VKOR

▎药明康德内容团队编辑  p53编码基因是目前研究最为广泛和深入的抑癌基因之一，它对阻止肿瘤形成起着重要作用，在超过50%的肿瘤中会出现p53突变。作为转录因子，p53可以调控众多下游信号通路：其公认地通过促进细胞周期停滞、细胞凋亡和细胞衰老发挥肿瘤抑制作用。但2012年Cell上的一篇文章开启了p53研究的新篇章——美国哥伦比亚大学欧文医学中心癌症遗传研究所顾伟教授课题组首次证实p53在缺失诱导细胞周期停滞、细胞凋亡和细胞衰老功能后仍然能够发挥肿瘤抑制作用，其内在机制是通过调控肿瘤代谢实现的[1]。图片来源：123RF2015年，顾伟课题组在Nature发文证实，促进肿瘤细胞的铁死亡（Ferroptosis）是p53作为“基因卫士”抑制肿瘤的关键[2]。铁死亡是一种铁离子依赖的过量脂质过氧化（Lipid peroxidation）积累导致的细胞膜功能异常及最终完成破裂的程序性死亡方式[3]。决定铁死亡进程的关键因素是细胞内的抗氧化防御系统和代谢稳态。从转录水平上来看，p53可以抑制胱氨酸转运蛋白（SLC7A11）的表达，从而使细胞在p53激活时对活性氧（ROS）或者SLC7A11抑制剂诱导的铁死亡更加敏感。此后，顾伟课题组于2019年在Nature Cell Biology发文提出，p53介导的铁死亡是通过脂质加氧酶ALOX12来实现的。以及在2021年Nature Communications发文揭示p53转录调控磷脂酶iPLA2β独立于GPX4调控铁死亡等[4]，[5]。尽管如此，关于p53是否能够通过独立于胱氨酸-谷胱甘肽（Cystine-GSH）通路发挥促进铁死亡的作用仍然需要进一步的研究。日前，美国哥伦比亚大学欧文医学中心癌症遗传研究所的顾伟团队（杨鑫博士和王哲博士为第一作者）在Cell Metabolism上发表的研究发现，经典维生素K代谢中的还原酶——维生素K环氧还原酶复合物亚基1类1（VKORC1L1），通过催化维生素K还原态的产生来保护细胞抵抗铁死亡。激活关键抑癌因子p53可以通过转录方式抑制VKORC1L1表达，从而激活铁死亡并诱导体内肿瘤抑制。该研究发现抗凝血药物华法林（Warfarin）作为VKORC1L1的抑制剂可以在高表达VKORC1L1的胰腺癌肿瘤中通过促进铁死亡发挥抑癌作用，华法林或许可以“老药新用”，成为潜在的肿瘤治疗策略。作者通过CRISPR-Cas9技术对全基因组以及代谢基因组进行了敲除筛选，他们发现VKORC1L1是一种能够高效抑制铁死亡的代谢酶。敲除VKORC1L1能显著提高铁死亡诱导剂处理下细胞内脂质过氧化的水平和细胞死亡。作者通过质谱技术检测证明VKORC1L1是通过生成还原态维生素K（维生素K对苯二酚）来保护细胞免受铁死亡。基于VKORC1L1调节铁死亡的现象，研究人员想解决一个问题：作为VKORC1L1的代谢底物，维生素K是否能够抑制铁死亡？▲研究借助CRISPR-Cas9技术进行了代谢基因组筛选（图片来源：研究论文）通过GPX4抑制剂处理，GPX4敲除，胱氨酸饥饿以及谷氨酰胺处理等多种诱导细胞铁死亡的模型，作者发现两种活性维生素K（维生素K1和K2）都能够抑制铁死亡，说明维生素K是一种全新的独立于GSH/GPX4轴的方式抑制铁死亡的代谢物。研究人员发现，维生素K抑制铁死亡的内在机制是依赖于VKORC1L1还原酶活性的。Marcus Conard课题组曾在Nature杂志发表研究论文，证实FSP1可以通过非经典的维生素K代谢完成对于维生素K的还原从而抵抗铁死亡。作者进一步的研究发现，VKORC1L1和FSP1在利用维生素K抵抗铁死亡中起到互相独立的作用。值得一提的是，一旦细胞同时缺少VKORC1L1和FSP1，即使是高剂量的维生素K也无法挽救细胞的铁死亡。接下来，作者发现VKORC1L1是p53的直接转录抑制靶标。p53激活后可以在mRNA和蛋白水平抑制VKORC1L1的表达，从而使细胞对铁死亡诱导更易感。p53缺失的细胞表现出VKORC1L1蛋白和mRNA水平的上调，说明野生型p53可以调控其内源的表达水平。▲研究示意图（图片来源：研究论文）另外，通过对TCGA数据库肿瘤样本中VKORC1L1的mRNA水平进行分析，作者发现比起p53野生型，p53突变的肿瘤样本中VKORC1L1的mRNA水平明显上升，说明VKORC1L1很可能参与了p53突变肿瘤的代谢重编程。华法林是一种历史悠久且应用广泛的抗凝血剂，在1954年就被美国FDA批准用于抗凝血治疗。华法林通过抑制维生素K代谢的关键酶VKORC1或VKORC1L1的酶活性来降低具有生物学活性的凝血因子的产生。由于安全性问题，最近发现的抗凝血药物如直接口服抗凝剂（DOACs）和低分子肝素（LMWHs）可以作为华法林的热门替代品，其原理不通过抑制VKORC1或VKORCL1L1而是直接抑制凝血因子发挥作用。但是华法林在胰腺癌、胃癌和结直肠癌中比DOACs和LMWHs表现出明显的总生存期延长的优势，提示华法林很可能是通过某些未知的抗肿瘤途径来延长服用华法林病人的总生存期[7]，[8]。而在胰腺癌中，VKORC1L1的mRNA水平在肿瘤样本中高表达，且高表达肿瘤患者呈现相对较差的预后。基于以上事实，作者尝试使用VKORC1L1高表达、p53缺失的人类AsPC1细胞和p53突变的小鼠胰腺癌细胞来评估华法林对于肿瘤生长的影响。利用免疫缺失和免疫完整的小鼠异种移植实验，作者证实华法林可以增强小鼠肿瘤内细胞脂质过氧化的水平从而抑制肿瘤生长。考虑到华法林及其衍生物已经在临床上广泛使用，此项研究也提示，患有上述类型癌症的患者持续使用华法林，或者放化疗结合华法林的联合疗法可以成为潜在的治疗策略。综上所述，这项研究对于如何理解、认识维生素K代谢提出了新的见解，也证实p53能通过同时抑制VKORC1L1和SLC7A11的表达，以不依赖GSH和依赖GSH两条平行且独立的通路促进铁死亡的进程，这项研究不仅丰富了p53在代谢领域的功能，也为p53突变肿瘤的治疗提供了新思路。美国哥伦比亚大学顾伟教授为通讯作者，顾伟课题组杨鑫博士和王哲博士为本文第一作者，刘彦卿博士参与此工作。此外，该项工作得到了哥伦比亚大学张志国教授，Brent R. Stockwell教授和纪念斯隆-凯特琳癌症中心姜学军教授等合作者的支持。参考资料：[1] Li, T., Kon, N., Jiang, L., Tan, M., Ludwig, T., Zhao, Y., Baer, R., and Gu, W. Tumor suppression in the absence of p53-mediated cell-cycle arrest, apoptosis, and senescence. Cell 149, 1269-1283 (2012).[2] Jiang, L., Kon, N., Li, T., Wang, S.-J., Su, T., Hibshoosh, H., Baer, R., and Gu, W. Ferroptosis as a p53-mediated activity during tumour suppression. Nature 520, 57-62 (2015).[3] Dixon, S.J., Lemberg, K.M., Lamprecht, M.R., Skouta, R., Zaitsev, E.M., Gleason, C.E., Patel, D.N., Bauer, A.J., Cantley, A.M., and Yang, W.S. Ferroptosis: an iron-dependent form of nonapoptotic cell death. Cell 149, 1060-1072 (2012).[4] Chu, B., Kon, N., Chen, D., Li, T., Liu, T., Jiang, L., Song, S., Tavana, O., and Gu, W. ALOX12 is required for p53-mediated tumour suppression through a distinct ferroptosis pathway. Nature cell biology 21, 579-591 (2019).[5] Chen, D., Chu, B., Yang, X., Liu, Z., Jin, Y., Kon, N., Rabadan, R., Jiang, X., Stockwell, B.R., and Gu, W. iPLA2β-mediated lipid detoxification controls p53-driven ferroptosis independent of GPX4. Nature Communications 12, 1-15 (2021).[6] Mishima, E., Ito, J., Wu, Z., Nakamura, T., Wahida, A., Doll, S., Tonnus, W., Nepachalovich, P., Eggenhofer, E., and Aldrovandi, M. A non-canonical vitamin K cycle is a potent ferroptosis suppressor. Nature 608, 778-783 (2022).[7] Chiasakul, T., Redd, R., Patell, R., Khan, A.M., McCarthy, E.P., Neuberg, D., and Zwicker, J.I. Overall survival with warfarin vs. low‐molecular‐weight heparin in cancer‐associated thrombosis. Journal of Thrombosis and Haemostasis 19, 2825-2834 (2021).[8] Chiasakul, T., and Zwicker, J.I. The impact of warfarin on overall survival in cancer patients. Thrombosis Research (2021).本文来自药明康德内容微信团队，欢迎转发到朋友圈，谢绝转载到其他平台。如有开设白名单需求，请在“学术经纬”公众号主页回复“转载”获取转载须知。其他合作需求，请联系wuxi_media@wuxiapptec.com。免责声明：药明康德内容团队专注介绍全球生物医药健康研究进展。本文仅作信息交流之目的，文中观点不代表药明康德立场，亦不代表药明康德支持或反对文中观点。本文也不是治疗方案推荐。如需获得治疗方案指导，请前往正规医院就诊。更多推荐点个“在看”再走吧~

▎药明康德内容团队编辑   1936年，丹麦生物化学家Henrik Dam发现了一种新的维生素。这种维生素有凝血作用，严重缺乏时，实验动物会流血不止，甚至死亡。因此， 他以母语中表示“凝血”的词Koagulation为这种维生素物质命名，就是“维生素K” 。后来，达姆与另一位确定维生素K结构的化学家Edward Doisv共同获得了诺贝尔生理学或医学奖 有趣的是，直到最近，一支科研团队意外发现， 除了凝血相关的常规功能外，维生素K还有一种新的功能 。他们的研究结果发表在顶尖学术期刊《自然》上，论文第一作者Eikan Mishima博士说：“ 令人惊讶的是，我们发现维生素K，包括K1（即叶绿醌）和K2（甲基萘醌），能够有效地避免细胞或组织发生铁死亡 。” 铁死亡 （ferroptosis）指的是一种细胞自然死亡的形式，因铁元素在其中起关键作用而得名，细胞膜的脂质成分被过度氧化导致结构受损是铁死亡的重要特征。 急性器官损伤、阿尔茨海默病等退行性疾病的机制以及治疗耐药性癌症的切入点都被发现与细胞铁死亡的分子过程有关 。因此这一新发现意味着，基于维生素K的疗法有望为很多疾病带来改善治疗的新策略。 ▲补充维生素K可以避免细胞发生铁死亡（图片来源：参考资料[3]） 要看懂这项研究，还是要从维生素K的凝血功能说起。 对于维生素K在血液凝固过程中的代谢变化，几十年来科学家们已经有了深入理解。比如，我们现在知道， 摄入的维生素K要先被体内特定的还原酶VKOR转变成一种“还原对苯二酚”形式（简写为VKH2），才能与凝血因子共同作用，支持凝血 。 当我们需要“抗凝”（比如应对血栓等由血液凝固导致的问题），就可以用药物抑制维生素K参与的凝血过程。典型的例子就是常用的 抗凝药物华法林 （Warfarin）， 通过抑制还原酶VKOR来降低血液中的VKH2 。 华法林在血栓相关疾病的治疗中很有效，但服用剂量必须严格监测，根据饮食、其他药物、身体情况变化等诸多因素来调整，剂量过高容易导致出血风险。 华法林剂量过高而出现不良反应时，服用高剂量的维生素K可以有效“解毒” 。 在这种情况下——经典的还原酶VKH2已经被抑制，维生素K又是如何被转变为有凝血作用的VKH2形式的？研究这个问题的科学家几十年来一直猜测，体内应该还有一个不同的还原酶在起作用，只是我们始终没有找到它。 这种神秘的还原酶到底是什么，被认为是维生素K在血液凝固过程中代谢变化的最后一个谜团 。 图片来源：123RF 负责此次研究的Marcus Conrad博士和同事们曾在2019年发现了一种酶，可以抑制细胞铁死亡，称之为 “铁死亡抑制蛋白1”（简称FSP1） 。具体来说，FSP1使用CoQ10作为底物，从细胞中消除自由基，避免脂质分子被过度氧化。 由于注意到维生素K的结构与CoQ10具有相似性，研究人员决定继续考察FSP1是否也可以还原维生素K。结果，科学家们有了意外发现。 实验结果表明，FSP1可以有效地将维生素K还原为VKH2形式，并且对华法林不敏感—— FSP1正是人们苦寻多年的“神秘”维生素K还原酶 。为什么服用华法林过量时维生素K可以解毒的真正原因也迎刃而解。 ▲摄入的维生素K在还原酶VKOR的作用下变成VKH2形式，与凝血因子共同实现凝血功能，并在此过程中被氧化为VKO形式；新研究发现FSP1酶也可以还原维生素K以促进凝血，且不受华法林的抑制（图片来源：参考资料[2]） 与此同时，维生素K作为天然抗氧化剂的身份也凸显出来： 完全还原形式的维生素K（即VKH2）是一种亲脂性抗氧化剂 ，可以在细胞膜的脂质双分子层中捕获氧自由基来抵御铁死亡。 研究人员通过小鼠缺血再灌注损伤（IRI）实验验证了这一点：当组织遭受一定时间的缺血，随后又恢复血流，细胞铁死亡会使组织损伤程度迅速增大。实验结果表明， 肝脏或肾脏发生缺血再灌注损伤的小鼠补充维生素K可以有效减轻组织损伤性炎症 。此外，维生素K还可以防止神经元发生铁死亡。 《自然》杂志同时发表的评论文章指出，这些研究结果表明，发生缺血再灌注损伤风险高的人群（例如心血管疾病人群） 把维生素K补剂作为一种预防缺血的手段极具潜力 。 参考资料： [1] Eikan Mishima et al., (2022) A non-canonical vitamin K cycle is a potent ferroptosis suppressor. Nature. Doi: 10.1038/s41586-022-05022-3 [2] Nathan Ward et al., (2022) Long-sought mediator of vitamin K recycling discovered. Nature. Doi: https://doi.org/10.1038/d41586-022-02001-6 [3] Vitamin K prevents cell death: a new function for a long-known molecule. Retrieved Aug. 8, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/960746 本文来自药明康德内容微信团队，欢迎转发到朋友圈，谢绝转载到其他平台。如有开设白名单需求，请在“学术经纬”公众号主页回复“转载”获取转载须知。其他合作需求，请联系wuxi_media@wuxiapptec.com。 免责声明：药明康德内容团队专注介绍全球生物医药健康研究进展。本文仅作信息交流之目的，文中观点不代表药明康德立场，亦不代表药明康德支持或反对文中观点。本文也不是治疗方案推荐。如需获得治疗方案指导，请前往正规医院就诊。

SAN DIEGO, July 17, 2014 /PRNewswire/ -- Millennium Laboratories announced today that it has expanded its pharmacogenetic test (Millennium PGTSM) to include seven additional genes. The expanded test gives clinicians additional, objective information, based on patients' own genetics to help determine their potential response to a broad list of medications commonly prescribed across four key therapeutic areas, including pain, mental health, addiction and cardiovascular therapy. Millennium PGT now analyzes clinically relevant genetic variants for 11 genes related to medication response to help clinicians individualize prescribing decisions. The Millennium Analysis of Patient Phenotype (MAPP®) Report provides clinicians with evidence based and clinically actionable information to support medication decisions for over 30 commonly prescribed medications across 14 medication classes. The MAPP Report also includes information for 20 medications with pharmacogenetic information or specific recommendations related to use in their U.S. Food and Drug Administration approved labels.   "Millennium is providing clinical tools for improving care for all patients, and through investments in the newest technologies, we have delivered on that promise with our expanded PGT offering," said Chief Executive Officer, Brock Hardaway. "This milestone allows us to continue fulfilling a crucial need in health care, and offers additional tools that may help providers make more effective, individualized medication choices to get their patients on the path to wellness faster." This saliva-based test helps clinicians determine, based on genetics, which medications are more likely to work for an individual patient, while helping them to avoid prescribing those more likely to cause adverse reactions. Millennium PGT helps health care providers minimize trial and error prescribing potentially shortening the time it takes for patients to feel better. "It is very good to know it's the right drug, and it's very good to know that you're giving the right dose, and it's good to know that that patient is going to respond in the way you hope," said Dr. Manya Helman, family practice physician, Salem, Ore. "To be able to give the right drug, in the right dose, to right patient is exactly what our goal is." In addition to the core offerings of CYP2D6, CYP2C19, CYP2B6, and UGT2B15, this expansion will significantly broaden Millennium's PGT menu to include CYP2C9, CYP3A4, CYP3A5, as well as VKORC1, COMT, MTHFR and OPRM1. Paired with PGT ConsultSM, a mobile application that provides evidence-based clinical decision support to health care providers, Millennium PGT is helping clinicians optimize patient care.  About Millennium PGT Millennium PGT is a laboratory developed pharmacogenetic test that analyzes clinically important genetic variations associated with how patients may respond to many commonly prescribed medicines. Millennium PGT is a saliva based test that provides clinicians with objective information that may help them individualize medication treatment decisions. Millennium PGT is paired with the MAPP® Report, which provides clinicians with actionable information, based on a patient's own genetics, about their potential response to over 30 medications prescribed across four key therapeutic areas: pain, mental health, addiction and cardiovascular therapy. Together with PGT Consult, a mobile application that provides evidence-based clinical decision support, the combination of tools helps clinicians individualize medications to their patient's unique genetics, maximizing the opportunity for successful outcomes. About Millennium Laboratories Millennium Laboratories, a leader in the science of medication monitoring and pharmacogenetics, is transforming the way health care professionals monitor and manage their patients' medication therapy. Through the use of advanced technology, supported by research and education, Millennium helps practitioners personalize care for patients. Building on this strong foundation, Millennium aims to expand its impact by helping more people affected by chronic illnesses and dedicating itself to filling a crucial unmet need in health care. More information can be found at . Logo - Logo - SOURCE Millennium Laboratories, LLC Help employers find you! Check out all the jobs and post your resume.