靶向干扰SOX2自结合与凝聚体形成以克服肺鳞状细胞癌化疗耐药

《Signal Transduction and Targeted Therapy》：Disrupting SOX2 self-association and condensate formation to overcome chemotherapeutic drug resistance in lung squamous cell carcinoma

　　

化疗仍是肺鳞状细胞癌（lung squamous cell carcinoma, LSCC）的主要治疗手段，但其疗效因耐药问题受到严重限制，相关机制尚不明确。本研究通过TCGA数据库分析及临床样本验证，发现LSCC患者中SOX2基因扩增与mRNA表达水平显著升高，证实SOX2是LSCC的关键调控因子。研究人员进一步揭示，SOX2通过液-液相分离（liquid-liquid phase separation, LLPS）形成生物分子凝聚体，该凝聚体可作为保护性区室物理隔离化疗药物，降低细胞内药物有效浓度及细胞毒性。化疗压力可进一步上调SOX2表达并促进其相分离，形成自我强化的耐药恶性循环。为逆转SOX2凝聚体介导的耐药，研究人员开发了靶向SOX2高迁移率族（high-mobility-group, HMG）结构域α-螺旋区域的穿膜肽Hx1R8，其可通过竞争性抑制SOX2自结合破坏凝聚体形成，同时保留SOX2的转录活性。该多肽在体外及体内模型中均可有效逆转LSCC化疗耐药，恢复药物敏感性，且表现出良好的安全性。本研究不仅阐明了化疗诱导SOX2过表达及相分离的分子机制，还提出了一种靶向SOX2的肽类治疗策略，为克服LSCC治疗失败提供了新方向。

论文解读

研究背景与意义

肺鳞状细胞癌（LSCC）是非小细胞肺癌（NSCLC）的主要亚型之一，与肺腺癌（LUAD）相比，LSCC缺乏表皮生长因子受体（EGFR）等可靶向突变，酪氨酸激酶抑制剂（TKI）及免疫检查点抑制剂（ICI）治疗效果有限，化疗仍是基石疗法。然而，LSCC患者化疗耐药发生率高，分子机制不明，且SOX2作为染色体3q26-3q28区域高频扩增的癌基因，传统上被视为“不可成药”靶点——因其缺乏明确的药物结合口袋及变构调节位点。本研究针对这一临床难题，从相分离角度揭示SOX2介导化疗耐药的新机制，并开发新型穿膜肽治疗策略，相关成果发表于《Signal Transduction and Targeted Therapy》。

关键技术方法

研究采用TCGA数据库LSCC队列进行SOX2拷贝数变异与表达分析；通过免疫荧光、免疫印迹及质谱技术分析临床LSCC样本及细胞系中SOX2的表达特征；利用纯化蛋白液-液相分离（LLPS）实验、荧光漂白恢复（FRAP）技术及超分辨成像验证SOX2凝聚体的形成与动态特性；通过药物敏感性实验、DNA损伤检测及RNA测序（RNA-seq）明确SOX2相分离对化疗耐药的调控作用；采用生物层干涉（BLI）、微量热泳动（MST）技术分析药物与SOX2的相互作用；基于SOX2结构域设计穿膜肽Hx1^R8，并通过细胞实验及裸鼠移植瘤模型验证其逆转耐药的效果与安全性。

研究结果

LSCC中SOX2高频扩增与异常表达：TCGA数据分析显示，染色体3q26.33区域（含SOX2基因）是LSCC最常见的拷贝数变异位点，LSCC组织中SOX2 mRNA及蛋白水平显著高于正常组织，且在SOX2拷贝数扩增的细胞系中表达异常升高。

SOX2介导LSCC化疗耐药：在SOX2低表达的SK-MES-1细胞中过表达SOX2，可显著提高顺铂、紫杉醇等5种化疗药物的半数抑制浓度（IC₅₀），但不影响细胞基础增殖与凋亡；机制上，SOX2过表达减少顺铂-DNA加合物形成，削弱DNA损伤反应及细胞凋亡，而敲低SOX2则增强化疗敏感性。

化疗药物上调SOX2表达：化疗药物处理LSCC细胞后，SOX2蛋白水平显著升高，但mRNA水平无变化，且该效应具有特异性，不影响ΔNp63α、BRD4等其他关键调控因子。

SOX2在LSCC中发生相分离：纯化SOX2蛋白及LSCC细胞内均可观察到SOX2凝聚体形成，具有液滴融合、分裂等液体特性；70%的LSCC患者肿瘤样本中检测到内源性SOX2凝聚体，且其形成与SOX2蛋白浓度正相关。

PrLD是SOX2相分离的关键区域：生物信息学预测及突变实验表明，SOX2的朊病毒样结构域（PrLD）是其相分离的核心区域，缺失PrLD可完全抑制凝聚体形成，且不显著影响SOX2的转录活性及蛋白互作网络；用异源相分离结构域替换PrLD可恢复凝聚体形成及化疗耐药，证实相分离能力而非特定氨基酸序列介导耐药。

化疗药物促进SOX2相分离：化疗药物可直接与SOX2结合并促进其相分离，形成更大的凝聚体；SOX2凝聚体可物理招募化疗药物（如香豆素-顺铂、米托蒽醌），将其隔离于细胞核内，减少药物与DNA的接触。

靶向SOX2 HMG结构域α-螺旋1的穿膜肽设计：SOX2通过HMG结构域发生自结合，其中α-螺旋1是介导自结合的关键区域；研究人员基于此设计穿膜肽Hx1^R8（融合8个精氨酸以增强穿膜能力），其可特异性结合SOX2并破坏自结合，进而抑制凝聚体形成，同时保留SOX2的转录活性及基因组结合能力。

Hx1^R8增强LSCC化疗疗效：Hx1^R8可通过巨胞饮途径进入细胞，在细胞核内溶解SOX2凝聚体，阻断化疗药物招募；在体内外模型中，Hx1^R8联合化疗可显著抑制肿瘤生长，且无明显器官毒性。

讨论与结论

本研究首次揭示SOX2通过相分离形成凝聚体物理隔离化疗药物的耐药新机制，突破了传统生化耐药理论的认知。与传统靶向转录因子的方法不同，该研究聚焦于SOX2的相分离特性，开发的Hx1^R8穿膜肽避免了直接抑制SOX2转录功能带来的正常组织毒性风险，为“不可成药”靶点的干预提供了新范式。研究同时指出，SOX2相分离与经典生化耐药通路（如药物外排、DNA修复）可能存在协同作用，未来需探索联合治疗策略以进一步克服耐药。总体而言，该研究为LSCC化疗耐药的逆转提供了新的分子靶点与候选药物，也为其他依赖相分离的致癌蛋白的靶向干预提供了借鉴。