600多個新癌癥基因靶點CRISPRCas9助力靶向藥開發

　　在癌癥治療研究中，科學家和制藥公司一直在努力探索新的靶向療法，選擇性地殺死癌細胞，使健康組織不受傷害。目前，新靶向藥物研發非常困難。一個靶向藥物的研發成本約為1~2億美元，但大約90％的藥物在開發過程中失敗。因此，在該過程開始時選擇良好的藥物靶點被視為藥物研發最重要的部分。

　　為了提高藥物研發效率，Wellcome Sanger研究所、葛蘭素史克（GSK）、EMBL-EBI和OpenTarget的科學家進行了一項大型的CRISPR篩選癌癥基因研究。該研究團隊利用基因組規模的CRISPR篩選技術構建了一個新的癌癥依賴基因資源庫，并開發出一種可優先考慮現有癌癥藥物靶點和發現新靶點的基因評分計算框架。該最新研究中所描述的CRISPR篩選方法可以通過促進新的、多樣化和更有效的癌癥藥物靶點組合，為藥物開發的初期階段提供信息。4月10日，相關研究結果發表在《自然》上。

　　研究團隊對來自30種癌癥類型的300多個人類癌細胞系進行了CRISPR-Cas9篩選。他們將細胞適應性效應、基因組生物標志物和藥物開發靶點的易處理性相結合，以系統地優先考慮特定組織和特定基因型的新靶點。利用這種方法，研究人員最終驗證Werner綜合征ATP依賴性解旋酶（WRN）可作為具有微衛星不穩定性特征的多種癌癥類型的合成致死靶點。

圖：優先考慮多種癌癥類型靶點的策略。結合CRISPR-Cas9基因適應性效應，基因組生物標記物和用于藥物開發的靶點易處理性。

　　為全面記錄癌細胞適應性所需的基因，研究人員首先在339個癌細胞系中，針對18,009個基因進行了CRISPR適應性篩選。經過質量控制，該研究最終分析數據來自30種不同癌癥類型19種不同組織的324個細胞系，包括肺癌、乳腺癌、結直腸癌等常見癌癥和卵巢癌、胰腺癌等臨床需求未滿足的癌癥類型。根據獲取的基因數據，研究人員在每個細胞系中平均發現1,459個適應基因，其中41％的靶點基因在一種或多種細胞系中具有適應性效應。經過分析，83％具有適應效應的靶點基因可在約50％的癌細胞系中誘導依賴性。

圖：最終研究分析中的癌細胞系。

　　為識別核心適應基因，研究團隊開發了一種被稱為ADaM的統計方法。在13種癌癥類型中，研究人員利用該方法至少將12種適應基因歸類為泛癌核心適應基因，平均分析鑒定了866個癌癥類型特異基因和553個泛癌核心適應基因。在ADaM鑒定的泛癌核心適應基因中，有399個基因此前被定義為細胞必需基因。其中，125個基因參與了基本細胞過程，其余132個基因為新鑒定的基因，并在細胞管家基因和通路中有顯著的富集。

　　該研究發現，來自血液癌癥的細胞系具有最獨特的核心適應基因。研究進一步分析發現，具有癌癥類型特異性的核心適應基因通常在匹配的健康組織中高表達，這與在基本細胞過程中預測的作用一致。該結果表明，如果將這些核心適應基因作為靶點，可能顯示出潛在的毒性。

　　研究人員在文中表示：“總體來說，使用該統計學方法，我們改進和擴展了目前對人類核心適應基因的認識，并確定了可能具有高毒性的基因，這是不太理想的治療靶點。此外，由于該研究數據集規模很大，目前可以識別特定環境的適應基因，其中許多基因擁有與核心適應基因相似甚至更強的適應損失效應。”

　　為獲得特定環境下的適應基因清單，研究人員開發了一個計算框架，為每個基因分配一個優先級分數，以排除可能具有潛在毒性的不良靶點基因、核心適應基因以及未表達或純合缺失的基因。每個基因70％的優先級評分來自不同依賴細胞系的CRISPR實驗證據，其依據是適應效應的大小、適應性缺陷的重要性、目標基因白表達、目標基因突變狀態和同一通路的其他適應性證據。

　　利用該評分策略，研究團隊最終確定了628個獨特的優先靶點，包括泛癌靶標基因和癌癥類型特異基因。在不同癌癥類型中，優先靶點數量相差約3倍。目前，大多數癌癥類型的優先靶點（74%）僅在一到兩種癌癥類型中被識別出來，這強調了上下游序列的特異性。大多數泛癌靶點（88％）在癌癥類型特異性分析中得到了確認。

圖：癌癥治療優先靶點根據藥物開發的易處理性分類為1、2和3組。

　　隨后，研究人員根據易處理性將確定的優先靶點分為三組。第1組由臨床或臨床前研發中批準的抗癌藥物或化合物的靶點組成。第2組由在臨床研發中沒有藥物但有證據支持目標可處理性的靶點組成。第3組由沒有任何證據支持或缺乏能告知可處理性信息的靶點組成。研究結果顯示，第一組優先靶點中富含蛋白激酶，突出了該類靶點藥物開發的焦點。此外，與第2、3組相比，第1組靶點的功能更加多樣化。第2組很有可能是通過傳統模式即可處理的新靶點，是藥物研發的優先候選靶點。

　　研究人員強調，該研究證實了WRN解旋酶是MSI類型癌癥的一個有潛力的靶點。WRN在DNA修復、復制、轉錄和端粒維持中具有不同的作用。該研究的發現表明，解旋酶是維持MSI大腸癌細胞體內生長所必需的。

　　CRISPR技術為加速腫瘤藥物靶點的發現提供了一種獨特的工具。除了發現優先癌癥靶點外，該研究中描述的CRISPR篩選技術還能幫助繪制癌癥依賴性圖譜（ Cancer Dependency Map）。這是一項巨大的工作，旨在識別不同癌癥中存在的所有靶點，以便科學家利用這些信息為下一代精確癌癥治療提供證據支持。

　　隨著臨床需求的擴大，癌癥治療研究需要采用新的方法來有效地考慮適合的候選靶點。該研究發現了數千個關鍵的癌癥基因，確定了數百個可能的癌癥治療新靶點。新開發的靶點優先級評估系統可以縮小研究范圍，有助于提高藥物研發成功率。希望相關研究成果能夠盡快得到驗證和深入分析，對癌癥患者的治療方式產生積極影響，也希望能有更多更好的靶向藥物成功開發，幫助更多癌癥患者接受有效的治療。