《SCIENCE ADVANCES》：IRS4 is a PI3K-activating cancer dependency up-regulated through DNA rearrangements or epigenetic mechanisms in multiple solid tumors
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癌症治疗药物常因治疗指数（疗效与毒性之比）不佳而在临床试验中失败。研究人员系统鉴定了可能具有良好治疗指数的靶点，揭示胰岛素受体底物4（IRS4）是IRS4表达癌症中的依赖因子。泛癌分析显示，在儿童富集型癌症中，68%的脉络丛肿瘤、37%的恶性横纹肌样瘤、31%
癌症治疗药物常因治疗指数（疗效与毒性之比）不佳而在临床试验中失败。研究人员系统鉴定了可能具有良好治疗指数的靶点，揭示胰岛素受体底物4（IRS4）是IRS4表达癌症中的依赖因子。泛癌分析显示，在儿童富集型癌症中，68%的脉络丛肿瘤、37%的恶性横纹肌样瘤、31%的NUT中线癌和5%的骨肉瘤存在IRS4表达；在成人癌症中，8%的子宫平滑肌肉瘤和1%至2%的肺鳞状细胞癌、胃癌及乳腺癌存在IRS4表达。成人肿瘤中的IRS4表达与增强子劫持重排相关，包括乳腺癌中复发的GATA3-IRS4和ANKRD30A-IRS4融合，而横纹肌样瘤和NUT中线癌则表观遗传性地表达IRS4。IRS4通过激活PI3K-Akt信号通路驱动癌症依赖性，结构域分析显示其PH和PTB结构域（预测存在小分子结合口袋）并非必需，提示基于降解的策略可能有效。这些数据确立了IRS4作为IRS4表达癌症的靶点，并提出了抑制策略。
该研究针对抗癌药物临床转化率低、治疗指数不佳的核心痛点，旨在系统性识别具有高治疗指数潜力的新靶点。研究人员首先利用Dependency Map（DepMap）数据库中超过1000个癌细胞系的CRISPR筛选数据，结合美国FDA批准药物的靶标特征，定义了具有“FDA批准类似”选择依赖性谱的基因特征。随后，通过广义帕累托分布（GPD）ξ评分筛选出346个选择性依赖基因，并结合人类种系遗传学数据（gnomAD、UK Biobank）、小鼠基因敲除表型以及GTEx正常组织表达谱，进一步筛选出25个预测具有高治疗指数（pHTI）的候选基因。鉴于IRS4在多种侵袭性癌症中的作用及其潜在可药性，研究人员聚焦于IRS4展开深入机制研究。研究通过体内外功能实验、免疫沉淀质谱（IP-MS）、染色质构象捕获（Hi-C）、转座酶可及染色质测序（ATAC-seq）及结构生物学分析等多种手段，揭示了IRS4在不同癌症类型中的表达调控机制、信号传导机制及关键功能结构域。该研究成果发表于《SCIENCE ADVANCES》，确立了IRS4作为多个实体瘤亚群的可靶向依赖性因子，为克服现有疗法毒性瓶颈提供了新思路。
关键技术方法包括：利用DepMap CRISPR筛选数据结合GPD模型进行选择性依赖基因计算分析；通过TCGA、TARGET及St. Jude Cloud等数据库进行泛癌转录组及全基因组测序（WGS）分析以确定IRS4表达频率及基因组改变；采用降解标签（dTAG）系统及CRISPR-Cas9介导的基因敲除进行体内外功能丧失实验；运用免疫沉淀质谱（IP-MS）鉴定IRS4相互作用蛋白；利用Hi-C和ATAC-seq解析染色质三维结构及表观遗传调控；并通过结构预测软件（ICM PocketFinder）及AlphaFold分析蛋白结构域功能。
研究结果如下：
IRS4作为预测高治疗指数靶点的鉴定
研究人员通过分析DepMap数据发现，FDA批准的靶向治疗基因具有显著的选择性依赖特征，而化疗药物靶点多为泛必需基因。通过计算GPD ξ评分并结合人类遗传学耐受性及小鼠模型数据，筛选出25个pHTI基因，其中IRS4因其特定的表达谱和良好的安全性窗口被选中。GTEx数据显示IRS4在正常垂体及生殖组织中低表达，与人类男性生殖细胞系失活突变耐受及小鼠Irs4敲除后温和的生殖表型相符，预示其抑制剂可能仅引起可控的甲状腺功能减退等副作用。
利用dTAG系统验证IRS4依赖性
为解决CRISPR技术潜在的脱靶效应，研究人员在TTC1240横纹肌样瘤细胞中构建了内源性IRS4-dTAG敲入模型。dTAGV-1诱导的IRS4快速降解导致细胞增殖停滞，且该效应在亲本细胞中不存在，证实了IRS4在这些细胞中的生存必要性。剂量反应曲线进一步表明dTAG系统的特异性优于CRISPR敲除。
体内IRS4依赖性验证
在HCC2429 NUT中线癌异种移植模型中，研究人员通过混合注射携带对照sgRNA或IRS4 sgRNA的细胞，观察到了显著的sgIRS4在体内肿瘤中的耗竭现象（降至基线水平的1%-7%），而IRS4缺失的PER-624细胞则未出现此现象，确证了IRS4在体内微环境中的致癌依赖性。
癌症中IRS4上调的机制
泛癌转录组分析显示，IRS4在儿童富集型肿瘤（如脉络丛肿瘤、恶性横纹肌样瘤）中高频表达，而在成人癌症（如乳腺癌、子宫平滑肌肉瘤）中低频表达。WGS分析揭示，成人肿瘤中的IRS4表达主要由基因组重排驱动，特别是乳腺癌中复发的GATA3-IRS4和ANKRD30A-IRS4染色体内易位，通过增强子劫持机制激活IRS4转录。相比之下，儿童肿瘤（如横纹肌样瘤和NUT中线癌）主要依赖表观遗传机制，ATAC-seq显示其IRS4启动子区域存在开放的染色质峰，且不依赖于SMARCB1缺失或BRD4-NUTM1融合。
IRS4依赖性的机制
IP-MS分析发现IRS4与PI3K调节亚基（p85）及Nischarin存在特异性相互作用。功能实验表明，敲低或降解IRS4导致Akt Ser473磷酸化水平显著降低，而组成型活性Myr-Akt的回补可挽救IRS4缺失引起的增殖抑制，证明PI3K-Akt信号通路是IRS4下游的关键效应轴。此外，在TCGA乳腺癌队列中，IRS4表达与PI3K通路基因的激活突变呈互斥现象，提示IRS4可能是PI3K通路的重要替代激活机制。
IRS4功能所需的结构域
结构域分析显示，尽管IRS4的PH和PTB结构域预测存在小分子结合口袋，但在功能实验中，缺失这些结构域的变体（ΔPH/PTB）仍能定位于细胞膜并维持Akt磷酸化及细胞存活。相反，缺失C端尾部中间区域（ΔTail-2）则完全丧失了功能，无法结合p85或挽救细胞存活。这表明IRS4的功能核心在于其尾部区域的YXXM基序，而非传统的膜定位结构域，提示针对IRS4的治疗策略可能需要依赖于蛋白降解而非单纯的酶活性抑制。
讨论部分总结指出，本研究为开发IRS4靶向疗法提供了多维度的依据，包括体内依赖性验证、关键功能结构域的界定、小分子结合口袋的预测、多种实体瘤中IRS4重排的发现、表观遗传上调机制的阐明以及患者人群筛选阈值的确立。特别是发现IRS4在多种缺乏PI3K经典突变的肿瘤中作为替代驱动因子，具有重要的临床转化价值。研究人员强调，鉴于PH和PTB结构域在功能上的非必需性，未来药物开发应侧重于能够诱导IRS4降解的分子胶或PROTAC策略。此外，研究还纠正了既往文献中关于某些细胞系（如A549、OVCAR-5）IRS4表达的误判，强调了使用CCLE和DepMap数据进行严格生物标志物定义的重要性。
