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2022-08

Nature子刊:類器官助力APC/KRAS結直腸癌新治療靶點機制研究
發(fā)布時間:2022-08-11 12:40:19作者:精科醫(yī)學 來源:精科醫(yī)學




Citation

引文



結直腸癌(CRC)是世界第三大常見癌癥,是我國發(fā)病人數(shù)第二高的癌癥,僅次于肺癌。且近幾年發(fā)病率和死亡率都呈現(xiàn)上升趨勢,雖針對結直腸癌EGFR突變研發(fā)的靶向藥在一定程度上改善了患者的生存,但仍有大量患者攜帶KRAS突變,無法從中受益,因此新的靶向治療的開發(fā)至關重要。



 研究背景 



結直腸癌的病變與一系列基因突變有關,其中APC和KRA就是其中常見的突變基因。APC功能的喪失是大腸癌發(fā)生的早期事件之一,約85%的結直腸癌存在APC的缺陷。同時,45%的CRC會發(fā)生KRAS突變,并驅動CRC進展。APC丟失和KARS的突變協(xié)同誘導結直腸癌的耐藥性,增加治療難度,因此,迫切需要針對APC/KRAS突變的結直腸癌新療法。合成致死篩選結果顯示CRISPR/Cas9敲除膽固醇生物合成基因與細胞活力的不相容,證明了膽固醇生物合成對腫瘤發(fā)展至關重要[6]。但是他汀類藥物對于CRC的治療效果有限,然而目前尚未清楚影響APC/KRAS突變型結直腸癌的是膽固醇生物合成途徑中哪些中間代謝物影響后續(xù)級聯(lián)反應。為此,研究團隊展開試驗旨在確認影響APC/KRAS突變型CRC的膽固醇代謝途徑和驗證PCSK9對APC/KRAS突變型結直腸癌的影響。

而類器官技術由于其能夠最大程度還原體內細胞三維結構和原代組織的生理學、組織學、遺傳學等特征在近幾年倍受科研人員和臨床醫(yī)生的歡迎。近些年,越來越多學者對利用類器官模型得到的實驗證據(jù)表達高度認可并運用于研究中。


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今天,小編就來帶大家看一篇2022年7月發(fā)布于Nature子刊的一篇名為The cholesterol uptake regulator PCSK9 promotes and is a therapeutic target in APC/KRAS-mutant colorectal cancer (IF:11.8780)的APC/KRAS結直腸癌新治療靶點機制研究前沿文章。

團隊研究確定PCSK9是調節(jié)膽固醇穩(wěn)態(tài)的關鍵基因,PCSK9過表達可誘導癌變減少膽固醇攝取,在APC/KRAS突變型CRC中誘導膽固醇從頭生物合成,并伴有香葉基香葉基二磷酸(GGPP)增加,該代謝產物可激活KRAS/MEK/ERK級聯(lián)反應以促進腫瘤細胞生長。團隊利用CRC等基因細胞系、類器官和異種移植模型驗證了PCSK9抑制劑對APC/KRAS突變型CRC腫瘤的靶向殺傷效果,特別是與辛伐他汀聯(lián)合使用,表明PCSK9是大部分CRC患者的治療靶點,而且PCSK9過表達可預測APC/KRAS突變型CRC患者的生存率較差。


 研究思路 

01

揭示APC/KRAS突變型CRC的膽固醇異常代謝

02

評估膽固醇代謝途徑在APC/KRAS突變型CRC中的作用

03

評估APC/KRAS突變型CRC膽固醇代謝機制的變化

04

揭示PCSK9在APC/KRAS突變型CRC中的作用

05

驗證PCSK9抑制劑對CRC的抑制作用



 研究結果 


1

APC/KRAS突變型CRC在

固醇生物合成途徑中富集


運用癌癥基因圖譜(TCGA)和結腸直腸癌(COAD-READ)隊列的RNA-seq數(shù)據(jù)集進行基因富集分析,結果顯示APC/KRAS型突變較野生型細胞在膽固醇生物合成途徑中富集,意味著APC/KRAS型CRC的膽固醇生物合成被激活。

2

APC/KRAS突變型CRC減少

對膽固醇攝取的依賴的同時

增加了膽固醇的從頭合成


運用熒光標記的低密度脂蛋白(LDL)作為跟蹤標志測量LDL膽固醇的攝取,并通過field計數(shù)和FL流式細胞術對LDL-FL熒光進行定量和半定量分析,證實了APC/KRAS突變型結直腸癌細胞對LDL攝取量降低。用氘水(D2O)同位素標記法評估從頭膽固醇合成,氘摻入膽固醇的LC-MS/MS分析顯示APC/KRAS突變型結直腸癌細胞中從頭膽固醇合成升高,但總膽固醇水平在等基因細胞系中保持不變。這些結果表明結腸癌細胞中APC/KRAS突變減少了對膽固醇攝取的依賴,同時增加了膽固醇的從頭合成。

3

APC缺失和KRAS突變

誘導了以PCSK9為關鍵靶點

膽固醇生物合成途徑


運用LC-MS/MS發(fā)現(xiàn)APC/KRAS突變型細胞誘導積累了3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A和香葉基香基二磷酸(GGPP)。與正常細胞相比,APC/KRAS突變型細胞伴隨GPP、FPP、GGPP上調,而且GGPP的積累會促進APC/KRAS突變型細胞集落形成,表明GGPP是KRAS激活所必需的代謝物。綜上所述,APC缺失伴隨KRAS突變促進細胞系和小鼠膽固醇合成和GGPP積累的上調。

4

PCSK9在CRC進展中的作用


01

PCSK9過度表達會

促進腫瘤發(fā)展,且其

過度表達與APC/KRAS

同時突變相關

02

PCSK9在APC/KRAS

突變型CRC中作為

致癌因子發(fā)揮作用,

促進APC/KRAS

突變型CRC的惡性表型

在研究PCSK9丟失后的體外效果時,還利用了PC/KRAS突變型CRC小鼠類器官進行輔助測試。并且觀察到了在shPCSK9抑制機制凝膠中培養(yǎng)的小鼠類器官生長受到抑制(圖1)。


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圖1

03

PCSK9驅動激活膽固醇

途徑從頭合成和GGPP

生物合成從而推動PCSK9

在APC/KRAS突變型

CRC進展


05

PCSK9抑制劑在體內外顯著

靶向抑制PCSK9在APC/KRAS

突變型CRC發(fā)展


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圖2  PCSK9抑制劑對人APC/KRAS突變型CRC類器官有顯著抑制作用


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圖3  通過qPCR和Wastern blot確定抑制膽固醇的生物合成途徑


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圖4  PCSK9抑制劑對結直腸類器官ABCA1沒有抑制作用


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圖5  PCSK9抑制劑對KRAS野生型類器官沒有影響


在驗證PCSK9抑制劑能夠在體內外抑制突變型結直腸癌發(fā)展的實驗中,運用了患者來源的APC/KRAS突變型CRC類器官進行試藥,發(fā)現(xiàn)PCSK9抑制劑對類器官具有顯著抑制作用,而PCSK9抑制劑對非PC/KRAS突變型CRC類器官則沒有抑制作用或無影響。



 研究亮點 

研究證明膽固醇攝取調節(jié)因子PCSK9是APC/KRAS突變型結直腸癌的致癌因子。APC/KRAS突變型結直腸癌通過誘導PCSK9過度表達促進癌癥發(fā)生發(fā)展進程。此外,PCSK9可以與他汀類藥物聯(lián)合靶向用藥,從而達到抑制APC/KRAS突變的結直腸癌發(fā)展的效果。明確PCSK9可能是APC/KRAS突變大腸癌的致癌因子和潛在治療靶點。



 前景展望 

從2009年類器官技術元年發(fā)展至今,類器官構建技術已經較為成熟,逐漸成為科研、臨床、生產等多領域中的熱門助手。2013年,類器官技術被Science評為年度生命科學技術。2019年,Science, Nature, Cell相繼推出類器官特刊。2021年,疾病類類器官模型被列為我國“十四五”首批重點專項。2022年7月10日,國內首個類器官領域專家共識正式發(fā)布,推動類器官藥敏技術更好幫助臨床精準治療。近幾年,期刊上也越來越多出現(xiàn)借助類器官模型輔助研究的高質量科研文章。就如本文章,研究團隊就在論證過程中運用了類器官實驗的結果為結論提供證據(jù)。相信隨著類器官技術的突破與經驗的積累,結合產學研醫(yī)的跨界合作,類器官技術一定會不斷地在推動下向前發(fā)展,為科研、臨床、新藥研發(fā)等領域做出更多貢獻。



 精科類器官亮點 

精科醫(yī)學作為國內類器官技術轉化先行者,對結直腸癌類器官的相關研究與臨床應用更是走在行業(yè)前列。我們在結直腸癌類器官(原位以及轉移灶)培養(yǎng)方面積累了豐富經驗,且擁有成熟的癌組織超微量建模技術,一份微量樣本可以同時實現(xiàn)類器官建模和NGS測序,能夠在少量樣本的情況下為患者提供更多檢測服務,給臨床患者帶來更大獲益。此外,我們還和多家醫(yī)院和科研機構開展科研和臨床合作。目前我們已經在類器官微量建模、類器官鑒定、藥物敏感性檢測方法、類器官共培養(yǎng)等多個重要技術上實現(xiàn)突破,并已建立相關實驗室標準。

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PIC. 依次為 精科腸癌類器官HE圖片(圖a) 精科腸癌類器官熒光照片(圖b-c) 精科類器官平臺用于超微量建模的腸癌肝穿樣本圖(圖d)


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