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  • 發布時間:2019-11-05 14:08 原文鏈接: 多蛋白復合物的癌癥精準治療范式,有望攻克腫瘤領域

       蛋白質是細胞功能的執行者,蛋白互作網絡(Protein-Protein Interaction,PPI)通過蛋白之間的相互作用參與基因調節、基因表達、信號傳遞、代謝及周期調控等各個環節。在腫瘤惡化過程中,細胞中蛋白質互作網絡會發生改變,然而,目前并沒有針對這種變化的診斷工具。

      近日,紀念斯隆·凱特琳癌癥中心的研究人員建立了針對多蛋白復合物(epichaperome)治療癌癥的精準醫學方法,并發表于《Cancer Cell》期刊上。研究人員利用靶向epichaperome藥物PU-H71的同位素實時成像,從單個病灶水平定量評估并優化了藥物劑量,為靶向蛋白互作網絡的精準醫學提供了臨床前和臨床研究范式。

      細胞中一些相互作用的蛋白網絡在細胞中發揮著重要的功能,比如伴侶蛋白組(chaperome),它是一個多種蛋白組成的蛋白家族,包含有分子伴侶(chaperone)、輔助伴侶、折疊酶等。

      多蛋白復合物(epichaperome),是伴侶蛋白組(chaperome)在應激狀態下形成的緊密且穩定的蛋白復合物,最初由該團隊于2016年發現并命名。

      細胞中的一些蛋白如HSP90、HSP70、sHSPs、HSP60等可形成相互作用網絡,從而發揮重要的功能。正常細胞中這種蛋白互作網絡處于一種動態的狀態,即它們形成的復合物是瞬時的,網絡中大多蛋白依然是一個單獨的功能單位,或以小的復合體形式存在。在50%以上的腫瘤中,以HSP90和HSC70為核心的蛋白作用網絡不再處于動態狀態,相反,HSP90、HSP70與sHSPs、HSP60、AHA1、CDC37等數十種蛋白聚合在一起,形成一個穩定的整體——多蛋白復合物(epichaperome)。由于沒有了空間距離的限制,該復合物中的蛋白互作或許更加高效,進而幫助腫瘤細胞應對各種應激環境,促進腫瘤細胞的生存。

    伴侶蛋白組(chaperome) 在應激狀態下(比如轉錄激活因子MYC)形成多蛋白復合物(epichaperome),并且epichaperome抑制劑可導致其死亡。

      根據細胞中是否存在epichaperome,研究人員將腫瘤分為兩類,即epichaperome陽性腫瘤(I型)、epichaperome陰性腫瘤(II型),而正常組織中則幾乎不表達epichaperome。

      前期研究已經發現, HSP90抑制劑PU-H71對I型的陽性腫瘤殺傷效果更強,對II型的陰性腫瘤則幾乎沒有效果。研究人員認為I型腫瘤中以HSP90和HSC70為核心的蛋白作用網絡聯系更緊密,如同多米諾骨牌,當其中一個核心環節斷裂,會導致整個網絡的崩塌。

      I型腫瘤、II型腫瘤以及正常組織中蛋白互作網絡示意圖,epichaperome抑制劑PU-H71可在I型腫瘤中特異性富集(K0ffslow),在II型腫瘤和正常組織中則不會富集(K0fffast)。

      在50-70%的腫瘤中已經檢測到epichaperome的表達,而且與腫瘤類型無關,即與腫瘤發生部位、基因突變等無關。因此,建立基于epichaperome的腫瘤診斷和治療方法具有重要的意義。近日,該團隊又通過PU-H71的同位素實時成像,從單個病灶水平定量評估并優化了藥物劑量,為靶向epichaperome的腫瘤診斷和治療提供了范式。

      由于epichaperome與HSP90和HSC70的基因表達水平無關,而且以HSP90和HSC70為核心的蛋白作用網絡只占癌細胞chaperome的一小部分。為了對epichaperome進行檢測,研究人員采用了同位素標記的PU-H71探針。該探針可定量檢測epichaperome陽性的腫瘤,而且可以區分epichaperome和其它的chaperome。

      首先,研究人員開展了體內和體外實驗和臨床試驗,以探索了腫瘤中PU-H71濃度(Tumor PK)與藥物效果(Tumor PD)的關系,從而確定最優的藥物劑量。

      LC-MS/MS檢測癌癥患者腫瘤和血漿中PU-H71濃度。(A)實驗方案。(B)不同劑量24h后患者腫瘤和血漿中PU-H71濃度。(C)不同劑量患者血漿中PU-H71濃度隨時間的變化曲線。(D)不同劑量患者血漿PU-H71的AUC值。

      雖然對腫瘤中藥物濃度的靜態檢測有助于確定最優的藥物劑量,但不能確定藥物的使用間隔,而且從患者體內重復取樣是不可行的。因此,研究人員采用了PU-PET技術,即同位素標記的PU-H71探針。并在小鼠的MDA-MB-468 CDX腫瘤模型以及臨床上進行實時Tumor PK檢測。

      PU-PET可在單病灶水平實時檢測PU-H71在Epichaperome陽性腫瘤中的動力學曲線。(A)小鼠MDA-MIB-468腫瘤模型實驗。(B) PU-PET的臨床試驗方案流程。(C-E)具有代表性的乳腺癌患者PET圖像。C為淋巴結,D為胸膜疾病,E為實體腫瘤。(F) 晚期癌癥患者PU-H71的Tumor PK變化曲線。(G)肌肉組織、陰性腫瘤、陽性腫瘤的PU-PE圖像信號強度。

      PU-PET提供了藥物在患者體內的實時變化,這種變化可以換算成腫瘤內實時的PU-H71濃度。因此,PU-H71 PET可非侵入性的實時定量檢測體內PU-H71濃度。在隨后開展的臨床研究中 ,研究人員證實了PU-PET可用來換算成PU-H71濃度。

      PU-PET定量檢測PU-H71 Tumor PK。(A) 用PU-H71 Tumor PK來轉換為濃度的實驗方案設計。(B)腫瘤PU-H71放射性的時間變化曲線。(C)經公式換算后的腫瘤PU-H71濃度時間變化曲線。

      由于PU-H71在表達epichaperome的腫瘤中可特異性富集,PU-PET方法可同時提供腫瘤中PU-H71的實時的定性和定量的信息。因此,研究人員認為,PU-PET或許可輔助提供個體化的藥物劑量方案。為了驗證這個想法,研究人員開發了一個數學模型,經過實驗驗證,該模型可模擬不同劑量條件下藥物穩態峰值。

    PU-PET檢測產生的數據可評估最優劑量、給藥方案以及有效性。

      目前,多個不同適應癥的PU-H71的臨床試驗已經開展,該平臺通過PU-H71與PET技術的結合,為靶向epichaperome的治療提供了使用劑量和治療方案等數據。同時也為epichaperome抑制劑的開發提供了基本范式。

      重要的是,該研究為一些靶向epichaperome的癌癥精準醫療場景提供了可能,比如實時檢測患者單個腫瘤水平的epichaperome變化,以及定量檢測患者單個腫瘤水平的藥物變化水平。

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