《自然》：生存時間延長67%！科學家瞄準腫瘤微環境，找到治療膠質母細胞瘤的關鍵基因｜奇點猛科技

終於，在克利夫蘭診所Jeremy Rich教授團隊的不懈努力下，一種體內篩選抗腫瘤藥物靶點的新方法誕生了！

Rich教授是膠質母細胞瘤領域的專家，可是對於這種侵襲性極強，中位生存期只有15個月[3]，5年生存率在6%左右，被稱為「癌症之王」的癌症，他也束手無策。

在Rich教授看來，這可能是研究的方法出了問題。

Jeremy Rich教授

「傳統藥物研發是從體外培養癌細胞開始的，然後做高通量篩選。」Rich教授在論文中表示，「這種方法篩選出來的藥物遠遠算不上成功，在膠質母細胞瘤領域尤甚。」

藥物研發路上的這條攔路虎，把Rich教授逼到了另一條道路，盡量模擬腫瘤的原生環境，然後在這種條件下篩選藥物作用靶點。

藉助於Johannes Zuber博士在冷泉港開發的RNAi技術[1]，Rich教授團隊開發出了一個在小鼠體內篩選藥物靶點的新技術平台。

採用這個技術，他們找到了膠質母細胞瘤在腫瘤微環境下生存所必需的57個關鍵基因，讓人吃驚的是，這57個關鍵基因與體外培養篩選找到的基因沒有一個是重合的。當他們靶向其中一個叫JMJD6的基因時，超過1/4的膠質母細胞瘤模式小鼠，生存期至少延長了67%！顯然，Rich教授打開了癌症藥物研發的一個新方向。相關的研究成果，於7月5日刊登在《自然》上[2]。

腫瘤的生長環境是極其惡劣的，營養不足、空間有限，壓力山大。相較而言，生活在培養基裡面的癌細胞就幸福多了，營養充分、條件適宜，無憂無慮、茁壯成長。在這兩種迥然不同的條件下，癌細胞所必需的生存技能顯然是不同的。

靶向與腫瘤微環境有關的基因，這也是Rich教授想要改變研究策略的基本出發點。

基於腫瘤在體內（上）生長和體外（下）生長環境不同，開發的RNAi篩選技術示意圖

這種篩選技術的流程分為以下幾個步驟：首先，是構建短髮夾RNA（short hairpin RNA，shRNA）庫。shRNA能夠抑制靶基因的表達。研究人員將shRNA整合到帶有雙重熒光報告基因的載體上[4]。他們構建了1586種shRNA，靶向406個已知的染色質及轉錄調節基因（每個基因對應2-4種shRNA）。

然後，研究人員將患者的腫瘤細胞轉移到小鼠顱腔中，保證其在腫瘤微環境中生長，並將上述shRNA庫轉移至腫瘤細胞中。

之後是篩選帶有shRNA的腫瘤細胞。當shRNA成功轉移到細胞內時，會發出綠色的熒光，根據綠色熒光，就可以出篩選帶有shRNA的腫瘤細胞了。

接下來是構建篩選平台：研究人員將篩選出的腫瘤細胞分為兩部分。一部分在體外培養，另一部分移植到小鼠顱腔中（體內培養）。兩種培養方式分別設立實驗組和對照組。

研究人員給實驗組施加化學藥物，這種藥物可以讓shRNA表達，還會讓第二種熒光（紅色熒光）報告基因表達。這樣，活躍表達shRNA的腫瘤細胞就會同時發出綠色熒光和紅色熒光，同時，這種shRNA的靶基因的表達也會受到抑制。而對照組不予處理，對照組的腫瘤細胞只能發出綠色熒光。

在生長到3周時，研究人員將小鼠安樂死，並從小鼠顱腔取出腫瘤組織進行分離，然後再將實驗組或對照組的細胞進行測序並對shRNA的表達進行了量化。

如果一種shRNA的靶基因對腫瘤細胞的存活是關鍵的，那麼，在實驗組中這個靶基因受到抑制後，細胞就不能存活。相對於對照組，實驗組細胞中相應shRNA的量也就減少。通過比較實驗組和對照組同種shRNA含量的變化，研究人員就可以篩選出腫瘤細胞存活的關鍵基因了。

篩選方法示意圖

在比較體外培養和體內培養的篩選結果後，研究人員們震驚了：兩種培養方式中，影響腫瘤細胞存活的關鍵基因幾乎沒有重疊！在體內培養時，腫瘤細胞存活所需的57個基因，對體外培養的腫瘤細胞存活來說，是不重要的。

進一步的分析發現，體外培養時腫瘤存活所需的關鍵基因多是跟細胞的代謝和大分子的合成有關，而體內培養時所需的關鍵基因多是與轉錄調節有關，而這受到腫瘤微環境的影響。

為了找到膠質母細胞瘤的治療靶點，研究人員選擇了這57個基因中的12個與腫瘤應對環境壓力有關的基因，進行了進一步的研究。其中的一個基因JMJD6，可以調節許多基因的表達，而這些基因對腫瘤細胞的生存是極其重要的。

研究人員還發現，在膠質母細胞瘤患者的腫瘤中，JMJD6基因的表達量很高，並且病情越嚴重，JMJD6基因的表達量也越高。

這讓研究人員很興奮，如果不讓這個基因表達，會出現怎樣的結果呢？於是他們將腫瘤細胞的JMJD6基因敲除，分別在體外、移植到小鼠顱腔中培養。

這次，又得到了可喜的結果：體外培養時，敲除JMJD6基因對腫瘤的生長或存活並沒有什麼影響；但是，相比於沒有敲除JMJD6基因的腫瘤小鼠，敲除了JMJD6基因的腫瘤小鼠存活的時間更長了（對照組小鼠60天時全部死亡，超過1/4的實驗組小鼠存活時間大於100天）。

敲除JMJD6基因，對體外培養（b）的腫瘤生長無影響，卻延長了小鼠的壽命。

這真是太神奇了！正如本研究的第一作者Tyler Miller博士所說，「我們的研究結果提示，靶向腫瘤應對壓力的基因，要比靶向細胞增殖的基因，治療效果更好！這為膠質母細胞瘤的治療開闢了新的途徑！」[5]

這種篩選方法，能夠更接近天然腫瘤環境， 針對此種方法篩選出的靶點開發的藥物，也將能給患者提供更好的療效。

據研究人員講，這種方法也可以用於篩選其他類型癌症的潛在治療靶點[5]。我們期待，研究人員能儘快開發出針對此類靶點的新藥物，給癌症患者帶來實際的利益！

參考資料：

[1] Zuber, J. et al. Toolkit for evaluating genes required for proliferation and survival using tetracycline-regulated RNAi. Nat. Biotechnol. 29,79–83 (2011)

[2] Miller T E, Liau B B, Wallace L C, et al. Transcription elongation factors represent in vivo cancer dependencies in glioblastoma[J]. Nature, 2017.

[3]http://www.abta.org/secure/glioblastoma-brochure.pdf

[4]Zuber J, McJunkin K, Fellmann C, et al. Toolkit for evaluating genes required for proliferation and survival using tetracycline-regulated RNAi[J]. Nature biotechnology, 2011, 29(1): 79-83.

[5]https://www.sciencedaily.com/releases/2017/07/170705151739.htm

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