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2022-08
Citation 導(dǎo)言 結(jié)直腸癌(CRC)是第三大常見癌癥，占全球所有新癌癥病例的10%，是全球癌癥相關(guān)死亡的第二大原因，導(dǎo)致2020年近100萬人死亡，且年輕者發(fā)病率不斷上升[1,2]。在中國，結(jié)直腸癌的新發(fā)病人數(shù)僅次于肺癌，成為第二大癌癥，據(jù)最新數(shù)據(jù)，我國83%的結(jié)直腸癌患者在首次確診時處于中晚期，其中44%的患者已經(jīng)出現(xiàn)了肝、肺等部位的轉(zhuǎn)移。盡管當(dāng)前結(jié)直腸癌的治療策略有了進(jìn)步，但結(jié)直腸癌患者的預(yù)后僅略有改善，而開發(fā)新治療方法PI3K/mTOR抑制劑對攜帶RNF43 p.G659fs突變的結(jié)直腸癌患者是否具有治療應(yīng)用價值亟待對疾病機制的了進(jìn)一步了解，確定關(guān)鍵基因變異的特定功能對于促進(jìn)新的靶向治療方法至關(guān)重要，并最終改善患者的預(yù)后。
研究背景
RNF43基因（Ring Finger Protein 43）編碼一種環(huán)型E3泛素連接酶，它作為Wnt信號通路的負(fù)調(diào)節(jié)因子主要是通過降解Wnt受體Frizzled來實現(xiàn)。因此，RNF43功能的喪失將導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞依賴分泌的Wnt配體來存活[3-5]。 RNF43是CRC和其他惡性腫瘤中經(jīng)常發(fā)生突變的基因，且RNF43 p.G659fs突變在約8%的CRC患者中出現(xiàn)，尤其是在DNA錯配修復(fù)缺陷(dMMR)/高微衛(wèi)星不穩(wěn)定性(MSI-H)的患者中更常見[6]，但其作為熱點突變的功能影響還有待進(jìn)一步研究，且也沒有針對的特定療法，探索其中機制對新療法開發(fā)至關(guān)重要。 本文小編將帶大家一起看看這篇刊登于Nature Communications的文章：RNF43 G659fs is an oncogenic colorectal cancer mutation and sensitizes tumor cells to PI3K/mTOR inhibition（譯名：結(jié)直腸癌致突變RNF43 G659fs可使腫瘤細(xì)胞對PI3K/mTOR抑制劑敏感），從機制上探索PI3K/mTOR抑制劑對攜帶RNF43 p.G659fs突變的結(jié)直腸癌患者是否具有治療應(yīng)用價值。
研究背景
RNF43659mut具有不依賴Wnt的致癌作用 為研究RNF43上兩個熱點移碼突變（p.R117fs和 p.G659fs）的功能。經(jīng)過CRISPR-Cas9編輯構(gòu)建的RNF43117mut和RNF43659mut等基因細(xì)胞系。在培養(yǎng)之初加入Wnt-3a，結(jié)果顯示，與對照組相比，RNF43117mut組在加入Wnt-3a后生長顯著加速。而RNF43659mut組沒有明顯差別（圖1）。且RNF43659mut組增加了三個株系聚落形成（圖1），而這些聚落的形成與Wnt-3a和APC無關(guān)。表明了RNF43117mut的功能是Wnt依賴性的，而RNF43659mut不是。為了進(jìn)一步驗證結(jié)果，使用TOP/FOP熒光素酶報告分析測量Wnt信號活性。發(fā)現(xiàn)補充Wnt-3a的RNF43117mut組顯著增加Wnt信號。與對照組相比，RNF43659mut組Wnt信號未顯著增加（圖2） 圖1 圖2 （注：熒光素酶報告物測定所示CRISPR編輯細(xì)胞中的Wnt信號活性） RNF43659mut激活PI3K/AKT信號通路，易受PI3K/mTOR抑制劑的影響 為了發(fā)現(xiàn)RNF43659mut CRC細(xì)胞潛在的治療藥物，對RNF43659mutCRC細(xì)胞進(jìn)行了全面的藥篩。在5363種處于臨床前和臨床開發(fā)不同階段的化合物列表中，分別篩選出了30種和22種PI3K/mTOR途徑的藥物。與二甲基亞砜處理和等基因?qū)φ障啾?，該途徑在選擇性靶向RNF43659mut的重組文庫化合物中顯著富集（圖3）。發(fā)現(xiàn)五種化合物alpelisib，PF-04691502，PKI-179，Torin-1和Torin-2，在RNF43659mut等基因細(xì)胞系中表現(xiàn)出顯著的選擇性殺傷效果（圖4，6）。此外，對RNF43 p.G659fs 過表達(dá)細(xì)胞中使用五種化合物的劑量-反應(yīng)曲線中，五種化合物對RNF43659mut細(xì)胞和過表達(dá)RNF43659mut細(xì)胞顯示出有效和選擇性毒性，但對sgRNA對照細(xì)胞或野生型過表達(dá)細(xì)胞沒有毒性（圖5）。這些結(jié)果共同證明了RNF43659mut激活PI3K/AKT信號，PI3K/mTOR抑制劑可以靶向殺傷RNF43659mut突變的腫瘤。 圖3 圖4 圖5 Venn圖顯示HT29、LS513 RNF43659mut編輯細(xì)胞和HCT116 RNF43659mut過度表達(dá)細(xì)胞中PI3K/mTOR顯著候選化合物重疊（紅色），其中n為在每個細(xì)胞系的二次篩選中驗證的主篩選中的化合物數(shù)量 圖6 CRC RNF43 G659fs臨床前模型中PI3K/mTOR復(fù)合效率的評估 RNF43659mut通過RNF43659mut-p85相互作用激活PI3K/AKT信號 研究發(fā)現(xiàn)RNF43 p.G659fs突變在體外和體內(nèi)激活PI3K，并表明這種激活是通過降解PI3K調(diào)節(jié)亞基p85發(fā)生的。在突變體中，RNF43 p.G659fs通過結(jié)合降解p85來消除p85對PI3K/AKT信號的抑制，從而激活PI3K/AKT信號，加快癌細(xì)胞的生長，并且RNF43 p.G659fs誘導(dǎo)的PI3K/AKT信號激活可以被PI3K/mTOR抑制劑逆轉(zhuǎn)。這也進(jìn)一步證明PI3K/mTOR抑制劑能通過直接抑制PI3K/AKT信號，從而抑制攜帶RNF43 p.G659fs突變腫瘤細(xì)胞的生長。 圖7 泛素免疫沉淀分析評估觀察到RNF43659mut增加了P85的泛素化 RNF43659mut調(diào)節(jié)干擾素基因表達(dá) 研究對RNF43659mut等基因細(xì)胞系的RNA測序揭示了降低干擾素-α和-γ反應(yīng)的基因表達(dá)，這些基因集分別有助于炎癥反應(yīng)和先天性免疫反應(yīng)，且這種降低的活性可以被PI3K/mTOR抑制劑恢復(fù)，這說明RNF43659mut可能改變腫瘤免疫環(huán)境。
研究結(jié)論
本研究證明了RNF43 p.G659fs突變具有不依賴Wnt的致癌作用，RNF43 p.G659fs與p85亞基結(jié)合降解，消除p85對PI3K/AKT信號通路的抑制作用，可導(dǎo)致PI3K信號增強，因而PI3K/mTOR抑制劑可以逆轉(zhuǎn)p.G659fs誘導(dǎo)的PI3K/AKT信號通路的激活，它可對攜帶該突變的結(jié)直腸腫瘤選擇性殺傷。驗證了PI3K/mTOR抑制劑在治療RNF43 p.G659fs突變型癌癥中具有應(yīng)用價值，另外基于RNF43659mut調(diào)節(jié)干擾素基因表達(dá)，也提出了將免疫治療和PI3K/mTOR抑制劑結(jié)合進(jìn)行治療的可能性，尤其是治療失敗的DNA錯配修復(fù)缺陷(dMMR)/高微衛(wèi)星不穩(wěn)定性(MSI-H)結(jié)直腸癌患者。因此對RNF43 p.G659fs突變型結(jié)直腸癌的研究發(fā)現(xiàn)為未來治療新方法的開發(fā)拓展了新視野。
研究啟示
文中建立了CRC患者來源的類器官，腫瘤組織取自患者來源的RNF43_G659fs異種移植模型。同時也建立正常的患者來源的結(jié)腸類器官。應(yīng)用類器官進(jìn)行藥物處理，驗證了PI3K/mTOR抑制劑在RNF43659mut等基因細(xì)胞系和異種移植模型(PDX)，以及在患者來源的含有RNF43 p G659fs突變的類器官中都產(chǎn)生了良好的抗腫瘤活性。 作者之所以如此選擇，因為不同的模型都有其自身的局限性，細(xì)胞系包含的細(xì)胞類型過于單一，喪失了腫瘤的異質(zhì)性。而人源腫瘤異種移植模型，不僅存在人鼠之間物種的差異，而且成本高昂、建模周期長和建模成功率低，也無法高通量使用等問題。相比來說，類器官具有擬合度高、培養(yǎng)周期短、傳代穩(wěn)定、易自動化等優(yōu)勢，具備了高通量使用的條件。 類器官技術(shù)是科技部發(fā)布了“十四五”國家重點研發(fā)計劃的6個重點專項之一，由于類器官技術(shù)本身具有極高的創(chuàng)新性，類器官已成為疾病研究、新藥開發(fā)領(lǐng)域最受矚目的模型，深受基金項目申請和高分雜志的青睞，使用類器官發(fā)表文章及申請國自然都是很有優(yōu)勢的。 廣州精科醫(yī)學(xué)檢驗所有限公司 廣州精科醫(yī)學(xué)檢驗所有限公司是精科生物集團(tuán)旗下的全資子公司，是一家以類器官技術(shù)+基因組學(xué)技術(shù)為雙驅(qū)核心的第三方醫(yī)學(xué)檢驗所。公司在類器官方向致力于推動類器官技術(shù)的轉(zhuǎn)化與應(yīng)用，在科研上打造全面的類器官技術(shù)服務(wù)體系，而在臨床上提供高效的類器官+NGS的綜合檢測服務(wù)。 ★ PIC.08 精科腸癌類器官 HE圖片 參考文獻(xiàn) [1]Siegel, R. L., Miller, K. D. & Jemal, A. Cancer statistics, 2020. CA Cancer J. Clin. 70, 7–30 (2020). [2]Cancer Genome Atlas Network. Comprehensive molecular characterization of human colon and rectal cancer. Nature 487, 330–337 (2013). [3]Wong, C. C. et al. SLC25A22 promotes proliferation and survival of colorectal cancer cells with KRAS mutations and xenograft tumor progression in mice via intracellular synthesis of aspartate. Gastroenterology 151, 945–960 (2016). [4]Liu, X. et al. Inhibition of PCSK9 potentiates immune checkpoint therapy for cancer. Nature 588, 693–698 (2020). [5]Roig, A. I. et al. Immortalized epithelial cells derived from human colon biopsies express stem cell markers and differentiate in vitro. Gastroenterology 138, 1012–1021 (2010). [6]Zhang, L. et al. Selective targeting of mutant adenomatous polyposis coli (APC) in colorectal cancer. Sci. Transl. Med. 8, 361ra140 (2016).
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