上海交通大学学报(医学版) ›› 2019, Vol. 39 ›› Issue (11): 1223-.doi: 10.3969/j.issn.1674-8115.2019.11.001

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“组合拳式”肝癌精准治疗新策略

覃文新研究组   

  1. 上海交通大学医学院附属仁济医院,上海 200127
  • 出版日期:2019-11-28 发布日期:2019-12-16

One-two punch model for the precision treatment of liver cancer

The research group of QIN Wen-xin   

  1. Renji Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, Shanghai 200127, China
  • Online:2019-11-28 Published:2019-12-16

摘要: 上海交通大学医学院附属仁济医院上海市肿瘤研究所覃文新研究组与荷兰癌症研究所Rene? Bernards研究组合作,通过CRISPR-Cas9基因编辑敲除技术结合高通量化合物筛选,提出了利用肿瘤细胞突变来特异诱导并清除肝癌细胞而对正常细胞无影响的“组合拳式或分步式(One-two punch)”肝癌精准治疗新策略。该研究成果以“Inducing and exploiting vulnerabilities for the treatment of liver cancer”为题于2019年10月在线发表于国际学术期刊Nature。上海交通大学医学院附属仁济医院上海市肿瘤研究所王存博士、金浩杰博士与荷兰癌症研究所Serena Vegna博士、Bente Benedict博士为论文的共同第一作者,Rene? Bernards教授、Leila Akkari助理教授和覃文新研究员为论文的共同通信作者。该研究由多家科研院所合作完成,上海交通大学医学院附属仁济医院上海市肿瘤研究所为论文的第一通信单位。肝癌是一种由多基因参与、多因素介导的病理机制复杂的恶性肿瘤。全球每年新增病例约85万例,死亡病例约80万例。对于早期肝癌患者而言,手术切除和肝移植仍是最为有效的治疗手段。然而,由于肝癌早期诊治较为困难,病情进展快且预后差,大部分患者在确诊时已失去了手术时机。随着基因组测序技术的快速发展和广泛应用,人们对肝癌基因组特性有了更深入的了解。然而,与肺癌常见的表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor,EGFR)突变及黑色素瘤常见的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(B-Raf proto-oncogene, serine/threonine kinase,BRAF)突变不同,肝癌的主要突变类型并不能直接作为有效的药物靶点。临床上,采用非特异性多靶点药物sorafenib和lenvatinib开展治疗是中晚期肝癌患者的标准疗法,但效果十分有限。长期以来,针对肿瘤细胞增殖特点研发的抗肿瘤增殖化学治疗药物如氟尿嘧啶、铂类、紫杉醇等,在杀死肿瘤细胞的同时也会杀死人体内增殖的正常细胞如造血系统细胞、小肠上皮细胞、毛发上皮细胞等,不良反应较严重且仅能有限延长肿瘤患者生存期。基于此,覃文新研究组和Rene? Bernards研究组提出了“One-two punch”肝癌治疗新模式,即利用肝癌细胞自身特点(如TP53基因突变),首先特异地将肝癌细胞诱导进入某种特定状态(如细胞衰老),使该细胞存在获得性弱点(acquired vulnerability),其次再根据该弱点进行药物筛选。其中,“first punch”类似拳击中组合拳的第一招“虚招”,即利用肿瘤细胞的特异突变诱导肝癌细胞衰老并露出“破绽”,该过程对人体其他正常细胞影响较小;“second punch”类似第二招“实招”,精准地将衰老的肿瘤细胞清除掉。研究组运用基于激酶组学(包括针对约500个不同激酶的约6 000个向导RNAs)的CRISPR-Cas9基因敲除技术探索影响肝癌细胞增殖和存活的潜在靶点,再通过小规模化合物筛选特异诱导肝癌细胞衰老而对正常细胞无明显作用的化合物,继而首次发现细胞分裂周期激酶7(cell division cycle 7 kinase,CDC7)抑制剂能特异诱导TP53基因突变肝癌细胞衰老,而对TP53基因野生型肝癌细胞和正常细胞无衰老诱导作用。在第一步成功诱导肝癌细胞特异性衰老的基础上,进一步通过高通量技术筛选促进衰老细胞死亡的化合物,发现舍曲林(sertraline,用于临床上抑郁症治疗)可特异地促进衰老肝癌细胞凋亡。分子机制研究发现,sertraline可通过下调雷帕霉素受体蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)信号通路促进CDC7抑制剂诱导的衰老肝癌细胞凋亡。mTOR信号通路抑制剂亦能取得与sertraline类似的效果。TP53突变肝癌细胞在CDC7抑制剂诱导发生衰老后,其受体酪氨酸激酶-mTOR信号通路负反馈受损是导致其对mTOR信号通路抑制剂异常敏感的关键因素。最后,本研究在多种肝癌动物模型中证实,联合CDC7抑制剂和mTOR抑制剂能显著抑制肿瘤进展,其作用显著优于进展期肝癌患者的标准疗法。该研究创新性地提出先特异诱导肿瘤细胞衰老,再特异清除衰老肿瘤细胞的“One-two punch”分步式肝癌精准治疗模式,为肝癌精准治疗提供了新思路。目前,CDC7抑制剂和mTOR抑制剂均已处于临床试验阶段,针对该研究成果的相关临床试验工作正在有序推动中。该研究得到欧洲研究理事会、国家自然科学基金委员会、上海交通大学医学院以及附属仁济医院的基金资助。

Abstract: Liver cancer remains difficult to treat, owing to a paucity of drugs that target critical dependencies; broad-spectrum kinase inhibitors such as sorafenib provide only a modest benefit to patients with hepatocellular carcinoma. The induction of senescence may represent a strategy for the treatment of cancer, especially when combined with a second drug that selectively eliminates senescent cancer cells (senolysis). Here, using a kinome-focused genetic screen, we show that pharmacological inhibition of the DNA-replication kinase CDC7 induces senescence selectively in liver cancer cells with mutations in TP53. A follow-up chemical screen identified the antidepressant sertraline as an agent that kills hepatocellular carcinoma cells that have been rendered senescentinhibition of CDC7. Sertraline suppressed mTOR signalling, and selective drugs that target this pathway were highly effective in causing the apoptotic cell death of hepatocellular carcinoma cells treated with a CDC7 inhibitor. The feedback reactivation of mTOR signalling after its inhibition is blocked in cells that have been treated with a CDC7 inhibitor, which leads to the sustained inhibition of mTOR and cell death. Using multiple in vivo momodels of liver cancer, we show that treatment with combined inhibition of CDC7 and mTOR results in a marked reduction of tumour growth. Our data indicate that exploiting an induced vulnerability could be an effective treatment for liver cancer.