PNAS |低成本高效率的抗肿瘤药物临床前筛选

原创 存在一棵树 图灵基因 2022-05-05 10:24

收录于合集#前沿分子生物学技术

撰文：存在一棵树

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亮点：

1、开发了一个可快速且低成本地验证和优化抗癌药物的平台，该平台联合基因工程小鼠模型（GEMM）、体细胞基因组编辑和诱导可逆 RNAi 技术，可用于抗肿瘤药物的临床前筛选；

2、以CDK9 抑制作为范例，制作了可以在荷瘤小鼠中全身抑制 Cdk9 的模型，并将遗传 Cdk9 抑制的结果与使用最近开发的高度特异性 CDK9 抑制剂使用的结果进行了比较。

2022年4月26日，纪念斯隆-凯特琳癌症中心的Scott W. Lowe教授团队以Xiang Li为第一作者在《PNAS》上发表了一篇名为“A preclinical platform for assessing antitumor effects and systemic toxicities of cancer drug targets”的文章。本文介绍了该团队开发的一个用于评估抗肿瘤效果和全身毒性的临床前平台。

药物开发是一个耗时且需要资源的过程，而且经常失败。临床前药物发现和获得有效临床候选药物之间的最大障碍之一是药物靶点验证步骤，这需要根据不同的靶向功效和药物的毒性来证明合理的治疗指数。为了解决这些问题，本文团队开发了一种灵活且多功能的小鼠模型系统，该系统使用遗传方法来评估同一动物的全身靶向毒性和抗癌功效，该系统结合了两种建模方法：一是产生能够全身抑制感兴趣靶标的四环素（Dox）调节的短发夹 RNA (shRNA) 小鼠；二是以非生殖系方法以体细胞方式在各种组织中产生基因定义的癌症。这里使用 CDK9 抑制作为范例，该团队制作了可以在荷瘤小鼠中全身抑制 Cdk9 的模型，并将遗传 Cdk9 抑制的结果与使用最近开发的高度特异性 CDK9 抑制剂使用的结果进行了比较。

首先，如图1，该团队将能够利用Dox诱导shRNA将抑制治疗靶标敲除的种系模型与通过体细胞组织工程可以在各种组织中产生基因定义癌症的非生殖系小鼠模型结合，产生了可条件诱导Cdk9敲除且含有 Myc 驱动的肝细胞癌的小鼠模型：诱导型 shCdk9 小鼠模型。

如图2所示，在诱导型 shCdk9 小鼠模型中，Cdk9抑制导致选定器官和组织出现可逆毒性。为探索Cdk9抑制的全身效应，该团队对全身所有表达 shRNA/GFP 阳性的器官进行了全面评估，发现Cdk9抑制对全身病理的影响是剂量依赖性的；且选择性、有效和持续的 Cdk9抑制不会立即致命，但会产生一系列组织病理学，这些病理学表现出中等的外显率并在很大程度上是可逆的。

在建立了系统性Cdk9抑制的基线后，该团队着手研究在携带MYC表达的 HCC小鼠中靶向 CDK9 的治疗指数。如图3所示，使用体细胞组织工程来产生过度表达MYC和携带Trp53失活突变的肿瘤，这在受体小鼠中产生侵袭性 HCC；为测试Cdk9的基因抑制是否会损害肿瘤的维持，给荷瘤小鼠喂食 Dox以系统诱导Cdk9 shRNA 和对照shRNA；最后发现在基因工程诱导的 shCdk9 小鼠模型中，Cdk9抑制可降低 HCC 肿瘤负担并延长生存期。

为了评估该建模方法的预测能力，团队使用CDK9抑制剂NVP-2，研究CDK9的遗传和药理学抑制对正常组织和肿瘤的影响。如用基因Cdk9抑制一致，药理学 CDK9 抑制导致选定器官和组织中的可逆毒性；而无毒剂量的 NVP-2 具有抗肿瘤活性。为评估 NVP-2抑制 CDK9 的治疗指数，这里在MYC过表达和Trp53缺失驱动的小鼠肝癌模型中测试了无毒剂量 NVP-2 的抗肿瘤作用。如图4所示，发现NVP-2 的作用与Cdk9的遗传抑制相当，CDK9 的药理抑制作用可降低 HCC 小鼠模型的肿瘤负荷并延长生存期。

综上所述，该“一体化”平台及其变体将有助于评估候选药物靶点的治疗指数，并在药物验证过程中提供一个强大的工具，甚至在开发和测试候选药物化合物之前并行实施，如图5所示。鉴于其可推广性和可扩展性，该平台可用于系统评估与任何当前和未来候选小分子相关的靶向活性和毒性，从而增加推进临床成功药物的机会。

教授介绍

Scott W. Lowe，目前是担任MemorialSloan-Kettering癌症中心癌症生物学和遗传学项目的成员和主席、Geoffrey Beene癌症研究中心的主席以及Weill Cornell医学科学研究生院的教授。其于1982年进入威斯康星大学麦迪逊分校学习化学工程，随后转为生物学专业；毕业后作为实验室技术员在高胆固醇血症实验室工作了两年；随后进入麻省理工学院（MIT），对癌基因合作的兴趣，并继续获得博士学位，研究p53在癌症发展中的作用；1995年从麻省理工学院搬到冷泉港实验室，开始了自己的实验室，并继续他在p53上的工作。当前Lowe和他的团队希望准确地了解遗传改变如何促进肿瘤进展，改变治疗反应，并产生可能具有治疗靶向的脆弱性；该团队在他们的工作中结合了体外和体内方法，包括小鼠模型、RNA干扰和癌症基因组学。他们的目标是更全面地了解肿瘤抑制网络，并确定特定癌症基因型的有用治疗靶点。

参考文献

1、Li, Xiang et al. “A preclinical platform for assessingantitumor effects and systemic toxicities of cancer drug targets.” Proceedingsof the National Academy of Sciences of the United States of America vol. 119,17(2022): e2110557119.