發(fā)布日期：2019-04-15
昨天，英國Wellcome Sanger Institute團(tuán)隊(duì)，以及美國Broad Institute和Dana-Farber癌癥研究所聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，同時(shí)在頂級期刊《自然》發(fā)表重要研究成果。
癌癥的藥物研發(fā)和治療又迎來重要進(jìn)展。
由Mathew J。 Garnett和Kosuke Yusa領(lǐng)銜的Wellcome Sanger Institute團(tuán)隊(duì)[1]，利用CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)，敲掉了橫跨30個(gè)癌種的324種癌細(xì)胞系中的18，009個(gè)基因。這工作量簡直沒誰了~
這也是科學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)從基因組規(guī)模的水平上，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式，尋找有效的抗癌靶點(diǎn)。
▲ Mathew J。 Garnett（左）和Kosuke Yusa（右）（來源：sanger.ac.uk）重要的是，他們的巨大工作量讓癌細(xì)胞徹底暴露了自己的弱點(diǎn)，數(shù)千個(gè)癌細(xì)胞生長不可或缺的基因被發(fā)現(xiàn)，其中628個(gè)基因是非常有潛力的抗癌靶點(diǎn)。他們還基于自己開發(fā)的評價(jià)體系，給這628個(gè)基因評了優(yōu)秀等級，還儼然一個(gè)“癌細(xì)胞死亡名單”（別急，后面會公布）。
而由Adam J。 Bass和Francisca Vazquez領(lǐng)導(dǎo)的另一支研究團(tuán)隊(duì)[2]，則基于兩個(gè)大型數(shù)據(jù)庫，專門給MSI（微衛(wèi)星不穩(wěn)定）找“合成致死”的基因。
結(jié)果與WRN基因（編碼一種DNA螺旋酶）不期而遇。而且他們還在小鼠模型中證實(shí)了WRN和MSI之間的合成致死抗癌效果。與Garnett和Yusa團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)暗合。
▲ Adam J。 Bass（來源：dana-farber.org）癌癥是威脅人類生命健康數(shù)一數(shù)二的殺手，每年威脅千萬人的生命健康。
雖然人類已經(jīng)與癌癥斗爭了數(shù)千年，但我們治療癌癥的方法依然有限。作為主要的治療方法，手術(shù)、放療、化療、靶向治療和免疫治療的效果依然有限，有大量的患者對治療不響應(yīng)。
而新藥的研發(fā)又困難重重。由于科學(xué)家目前對癌癥了解仍然十分有限，這也導(dǎo)致科學(xué)家很難找到有效的治療靶點(diǎn)。
這個(gè)難度有多大，我們看兩個(gè)數(shù)據(jù)就知道了。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每開發(fā)一個(gè)抗癌新藥耗資10-20億美元[3]，即便如此，仍有90%以上的化合物倒在臨床研究階段[4]。在設(shè)計(jì)合成藥物之前，找到一個(gè)合適的靶點(diǎn)顯得尤為重要。
這一點(diǎn)，我們做的顯然還是不夠。
▲ Francisca Vazquez（來源：broadinstitute.org）不過科技的發(fā)展給我們帶來了新的機(jī)遇，尤其是CRISPR基因編輯技術(shù)的誕生。近年來，在全世界科學(xué)家的不懈努力之下，CRISPR不斷被升級和改進(jìn)。
“CRISPR是一個(gè)非常強(qiáng)大的工具，5年之前無論如何也做不到今天這個(gè)規(guī)模和精度，今天的CRISPR基因編輯技術(shù)給我們一個(gè)絕佳的機(jī)會，去開發(fā)抗癌新藥。”Kosuke Yusa表示[3]。
正是瞅準(zhǔn)了這個(gè)機(jī)會，Wellcome Sanger Institute才聯(lián)合GSK，EMBL-EBI，Open Targets等研究機(jī)構(gòu)的科學(xué)家，聯(lián)合開展了這項(xiàng)CRISPR篩選抗癌靶點(diǎn)的研究，這也是全球范圍內(nèi)規(guī)模最大的幾個(gè)同類研究之一。
▲ CRISPR基因編輯示意圖（來源：michelsonmedical.org）既然要干，那就干脆干票大的。
為了找到那些癌細(xì)胞生長必需，且不影響正常細(xì)胞的關(guān)鍵基因，研究團(tuán)隊(duì)采取了廣撒網(wǎng)的策略。
他們累計(jì)用CRISPR-Cas9干掉了18009個(gè)基因，這些基因分布在19個(gè)組織的30個(gè)癌癥類型的324個(gè)癌細(xì)胞系中。這些癌細(xì)胞系有個(gè)特點(diǎn)，基因組都被高度注釋[5]，基本囊括了癌細(xì)胞的分子特征[6]。
▲ 看上去就賊復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)過程[1]經(jīng)過初步的篩查，他們確實(shí)得到了不少目標(biāo)基因，不過初步的結(jié)果并不能告訴科學(xué)家哪些基因更適合作為抗癌靶點(diǎn)。
因此，他們又開發(fā)了一個(gè)計(jì)算框架，這個(gè)框架整合了多個(gè)證據(jù)線，為每個(gè)基因分配了一個(gè)范圍從0到100的優(yōu)先級分?jǐn)?shù)。經(jīng)過進(jìn)一步的分析，排除那些有潛在毒性的靶點(diǎn)，科學(xué)家終于生成了一個(gè)包含628個(gè)基因的“獵殺癌細(xì)胞基因名單”。
▲ ”死亡名單“[1]（看看有多少老朋友）其中有457（74%）個(gè)只出現(xiàn)在一種（56%）或兩種（18%）癌癥類型中。而且，在這些基因里面，有120個(gè)（19%）至少有一個(gè)相關(guān)聯(lián)的生物標(biāo)志物，因此它們成為藥物靶點(diǎn)的可能性要更大一些。
▲ 靶點(diǎn)（上面一行）和對應(yīng)的生物標(biāo)志物（下面一行）[1]隨后，研究人員又將這628個(gè)靶點(diǎn)分成了1、2、3三個(gè)組。其中第1組有40個(gè)基因，它們要么是已經(jīng)有獲批藥物了，要么是有藥物正在開展臨床研究；第2組有277個(gè)基因，這些目標(biāo)靶點(diǎn)目前沒有藥物，但有基礎(chǔ)研究證明，它們確實(shí)有潛力；第3組包含311個(gè)靶點(diǎn)，這些靶點(diǎn)不僅目前沒有在研藥物，甚至連支撐的證據(jù)都少有，也就是全新的發(fā)現(xiàn)。
▲ 拿4個(gè)癌種來舉個(gè)例子[1]研究人員為了檢驗(yàn)研究成果的靠譜程度，從第2組中拎出一個(gè)名為WRN靶點(diǎn)，和對應(yīng)的標(biāo)志物MSI做了個(gè)小驗(yàn)證。結(jié)果在細(xì)胞水平，以及模式小鼠身上證實(shí)，WRN和MSI是一對“合成致死”的好搭檔。
“我們這個(gè)研究是想找到癌細(xì)胞的所有弱點(diǎn)，幫助大家認(rèn)清癌癥，尋找更有效的抗癌靶點(diǎn)。”Mathew J。 Garnett表示[3]，“與此同時(shí)，我們的這些工具將會免費(fèi)提供給全世界的腫瘤學(xué)家，幫助他們研究更多的腫瘤類型。”（科學(xué)家是無私的）
▲ 就是這張圖，暗藏WRN和MSI之間的關(guān)系[1]與Garnett和Yusa團(tuán)隊(duì)的出發(fā)點(diǎn)不同，Broad Institute的科學(xué)家們受到PARP抑制劑合成致死抗癌的啟發(fā)，從一開始就認(rèn)定了MSI是個(gè)好標(biāo)志物，希望能從癌細(xì)胞的基因組中找到與MSI有合成致死效果的新靶點(diǎn)。
他們把目光盯在兩個(gè)現(xiàn)成的癌癥基因組研究數(shù)據(jù)庫上。一個(gè)叫DepMap，是個(gè)CRISPR-Cas9基因敲除數(shù)據(jù)庫；另一個(gè)叫Project DRIVE，是個(gè)RNA沉默數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)都是現(xiàn)成的，放手分析即可。
▲ DepMap是一個(gè)很重要的數(shù)據(jù)庫，大家有必要認(rèn)識一下（depmap.org）很快他們就發(fā)現(xiàn)，73%存在MSI的癌細(xì)胞株系的生存離不開WRN，相反，在沒有MSI的癌細(xì)胞系中，WRN被敲除或沉默不影響癌細(xì)胞的生長。
這就是典型的抗癌好靶點(diǎn)啊~~
為了進(jìn)一步證實(shí)WRN與MSI之間的合成致死關(guān)系，研究人員首先在癌細(xì)胞系中沉默WRN的表達(dá)，確認(rèn)了WRN對存在MSI癌細(xì)胞的重要性；隨后他們在小鼠模型上證實(shí)，抑制WRN可以顯著減緩小鼠MSI癌癥的生長。他們還在人體結(jié)腸癌衍生腫瘤模型中證實(shí)，攜帶MSI的結(jié)腸癌對WRN有嚴(yán)重的依賴性。
WRN是個(gè)好靶點(diǎn)沒跑兒了。
▲ WRN強(qiáng)勢領(lǐng)跑與MSI的關(guān)系[2]話說回來，錯(cuò)配修復(fù)是維持細(xì)胞基因組穩(wěn)定的重要機(jī)制，如果錯(cuò)配修復(fù)相關(guān)基因發(fā)生突變，DNA在復(fù)制過程中發(fā)生的錯(cuò)誤就沒有辦法及時(shí)修復(fù)，MSI就出現(xiàn)了，這也是癌癥發(fā)生的原因之一。
其實(shí)啊，攜帶MSI的癌癥患者是有藥可用的，畢竟FDA已經(jīng)批準(zhǔn)PD-1抗體用于MSI腫瘤的治療。不過呢，仍然只有一小部分患者能從中獲益，大部分有MSI的患者對PD-1抗體是不響應(yīng)的。
而MSI在消化系統(tǒng)腫瘤，尤其是肝癌、胃癌和腸癌，以及子宮內(nèi)膜癌中占比是比較高的[7]。因此，還有很大一部分患者的需求沒有得到滿足。
▲ MSI的分布[7]這次，WRN的出現(xiàn)，讓這部分患者有了新的希望，而且一旦成藥，使用的伴隨診斷也會非常簡單，普通PCR的方法即可完成檢測。
實(shí)際上，幾乎在同一時(shí)間，我們之前介紹過的藥物研發(fā)公司IDEAYA Biosciences也從DepMap數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)了WRN與MSI之間的合成致死關(guān)系。
如此看來，靶向WRN的合成致死抗癌藥物的出現(xiàn)，只是時(shí)間的問題。
來源：奇點(diǎn)網(wǎng)
