BET家族及其抑制剂在肿瘤中的研究进展

周晓 程志祥

[摘要] 溴结构域和超末端结构域（BET）家族属于溴结构域蛋白家族，在多种肿瘤中BET家族表达上调，其与细胞生长、增殖分化、凋亡坏死等多种生物学过程相关，进而参与调控肿瘤发生发展的过程。BET家族多种抑制剂的Ⅰ期或Ⅱ期临床实验正在进行中，相关研究结果表明，BET抑制剂单药或联合现有药物在治疗多种肿瘤中均有明确的效果，因此，其有望成为肿瘤治疗的新靶点。本文通过复习相关文献对近年来BET家族及其抑制剂在肿瘤研究中的进展进行综述。

[关键词] 溴结构域和超末端结构域;抑制剂;肿瘤;临床试验

[中图分类号] R73          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-7210（2019）03（b）-0026-05

溴结构域蛋白（bromodomain proteins，BRDs）是一类进化上高度保守的蛋白，其可识别并结合组蛋白尾部的乙酰化赖氨酸残基，招募染色质调节相关蛋白、转录因子、染色质重塑因子等，从而在调控基因转录和染色质重塑中发挥重要作用，是重要的表观遗传“阅读器”。BRDs一共包含8个亚家族，溴结构域和超末端结构域（bromodomain and extra terminal domain，BET）家族是其中研究最多的。人体BET家族由BRD2、BRD3、BRD4、BRDT组成。目前研究表明，BET家族主要通过结合到组蛋白尾部，发挥调控基因转录、调节细胞生长等作用，与炎症、癫痫、肥胖、肿瘤等多种生物学过程及疾病发展有关[1]。本文就近年来BET家族及其抑制剂在肿瘤中的研究进展进行阐述。

1 BET家族的结构与功能

目前为止，已发现人体基因组共编码61种溴结构域，分布在46种不同的蛋白质中。BRDs都含有一个共同的保守折叠结构，由4个左手α螺旋（αZ、αA、αB、αC）、2个loop环（ZA环和BC环）以及1个可以识别组蛋白ε-N-乙酰化赖氨酸残基特定序列的疏水腔组成[1]。BET家族由BRD2、BRD3、BRD4、BRDT组成，它们也具有相似的结构域，即两个串联溴结构域（BD1、BD2）和一个超末端（ET）结构域。两个溴结构域主要负责识别并结合乙酰化赖氨酸残基，ET结构域与辅助因子相互作用，而其具体机制尚不清楚。

虽然BET家族的4个成员具有相似的结构，但其生物学功能仍存在差异。BRD2有3种亚型（836、801和754个残基），其参与基因转录、DNA修复、细胞增殖、细胞分化等多种生物学过程。BRD2通过与DNA双链断裂区（DNA double-strand breaks，DBS）结合，保护底层乙酰化染色质免受组蛋白去乙酰化酶的攻击，并允许乙酰化沿着侧翼染色质扩散，从而促进DNA修复。BRD2在B细胞中对有丝分裂反应基因，尤其是cyclinA起着关键的调控作用[2]。

BRD3仅有一种形式（726个残基），关于其功能的报道相对较少。最初仅发现BRD3与乙酰化的红系特异性转录因子（GATA1）位点结合，激活基因转录，参与造血过程的调控。近年来，有少数关于BRD3在炎性反应及肿瘤中的报道。BRD3可以通过提高IL-6启动子处组蛋白3的乙酰化水平，促进LPS触发的IL-6的产生[3]。Huang等[4]通过对胰腺导管原位癌异种移植模型筛选，发现BRD3可能是肿瘤生长的关键调控因子。

BRD4有3种表达形式，1种长切型（1362个残基），2种短切型（722和796个残基），人体中多为长切型。长切型BRD4除了2个BD结构域和1个ET结构域，其末端还有一个羧基端结构域（CTD）。CTD通过募集正性转录延伸物（P-TEFb）到BRD4靶基因Cyclin T1和CDK9的乙酰化组蛋白基因转录区，激活转录初始应答基因，并招募P-TEFb复合物，磷酸化RNA聚合酶Ⅱ（polⅡ），恢復转录延伸，促进转录进行[5]。ET结构域与组蛋白精氨酸区甲基酶（JMJD6）、染色质DNA解螺旋DNA结合蛋白（CHD4）等多种转录调节因子相互作用，在转录调控中发挥重要作用[6]。BRD4不仅可以识别乙酰化的组蛋白，也可以识别乙酰化的非组蛋白，如识别NF-κB亚基RelA，参与炎性反应、氧化应激反应等生物学过程。

BRDT与其他成员相比，很少在实体瘤中表达，而2010年在肺癌中首次发现了异常活化的BRDT。2017年，Bourova-Flin等[7]报道BRDT在肺癌中异常活化的频率随着组织学亚型的变化而变化，这表明当BRDT在睾丸以外的组织激活时，也具有潜在致癌性。

2 BET及其抑制剂与肿瘤

BET家族在人体组织广泛表达，参与肥胖、肺纤维化、慢性阻塞性肺疾病（COPD）、癫痫等众多疾病的发生和发展，而近年研究发现，其还参与肿瘤的发生、浸润、转移等过程。睾丸核蛋白中线癌（NUT midline carcinoma，NMC）、急性白血病、淋巴瘤、乳腺癌等多种肿瘤均与BET家族的功能异常有关[8]。

BET家族的抑制剂主要包括二氮杂及其衍生物（JQ1、IBET762、OTX015）、喹啉酮类及其衍生物（PFI-1、RVX-208）、异噁唑类（IBET151）、四氢喹啉类（IBET726）、萘啶类等，目前关于BET抑制剂的10余项Ⅰ期药物临床实验正在进行中，且在血液系统肿瘤中已初见成效[9]。

2.1 BET及其抑制剂与睾丸核蛋白中线癌

NMC是一种高侵袭性的低分化鳞状细胞癌，容易转移复发，男女发病率均等，可发生于任何年龄，常规放化疗效果不佳，平均生存期小于1年。

约2/3的NMC有15号和19号染色体易位t（15;19），形成BRD4-NUT融合基因，破坏细胞分化，维持肿瘤细胞生长并驱动疾病。Wang等[10]通过基因阵列分析发现在NMC细胞中，BRD4-NUT融合蛋白的NUT部分被BRD4双溴化域固定在染色质上，刺激组蛋白高乙酰化，导致BRD4与染色质结合得更紧密，并在核相关染色质位点上招募多种BRD4相互作用因子，激活原位癌基因表达。NMC患者的芯片测序研究显示，BRD4-NUT（B4N）覆盖了较大的基因组区域，并在这些区域内提升转录水平，促进NMC的发生[11]。小干扰RNA敲除BRD3/BRD4-NUT导致细胞增殖减少、细胞角蛋白表达与上皮分化一致，表明BRD4通过阻断分化在促进癌细胞增殖中发挥重要作用。

BET抑制剂能在体外和体内迅速诱导NMC细胞的分化，同时伴有高乙酰化核灶的消失。BET抑制剂治疗NMC目前正在临床试验中（NCT02698176、NCT 01587703、NCT01987362、NCT02259114）。在一项关于IBET762的临床实验中报道10例NMC患者，2例患者获得部分缓解，4例患者病情稳定。另外一项研究将OTX015应用于4例经证实的BRD4-NUT融合的晚期NMC患者，发现2例患者的症状迅速缓解，第3例患者的病情稳定。这些数据为BET抑制剂治疗NMC提供了部分证据，但通过靶向BRD4-NUT治疗NMC，仍需要更多的临床病例支持。

2.2 BET及其抑制剂与急性白血病

急性白血病是最常见的血液系统肿瘤，以临床和生物学异质性为特征，近年来随着对白血病分子机制的深入研究，发现表观遗传在调控急性白血病中具有重要作用。

MLL-融合白血病，包括70%的儿童急性淋巴细胞白血病和10%的成人急性髓细胞性白血病（AML），是表观遗传调控白血病的典型。MLL是一种组蛋白甲基转移酶，MLL基因的N端可以与70多种伴侣基因融合，融合伴侣基因是转录延伸复合物（super elongation complex，SEC）的关键组成部分，SEC和P-TEFb复合物的功能异常导致异常转录延伸，从而驱动白血病的发生。蛋白质组学方法已经确定BRD3和BRD4是聚合酶相关因子复合物（PAFc）的组成部分，其参与MLL全息复合物到靶基因的定位，是驱动MLL-AF9白血病所必需的[12]。在体外细胞系中也证实了BRD4为白细胞生成所需的一种关键染色质调节器。BET抑制剂通过从染色质中去除BRD4-NSD3-CHD8复合物抑制转录，在白血病中发挥治疗作用。Saenz等[13]发现BET抑制剂在继发性髓系白血病中可以抑制细胞生长，诱导肿瘤细胞凋亡。蛋白水解-靶向嵌合体（PROTAC）ARV-825可以通过泛素途径诱导BET蛋白降解，用ARV-825处理AML细胞可以引起BRD4的明显耗竭和高水平的凋亡。

急性白血病的治疗主要依靠药物化疗，而在传统的化疗方案中，<60岁的AML患者中，只有40%的患者存活时间超过5年。而近来的研究发现将BET抑制剂与传统抗白血病药物联用有不错的疗效。Tontsch-Grunt等[14]在AML小鼠模型中将BET抑制剂BI 894999与PLK抑制剂volasertib联合应用，结果表明与单用volasertib相比联合应用可显著降低肿瘤负荷。ABBV-075是一种强效选择性BET抑制剂，体内联合研究发现低剂量ABBV-075联合硼替佐米（Bortezomib）和阿扎胞苷（Azacitidine）治疗急性白血病有不错的效果[15]。

在已经完结的一项Ⅰ期临床实验（NCT01713582）中，14例复发性或者治疗相关性AML患者，接受口服OTX015治疗，最终1例患者完全缓解，1例患者完全缓解伴血细胞计数不完全恢复[8]。涉及BET抑制剂治疗白血病的临床实验还有多项（NCT01943851、NCT02158858、NCT02308761、NCT02391480、NCT025 43879、NCT02431260、NCT02683395、CT02711137）正在进行中，随着临床实验的进一步开展，将为BET抑制剂治疗白血病提供更坚实的证据。

2.3 BET及其抑制剂与乳腺癌

乳腺癌在女性常见恶性肿瘤中发病率居首位，是女性肿瘤死亡的主要原因之一。基于雌激素受体（ER）、孕激素受体（PR）的表达情况和人类表皮生长因子受体（HER2）的扩增状态，乳腺癌可以分为3个亚型，即HER2阳性肿瘤、ER阳性肿瘤和三重阴性乳腺癌（TNBC）。

BRD2、BRD3和BRD4均在乳腺癌中有表达，Marcotte等[16]证明了BRD4是乳腺癌的核心驱动基因之一。同时研究者在乳腺癌细胞系中用shRNA沉默BRD4基因表达，抑制了乳腺癌细胞增殖，用BET抑制剂JQ1处理乳腺癌细胞，发现细胞周期进展缓慢，且诱导细胞凋亡。WHSC1是一种组蛋白H3K36甲基转移酶，BRD3和BRD4可招募WHSC1到ERα基因，并促进ERα基因表达，BET抑制剂JQ1可以强有力地抑制ERα信号通路和乳腺癌细胞的生长[17]。最近，Andrieu等[18]也发现BRD2可调控上皮细胞-间充质转化（EMT），促进乳腺癌转移。用BET蛋白降解剂BETd-246B处理人TNBC细胞及小鼠异种移植模型，可以诱导BET蛋白降解，显示出强大的抗肿瘤活性，表明针对BET蛋白进行降解是TNBC治疗的有效策略。

综上所述，BET家族在乳腺癌的发生、发展中起着重要作用，BET抑制剂在乳腺癌中的Ⅰ期临床试验（NCT02964507、NCT02983604）正在进行中，随着研究的深入，BET家族有望成为新型抗乳腺癌的靶点。

2.4 BET及其抑制剂与肺癌

肺癌在恶性肿瘤中死亡率占第一位，按病理分型可以分为小细胞肺癌（约占15%）及非小细胞肺癌（约占85%）。肺癌发病的确切分子机制仍不清楚，近年来的研究发现BET家族可能参与了肺癌的发生发展。

ASCL1是一种致癌因子，在小细胞肺癌标本中的表达超过50%。染色质免疫沉淀证实BRD4与ASCL1增強子结合，而JQ1可以破坏这种结合[19]。Liao等[20]发现在非小细胞肺癌组织和细胞系中BRD4表达显著上调，抑制BRD4的表达，减弱细胞侵袭，抑制细胞增殖，且BRD4水平与非小细胞肺癌的肿瘤分期、不良预后显著相关。

小细胞肺癌的治疗以化疗为主，近30年来没有新的靶向药物被批准用于小细胞肺癌患者。Lam等[21]的研究表明，大约50%的小细胞肺癌细胞系对BET抑制剂ABBV-075的生长抑制极为敏感，且ABBV-075在大多数小细胞肺癌细胞系通过caspase-3/7途径诱导了凋亡，当用BET抑制剂和venetoclax（ABT-199）联合处理小细胞肺癌细胞时，在体外和体内都观察到强协同作用。Zhang等[22]近期的研究表明I-BET762在临床前肺癌小鼠模型中通过靶向肿瘤细胞和肿瘤微环境显著延迟了肿瘤的发展。放射治疗是晚期非小细胞肺癌局部治疗的重要手段，而放射抗性明显地削弱了其疗效，BET抑制剂JQ1可显著增强非小细胞肺癌细胞系中的辐照效应[23]。用BET抑制剂处理非小细胞肺癌模型也发现凋亡调控因子FLIP和XIAP的表达呈高度BET依赖性，且BET抑制剂JQ1联合化疗药物顺铂显著提高了A549荷瘤小鼠的抗肿瘤疗效。这表明BET抑制剂与促凋亡化合物的结合是克服治疗耐药性的重要策略。

涉及BET抑制剂在肺癌中的临床实验（NCT0225 9114、NCT02698176）正在进行中，这些研究将为BET抑制剂在临床的应用进一步提供证据。

3 BET抑制剂的副作用与耐药

虽然已经取得了不少成果，但BET抑制剂缺乏对于BET家族成员的选择性，耐药以及副作用都限制着其在临床的应用。

目前已有10余种BET家族的抑制剂进入临床试验，但绝大多数都是非选择性的，特异性不佳，因此，研发对BET家族成员具有特异性的新型抑制剂可能成为目前的新方向。随着BET抑制剂的应用，耐药也成为一个不可忽视的问题。在白血病和一部分实体瘤中都发现MEK通路参与了BET抑制剂的耐药[24]。此外，去泛素化蛋白酶DUB3也可以引起BET蛋白尤其BRD4的上调，从而介导对BET抑制剂的耐药[25]。然而，BET耐药的确切机制目前尚不清楚，仍需进一步研究。BET抑制剂的副作用主要表現在血液系统和消化系统。在一项OTXO15的Ⅰ期临床试验中，40例急性白血病患者接受OTXO15治疗，其中发生腹泻14例（34%）、恶心9例（22%）、疲劳11例（27%），且出现频率随着剂量增加而增加，但所有副作用在停药10 d后可消失[26]。其他临床试验也报道了BET抑制剂引起的血小板减少症、疲劳、高胆红素血症等副作用[27]。因此，BET抑制剂的安全性尚需要更多临床试验来证实。

综上所述，BET家族通过调控细胞周期、增殖分化、凋亡自噬等生物学过程，在肿瘤的发生、发展中起着重要作用。以BET家族为靶点的单独治疗或联合其他抗肿瘤药物的综合治疗也显示了良好的效果。尽管BET抑制剂的特异性、耐药、副作用等问题需要进一步解决，抗肿瘤的确切机制也需进一步探索，但相信随着研究的深入，以BET家族作为抗肿瘤的新靶点将具有不错的前景。

[参考文献]

[1]  Ferri E，Petosa C，McKenna CE. Bromodomains：Structure，function and pharmacology of inhibition [J]. Biochem Pharmacol，2016，106：1-18.

[2]  Cheung KL，Zhang F，Jaganathan A，et al. Distinct Roles of Brd2 and Brd4 in Potentiating the Transcriptional Program for Th17 Cell Differentiation [J]. Mol Cell，2017，65（6）：1068-1080.e5.

[3]  Jung M，Gelato KA，Fernández-Montalván A，et al. Targeting BET bromodomains for cancer treatment [J]. Epigenomics，2015，7（3）：487-501.

[4]  Huang Y，Nahar S，Nakagawa A，et al. Regulation of GLI Underlies a Role for BET Bromodomains in Pancreatic Cancer Growth and the Tumor Microenvironment [J]. Clin Cancer Res，2016，22（16）：4259-4270.

[5]  Sakurai N，Inamochi Y，Inoue T，et al. BRD4 regulates adiponectin gene induction by recruiting the P-TEFb complex to the transcribed region of the gene [J]. Sci Rep，2017，7（1）：11962.

[6]  Konuma T，Yu D，Zhao C，et al. Structural Mechanism of the Oxygenase JMJD6 Recognition by the Extraterminal（ET）Domain of BRD4 [J]. Sci Rep，2017，7（1）：16272.

[7]  Bourova-Flin E，Chuffart F，Rousseaux S，et al. The Role of Bromodomain Testis-Specific Factor，BRDT，in Cancer：A Biomarker and A Possible Therapeutic Target [J]. Cell J，2017，19（Suppl 1）：1-8.

[8]  Stathis A，Bertoni F. BET Proteins as Targets for Anticancer Treatment [J]. Cancer Discov，2018，8（1）：24-36.

[9]  Xu Y，Vakoc CR. Targeting Cancer Cells with BET Bromodomain Inhibitors [J]. Cold Spring Harb Perspect Med，2017，7（7）. Pii：a026674.

[10]  Wang R，You J. Mechanistic analysis of the role of bromodomain-containing protein 4（BRD4）in BRD4-NUT oncoprotein-induced transcriptional activation [J]. J Biol Chem，2015，290（5）：2744-2758.

[11]  Zee BM，Dibona AB，Alekseyenko AA，et al. The Oncoprotein BRD4-NUT Generates Aberrant Histone Modification Patterns [J]. PLoS One，2016，11（10）：e0163820.

[12]  Saygin C，Carraway HE. Emerging therapies for acute myeloid leukemia [J]. J Hematol Oncol，2017，10（1）：93.

[13]  Saenz DT，Fiskus W，Manshouri T，et al. BET protein bromodomain inhibitor-based combinations are highly active against post-myeloproliferative neoplasm secondary AML cells [J]. Leukemia，2017，31（3）：678-687.

[14]  Tontsch-Grunt U，Rudolph D，Waizenegger I，et al. Synergistic activity of BET inhibitor BI 894999 with PLK inhibitor volasertib in AML in vitro and in vivo [J]. Cancer Lett，2018，421：112-120.

[15]  Bui MH，Lin X，Albert DH，et al. Preclinical Characterization of BET Family Bromodomain Inhibitor ABBV-075 Suggests Combination Therapeutic Strategies [J]. Cancer Res，2017，77（11）：2976-2989.

[16]  Marcotte R，Sayad A，Brown KR，et al. Functional Genomic Landscape of Human Breast Cancer Drivers，Vulnerabilities，and Resistance [J]. Cell，2016，164（1/2）：293-309.

[17]  Feng Q，Zhang Z，Shea MJ，et al. An epigenomic approach to therapy for tamoxifen-resistant breast cancer [J]. Cell Res，2014，24（7）：809-819.

[18]  Andrieu GP，Denis GV. BET Proteins Exhibit Transcriptional and Functional Opposition in the Epithelial-to-Mesenchymal Transition [J]. Mol Cancer Res，2018，16（4）：580-586.

[19]  Lenhart R，Kirov S，Desilva H，et al. Sensitivity of Small Cell Lung Cancer to BET Inhibition Is Mediated by Regulation of ASCL1 Gene Expression [J]. Mol Cancer Ther，2015，14（10）：2167-2174.

[20]  Liao YF，Wu YB，Long X，et al. High level of BRD4 promotes non-small cell lung cancer progression [J]. Oncotarget，2016，7（8）：9491-9500.

[21]  Lam LT，Lin X，Faivre EJ，et al. Vulnerability of Small-Cell Lung Cancer to Apoptosis Induced by the Combination of BET Bromodomain Proteins and BCL2 Inhibitors [J]. Mol Cancer Ther，2017，16（8）：1511-1520.

[22]  Zhang D，Leal AS，Carapellucci S，et al. Chemoprevention of Preclinical Breast and Lung Cancer with the Bromodomain Inhibitor I-BET 762 [J]. Cancer Prev Res（Phila），2018，11（3）：143-156.

[23]  Wang J，Wang Y，Mei H，et al. The BET bromodomain inhibitor JQ1 radiosensitizes non-small cell lung cancer cells by upregulating p21 [J]. Cancer Lett，2017，391：141-151.

[24]  Wyce A，Matteo JJ，Foley SW，et al. MEK inhibitors overcome resistance to BET inhibition across a number of solid and hematologic cancers [J]. Oncogenesis，2018，7（4）：35.

[25]  Jin X，Yan Y，Wang D，et al. DUB3 Promotes BET Inhibitor Resistance and Cancer Progression by Deubiquitinating BRD4 [J]. Mol Cell，2018，71（4）：592-605.e4.

[26]  Berthon C，Raffoux E，Thomas X，et al. Bromodomain inhibitor OTX015 in patients with acute leukaemia：a dose-escalation，phase 1 study [J]. Lancet Haematol，2016，3（4）：e186-195.

[27]  Lewin J，Soria JC，Stathis A，et al. Phase Ib Trial With Birabresib，a Small-Molecule Inhibitor of Bromodomain and Extraterminal Proteins，in Patients With Selected Advanced Solid Tumors [J]. J Clin Oncol，2018：JCO2018 782292.

（收稿日期：2018-09-05  本文編辑：张瑜杰）