HSF1

引言 多种细胞损伤都会导致热休克因子HSF1的激活，HSF1是一种胁迫响应的转录因子，调节蛋白毒性应激反应，维持细胞蛋白稳态，此外，HSF1还以细胞类型特异性和环境特异性的方式调节许多其他基因程序，并具有促肿瘤效应。但是HSF1在肿瘤微环境免疫细胞类群中的作用仍不清楚。 近日，来自美国纽约大学的Iannis Aifantis和Nikos Kourtis研究团队在Nature Cell Biology上发表题为The stress response regulator HSF1 modulates natural killer cell anti-tumour immunity的文章，发现在自然杀伤（NK）细胞中促进HSF1活性会抑制其细胞毒性和细胞因子产生，从而抑制抗肿瘤免疫，HSF1可以直接结合并调控NK细胞效应基因的表达。 研究人员首先检测了黑色素瘤患者的肿瘤微环境中HSF1的表达，发现在癌症细胞中其转录活性最高，而在免疫细胞中，HSF1在巨噬细胞中表达量最高，在NK细胞中表达量最低，并且蛋白水平也与转录水平一致。因此，在肿瘤浸润NK细胞中HSF1活性被维持在一个很低的水平。FBXW7编码一个E3泛素连接酶，介导HSF1的蛋白酶体降解，HSF1的第303和第307位丝氨酸磷酸化介导HSF1和FBXW7之间的互作和降解。于是他们构建了一个在HSF1的第303和第307位丝氨酸点突变小鼠HSF1S303/7A，使得HSF1水平升高，然后给小鼠接种黑色素瘤，发现肿瘤微环境中HSF1水平升高会加速肿瘤生长，并且这与NK细胞中NK1.1的下调相关，而移植野生型NK细胞可以控制肿瘤生长，在NK细胞中特异性敲除HSF1可以抑制肿瘤生长，因此HSF1的激活可以抑制NK细胞介导的抗肿瘤免疫。 NK细胞可以直接裂解肿瘤细胞并且调控肿瘤免疫微环境，他们检测了肿瘤浸润的NK细胞产生的干扰素IFNγ和丝氨酸蛋白酶颗粒酶B（GZMB），发现在HSF1S303/7A NK细胞中IFNγ水平降低。为了检测HSF1累积是否影响了NK细胞的细胞毒性，他们将HSF1S303/7A或野生型NK细胞与黑色素瘤细胞共培养，检测黑色素瘤细胞的膜完整性，发现HSF1S303/7A NK细胞的细胞毒性显著降低。因此，HSF1控制NK细胞的细胞因子产生和细胞毒性。由于NK细胞调控肿瘤微环境的互作，他们检测了HSF1S303/7A肿瘤中的单细胞转录组变化，发现HSF1累积会导致肿瘤微环境种的抗肿瘤极性化降低，NK细胞激活被抑制，NK细胞的效应功能也被抑制。为了检测在NK细胞中HSF1的基因组占位情况，他们进行了ChIP-seq，发现HSF1结合的基因中NK细胞介导的细胞毒性通路富集。接下来他们进行了ATAC-seq，大多数具有差异可及性区域的基因都表现出可及性升高，包括介导NK细胞激活和效应功能的Irf8和Il2rb，他们整合了ChIP-seq和scRNA-seq，鉴定到一些表达下降，可及性升高，且具有HSF1占位的基因，如Irf8和Il2rb，因此，HSF1直接负调控NK细胞效应程序。 总的来说，这项研究揭示了HSF1在NK细胞抗肿瘤免疫中的关键作用，为将来利用NK细胞移植治疗肿瘤提供了相关理论基础。 参考文献 https://doi.org/10.1038/s41556-024-01490-z 责编|探索君 排版|探索君 文章来源|“BioArt” End 往期精选 围观 一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版） 热文 Cell | 是什么决定了细胞的大小？ 热文 Nature | 2024年值得关注的七项技术 热文 Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望 热文 CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述

TIS2024第四届自免疾病细胞疗法与干细胞疗法论坛重磅来袭，点击图片查看重磅嘉宾，合作详询：王晨 180 1628 8769 （扫码立即报名获取TIS2024免费票） 编者注：本篇为VVIP投稿~ 2022年11月11日，Nature Review Drug Discovery的一篇新闻稿“Climbing cancer’s MYC mountain”对Omomyc I期临床结果的报道，让靶向c-Myc的药物研发重回大众的视野[1]。 图1：c-Myc/Max 异二聚体- E-box DNA的复合物结构[1] Myc蛋白（又称c-Myc）在70%的肿瘤中表达失调，靶向失调的Myc蛋白有广泛的治疗作用。Myc作为转录因子，是一种固有无序蛋白，单独的Myc蛋白没有稳定的构象和适合小分子结合的位点，也是难成药代表性靶点。Myc蛋白自身稳定性较差，只有结合Max后才具有稳定构象，形成Myc-Max复合物后（图1），与DNA上的E-box序列结合启动下游基因转录[2]。 直接靶向Myc蛋白有一定难度，因此，除了直接靶向Myc通路的Myc-Max相互作用和抑制Myc-Max复合物与DNA的相互作用外，间接调控Myc上下游通路也是治疗Myc相关疾病的重要方法。今天我们就来细说一下这些具有不同modality的Myc抑制剂的研究进展，扒一扒哪些公司在挂羊头卖狗肉，蹭Myc的热点。 目前已有三款药物进入临床研究（Omomyc/PC002/WBC100），多款药物处于临床前研发阶段，药物形式也多种多样，涉及小分子抑制剂、多肽、Protac、分子胶等。 Omomyc 作为本轮热点的“始作俑者”，不得不先说说Omomyc。Soucek教授将c-Myc leucine zipper域中四个极性带电残基（E/E/R/R）突变为中性氨基酸（T/I/Q/N）得到含有91个氨基酸的工程肽Omomyc（图2），Omomyc可以自身二聚，也可以结合内源性Myc，阻断Myc-Max复合物与DNA-Ebox的相互作用，同时Omomyc也能够结合Max蛋白，阻断Myc-Max的相互作用（图3），进而促进内源性Myc蛋白的降解，抑制Myc下游基因转录发挥治疗作用[2]。 图2：Omomyc的序列 OMO-103是基于Omomyc衍生化的细胞穿膜肽，2021年4月启动了一项针对晚期实体瘤的I期临床试验，用以评估其安全性、PK及有效性（NCT04808362）。入组的病人包括胰腺癌、肠癌和非小细胞肺癌等实体瘤病人，剂量从0.48 mg/kg爬坡到9.72 mg/kg，每周一次注射给药，RP2D=6.48mg/kg。截至到2022.10.10，给药9周后进行CT扫描的12名患者中，有8例病人中初步看到有效性（SD，stable disease），DLT是胰腺炎，其他不良反应多与静脉输液相关，安全性目前可接受。另外，临床前研究中发现，在小鼠肿瘤模型中瘤内药物浓度比血液中高四倍，人体PK显示给药50h后在血液里仍能检测到OMO-103，推测药物在人肿瘤中停留的时间可能更长[3]。 Omomyc/OMO-103在不同实体瘤中初步验证阻断Myc功能发挥治疗作用（虽然最好疗效是SD），安全性良好，应用肿瘤范围广，但是目前单药的治疗效果不够亮眼，未来在更大入组人数的表现、寻找合适的biomarker和亚组人群寻找、联用其他药物的结果值得期待。当然，小分子Myc抑制剂能否达到类似的安全性和有效性还有待进一步验证。 图3：Omomyc的可能作用机制[2] PC-002 图4：PC-002结构 临床进展最快的PC-002，又叫Sepantronium bromide（图4），是Cothera Bioscience（科赛睿生物/智康博药）开发用于治疗Myc基因异常淋巴瘤/神经母细胞瘤/神经内分泌前列腺癌的药物。目前正在进行针对高级别B细胞淋巴瘤的二期临床研究（NCT05263583）。Sepantronium bromide原先由Astellas Pharma开发，代号是YM-155，已经停止肿瘤临床开发。据科赛睿生物官网介绍，“PC-002是科赛睿生物公司的核心产品，是针对MYC基因变异肿瘤的first-in-class小分子药物。PC-002通过独特的作用机制（MOA）靶向MYC蛋白降解，选择性诱导MYC依赖的肿瘤细胞凋亡。PC-002以其独特的机理，选择性地杀伤具有MYC基因变异的肿瘤细胞，因而有望成为治疗多种癌症的重磅产品”[4]。 经过检索发现“Sepantronium Bromide是一种有效的survivin抑制剂，通过抑制Survivin启动子活性而发挥作用”。Survivin作为一种抗凋亡蛋白，通常在肿瘤细胞中过度表达，介导肿瘤细胞逃避细胞凋亡，是潜在肿瘤治疗靶点。而c-Myc可以调节Survivin的转录，促进肿瘤的存活[5]。PC-002暂无公开证据表明其能直接靶向Myc而发挥功能，仅从科赛睿生物披露的机制来说，PC-002间接促进Myc的降解，临床选择人群也是Myc基因异常的肿瘤。其官网公开PC-002适应症人群而隐藏了靶点信息，有蹭热点的嫌疑。另外，PC002的化合物专利已经到期（WO 2001060803），科赛睿生物申请了联用和生物标记物专利（CN115605227），保护了PC002联用细胞周期阻滞剂治疗Myc相关肿瘤的用途。其临床前管线中还有一款基于PC-002改造的全新分子PC-002p用于治疗MYC+的肿瘤，可能也是Survivin抑制剂，专利暂未披露。 WBC100 图5：WBC100结构 WBC100是浙大医学院和第二军医大学联合开发的雷公藤甲素的缬氨酸酯衍生物。雷公藤甲素的靶点较多，尚未完全研究清楚其抗肿瘤机制，能够抑制包括NF-κB、HSF1、MDM2等多种靶点，对多种肿瘤细胞具有较强的增殖抑制作用。 杭州卫本药业拥有WBC100的全球权利，已列入开发管线（wb001），目前处于I期临床研究阶段（CTR20211600）。2022年的一篇Adv. Sci.及专利WO2021208787报道WBC100是一种口服Myc分子胶，靶向c-Myc的NLS1-Basic-NLS2区域，通过E3泛素连接酶CHIP介导的26S蛋白酶体途径降解c-Myc蛋白，诱导肿瘤细胞凋亡，对多种c-Myc过表达的血液瘤和包括PDAC、NSCLC、HCC及CRC在内的实体瘤细胞有增殖抑制作用。并在极低剂量（0.1mpk）抑制c-Myc过表达AML、胰腺癌和胃癌肿瘤生长[9]。 笔者并不质疑WBC100能够直接/间接/共价/非共价靶向c-Myc，但是从其结构来看，更相信Myc只是WBC100发挥抗肿瘤作用微不足道的靶点之一。WBC100结构中多个不稳定环氧丙烷结构的体内安全性也需慎重考虑。 GT-19077/GT-19715 苏州开拓药业管线中有两款靶向Myc的药物。其中，GT-19077是小分子Myc-Max蛋白-蛋白相互作用抑制剂，GT-19715是c-Myc/GSPT1双靶点降解剂，已经在IND阶段。 图6：开拓药业专利中代表性结构与来鲁华课题组筛选的Myc抑制剂[6]及结构相似性cIAP1配体[7] 推测GT-19077可能来源于专利（WO2021004391/ WO2022089556），为含有硼酸或硼酸酯类的小分子化合物（图6），其结构基础推测是北大来鲁华课题组虚拟筛选出来的PKUMDL-YC-1205[6]。PKUMDL-YC-1205是Fmoc/Trt保护的天冬酰胺，看起来很是奇怪的一个分子，开拓将其保护基和氨基酸部分进一步改造，获得硼酸或硼酸酯类化合物。但是仔细推敲这些小分子，又像是cIAP1的配体[7]。含有硼酸或硼酸酯的小分子抑制剂可能是通过共价靶向c-Myc上的特定氨基酸增强与c-Myc的结合而发挥作用。 图7：开拓药业专利中代表性结构及分子胶CC-885/CC-90009结构 GT-19715可能来源于开拓药业的降解剂专利（CN115504963/WO2022268066），分析其结构，似乎是在抑制剂基础上再加上Cereblon配体获得，但看起来更像是在GSPT1分子胶CC-90009/885的尾巴上加上Fmoc的类似基团（图7），不知是GT-19715降解谱筛选到了GSPT1，还是在分子胶的研发过程中加上了Myc抑制剂的结构。对于GT-19715是分子胶还是降解剂，开拓在不同的会议中定义不同，猜测GT-19715结构可能是CN115504963中化合物A153。 从抑制剂和降解剂结构上看，虽然是宣传靶向Myc蛋白，但是脱靶风险非常高，当然降解剂已经明确是c-Myc/GSPT1双靶点。从多次会议公布的临床前药效模型来看， GT19630 (DC50=1.5 nM / IC50= 0.33 nM in HL-60；GT19715是 GT19630的盐型) ip给药在HL-60异种移植模型中有效地降解GSPT1，同时完全降解c-Myc，并在低剂量0.3 mg/kg/bid时抑制肿瘤生长，未引起体重明显下降，显示出良好的治疗效果和安全性。 GSPT1降解剂CC-90009的临床适应症也是AML/MS，临床前CC-90009对包括HL-60细胞在内的多种AML细胞具有亚纳摩级别抑制活性[8]。所以，在AML模型中GT19715发挥抑瘤作用究竟是降解Myc还是GSPT1所导致，抑或降解两个蛋白的协同作用，值得进一步探讨，毕竟在细胞增殖抑制中协同作用并不明显。开拓官方在多次会议中也披露GT19715能够抑制前列腺癌LNCap和耐药模型22RV-1肿瘤生长，并且能够促进AR-V7降解。同时，GT19715能够抑制小细胞肺癌细胞增殖和肿瘤生长，并促进c-Myc和N-Myc的降解。同一款分子胶或降解剂，在低浓度下，能够在不同肿瘤中促进包括c-Myc/N-Myc/GSPT1/GSPT2/CK1 alpha /IKZF1/AR-V7等多个蛋白的降解，笔者对这样一款超越分子胶或降解剂降解范围的分子的安全性不禁担忧。 另外，不同于其他蛋白，Myc与Max蛋白间相互作用被阻断后，稳定性变差而降解，GT19715究竟是通过抑制Myc-Max蛋白-蛋白相互作用还是通过泛素-蛋白酶降解系统发挥作用，抑或是共同发挥作用，也是值得进一步验证。但是从公开数据来看，加入蛋白酶体抑制剂MLN9708能够抑制GT19715对Myc的降解，似乎泛素化降解发挥了一定作用。 ICX-101 ICX-101是Incurix开发的一种口服小分子Myc抑制剂，阻断c-Myc-Max异二聚体与DNA-E-box结合。官网披露EMSA/转录组实验验证了ICX-101对Myc具有选择性。 Incurix是韩国国立癌症中心下属子公司，主要研究肿瘤相关转录因子。韩国国立癌症中心专利（WO2012093741/WO2018021810/WO2018021849）显示其结构可能如图8所示，化合物51/56对包括膀胱癌、前列腺癌、肺癌、乳腺癌、白血病、胰腺癌、结直肠癌等肿瘤细胞的增殖抑制在μM级别，在肺癌（NCI-H1299）、前列腺癌（DU145）模型中抑制肿瘤生长。目前正在进行GLP和生物标记物研究，计划于2022年底进行临床试验，当前检索官网，仍未见临床消息。 图8：WO2018021849专利中代表性分子 IDP-121/IDP-410 IDP Pharma 开发了两款肽类Myc抑制剂，其中IDP-121靶向c-Myc用于治疗c-Myc驱动肿瘤。IDP-410靶向N-Myc用于治疗脑胶，IDP-410能搜索到的数据较少。 IDP Pharma专利WO2019048679中披露了靶向c-Myc的拟肽S09、S14、IDP-P1708160和IDP-P1708161用于治疗多发性骨髓瘤（优选S09）。这些拟肽以c-Myc的一段基序为基础，通过“订书肽”形式维持野生肽的α-螺旋结构，增加其体内稳定性，阻断c-Myc与Max间形成复合物发挥抗增殖作用。专利数据显示这些拟肽在多种多发性骨髓瘤（MM）细胞系中具有μM水平的细胞毒作用，强于小分子抑制剂10058-F4，可作为单一药剂或与其他药物联合使用。体内外与标准疗法地塞米松和硼替佐米或环磷酰胺的药物的三联治疗中表现出协同抗肿瘤作用。 目前IDP-121处于IND申请阶段，相较于野生型序列，IDP-121提高了稳定性，但在多发性骨髓瘤模型中单药抑瘤效果较差，与地塞米松、硼替佐米或环磷酰胺的二联或三联疗法中显示出显著的增强效果，临床首选适应症可能会是联用标准疗法用于标准疗法治疗失败的多发性骨髓瘤。 图9：专利WO2019048679中代表性结构 c-Myc 蛋白表达抑制剂 由于 c-Myc 蛋白缺乏稳定的构象和适合的小分子结合口袋，理性设计直接结合Myc的抑制剂具有较高挑战性。因此，也有一些biotech另辟蹊径，从c-Myc的转录和翻译入手，如Arrakis Therapeutics有一款靶向c-Myc mRNA的小分子，通过抑制c-Myc蛋白的表达，从而阻断Myc的功能，目前该项目正处于lead发现阶段。 Anima Biotech同样有一款c-Myc mRNA调节剂，专利WO2022150316披露一系列含硫三环结构分子，能够在细胞水平抑制c-Myc蛋白的翻译，代表性化合物332对c-Myc 依赖性A549肿瘤生长具有显著较强的抑制作用（3 mg/kg twice weekly，ip），目前该项目也处于lead优化阶段。 图10：专利WO2022150316中分子332 c-Myc降解剂 针对Myc这一难成药靶点，直接靶向Myc很难获得高亲和力分子，因此基于弱结合的抑制剂开发降解剂似乎是一个思路。蛋白降解领域的两家先驱Arvinas和Nurix Therapeutics均有一款靶向Myc的药物在临床前研发阶段，目前暂无专利披露。开拓GT19715究竟是Protac还是PPI抑制剂，抑或是c-Myc的分子胶，也还是值得进一步验证。 笔者有个小疑问，c-Myc蛋白或mRNA半衰期低于半个小时，抑制剂干扰Myc-Max的相互作用后即可使Myc蛋白不稳定，促进降解，而在此基础上设计降解剂的有何更深层次的考虑？ 其他小分子 10074-G5和10058-F4是最早一批通过实验筛选发现的直接结合c-Myc蛋白的小分子，也是经分子水平、细胞水平和体内药效验证的c-Myc直接抑制剂。虽然存在荧光或典型的PAINS结构，这些化合物在分子水平通过FP、STD-NMR、2D-NMR、EMSA、CD等结合或竞争性实验验证能够直接结合在c-Myc上，并且明确10074-G5结合在c-Myc的aa363-481，10058-F4结合在aa404-412区域。通过直接结合在c-Myc蛋白上，进一步阻断Myc-Max的相互作用及Myc/Max复合物和DNA的相互作用。在细胞水平，这些分子能够抑制c-Myc依赖性的细胞增殖，下调c-Myc的转录活性，使细胞周期阻滞在G0/G1期等。由于筛选得到分子活性和理化性质不佳，研究者对10074-G5和10058-F4系列进行了多轮改造，3jc48-3的靶标活性和细胞活性略有提高，但是在体内药效并未体现出较优的抗肿瘤效果。但10074-G5和10058-F4结构简单，分子量较小，可作为苗头化合物进一步优化。 化合物MICMI-6/7也经过分子、细胞及体内药效的验证，但是体内抗肿瘤效果一般，从其结构来看，都具有较大的刚性平面，且质子化能力较强，假阳性概率较高，不太适合进一步优化。 KDJ-Pyr-9这类联芳环结构与10074-G5结合在相同c-Myc蛋白序列，通过阻断Myc/Max-DNA相互作用抑制下游基因转录及细胞增殖，但分子刚性太强，分子量过大，有待于进一步优化。 Mycro1系列分子是基于Myc/Max-DNA的FP方法筛选出的化合物，对Myc-Max蛋白-蛋白相互作用具有较强的抑制作用，但对其他转录因子如CEBP/CEBP等的选择性较差。 MYCi361/975是基于已知c-Myc抑制剂构建药效团虚拟筛选、并进一步优化获得的c-Myc抑制剂，结合位点与10074-G5类似，这类分子是目前验证的较为充分的Myc抑制剂，从靶点结合到细胞增殖抑制、周期阻滞、Myc蛋白降解、下游基因转录抑制，系统验证了分子功能。但是此类分子的溶解度极差，单药抗肿瘤活性不强，成药性较差，有待于进一步优化。 KSI-3716是通过EMSA筛选得到的干扰c-Myc-Max复合物与DNA相互作用的小分子，同样能够抑制c-Myc的转录活性、细胞增殖及诱导细胞周期阻滞。KSI-3716本身具有较强的心脏毒性，因此后续开发了WO2018021849专利结构类似的含硫类分子。 Insilico在JPM2023最新披露的管线中也有一款在研c-Myc抑制剂，用于治疗肝癌，目前还处于discovery阶段。 纵观这些早期研究中的小分子，整体上在靶标水平的结合能力不强，都在μM级别，细胞水平对多种c-Myc驱动肿瘤细胞增殖有抑制作用，但活性也不高，多数分子的溶解度、稳定性等理化性质不佳，这些分子多以iv或ip方式给药研究体内药效，在不同的肿瘤模型中，虽然展现出一定的抑瘤作用，但是效果一般，并未见到能消退肿瘤，多数分子的成药性较差。 总结 c-Myc在多种肿瘤中表达异常，应用前景广阔。目前c-Myc直接抑制剂和间接抑制剂的开发尚处于早期阶段，已经发现的小分子抑制剂的成药性差，不足以支撑临床研究，亟待发现成药性更优的抑制剂。无序蛋白的药物开发有很大困难，许多biotech/AI制药公司把c-Myc这类难成药靶点作为管线开发，利用自家的平台优势，挑战难成药靶点药物的开发，一定会推动c-Myc抑制剂的研究进展。 不过换个角度来看，虽然c-Myc在70%的肿瘤中表达失调，但是异常表达的c-Myc是肿瘤的直接驱动因素还是肿瘤发生发展的一个表现？开发c-Myc抑制剂能否在临床上对多种c-Myc失调的肿瘤有治疗效果？c-Myc抑制剂开发的高难度是否与其临床价值所匹配？相信随着越来越多的企业开始关注c-Myc抑制剂的开发，上述问题终将得到解答。 参考文献 [1] Mullard A. Climbing cancer's MYC mountain. Nat Rev Drug Discov. 2022 Dec;21(12):865-867.  [2] Madden SK, de Araujo AD, Gerhardt M, Fairlie DP, Mason JM. Taking the Myc out of cancer: toward therapeutic strategies to directly inhibit c-Myc. Mol Cancer. 2021 Jan 4;20(1):3.  [3]http://www.peptomyc.com/results-revealed-from-phase-i-clinical-trial-of-the-first-drug-to-successfully-inhibit-the-myc-gene-which-drives-many-common-cancers/ [4] http://www.zkbymed.com/Index/Index/zixuncont/id/133 [5] Haque R, Song J, Haque M, Lei F, Sandhu P, Ni B, Zheng S, Fang D, Yang JM, Song J. c-Myc-Induced Survivin Is Essential for Promoting the Notch-Dependent T Cell Differentiation from Hematopoietic Stem Cells. Genes (Basel). 2017 Mar 6;8(3):97.  [6] Yu C, Niu X, Jin F, Liu Z, Jin C, Lai L. Structure-based Inhibitor Design for the Intrinsically Disordered Protein c-Myc. Sci Rep. 2016 Mar 2;6:22298.  [7] Shibata N, Nagai K, Morita Y, Ujikawa O, Ohoka N, Hattori T, Koyama R, Sano O, Imaeda Y, Nara H, Cho N, Naito M. Development of Protein Degradation Inducers of Androgen Receptor by Conjugation of Androgen Receptor Ligands and Inhibitor of Apoptosis Protein Ligands. J Med Chem. 2018 Jan 25;61(2):543-575.  [8] Surka C, Jin L, Mbong N, Lu CC, Jang IS, Rychak E, Mendy D, Clayton T, Tindall E, Hsu C, Fontanillo C, Tran E, Contreras A, Ng SWK, Matyskiela M, Wang K, Chamberlain P, Cathers B, Carmichael J, Hansen J, Wang JCY, Minden MD, Fan J, Pierce DW, Pourdehnad M, Rolfe M, Lopez-Girona A, Dick JE, Lu G. CC-90009, a novel cereblon E3 ligase modulator, targets acute myeloid leukemia blasts and leukemia stem cells. Blood. 2021 Feb 4;137(5):661-677.  [9] Xu Y, Yu Q, Wang P, Wu Z, Zhang L, Wu S, Li M, Wu B, Li H, Zhuang H, Zhang X, Huang Y, Gan X, Xu R. A Selective Small-Molecule c-Myc Degrader Potently Regresses Lethal c-Myc Overexpressing Tumors. Adv Sci (Weinh). 2022 Mar;9(8):e2104344.  END 免责声明：本文仅作知识交流与分享及科普目的，不涉及商业宣传，不作为相关医疗指导或用药建议。文章如有侵权请联系删除。 TIS2024第四届免疫细胞疗法与干细胞疗法论坛重磅来袭，合作详询：王晨 180 1628 8769

基于合成致死(synthetic lethality)概念，在2014年，阿斯利康（AstraZeneca）开发的PARP抑制剂奥拉帕利（olaparib，英文商品名Lynparza）获得美国FDA的批准，成为首款上市的PARP抑制剂，用于治疗携带BRCA突变的晚期卵巢癌。如今，奥拉帕利已经获批治疗携带BRCA突变的乳腺癌、胰腺癌、前列腺癌，展现出成为重磅药物的潜力。其它PARP抑制剂niraparib、talazoparib和rucaparib也获得FDA的批准，为合成致死概念的临床应用提供了更多验证。这篇文献系统性介绍了合成致死概论的发展历程，及讨论了未来研究方向。基因靶向癌症疗法一直是一个非常有趣的话题。合成致死性为治疗突变基因提供了一种新方法，这些突变基因以前被认为在传统的基因型靶向治疗中无法靶向。临床环境中越来越多的研究和应用使合成致死性成为一种有前途的抗癌治疗选择。在这里系统性介绍了合成致死性分类，根据其生物学机制的特异性程度，分为基因水平、途径水平、细胞器水平和条件合成致死性。此外，还将简要讨论临床实践中的合成致死靶向药物。最后，将探讨该分类的本质含义及其在消除现有挑战方面的前景以及合成杀伤的未来方向。背景合成致死最初起源于对果蝇的研究和酵母模型。SL的原始概念是基于两个或多个独立基因的表达异常同时发生，包括突变、过表达或基因抑制，导致细胞死亡; 而只有一个基因的异常不会影响细胞活力（图 1）。肿瘤细胞是正常细胞中基因突变或过度表达的结果。因此，靶向肿瘤细胞中突变或过表达基因的合成致死配对基因的抑制剂可以在不影响正常细胞存活的情况下杀死癌症。图 1. 合成致死分类。合成致死分为两大类，无条件合成致死和有条件合成致死。a. 无条件合成致死。（i）基因 A 或 B 的单个突变/过表达在肿瘤细胞中是存活的。（ii）在基因 A 或 B 突变/过表达的细胞中抑制基因 B 或 A 会导致合成致死。b. 有条件的合成致死。（ii）几种合成致死相互作用可能取决于某些内在条件，例如遗传背景、缺氧、高ROS等，或外在条件，例如DNA损伤剂和辐射。（i）如果没有这些条件，基因 A 和 B 突变/过表达的肿瘤细胞仍然可以存活。c. 综述中根据对其机制的研究程度，将非条件合成致死进一步分为基因水平、途径水平和细胞器水平。基因的星形代表突变；矩形代表基因过度表达；注射器代表抑制剂；活细胞被描绘为椭圆形；非活细胞以随机形状描绘。随着肿瘤研究的进步，癌症现在被广泛认为是基因组的一种疾病。各种潜在的肿瘤特征，如基因组不稳定性，会产生遗传多样性，促进其存活和炎症。因此，靶向致癌驱动基因、抑癌基因及其潜在机制是癌症治疗的适用方向。基因组测序的发展和对数千种人类肿瘤的分析导致了第一代基因靶向癌症疗法的发现。因此，已经采用了多种个性化或精确的基因型靶向癌症治疗，并在对标准疗法无反应的癌症患者中显示出有希望的结果。例如，多项研究表明，伊马替尼(Imatinib)是一种可有效治疗 KIT 突变胃肠道间质瘤患者的 KIT 抑制剂，反应率约为 50%，中位无进展生存期延长至 1.5 年。伊马替尼还靶向用于慢性粒细胞白血病患者的BCR-ABL融合酪氨酸激酶。有多项研究显示出成功的临床结果，例如在乳腺癌中靶向编码HER2的曲妥珠单抗(trastuzumab)，厄洛替尼(erlotinib)或奥希替尼(osimertinib)用于治疗非小细胞肺癌 （NSCLC） 的 EGFR 突变，以及克唑替尼(crizotinib)用于治疗 ALK 阳性肺癌等。尽管许多针对致癌基因或抑癌基因的小分子和抗体药物已被证明对具有某些基因突变的几种肿瘤有效，并非所有的癌基因或抑癌基因都可以被靶向，耐药性很常见，在这种情况下，鉴定和利用与原发癌基因或抑癌基因相互作用的第二个或几个其他功能基因为癌症治疗提供了一种替代方法。因此，SL最近越来越多地被探索，试图通过在模式生物和人类细胞系中进行大规模SL筛选来确定新的抗癌治疗靶点，如NSCLC、肝细胞癌和乳腺癌细胞中，通过CRISPR或RNA干扰（RNAi）技术等技术筛选。SL 中最具代表性的发现是 BRCA1/2 突变肿瘤细胞对聚（ADP-核糖）聚合酶（PARP）抑制剂响应。几种PARP抑制剂（PARPi）在临床实践中被FDA批准用于治疗乳腺癌和卵巢癌。此外，关于经典致癌驱动基因或抑癌基因，如TP53、KRAS、MYC等，稍后将详细讨论。随着我们对癌细胞信号转导网络复杂性的理解不断加深，越来越多的靶点被确定为潜在的合成致死候选药物。许多研究人员将几类SL定义为“剂量依赖合成致死（synthetic dosage lethality，SDL）”，“并行(collateral) SL”，而其他人则因其复杂性而有所不同，这与SL的原始概念不同。然而，这些扩展的概念是分散的，并且没有对已发现的各种SL进行全面的分类。此外，SL在临床上的应用仍面临诸多挑战。本综述将描述不同情况下SL的新颖和综合分类，以便更深入地系统理解。合成致死分类这种新颖的分类将SL分为不同的组，全面总结了近年来报道的SL所涉及的超出原始概念的不同情况。  SL一般分为两大类，无条件/原始SL和有条件SL（图 1a、b）。根据其生物学机制的特异性程度，无条件SL进一步分为基因水平、功能途径水平和细胞器水平（图 1c），同时我们在不同的合成致死类别下回顾了近年来SL的众多成就。现有的 SL 概念，即合成致死剂量、并行SL 和代谢 SL，均被讨论并相应地归入这一新的分类中。遗传学中的合成致死基因水平SL与上述SL的原始概念相对应（图1a），其中基因之间的相互作用构成了SL的基础。这一类别涵盖了大多数关于 SL 的研究，并且是下面提到的其他级别 SL 的基本。 在此，我们重点描述基因水平上与 SL 关的癌基因和抑癌基因的例子。表 1 详细列出了基因间合成致死相互作用的重要临床前发现。表1. 代表性的合成致死相互作用同源重组相关基因 BRCA1/2 和 PARP 之间的 SL 是一个经典例子，几个研究组在2005年首次报告，功能失调的BRCA1或BRCA2细胞对PARP抑制剂的敏感性明显高于具有正常BRCA功能的细胞。PARP1 是一种 DNA 修复蛋白，通过修复 DNA 单链断裂 （SSB） 和双链断裂 （DSB） 来调节细胞增殖和分化。PARP1 的抑制导致有害突变积累，导致 BRCA1/BRCA2 缺陷细胞凋亡。随后，进一步研究了这两个基因之间SL的具体机制，并将在稍后的通路水平上进行讨论。在PARP抑制剂证明其可行性、可接受的安全性和相当大的疗效后，PARP抑制剂的开发迅速增加，并在临床试验中评估了几种药物在各种实体瘤和血液系统癌症中的应用（表 2）。表2. 近期与合成致死相互作用相关的临床试验肿瘤抑制基因 TP53 是 SL 研究中的主要靶点，是癌症中最常见的突变基因。鉴定p53的合成致死伙伴是临床实践中的一种可行方法。一系列激酶编码基因被发现是p53缺陷肿瘤新药治疗的潜在靶点，包括polo样激酶1（PLK1）、细胞周期蛋白依赖性激酶16（CDK16）、受体样酪氨酸激酶（RYK）、aurora kinase A（AURKA）等。最近，越来越多的研究报道了p53的新合成致死伙伴，如ATM、ATR、WEE1、CHK1等（表 1）。此外，Pan 等人揭示了 p53 和 B 细胞淋巴瘤 2 (BCL-2) 之间不同的合成致死疗法，通过 MDM2 沉默和抑制 BCL-2 激活 p53，从而加速急性髓系白血病 (AML) 细胞的凋亡过程。这表明与之前的研究一样，将突变基因与其合成致死伙伴结合起来，可能会改善更多癌症的合成致死效应，而不仅仅是抑制伙伴基因。SL也可用于靶向肿瘤发生驱动基因，如KRAS和MYC。最近的研究已经确定了致癌基因KRAS的合成致死伙伴，传统化疗不认为KRAS是“可成药的”，通过使用大规模RNAi筛选。早期的一项研究表明，STK33对于 KRAS 驱动的肿瘤的活力是必不可少的; 然而，根据后来的一项研究，这一结果被认为是有争议的。先前的研究已经证明了这种合成对结肠癌（DLD-1、HCT-116、SW-480）、胰腺癌（PANC-1）、肺癌（A549）和其他细胞系的致死作用。然而，其中一些细胞系在后来的研究中没有得到验证。因此，两项研究中使用的细胞系和癌症类型的差异可能是导致相反结果的原因，这表明需要更多的研究来证实合成致死效应在同一癌症和不同癌症类型的各种细胞系中的应用。通过RNAi测定，Steckel等人进行了一系列研究，以阐明CDC6和GATA2与KRAS的合成致死相互作用。在NSCLC中进一步研究了GATA2的下游调控途径，这些途径将在下一节合成致死途径中描述。此外，SLC25A22已被确定为具有KRAS突变的结直肠癌细胞中的合成致死基因。PLK1 和 RhoA/Rho 激酶 （ROCK） 的抑制在 KRAS 突变癌症中具有协同作用，这是涉及这三个基因的遗传学中更复杂的 SL 状况。候选基因在MYC驱动的癌症中具有合成致死性。这些包括4EBP1、SAE1/2、AURKB、PIM1 和CDK9。此外，MAD2 与 PP2A 具有合成致死相互作用，其中 MAD2 过度表达肿瘤细胞中的 PP2A 抑制导致多种肿瘤的 SL，包括肺癌、肝癌和恶性淋巴瘤。同样，CKS1B 过表达肿瘤细胞中 PLK1 的抑制导致乳腺癌细胞死亡，TDP3 过表达细胞中HDAC或组蛋白脱乙酰酶 RPD1 的抑制可能会杀死纤维肉瘤和横纹肌肉瘤细胞。一些研究将这些相互作用称为 SDL(剂量依赖合成致死，synthetic dosage lethality，SDL）”，这是 SL 的一个扩展概念，其中一个基因的过度表达与另一个基因的功能丧失相结合，导致细胞死亡，因此可用于靶向具有过度表达、不可成药的癌基因的癌细胞。有趣的是，SDL 无疑从属于上述 SL 的基本概念（图 1）。合成致死途径中的分子和细胞水平各种途径对于正常细胞和癌细胞的存活都至关重要。蛋白质是作为多种基因表达的产物合成的，并构成了这些功能途径的基础。通过分析发现，在通路水平上建立的合成致死效应比以前在基因水平上报道的更具可重复性。因此，在鉴定出在肿瘤中具有合成致死相互作用的基因后，研究人员将进一步研究这些基因参与的这些重要途径所涉及的机制。本节将讨论 SL 在通路水平上的发现分类。单一合成致死途径功能相关的基因按顺序翻译成蛋白质，形成在细胞内执行基本功能的途径。在许多情况下，这些通路的几个组成部分是由多个基因的协同表达形成的复合物。在通路上构成相同蛋白质复合物的两个或多个基因的异常可能导致细胞死亡。Fang等报道了，作为单一线性必需途径的组成部分的必需多蛋白复合亚基的合成致死效应是 SL 的一个条件。因此，这种综合致死效应主要集中在一条途径上（图 2a）。图 2. 合成致死单一途径。a. 单一通路概念。（i） 通路执行维持细胞存活的基本存活功能;由多个基因（S2、S1、S2等）联合表达形成的蛋白质复合物A3是该通路的重要因子。（ii） 复合物中两个或多个基因的异常（突变、过表达或抑制）导致细胞死亡，而复合物中只有一个突变基因是可行的。b. SWI/SNF复合体的例子。（i） SWI/SNF 复合物的 ARID1A 亚基突变可能会将正常细胞变成卵巢癌等癌症，而肿瘤细胞仍然存活。（ii） 抑制 SWI/SNF 复合物的另一个亚基 ARID1B 将导致复合物崩溃和合成致死。基因的星形代表突变;注射器代表抑制剂;活细胞被描绘成椭圆形;而无活力的细胞则被描绘成随机形状蔗糖不可发酵开关的染色质重塑复合物（SWI/SNF）由其多个亚基蛋白组装而成，如 SMARCA2/4、SMARCB1、ARID1A/B 和 ACTL6A。SWI/SNF复合物主要参与DNA复制和修复。ARID1A 的基因在多种人类癌症中经常发生突变。ARID1A突变卵巢细胞中的ARID1B敲除导致核心催化ATP酶亚基SMARCA4（或BRG1）解离，并减少SWI/SNF复合物中其他亚基的组合，观察到肿瘤的增殖受到抑制（图 2）。基于这一发现，ARID1A和ARID1B之间的SL可能会被扩展并应用于更多的ARID1突变肿瘤细胞，如肝细胞癌（HCC）和结肠癌。构成 SWI/SNF 复合物的另外两个亚基 SMARCA2 和 SMARCA4 具有类似的关系，因为SMARCA2对于在 SMARCA4 中具有功能突变的肿瘤细胞的存活至关重要。最近在胰腺导管腺癌（PDAC）中报道了通过途径产生合成致死效应的另一个例子。  SMAD4 的体细胞突变通常与 PDAC 相关。Dey 等人研究了 PDAC 中 SMAD4 位点的代谢基因苹果酸酶 2 (ME2) 同时缺失，导致依赖其旁系同源异构体 ME3。  ME2 和 ME3 都是氧化脱羧酶，在相同的代谢途径中表达，催化苹果酸转化为丙酮酸，其中 ME3 的抑制会导致 ME2 突变的 PDAC 细胞死亡。 有趣的是，上面提到的例子是同源基因，并参与并行SL。在并行SL中，编码特定复合物中亚基的基因突变或缺失通常会导致侧支或乘客基因变得脆弱。由该侧支基因翻译的亚基是同一复合物的组成部分。侧支基因的进一步抑制导致该复合物崩溃并导致细胞的侧支SL。并行SL与单通路SL一致（图 2）。因此可以归入SL的这一类。双重合成致死途径这种类型的SL涉及两个或多个基因和两个通路。具体来说，两条通路执行相同的存活功能来维持细胞存活，两个通路中两个或两个以上关键调控点的基因异常会引起肿瘤中的合成致死相互作用，而只有一条通路的基因异常维持存活（图3）。图 3. 合成致死双重途径。（i） 通路 1 和通路 2 执行相同的功能以维持细胞存活。（ii） 仅一条通路中两个或多个基因的异常（突变、过表达或抑制）可保持细胞活力。相反，在异常条件下，两条通路上的两个或多个基因会引起合成的致命相互作用。b. HR和NHEJ途径的例子。（i） 当 DSB 发生在正常细胞中时，BRCA1 正常表达并被募集到断裂位点，其与 53BP1 相互作用以抑制 CTIP/MRN 复合物上的 53BP1，从而促进末端加工，从而允许 HR 介导的 S 和 G2 期修复。而在 G0/G1 期，BRCA1 沉默，53BP1 被募集到 DSB 中以抑制 CTIP/MRN 活性，从而抑制 HR 并促进经典的 NHEJ 通路。（ii） 在 BRCA 突变的肿瘤中，BRCA1 不存在于 S/G2 期，并且 53BP1 抑制 CTIP/MRN 功能，导致断裂的末端处理受损、抑制 HR 和促进替代性 NHEJ 通路。在这种情况下，肿瘤仍然可以依靠替代的NHEJ通路来修复DSB并存活。（iii） 使用PARP（NHEJ通路中的功能基因）抑制剂将导致BRCA突变癌症的合成致死性。基因的星形代表突变;注射器代表抑制剂;活细胞被描绘成椭圆形;而无活力的细胞则被描绘成随机形状。DNA DSBs修复的两种主要通路同源重组（HR）通路和非同源末端连接（NHEJ）通路之间的合成致死相互作用，属于这一类。当 DBS 发生在正常细胞中时，BRCA1 响应 DNA 损伤而被激活，并在断点处被募集以抑制末端加工的 53BP1，从而促进复杂的 C 末端结合蛋白相互作用蛋白 （CTIP）/Mre11-Rad50-Nbs1 （MRN），从而允许 HR 介导的修复在细胞周期的 S 和 G2 期。相比之下，BRCA1 在 G0 和 G1 期沉默，53BP1 被募集到 DSB 中以抑制 CTIP/MRN 活性，从而抑制 HR 并促进经典 (c)-NHEJ 途径（图 3bi）。在 BRCA 突变的肿瘤中，BRCA1 不存在于 S 期或 G2 期，并且 53BP1 仍然游离地抑制 CTIP/MRN 功能，导致断裂的末端处理受损、HR 抑制和替代 （Alt）-NHEJ 通路的促进。在这种情况下，肿瘤可以依靠 （Alt）-NHEJ 通路来修复 DSB 并存活（图 3 bii）。然而，PARP（NHEJ通路中的功能基因）抑制剂在BRCA突变的癌症中引起SL（图3 biii）。对HR通路的进一步研究表明，微同源介导的末端连接（MMEJ）通路也与其具有合成致死相互作用。Ceccaldi等人发现，在HR缺陷的上皮性卵巢癌中，敲除属于MMEJ通路的DNA聚合酶θ（Polθ，也称为POLQ）可增强细胞死亡。此外，p53和MAPKAP激酶-2（MK2）在两条通路之间也具有合成致死作用。CDK2 功能被 p21 的下游靶标 p53 抑制，p53 与细胞周期蛋白 A 和细胞周期蛋白 E 相互作用，通过参与 circ-Foxo21-p2-CDK53 三元复合物的形成促进正常细胞周期进入。该通路受 p53调节，p53通过诱导细胞周期停滞来激活细胞周期检查点，从而为 DNA 损伤修复提供时间。相比之下，p53缺陷的肿瘤特别依赖于p38 / MK2通路来延长G2 / M和G1 / S检查点以响应DNA损伤。因此，抑制MK2阻断p38/MK2通路可能在p53突变的NSCLC和胶质母细胞瘤细胞DNA损伤后产生合成致死作用。综上所述，可以调节细胞相同基本生存功能的两种途径之间的合成致死相互作用属于这一分类。多种合成致死途径除了如上所述仅涉及一种甚至两种通路的SL外，通过进一步研究确定了涉及多种通路的更复杂的合成致死相互作用。研究人员发现，与正常细胞相比，几种肿瘤更依赖于某些途径来生存，并且这些途径之间同时存在相当大的“串扰”。这些通路的网络维持着肿瘤中的重要功能。这些通路的共同抑制导致 SL，同时阻断单个通路或多个通路，但并非所有通路都不会。这种类型的SL涉及多通路，如图4所示。图 4. 合成致死多种途径。a 多通路途径概念。一些途径形成一个网络并执行其功能以维持细胞存活。而每个途径中存在异常（突变、过表达或抑制）基因会导致细胞死亡。然而，细胞仍然可以在几种但不是所有途径中以异常基因存活。b 示例：KRAS癌基因驱动的NSCLC的存活率取决于GATA2转录网络。在KRAS突变的NSCLC中，三种GATA2下游通路（蛋白酶体通路、Rho信号级联和NF-κB信号通路）和相关串扰对肿瘤的活力至关重要。硼替佐米（抑制蛋白酶体和NF-κB）和法舒地尔（抑制Rho信号级联反应）的联合使用会导致肿瘤死亡，而单一药物无法杀死肿瘤。基因的星形代表突变;注射器代表抑制剂;黑色实心箭头表示调节方向;虚线表示通路之间的串扰其中一个例子是 GATA2 转录网络在 KRAS 突变的 NSCLC 中的合成致死作用。Steckel 等人最初通过 RNAi 测定证明了转录因子 GATA2 是 KRAS 癌基因依赖性癌细胞所必需的。由于目前尚无针对GATA2的临床靶向药物，因此研究了GATA2的下游调控途径。蛋白酶体通路、Rho信号级联、NF-κB（活化B细胞的核因子κ轻链增强子）信号通路和相关串扰证明对KRAS突变的NSCLC活力至关重要。这个三通路网络的每个独立成员对于突变的NSCLC存活都不是必需的，因此仅抑制其中一条或两条通路不会导致肿瘤死亡。然而，所有三种途径的联合抑制将导致细胞死亡（图4b）。这种合成致死作用对正常肺细胞或非KRAS突变的NSCLC不起作用。因此，我们假设这种类型的SL可能是未来进一步研究的方向。识别更复杂的合成致死网络可能为抗癌治疗提供更多靶点。靶向细胞器合成致死性最近，许多研究人员探索了SL靶向细胞器，与基因或功能通路中的合成致死相互作用相比，这是一种更宏观的方法。这种类型的SL侧重于影响或利用细胞器的主要功能来引起肿瘤细胞死亡。目前，关于SL的各种实验都针对线粒体功能，线粒体功能属于一些科学家所说的“代谢性SL”类别。在这里，我们将主要描述线粒体靶向SL的具体例子，其突变的代谢酶会导致癌症。此外，还将讨论其他靶向细胞器的SL。琥珀酸脱氢酶 （SDH），也称为线粒体呼吸复合物 II，被认为是最有可能的线粒体连接合成致死靶点之一。SDH 不仅是三羧酸 （TCA） 循环中必不可少的线粒体酶，也是肿瘤发生的关键参与者。先前的研究表明，SDH在SDH突变的肿瘤中是无活性的。这通过缩短TCA周期和琥珀酸的异常积累来损害线粒体呼吸功能。尽管允许肿瘤细胞在SDH缺陷中存活的代谢适应尚不完全清楚，但最近的研究已经说明了SDH缺陷肿瘤细胞的几个重要特征。这些实验表明，SDH缺陷的肿瘤细胞比正常细胞使用更多的细胞外丙酮酸，因为它们的生物合成能力不足以满足这种氨基酸的需求。这些细胞产生草酰乙酸，这是维持天冬氨酸水平的基本因素，并且还转移葡萄糖衍生的碳用于天冬氨酸生物合成，这对细胞生长至关重要，通过优先使用丙酮酸羧化酶（PC）。此外，Cardaci 等人证明，PC 抑制不仅在体外减少了 SDH 缺陷肿瘤细胞的增殖，而且还削弱了这些细胞在体内形成肿瘤的能力。因此，PC与SDH具有合成的致死相互作用，PC抑制会扰乱TCA循环（图5)。图5图 5. 靶向细胞器的合成致死—线粒体。在 SDH 或 FH 突变癌症中，参与与线粒体相关的 SDH 和 FH 代谢重编程的主要代谢和信号通路如上所述。在 SDH 缺陷的肿瘤细胞中使用 PC 抑制剂或在 FH 突变的癌症中使用 HMOX1 会扰乱 TCA 循环，导致合成致死。黑色实心箭头表示单步代谢反应;黑色虚线表示间接转录级联;基因的星形代表突变;注射器代表抑制剂。ACO（乌头酸酶）;CS（柠檬酸合酶）;FH（富马酸水合酶）;HMOX1（血红素加氧酶1）;IDH（异柠檬酸脱氢酶）;KEAP1（Kelch 样 ECH 相关蛋白 1）;MDH（苹果酸脱氢酶）;NRF2（核因子红系2相关因子）;2-OG（2-氧代戊二酸）;OGDH（氧戊二酸脱氢酶）;PC（丙酮酸羧化酶）;PDH（丙酮酸脱氢酶）;SCS（琥珀酰辅酶A合成酶）;SDH（琥珀酸脱氢酶）此外，线粒体酶的突变，如富马酸水合酶（FH）和异柠檬酸脱氢酶（IDH）也参与SL。FH是TCA循环的一种酶，可催化富马酸水合为苹果酸。血红素加氧酶 1 （HMOX1） 的抑制导致富马酸水合酶 1 缺陷肿瘤细胞的生长显着减少，但对正常细胞影响很小或没有影响。因此，HMOX1 和 FH1 之间存在靶向线粒体功能的合成致死作用（图 5）。Chan等人进行的一项研究表明，BCL-2抑制剂ABT-199联合IDH突变对AML治疗有相当大的影响，这是SL通过线粒体代谢的又一例证。除TCA循环外，糖酵解是与线粒体相关的另一个不可或缺的过程和可行的靶点。例如，天然产物恩格列素A（EA）被证明可以激活蛋白激酶C-θ（PKCθ），从而诱导胰岛素抵抗。此外，EA同时激活转录因子热休克因子1（HSF1），这是一种葡萄糖依赖的诱导剂。因此，通过促进葡萄糖成瘾并同时限制肿瘤细胞对葡萄糖的摄取，EA影响线粒体的糖酵解和代谢，对高度糖酵解肿瘤具有合成致死作用。除了靶向线粒体功能的SL外，最近的研究集中在靶向其他细胞器的SL上。Zhao等人发现，SU11274（MET抑制剂）和吉非替尼（EGFR抑制剂）的联合使用可以通过降低核糖体蛋白S6（RPS6）的水平来协同影响核糖体的功能，从而减少三阴性乳腺癌（TNBC）的增殖。此外，Cordani等人通过形成自噬囊泡证明了自噬激活，其中它们通过mTOR抑制剂与溶酶体融合可以抑制p53缺陷的肺癌细胞、乳腺癌和胰腺癌细胞的生长。有条件的合成致死众所周知，SL 与情境依赖关系(context-dependent)。这种情境依赖关系是指在SL的原始概念下，合成致癌配对基因和抑癌基因。然而，除了合成致死基因的异常外，肿瘤细胞的异质性、其微环境和外部干扰也会影响遗传相互作用，导致条件依赖性遗传相互作用。因此，在没有特定条件下，前面提到的几种合成致死作用（在基因、功能通路和细胞器水平上）将较弱或无法实现。在早期的研究中，这种复杂的现象被称为情境特异性或情境性SL(context-specific or contextual)，和最近研究中的条件性 SL。条件性SL是对肿瘤细胞的一种特殊的合成致死作用，还取决于内部或外部环境（特定的遗传背景、缺氧、高ROS、使用DNA损伤剂等）。（图 1）条件性SL可以解释在同一癌症类型的不同肿瘤细胞或不同细胞系中观察到合成致死效应的变化。当对合成致死肿瘤靶向药物产生耐药性时，条件性SL可以为如何解决这个问题提供见解。综上所述，条件性SL比无条件/原发性SL更进一步，未来在治疗各种复杂疾病的肿瘤方面具有广阔的前景。不同的遗传特性可以抑制合成的致死相互作用，导致治疗耐药性。如上所述，PARP抑制剂的使用可以通过破坏两个主要的DSB修复途径HR和NHEJ来引导BRCA突变肿瘤细胞向SL迁移。然而，53BP1 的缺失会抑制使用 PARP 抑制剂对 BRCA1/2 突变乳腺癌的合成致死疗法。Bouwman等人在53BP1缺失细胞中证明，BRCA1/2突变癌症中53BP1的缺失可能导致对PARP抑制剂或铂类药物的治疗耐药性。此外，ATR、ATM 和 RAD51 也与 BRCA1/2 突变癌症的 PARP 抑制剂耐药性相关。尽管在使用 PARP 抑制剂后 BRCA1/2 突变细胞中 53BP1、ATR、ATM 或 RAD51 丢失的 HR 通路恢复的潜在机制仍存在不确定性，但很明显，这些基因是 BRCA 和 PARP 的合成致死作用所需的不可或缺的内部条件。同样，由缺陷的 DNA 错配修复 （MMR） 引起的微卫星不稳定性 （MSI） 也是几种癌症中 SL 的特殊且必不可少的遗传背景。最近的研究表明，靶向WRN解旋酶对微卫星不稳定性高（MSI-H）的生存能力具有合成致死作用，但对微卫星稳定（MSS）结直肠癌和子宫内膜癌细胞系没有作用。其他内部条件在条件性SL中也起着重要作用。最近的一项研究发现，细胞微环境中的急性和慢性缺氧可能会降低 HR 蛋白的表达及其功能，从而使细胞对 PARP 抑制敏感。这一发现可用于治疗对PARP抑制剂耐药的BRCA1/2突变肿瘤细胞。此外，PARP抑制剂的使用可以扩展到没有BRCA突变的肿瘤细胞，因为大多数实体瘤含有缺氧细胞。同样，通过对条件性SL的进一步研究，其他内部条件，如蛋白毒性应激和代谢应激，可能被证明会增加合成致死相互作用的范围。除内部条件外，还研究了外部因素对肿瘤的影响，例如放疗和化疗药物。当暴露于DNA损伤剂和电离辐射时，肿瘤细胞对参与DNA损伤修复的PARP的依赖性增强。因此，在这些特定条件下，具有突变基因的肿瘤细胞是PARP的合成致死伙伴，对PARP抑制剂更敏感。例如，Bailey 等人发现粘连蛋白成分 STAG2 在胶质母细胞瘤中与 PARP 具有合成致死作用。同时，当使用替莫唑胺（一种 DNA 损伤药物）时，STAG2 突变的胶质母细胞瘤细胞更容易被 PARP 抑制剂破坏。临床阶段的合成致死靶向药物随着SL领域临床前研究的增加，SL靶向药物在临床实践中已经开发出来。2005年Ashworth和Helleday证明了PARP抑制剂在BRCA1/2缺陷肿瘤中的合成致死相互作用后，几种基于SL的抑制剂用于癌症靶向治疗已应用于临床实践。同时具有 BRCA1 和 BRCA2 突变的患者通常会终生患乳腺癌和卵巢癌。最初，PARP抑制剂在临床试验中作为低剂量rucaparib和全剂量替莫唑胺（temozolomide, 一种DNA烷基化剂）的联合疗法应用。在涉及BRCA1/1突变患者的2期奥拉帕尼(olaparib)临床试验中，与常规化疗方案相比，接受奥拉帕尼治疗的患者中有63%表现出临床获益，副作用最小。随后，包括 BRCA1/2 突变卵巢癌、乳腺癌、前列腺癌和胰腺癌患者在内的 2 期和 3 期临床试验证明了奥拉帕尼提供的临床益处。基于这些临床试验，FDA于2014年首次批准奥拉帕尼用于治疗晚期BRCA1/2突变卵巢癌。随后，奥拉帕尼被批准用于处于CR或PR状态的晚期复发性卵巢癌患者 分别于 2017 年和 2018 年接受铂类化疗和既往接受过化疗的转移性 HER2 阴性、BRCA1/2 突变乳腺癌患者。 表2和图6列出了FDA批准其他PARP抑制剂的临床试验和进展。除了PARP抑制剂外，针对癌基因或抑癌基因的潜在合成致死伙伴的药物，如TP53、KRAS、MYC也有经临床试验（表 2）。图 6. 合成致死研发时间轴：合成致死性在癌症中的里程碑式发现和进展。合成致死率发展的几个关键事件。在原来的SL之外，不断提出了几个扩展的概念。相比之下，在 Ashworth 和 Helleday 证明了 PARP 抑制剂在 BRCA1/2 缺陷肿瘤中的合成致死性后，许多关于 SL 在癌症中的研究显着增加，并且几种抑制剂，尤其是基于 SL 的 PARPi，已应用于临床实践。结论和未来展望自从合成致死的概念首次提出以来，关于该主题的研究数量显着增加，并且提出了许多SL的扩展概念。此外，许多合成致死药物，特别是FDA批准的几种PARP抑制剂，已经取得了重大的临床突破（图 6）。 首先，鉴定基因间SL相互作用是SL在基因水平上的首要步骤。当务之急是识别多种癌症中不同基因之间的更多合成致死效应，以开发合成致死基因数据库。此外，验证基因合成对同一癌症和不同癌症类型的不同细胞系的致死作用也很重要。它可以解释前人研究中的争议，例如上述STK33和KRAS之间的合成致死效应，并为使用条件SL理论进一步研究更复杂的条件提供基础。合成致死性筛查技术，包括药物筛查，RNAi筛选，生物信息学筛选，CRISPR筛选，以及这些方法的组合，为遗传学家提供了实现这一目标的可能性。在基因水平上，以前的许多研究都集中在确定两个基因之间的合成致死关系上。如上所述，三个基因（PLK1、ROCK 和 KRAS）之间的合成致死作用示例，表明未来可以开发多个基因之间的合成致死相互作用。同样，以前的研究也集中在寻找癌基因的合成致死伴侣上，而最近的研究倾向于靶向肿瘤抑制基因，如p53。识别肿瘤抑制基因的合成致死伴侣可能具有更大的探索潜力。此外，虽然靶向常见突变和“不可成药”的致癌基因和抑癌基因是无效的，但从激活p53和抑制BCL-2杀死AML的例子来看，与先前研究中仅抑制伴侣基因相比，靶向这些基因与其合成致死伙伴基因相结合可能会显着放大对肿瘤的致死作用，这可以扩大合成致死作用在靶向癌症治疗中的应用。其次，对于致力于肿瘤靶向治疗的研究人员和临床医生来说，SL通路也提供了许多未来的视角。在蛋白质或通路水平上鉴定出合成致死伴侣基因后，他们可以进一步研究那些在特定癌症中异常表达的基因，同时参考三种合成致死通路条件。由于SL尚未应用于大多数癌症，因此报道的合成致死途径的机制可以应用于研究较少的具有相同突变致癌基因或抑癌基因的癌症，例如神经癌、皮肤癌、骨肿瘤和胆道癌。此外，多种途径的合成致死效应是未来的一个重要方向。识别困难的合成致死效应可以导致对与这些困难靶标相关的通路网络的进一步研究。如前所述，Downward 等人发现 GATA2 下游网络（三种通路）对 KRAS 突变的 NSCLC 存活率具有与 GATA2 相同的影响。因此，在每种途径中都更有可能找到临床抑制剂的靶点。此外，FDA批准的抑制剂被用于阻断三通路网络，从而有效地杀死KRAS突变的NSCLC。由此，SL的研究成果可以更好地应用于临床实践。此外，细胞器靶向SL，即破坏线粒体、核糖体、溶酶体和其他细胞器的合成致死效应，也是未来研究的一个更宏观的方向。最后，条件性SL可以为SL在抗癌治疗靶点中的局限性提供解释和未来方向。SL在临床实践中面临的最大挑战是耐药性。此外，在一种癌症中起作用的合成致死相互作用有时在另一种癌症中无效。根据条件SL，对癌症的合成致死作用需要特定的内部和外部设置，这有助于解释这些问题。因此，探索相同癌症在不同条件或不同癌症类型下所需的具体情况对于解决耐药性和扩大SL的应用具有重要意义，这可以通过多方面的测试框架来解决。总之，尽管SL只是一个简单的遗传概念，但它对癌症研究的影响一直在增加。这种对SL的新分类，以及上述每种类型对SL的多项发现，不仅提供了对该领域的系统理解，也为未来的研究方向提供了更多的参考依据和启示。我们坚信，SL值得未来在癌症治疗领域进一步研究和应用。引用: https://www.nature.com/articles/s41392-020-00358-6声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！长按关注本公众号   粉丝群/投稿/授权/广告等请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓