TASK-3

在新药研发的漫漫长路上，靶点无疑是决定成功与否的关键因素之一。全球在研新药涉及靶点上千，而埋藏在早期研发之下尚未被广泛研究的靶点中，又蕴藏着多少新机会？2022 年度的欧洲肿瘤内科学会（ESMO）年会近期刚刚闭幕。而在这场学术盛会上，除重磅临床试验结果接连出炉，也不乏有对肿瘤领域基础科研领域的探索，为全球的生物医药研发赋能。本期的专栏文章中，我们将摘取 2022 ESMO 中有关靶点发现类的摘要，为大家解读以及盘点本次大会中揭示的肿瘤领域新靶点。胃癌免疫疗法新靶点：CLDN18-ARHGAP 融合基因Claudins 蛋白家族的成员是构成细胞间紧密连接的重要分子。不同的 CLDN 在不同组织中的表达水平各异，其中最广为人知的 CLDN18.2 在正常组织中表达非常有限，却在胃癌、胰腺癌等原发性恶性肿瘤中出现异常高的表达水平，使其成为近年备受追捧的热门靶点。据 Insight 数据库，这一热门靶点已经有超过 100 个项目在研，其中 51 个已经进入临床开发，横跨单抗、双抗、ADC、细胞疗法等。而在 CLDN18.2 热潮之外，Claudin 蛋白家族潜在还蕴藏着不少新机会。本次 ESMO 中，研究人员就发现并提出了胃癌免疫治疗新靶点 —— CLDN18-ARHGAP。图 1：CLDN18.2 近 7 年全球新药开发趋势来自：Insight 数据库网页版（http://db.dxy.cn/v5/home/）Claudin-18（CLDN18）和 CLDN18.2 互为剪接异构体。不过，CLDN18 的表达仅限于正常的胃组织，在胃癌组织中会发生显著下调。南京鼓楼医院肿瘤中心的研究人员在本次 ESMO 上以海报形式发布了一项研究结果 [1]，描述了一种 CLDN18 的一种特殊形态，即 CLDN18-ARHGAP 融合基因。图 2：Immunotherapies for gastric cancer with CLDN18-ARHGAP fusion gene图片来源：2022 ESMO（摘要编号：1230P）CLDN18-ARHGAP 融合基因最早在 2016 年就引起了研究人员的注意，出现在约 9% 的胃癌病例中，且大多数为弥漫性胃癌（DGCs）。CLDN18-ARHGAP 由 CLDN18 和 ARHGAP 基因经过染色体重排形成，主要包括 CLDN18-ARGHAP26 和 CLDN18-ARHGAP6 [2] 两种形态。ARHGAP26 是一个 Rho GTPase 激活蛋白家族的一员，主要功能是调节 RhoGAP 家族蛋白的活性以及 CLIC/GEEC 通路介导的细胞膜重塑。图 3：CLDN18 和 ARHGAP26 融合后会产生融合蛋白 CLDN-ARHGAP26图片来源：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6047683/CLDN18-ARHGAP26 包含了一个几乎完整的 CLDN18 编码区和 ARHGAP 的保守结构域，并且保留了 C 端的 GAP 结构域。这可能会影响 ARHGAP 对 RHOA 通路和胃癌细胞表型的调控。并且，融合蛋白的存在可能会破坏野生型 CLDN18 蛋白的结构，从而影响癌细胞的粘附，促进肿瘤的迁移和侵袭能力。作者筛选了 CLDN18-ARHGAP 融合蛋白用于被 MHC 分子呈递的多肽片段序列，发现基于 CLDN18-ARHGAP 的多肽片段具有很强的免疫原性，且能刺激 PBMCs 分泌大量的 IFN-γ。此外，在体外实验中用 CLDN18-ARHGAP 多肽片段刺激后的新抗原反应性 T 细胞（NRTs）产生了更强的胃癌细胞杀伤作用。此外，CLDN18-ARHGAP 融合蛋白会促进免疫抑制的肿瘤微环境（TME）形成。作者在小鼠模型中发现，CLDN18-ARHGAP 可以促进 PI3K/AKT-mTOR-FAS 通路的激活和脂肪酸分泌，进而增强 Treg 细胞的代谢和繁殖。而这种 CLDN18-ARHGAP 介导的 Treg 细胞浸润和抑制性 TME 可以被 PI3K 抑制剂有效逆转。图 4：在 CLDN18-ARHGAP 融合胃癌模型中，PI3K 抑制可驱动抗肿瘤效应，改善肿瘤免疫微环境图片来源：2022 ESMO（摘要编号：1230P）基于 CLDN18-ARHGAP 融合基因的组织分布和特异性，该靶点有望成为治疗性癌症疫苗开发的潜在治疗靶点，这也是 CLDN18-ARHGAP 迥异于 CLDN18.2 这些靶点的特质之一。目前据 Insight 数据库显示，全球仅 9 款临床阶段胃癌肿瘤疫苗在研，主要选择 HER2 和 MUC1 作为肿瘤特异性抗原。CLDN18-ARHGAP 的出现，有望为这一领域的研发贡献新鲜血液。图 5：全球临床阶段胃癌治疗性疫苗来自：Insight 数据库网页版（http://db.dxy.cn/v5/home/）肺癌小分子新靶点：SSB1DNA 损伤和基因组不稳定是大多数癌症的特征。而后者常常由 DNA 修复基因突变引起，且推动癌症进展。靶向 DNA 损伤修复（DDR）途径已经成为了近年来的新兴策略，参与 DNA 损伤反应的蛋白也被确认为治疗癌症的靶点。除了大放异彩的 PARP1/2 之外，阿斯利康、礼来和 BMS 等头部玩家也布局了其他 DNA 修复蛋白例如 DNA-PKcs 、ATR 和 CHK1 等。图 6：部分 DNA 损伤修复靶点研发热力图来自：Insight 数据库网页版（http://db.dxy.cn/v5/home/）在 2022 ESMO 大会上，来自 Queensland University of Technology 的团队介绍了 DNA 损伤修复途径中的新靶点—— SSB1 [3]。图 7：A first in class DNA repair inhibitor for the treatment of NSCLC图片来源：2022 ESMO（摘要编号：1153P）SSB1（Human single-stranded DNA-binding protein 1，hSSB1）是单链 DNA 结合蛋白家族的成员之一。SSB1 在调节 DNA 双键断裂、复制叉停滞以及氧化应激损伤等维持基因组稳定性的途径中起到了关键的作用 [4]。图 8：SSB1 作用机制图片来源：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1084952117304330研究者首先发现 SSB1 是一个肺癌/肺腺癌的预后标志物，高 SSB1 mRNA 或者蛋白水平往往预示着较差的预后以及更低的生存率。并且在肺癌细胞系中，使用 siRNA 敲减 SSB1 基因后抑制了癌细胞的增殖。在 H460 细胞（一种肺癌细胞系）中，SSB1 沉默还显著增加了癌细胞对顺铂的敏感性。图 9：SSB1 是一种肺癌/肺腺癌预后标志物图片来源：2022 ESMO（摘要编号：1153P）研究团队借此开发了一个 SSB1 特异性寡核苷酸（Oligonucleotides）抑制剂—— DKLS02。DKLS02 能够干扰 SSB1 和 DNA 结合，从而阻止 SSB1 调节癌细胞的损伤修复。这一抗肿瘤机制在临床前的细胞模型以及在植入 H460 细胞的 SCID 小鼠模型中得到了验证，DKLS02 显示出了较好的抗肿瘤活性。图 10：DKLS02 的抗肿瘤活性图片来源：2022 ESMO（摘要编号：1153P）研究团队还表示，DKLS02 在啮齿动物中具有良好的毒理学以及药代动力学特征，计划后续在肿瘤患者中开展 Ia 期、开放标签、剂量递增的临床试验。作为 DNA 损伤修复蛋白，SSB1 也常在实体瘤中高表达，有潜力成为一个针对 NSCLC 的新型药物治疗靶点。泛癌种 ADC 新靶点：KCNK9 & ATP13A5抗体偶联药物（Antibody-drug conjugates, ADCs）和嵌合抗原受体 T 细胞（CAR-T）疗法都已经在各种实体瘤中展现出了不俗的治疗潜力。这些疗法在发挥疗效前都需要识别并区分肿瘤特异性膜蛋白，再通过各自的作用机制杀伤肿瘤细胞。随着抗体筛选以及工程化平台的发展，ADC 药物日趋成熟，企业间的竞争也愈发激烈。目前全球范围内在研的 ADC 药物难以避免地在靶点选择上产生同质化，因此，发现新的肿瘤特异性靶点也是推动 ADC 药物迭代的策略之一。图 11：全球 ADC 药物靶点热力图来自：Insight 数据库网页版（http://db.dxy.cn/v5/home/）韩国高丽大学的研究团队携手医药 AI 技术公司 Lunit 在本次 ESMO 大会中发表了一项最新研究，通过分析从癌症基因组图谱（The Cancer Genome Atlas, TCGA）数据库中收集到的包括基因组、转录组和病例图像数据在内的数据，发现了两个有潜力的新膜蛋白靶点：KCNK9 和 ATP13A5 [5]。图 12：Multimodal approach to discover novel targets for antibody-drug conjugates by analyzing distinct expression patterns of frequent copy number aberration图片来源：2022 ESMO（摘要编号：1704P）研究者对于候选基因做了多个维度的筛选，最终鉴定出了 25 个候选基因：1、通过 TCGA 数据库从基因的拷贝数变更和转录组数据确认在肿瘤样本中经常扩增以及过表达的基因；2、利用人类蛋白质图谱（Human Protein Atlas, HPA）数据库来进一步选择编码膜蛋白的基因；3、应用 Lunit 公司独有的 SCOPE IO 来评估目标基因扩增的样本中的肿瘤浸润淋巴细胞（TILs）密度。KCNK9 是研究者提出的第一个潜在肿瘤新靶点。KCNK9 基因位于染色体 8q24.3 ，编码钾通道亚家族 K 成员 9（Potassium channel subfamily K member 9，K2P9.1）蛋白，又被称为 TASK-3 。KCNK9 是一个主要在脑组织中表达的离子通道，为何在肿瘤细胞中过表达以及如何促进肿瘤生长呢？在 2016 年发表于 Nature communications 上的一篇文献就探讨了靶向 KCNK9 的胞外功能能够抑制肿瘤的生长和转移可能的机制。图 13：KCNK9 相关文献图片来源：https://www.nature.com/articles/ncomms10339KCNK9 的主要生理功能是维持细胞的静息膜电位，使其保持在一般定义的 -30 至 -85 mV 范围内。随着 KCNK9 通道在膜上过表达，膜电位可以变得更负（超极化）或者更正（去极化）。膜电位的变化可以影响细胞的生理学和动力学，进而调节细胞增殖、粘附和迁移。此外，由 KCNK9 通道开放引起的超极化会增加钙离子（Ca2+）的流入，可以促进细胞周期进程中的 G1-S 过渡，而去极化则会阻止 G1-S 过渡。这说明 KCNK9 不仅是肿瘤抗原，而且也是一种重要的肿瘤细胞生长的调节分子。不过，目前全球范围内尚无企业开发靶向 KCNK9 的抗肿瘤药物。 值得一提的是，目前特异性针对 KCNK9 的新药项目只有四川大学华西医院的团队发现的一种双胍化合物 CHET3。该化合物作为 KCNK9 的选择性激动剂，可通过降低伤害性神经元的兴奋性，在急性或慢性疼痛的小鼠模型中达到镇痛的效果。这揭示了靶向神经系统中的 KCNK9 还可作为治疗疼痛的药物靶点。图 14：KCNK9 靶点新药来自：Insight 数据库网页版（http://db.dxy.cn/v5/home/）ATP13A5 是研究者提出的第二个潜在新靶点。该基因位于染色体 3q29 ，编码一个 P 型转运 ATP 酶 P5 亚家族（P5 subfamily of P-type transport ATPases）的成员。P 型 ATP 酶是一个大型的阳离子和脂质泵超家族，主要生理功能是将无机阳离子和其他底物转运穿过细胞膜。图 15：ATP13A5 组织表达图片来源：2022 ESMO（摘要编号：1704P）研究者通过数据分析发现在鳞状细胞肺癌、食管腺癌和卵巢癌中高频出现 ATP13A5 基因扩增。更有趣的是，相比其他肿瘤样本，发生 ATP13A5 基因扩增的肿瘤样本有着更高的基质 TIL（stromal TIL，sTIL）密度，sTIL 密度是临床中一个重要的预后生物标志物，也可作为抗 PD-1 疗效的预测性生物标志物。ATP13A5 作为肿瘤组织中高表达的膜蛋白，也同样可以被 ADC 药物特异性靶向。但是对 ATP13A5 基因扩增如何影响肿瘤生长和 TIL 浸润的分子机制还需要更多的基础研究来揭露和解密。小结肿瘤的新靶点发现离不开基础研究的深入探索。本文盘点了具有精准治疗潜力的靶点 CLDN18-ARHGAP、已在动物模型中获得验证的新兴靶点 SSB1，以及具有 ADC 药物临床转化潜力的 KCNK9 和 ATP13A5。尽管这些基因、蛋白或信号通路在肿瘤细胞中过度表达，但往往也同时参与正常细胞的生理功能。考虑靶点的潜在风险也是靶点验证非常重要的环节，对于药物开发来说，保证生存才是评价抗肿瘤药物最根本的安全性终点。参考文献：[1] Annals of Oncology (2022) 33 (suppl_7): S555-S580. 10.1016/annonc/annonc1065[2] Tanaka A, Ishikawa S, Ushiku T, Yamazawa S, Katoh H, Hayashi A, Kunita A, Fukayama M. Frequent CLDN18-ARHGAP fusion in highly metastatic diffuse-type gastric cancer with relatively early onset. Oncotarget. 2018 Jun 29;9(50):29336-29350. doi: 10.18632/oncotarget.25464. PMID: 30034621; PMCID: PMC6047683.[3] Annals of Oncology (2022) 33 (suppl_7): S448-S554. 10.1016/annonc/annonc1064[4] Laura V. Croft, Emma Bolderson, Mark N. Adams, Serene El-Kamand, Ruvini Kariawasam, Liza Cubeddu, Roland Gamsjaeger, Derek J. Richard, Human single-stranded DNA binding protein 1 (hSSB1, OBFC2B), a critical component of the DNA damage response, Seminars in Cell & Developmental Biology, Volume 86, 2019, Pages 121-128, ISSN 1084-9521, https://doi.org/10.1016/j.semcdb.2018.03.014.免责声明：本文仅作信息分享，不代表 Insight 立场和观点，也不作治疗方案推荐和介绍。如有需求，请咨询和联系正规医疗机构。编辑：加一PR 稿对接：微信 insightxb投稿：微信 insightxb；邮箱 insight@dxy.cn点击卡片进入 Insight 小程序药品申报、临床、上市、一致性评价…随时随地查！↓↓ 点击解锁更多新功能

Scientists have discovered 15 additional genetic mutations in the KCNK9 gene that cause a neurodevelopmental syndrome. Symptoms of the disorder range from speech and motor impairment to behavioral abnormalities, intellectual disability and distinctive facial features. A collaborative team of scientists led by Mayo Clinic's Center for Individualized Medicine has discovered 15 additional genetic mutations in the KCNK9 gene that cause a neurodevelopmental syndrome. Symptoms of the disorder range from speech and motor impairment to behavioral abnormalities, intellectual disability and distinctive facial features. "Until now, only one genetic alteration in the KCNK9gene was known to cause the disorder, called KCNK9 imprinting syndrome. Our study describes 15 new genetic alterations," says Margot Cousin, Ph.D., a translational genomics researcher in Mayo Clinic's Center for Individualized Medicine and the study's lead author. Through the new study, which is published in Genome Medicine, 21 families with a genetic variant in KCNK9 received a definitive genetic diagnosis. While no specific treatment is available for KCNK9 imprinting syndrome, Dr. Cousin says her team's discovery could guide therapeutic development. "We can now provide more patients with an answer to the root cause of their disease, which is the most important first step toward finding a cure," Dr. Cousin says. The KCNK9 gene provides instructions for making a specialized transport protein called TASK3, which regulates the activity of neurons in the brain. The KCNK9 imprinting syndrome occurs when there is a mutation in the copy of the gene inherited from the mother. The gene from the father is always silenced. A pathogenic variant in the KCNK9 gene alters the TASK3 protein channel, which disrupts normal neuron development. When the TASK3 protein channel is functioning properly, it maintains the cell's ability to generate electrical signals and regulate the activity of cells. For the study, Dr. Cousin and her team analyzed the genetic variants and the disease symptoms, including the unique facial features, of 47 people with mutations in KCNK9 associated with KCNK9 imprinting syndrome. The study participants were recruited from hospitals or clinics from the U.S., U.K., Germany, Italy, France, the Netherlands, Canada and Singapore. "We then determined the effects of the genetic variants on the protein encoded by the KCNK9 gene, the TASK3 potassium channel. To do this, we used computer-based as well as cell-based methods to measure changes in how the TASK3 channel functions as a result of each variant," Dr. Cousin explains. "We were able to show these genetic mutations have varied effects on the current that goes through the TASK3 channel, but most altered how the channel protein is regulated by the body." Dr. Cousin says advances in genome sequencing and the ability to interpret enormous amounts of data generated with multi-omics technologies are accelerating discoveries of disease-causing genes. Omics technologies include the detection of genes, genomics; messenger RNA, transcriptomics; proteins, proteomics; and metabolites, metabolomics. "Not too long ago, the discovery of a single genetic variant was hailed as a milestone," Dr. Cousin says. "Now we're able to illuminate a spectrum of genetic changes in a gene to fully understand the precise mechanisms of a disease." Dr. Cousin emphasizes that with genomic technologies becoming more widely used in clinical care, identifying the genetic variation is no longer the bottleneck. "The challenge that remains is to identify individuals with similar genetic variations and disease manifestations and then to resolve the mechanism by which these genetic changes cause disease with multidisciplinary expertise," says Dr. Cousin. The study was led by a collaboration between investigators from Mayo Clinic and the Medical College of Wisconsin, as well as the University of Kent and University of Greenwich in the U.K. This study was supported by the German Research Foundation, Mayo Clinic's Center for Individualized Medicine, the Linda T. and John A. Mellowes Endowed Innovation and Discovery Fund, the Genomic Sciences and Precision Medicine Center of Medical College of Wisconsin, and the Advancing a Healthier Wisconsin Endowment.