由生成式人工智能驱动的临床阶段生物医药科技公司英矽智能(Insilico Medicine,股票代码:3696.HK)宣布,其联合哥本哈根大学及多家国际顶尖学术机构开展的最新研究成果已发表于国际知名期刊Science Signaling。该研究深度融合计算生物学与多维度实验验证,揭示了应激响应蛋白 NDRG1 参与癌症 DNA 损伤应答调控的新机制,并提出其作为潜在治疗靶点的可能性,为精准肿瘤学提供了全新的潜在靶点与“合成致死”策略。
该项多学科研究由哥本哈根大学领衔,结合了计算转录组学分析、高内涵基因筛选、分子生物学验证及大规模癌细胞系分析,系统解析了 NDRG1 介导的 DNA 修复通路。研究表明,通过小分子药物或基因敲降手段破坏 NDRG1 与分子分离酶 VCP 的相互作用,会阻断关键 DNA 修复蛋白向损伤位点的招募,从而在特定癌症亚型中精准诱导“合成致死”效应。值得注意的是,携带 MLH1 或 PARP3 基因突变的结直肠癌细胞对该通路的抑制表现出尤为显著的敏感性。
Science Signaling高级编辑 Leslie K. Ferrarelli 在编辑总结中指出 :“DNA 损伤修复是癌细胞维持存活的必备机制,因而是极具前景的抗癌靶点。Mkrtchyan 等人的研究成功揭示了应激响应蛋白 NDRG1 在 DNA 损伤应答中具备可供药物利用的治疗靶点价值。高通量筛选表明,NDRG1 高表达的癌细胞对抗疟药Quinacrine(阿的平)高度敏感,该药能有效阻断关键 DDR 蛋白向 DNA 损伤位点的泛素化依赖性招募。其中,携带 MLH1 和 PARP3 基因突变的结直肠癌细胞对阿的平或 NDRG1 基因敲降格外敏感。这些发现为基于 NDRG1 表达调控 DNA 损伤应答提供了极具潜力的治疗策略。”
英矽智能创始人兼 CEO、该研究共同作者 Alex Zhavoronkov 博士表示:“人工智能正在超越单纯的药物研发‘加速器’角色,越来越多地帮助科学家揭示全新的生物学机制。通过整合大规模生物学数据集与前沿计算方法,我们能够提出仅凭传统手段极难发现的假说。本研究证实了计算科学与实验科学的有机融合,既能揭示潜在的治疗契机,又能深化我们对疾病生物学本质的认识。任何变革性疗法都源于生物学洞察,而此类研究表明,AI 能够协助科学家发掘这些洞察,从而推动下一代精准医学的发展。”
癌细胞在积累基因变异的过程中,往往会对体内依然发挥作用的 DNA 修复通路产生高度依赖。识别这些依赖性,不仅能够揭示全新的治疗机遇,还能为精准医疗策略的选择提供重要指引。本研究通过深度融合计算转录组学分析、高内涵基因筛选、分子生物学验证以及大规模癌细胞系分析,完整展现了“计算预测→湿实验验证→靶点与机制解析→合成致死确立”的全闭环探索路径。
实验设计:(1)筛选靶向DNA损伤应答(DDR)的小分子;(2)靶点鉴定;(3)发现对该治疗敏感的癌症。
研究团队首先利用英矽智能的 AI 平台 PandaOmics,整合了 GEO 数据库中 21 个涵盖细胞接受电离辐射后的转录组数据集。通过将电离辐射诱导的 DNA 损伤应答(DDR)表达谱与 LINCS L1000 数据库中数千种小分子处理细胞后的表达特征进行相似性比对,团队发现经过抗疟疾药物Quinacrine处理的细胞,呈现出与 DDR 激活高度相似的转录组表达特征,从而锁定了这一关键候选分子。
在随后的实验中,研究人员通过彗星实验(Comet Chip)排除了Quinacrine直接造成 DNA 物理切割的可能性。进一步的荧光焦点分析显示,虽然细胞上游能够正常感知 DNA 损伤并聚集 γH2AX和 MDC1 焦点,但Quinacrine处理后几乎完全阻断了核心修复蛋白 53BP1 以及 BRCA1 和 RAD51 的招募。深入追踪发现,Quinacrine显著降低了 E3 泛素连接酶 RNF8 和 RNF168 的蛋白水平,导致染色质无法被正常泛素化标记,阻断了下游的修复级联反应。
机制研究确定NDRG1是DNA损伤修复信号传导的关键调节因子,并证实其与多种癌症类型患者的预后存在关联。
为了明确Quinacrine 的作用靶点,研究团队对 582 个 DNA 代谢相关基因开展了高通量 siRNA 遗传筛选,并在结合高内涵成像对多重表型进行交集分析后,锁定了 EYA1、MDC1 和 NDRG1 三个候选基因。随后的药物亲和力响应靶点稳定性实验(DARTS)证实,只有 NDRG1 在Quinacrine存在下表现出蛋白稳定性保护,表明Quinacrine 直接与 NDRG1 发生相互作用。深入的机制研究证实,Quinacrine打断了 NDRG1 与分子分离酶 VCP 之间的相互作用,促使高效 DNA 损伤修复所必需的蛋白质发生降解,确立了 NDRG1 作为 DNA 损伤修复信号传导关键调节因子的地位。
与此同时,团队结合 TCGA 泛癌数据分析发现,NDRG1 高表达与多种癌症患者的不良预后显著相关。通过在 28 种癌症类型的 133 株癌细胞系中开展自动化高通量筛选,团队进一步发现带有 MLH1 或 PARP3 基因突变的细胞系对该通路的抑制表现出极高的敏感性(尤以结直肠癌最为显著)。细胞实验和患者生存数据分析进一步提示,NDRG1 与 MLH1 或 PARP3 异常之间可能存在具有治疗意义的合成致死关系。
尽管Quinacrine 在本研究中主要作为探索机制的工具药,但研究团队强调,更广阔的临床价值在于围绕该通路开发针对 NDRG1 的高选择性全新小分子抑制剂。本研究建立的生物标志物组合与机制框架,为未来在结直肠癌及其他特定基因型肿瘤中开展精准治疗奠定了坚实的科学基础。
参考资料:
[1] Mkrtchyan, G. V., Veviorskiy, A., Meisen, Z. G., Petr, M. A., Mercurio, T. C., Bakula, D., Sykora, P., Kuo, L., Rosenthal, D. S., Simbulan-Rosenthal, C. M., Zhang, P., Tang, Q., Osipov, A. N., Ozerov, I. V., Aliper, A., Zhavoronkov, A., & Scheibye-Knudsen, M. (2026). NDRG1 expression in cancers confers dependence on DNA damage repair and sensitivity to quinacrine. Science Signaling, 19(947), eadv4272. https://doi.org/10.1126/scisignal.adv4272
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