性疾病［15］。研究证实CDK6是MLL-AF4融合蛋白的直接靶点，并且促进MLL基因重排的白血病细胞增殖。MLL基因重排比野生型ALL患儿的CDK6 mRNA水平显著上调（P<0.001）。另外，体外试验提示MLL基因重排的白血病细胞系对PD0332991敏感，细胞周期G1期显著停滞，并且其下游靶点pRB 和EZH2也出现下调。因此，CDK6是MLL基因重排的白血病发生和进展的重要因素，并且其抑制剂有望成为抗白血病药物［16］。

此外，也有研究显示CDK6在胃癌、肝癌、前列腺癌中均过表达，证实了CDK6与肿瘤的发生密切相关，有望作为肿瘤治疗的靶点之一。

2.2 CDK4/6过度激活导致肿瘤发生的机制

CDK4/6过度激活导致肿瘤细胞抗衰老机制激活，易促进肿瘤形成。多种肿瘤的发生与CDK6过表达导致的转录因子FOXM1功能增强相关，在HER2阳性乳腺癌中，HER2的表达与FOXM1紧密相关。CDK4/6能磷酸化转录因子FOXM1并增强其功能，促进肿瘤干细胞增殖，抑制肿瘤细胞衰老［17-18］。转录因子FOXM1是细胞周期重要调控因子，主要功能是促进细胞周期由G1期进入S期及有丝分裂。FOXM1磷酸化开始于细胞周期G1期并且持续至S、G2及M期。CDK4/6使FOXM1的N端S4及S35位点、C端T600至S704 7个位点磷酸化。FOXM1磷酸化后抑制其蛋白酶体的作用，因此保持了FOXM1蛋白稳定性，导致细胞内FOXM1积聚。FOXM1的C端多位点磷酸化直接激活FOXM1的转录活性，并且磷酸化的氨基酸残基数目与FOXM1的转录活性强弱呈正比。因此，CDK4/6过度激活可以通过稳定和活化FOXM1来维持G1/S期基因表达，抑制反应活性氧类（ROS）及肿瘤细胞凋亡［17，19］。

细胞核中，CDK6能使核转录因子NF-κB的p65亚基536位丝氨酸磷酸化并且与NF-κB的靶基因启动子结合，调节炎症因子及促癌基因的表达。NF-κB的p65亚基536位丝氨酸磷酸化能调节转录共抑制因子与共激活因子如TFIID的亚基TAFII31的相互作用，直接增强IL-8等基因转录活性，提示CDK6过表达或活性增强可以通过调节NF-κB促进炎症介质表达，促进肿瘤形成。因此，CDK6可以作为联系肿瘤形成的必要的两个主要标志-炎症环境及细胞周期进展的重要分子［10，20］。另外，研究表明CDK6可通过促进细胞增殖及血管生成，促进肿瘤形成。先前研究已经证实细胞周期蛋白D具有激酶非依赖的转录活性与基因启动子结合调节转录。CDK6能通过其转录活性与细胞周期蛋白D及转录因子STAT3形成复合物，募集染色质修饰酶，诱导p16INK4a表达。p16INK4a能使细胞周期蛋白D1-CDK4/CDK6复合物分离，抑制CDK4及CDK6单体，进而抑制其与同源细胞周期蛋白结合，抑制细胞周期进行，抑制肿瘤生成。CDK6还能与转录因子AP-1家族的c-Jun作用上调VEGF-A，此过程不依赖于细胞周期蛋白D，但是否有其他蛋白参与CDK6与转录因子c-Jun的作用仍不清楚。VEGF-A通过促进肿瘤血管生成，有助于肿瘤生长，而p16INK4a通过抑制CDK6抑制细胞周期，抑制肿瘤生长。VEGF-A促进肿瘤血管生成促进肿瘤生长，而p16INK4a通过抑制CDK6抑制肿瘤生长，这似乎是矛盾的，但是人淋巴系统恶性肿瘤中CDK6过表达而p16INK4a基因启动子甲基化基因沉默表达下调。因此，在恶性肿瘤中CDK6过表达，通过上调VEGF-A促进血管生成，对肿瘤的形成有重要意义［1，21-22］。

Kohrt等［9］的研究表明CDK6与EYA2蛋白结合后能激活泛素介导的蛋白酶体途径降解EYA2。EYA2具有酪氨酸、苏氨酸磷酸酶活性，其与SIX蛋白形成转录激活因子复合物，SIX蛋白为EYA转录激活因子提供DNA结合结构域，使EYA与靶基因启动子结合，促进基因转录。细胞周期调控因子Cyclin D1、p27和c-myc等是EYA的靶基因。EYA蛋白能激活多种器官如眼、耳发育必要的基因、调节细胞增殖，在多种恶性肿瘤中表达异常。因此CDK6可以通过下调EYA2的活性，进而上调细胞增殖相关基因表达，促进肿瘤的形成［9］。

3　CDK4/6抑制剂的临床应用

目前正在研发的CDK4/6抑制剂有palbociclib （PD-0332991）、LEE011（Novartis/Astex）及abemaci-clib等［23］。

3.1 palbociclib（PD-0332991）

palbociclib是口服的可逆性、选择性CDK4/6小分子抑制剂，临床前研究表明palbociclib可导致pRb阳性的细胞系的细胞周期G1期停滞，抑制多种移植瘤生长。不同肿瘤模型中palbociclib不仅抑制细胞生长而且促进肿瘤细胞衰老及凋亡［6］。研究表明，PD-0332991能抑制癌基因HOXA9表达进而下调其下游靶点PIM1，减弱PIM1介导的BAD磷酸化，激活BAD依赖的凋亡机制，触发AML细胞凋亡［24］。并且肿瘤对CDK4/6抑制剂反应性依赖于RB存在及p16低表达。因此，检测肿瘤中p16及RB水平能评估CDK4/6抑制剂疗效［23］。

一项Ⅱ期临床研究中，30例pRB阳性、难治性生殖细胞肿瘤患者接受palbociclib口服治疗，125 mg/d，连续服用21 d，停药7 d。24周无进展生存期（PFS）为28%；其中，畸胎瘤及畸胎瘤恶性转化的患者PFS明显高于同期非畸胎瘤患者。药物毒性主要为血液系统不良反应［25］。一项Ⅲ期临床试验中，先前接受内分泌治疗复发或者进展的521例晚期激素受体阳性、人类上皮生长因子受体2阴性晚期乳腺癌患者随机分为两组，分别接受palbociclib及氟维司群或安慰剂及氟维司群联合治疗。palbociclib及氟维司群治疗组中位PFS为9.2个月，安慰剂及氟维司群治疗组为3.8个月。palbociclib及氟维司群治疗组和安慰剂及氟维司群治疗组的3或4级不良反应分别为中性粒细胞减少（62.0% vs. 0.6%），白细胞减少（25.2% vs. 0.6%），贫血（2.6% vs.1.7%），血小板减少（2.3% vs. 0），疲劳（2.0% vs. 1.2%）。palbociclib组与安慰剂组发热性中性粒细胞减少的发生率分别为0.6%和0.6%，不良反应终止率分别为2.6%和1.7%［26］。更重要的是，2015 年2月美国批准palbociclib联合来曲唑作为绝经后雌激素受体阳性的晚期或转移性上皮性乳腺癌治疗的一线用药［27］。

3.2 ribociclib（LEE011）

LEE011也为口服CDK4/6小分子抑制剂，多个体外实验肿瘤模型如BRAF或NRAS突变的恶性黑色素瘤、乳腺癌中，LEE011导致细胞周期G1期停滞，表现出良好抗肿瘤活性［28］。一项Ⅰ期临床研究中，LEE011单药剂量递增治疗128例乳腺癌患者，600 mg/d，服用3周，停药1周。患者不良反应主要为中性粒细胞减少（45%），其他常见不良反应包括恶心（43%）、疲劳（42%）、呕吐（25%）及腹泻（21%）［29］。目前正在进行多项LEE011治疗实体瘤的试验，将为肿瘤的治疗提供更多数据［8］。3.3 abemaciclib（LY2835219）

abemaciclib也是选择性口服CDK4/6抑制剂，临床前研究证实在多种移植瘤中，单药治疗及与化疗联合应用均有很好的抗肿瘤效果，并且能通过血脑屏障。一项Ⅰ期临床试验报道，132例实体瘤患者接受abemaciclib单药治疗，不良反应主要是中性粒细胞减少（40%）、胃肠道毒性［腹泻（68%）、恶心（57%）、呕吐（40%）］及疲劳（43%）［29］。美国临床肿瘤协会开展的一项Ⅰ期临床试验结果显示：5种类型的肿瘤患者132例，接受其他药物综合治疗后，服用abemaciclib单药有效，尤其36例HR+肿瘤患者疗效显著。其中9例部分缓解，10例患者6个月内病情稳定，完全缓解率为19%。所有患者的中位PFS 为5.8个月，HR+患者中位PFS为9.1个月［30］。一项Ⅱ期临床研究中，abemaciclib单药治疗47例转移性乳腺癌女性，9例（19%）患者部分缓解，51%患者病情稳定［31］。目前正在进行多项关于abemaciclib单药及联合用药治疗ER+晚期乳腺癌的临床试验，将更好地评估abemaciclib疗效［29］。

4　结语

综上所述，CDK4/6通过精细、复杂的机制调控细胞周期、促进细胞增殖、抑制细胞衰老。利用CDK4/6抑制剂进行抗肿瘤治疗已经取得一定进展，为抗肿瘤研究提供了新的思路。CDK4/6抑制剂在更多肿瘤中的研究将会给肿瘤治疗带来新的希望。

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（2015-06-18收稿）

（2015-09-14修回）

（编辑：郑莉）

董一楠专业方向为肿瘤生物治疗。

E-mail：dongyinanbetter@163.com

·病例报告与分析·

作者单位：①天津医科大学肿瘤医院肿瘤研究所免疫研究室，国家肿瘤临床医学研究中心，天津市肿瘤免疫与生物治疗重点实验室（天津市300060）

*本文课题受国家重点基础研究发展计划（973计划）项目（编号：2012CB9333004）、国家自然科学基金项目（编号：81402362）和天津市自然科学基金项目（编号：14JCYBJC27100）资助

Research advances in the mechanism and role of CDK6 in tumorigenesis

Yinan DONG, Xinwei ZHANG, Feng WEI
Correspondence to: Xinwei ZHANG; E-mail: zhangxinwei@tjmuch.com
Cell Immunology Lab, Tianjin Medical University Cancer Institute and Hospital, National Clinical Research Center for Cancer,
Tianjin Key Laboratory of Immunology and Cancer Biotherapy, Tianjin 300060, China.
This work was supported by the National Program on Key Basic Research Project(973 Program)(No. 2012CB9333004), National Natural Science Foundation of China(No. 81402362), and Tianjin Natural Science Foundation(No. 14JCYBJC27100).

AbstractCell-cycle deregulation leading to excessive cell proliferation is an important mechanism of human tumorigenesis. CDK6 and CDK4 have been found to be significant regulators of cell cycle, particularly in promoting cell-cycle progress. Moreover, these proteins are usually overly active in most tumors and closely related to tumor development. Recently, research has confirmed CDK4/6 as prospective targets for cancer therapy. However, the mechanism of excessive CDK6 activation leading to tumorigenesis is not completely understood. Therefore, further understanding of the role of CDK4/6 in cell-cycle regulatory pathways and cell differentiation is essential, as well as their overexpression in different types of tumors. This information will elucidate the mechanisms of tumor development and treatment. Therefore, this review intends to discuss the structure and biological function of CDK6, the role and mechanism of CDK6 in carcinogenesis, and the clinical application of CDK6 inhibitors.

Keywords:CDK6, cancer, cell cycle, cell differentiation, inhibitor

作者简介

通信作者：张新伟zhangxinwei@tjmuch.com

doi:10.3969/j.issn.1000-8179.2015.19.661