靶向治療急性髓細胞性白血病的新方案

撰文丨程然然

責編丨迦 漵

圖片引自：https://myelomacrowd.org

急性髓細胞性白血病(Acute myeloid leukemia, AML)是一種髓系造血干/祖細胞惡性血癌，主要是因為白血病細胞取代正常骨髓性細胞所致，造成周邊血液的紅血球、血小板和正常的白血球下降。隨著分子醫學的進步，AML的致病基因突變分析檢測也取得了長足的發展，但由於AML會產生藥物抵抗以及存在分子異質性，因此尚且沒有顯著臨床效果的靶向治療方案，AML的治療在過去40年內並未有重大突破【1】。

科學家們仍在致力於找到有效的治療AML的新方法，一種方法是通過靶向白血病細胞表觀修飾的染色體調控者，如IDH、 HDAC和BRD4【2】；另一種方法是激活腫瘤抑制因子p53。前期研究發現抑制酪蛋白激酶1A1(CKIα)可以激活p53【3】，並且CKIα在「來那度胺」(Lenalidomide, 是沙立度胺的衍生物)治療白血病前期骨髓發育異常綜合征(pre-leukemic human myelodysplastic syndrome, MDS)中起著重要作用【4】。「來那度胺」作為E3泛素連接酶複合物和CKIα的連接分子，通過促進CKIα的降解，增加p53的穩定性，從而殺死白血病細胞。因此開發一系列小型的CKIα的抑製劑在癌症的治療中具有很大潛能。

8月24日，以色列希伯來大學哈達薩醫學院（Hebrew University-Hadassah Medical School）的Yinon Ben-Neriah課題組在Cell上發表題為Small Molecules Co-targeting CKIαand the Transcriptional Kinases CDK7/9 Control AML in Preclinical Models的研究，該研究找到了可以同時作用於CKIα和轉錄激酶CDK7/9的藥物小分子，並在臨床前模型中可用於治療AML。

首先，作者利用直腸癌細胞系中大規模激酶抑製劑庫的篩選，找到了A系列(A-series)小分子家族，發現它們可以有效的抑制CKIα的活性。在6種化合物中，作者篩選出A86、A51、A75和A14四種，因為它們在較低的濃度時可以誘導白血病細胞發生凋亡。MLL-AF9誘導的AML小鼠模型中(類似於一種預後較差的人類白血病)【5】，這些選擇性小分子可以將白血病細胞和正常的造血幹細胞進行區分，特異性的靶向白血病細胞，提高p53的穩定性，進而抑制AML。作者還通過對A系列小分子的葯代動力學分析，確定了最佳的給藥方式和給葯時間。隨後，研究人員在MLL-AF9誘導的AML小鼠模型中檢測了抑製劑的長期治療效果，發現對照組大多數小鼠在接種後一個月內死亡，而40-50%的藥物處理小鼠在5個月後仍未出現明顯病症。並發現這種治療效果源於A系列小分子可以特異的清除白細胞增值細胞(leukemia-propagating cells, LSCs)。

這些小分子抑製劑是如何區分正常細胞和白血病細胞，並選擇性的靶向白血病細胞？一種解釋是抑製劑部分抑制CKIα的活性，對正常的造血幹細胞無顯著影響；另一種解釋是由於這些CKI的抑製劑有其他的功能，可以選擇性的影響白血病細胞。為此，研究者比較了「來那度胺」、BTX161(另一種沙立度胺的衍生物)、A51和A86作用機制的差異（下圖），「來那度胺」和BTX161可以使CKIα發生降解，並在激活DDR（DNA損傷應答）和p53的同時提高了p53拮抗劑MDM2的穩定性。CKIα活性抑製劑A51和A86，可抑制MYC、MDM2以及抗凋亡致癌基因MCL1的表達，並減少MYC和MDM2的mRNA 表達，而BTX161可以上調MYC的mRNA水平而對MDM2的mRNA表達無影響。基於以上發現，研究者猜測這些CKIα催化活性抑製劑可能同時靶向其他的轉錄激酶。結果表明，這些催化活性抑製劑可以靶向轉錄激酶CDK7和CDK9(CDK7/9被認為是轉錄機制的gatekeepers，目前許多小分子抑製劑在臨床實驗階段)【6】，並通過靶向CDK7/9下調MYC、MDM2和MCL1，增加白細胞細胞的凋亡。

「來那度胺（LEN）」、BTX161、A51和A86作用機制的差異

作者還闡釋了對這些抑製劑共同靶向CKIα和CDK9的分子結構基礎。在AML中超級增強子(super-enhancer,SE)的過度激活是許多致癌基因，如Myc轉錄激活的主要原因，而SEs對CDK7和CDK9的抑制敏感【6】。SE中H3K27的乙醯化在SE的調控中起著重要作用，研究發現A51處理後，H3K27Ac在SE相關基因中表達減少或消失，進而導致SE相關基因的轉錄關閉。通過ChIP-seq發現A51處理可以顯著減少SEs中Pol II Ser2 CTD的磷酸化，進而抑制下游基因的轉錄延長。

以上研究結果表明，在白血病細胞中同時抑制CKIα和CDK7或CDK9可以增加p53的促凋亡效應。為了驗證這一猜想，研究者在MV4-11細胞系中將BTX161、 CDK9抑製劑iCDK9 和CDK7抑製劑THZ1聯合給葯，或BTX161和iCDK9聯合、BTX161 和THZ1聯合，發現三者聯合在增加p53表達，促進凋亡方面有更好的效果。但是值得注意的是，A51的處理效果超過了上述所有的組合效果，而且這些小分子具有很快的反應速度，進一步強調了A系列小分子在治療AML的極大潛能。

AML的異質性很大，患者帶有不同的突變，在正常染色體核型的急性骨髓性白血病患者當中，約有 30%可以檢測出FLT3基因突變。FLT3基因突變的急性骨髓性白血病患者預後較差。研究人員利用Tet2 -/ -;Flt3 ITD誘導AML的小鼠模型驗證了A51和A86在治療AML中的有效作用，隨後又利用異種移植小鼠模型(在該模型所用白血病細胞來自5位具有不同染色體核型的患者)發現這些小分子在治療不同類型的AML中具有很好的治療效果。

該研究發現了一些可以同時靶向CKIα和轉錄激活酶CDK7和CDK9的小分子，通過增加p53，促進凋亡和抑制SEs的轉錄延長等分子機制，在不同的AML小鼠模型中展現了很好的治療效果，它們可以選擇性的靶向白血病細胞而不影響正常的造血幹細胞，為後面AML治療的臨床實驗打下了良好的基礎。

參考文獻：

1. Coombs, C.C., M.S. Tallman, and R.L. Levine, Molecular therapy for acute myeloid leukaemia.Nat Rev Clin Oncol,2016. 13(5): p. 305-18.

2. Bradner, J.E., D. Hnisz, and R.A. Young, Transcriptional Addiction in Cancer.Cell, 2017. 168(4): p. 629-643.

3. Papaemmanuil, E., et al., Genomic Classification and Prognosis in Acute Myeloid Leukemia.N Engl J Med, 2016. 374(23): p. 2209-2221.

4. Petzold, G., E.S. Fischer, and N.H. Thoma, Structural basis of lenalidomide-induced CK1alpha degradation by the CRL4(CRBN) ubiquitin ligase.Nature, 2016. 532(7597): p. 127-30.

5. Barabe, F., et al., Modeling the initiation and progression of human acute leukemia in mice.Science, 2007. 316(5824): p. 600-4.

6. Ferguson, F.M. and N.S. Gray, Kinase inhibitors: the road ahead.Nat Rev Drug Discov, 2018. 17(5): p. 353-377.

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