【Nature子刊】藥物篩選結合CRISPR技術提高抗癌藥物療效

一項新的研究為了解抗癌藥物在分子水平上的作用提供了最全面的分析。英國韋爾科姆基金會桑格研究所（Wellcome Sanger institute）、歐洲分子生物學實驗室（EMBL）的歐洲生物信息學研究所和阿斯利康制藥的科學家們結合了藥物反應數據和CRISPR基因篩查，調查了數百種癌細胞，以便更好地準確了解藥物如何靶向癌細胞。

在7月6日發表在《分子系統生物學》（Molecular System Biology）上的研究中，研究人員確認了397種藥物中50%的作用機制。這種對支持藥物反應的生物學機制的進一步理解將有助于更快、更有效地開發新的癌癥藥物，并使我們更接近癌癥患者的精準治療。

從歷史上來看，藥物開發的成功率一直很低，只有不到10%的預期化合物進入臨床試驗。

一種藥物殺死癌細胞的確切機制，在分子水平上可能還不完全清楚，這意味著它可能不會像預期的那樣發揮作用。當一種藥物被設計成針對癌癥細胞由于DNA基因改變而產生的特定弱點時，這一點就顯得尤為棘手。有些藥物針對多種蛋白質，對患者的毒性更大。另一些則沒有足夠的效力，不能有效地殺死癌細胞。

圖解摘要

但近年來，一些新方法幫助提高了候選藥物的成功率。癌癥依賴圖譜（Cancer Dependency Map）等項

目已經從患者腫瘤中創建了癌癥細胞模型的參考集合，這些模型可以在實驗室中生長并在研究中廣泛使用。這些細胞模型的一個用途是用于藥理學篩選，即測試抗癌藥物的活性，以確定特定癌癥對特定化合物的敏感性。

藥物敏感性數據集概述

另一項重大突破是CRISPR-Cas9技術的發展，該技術可以編輯癌細胞系中的基因，逐個關閉這些基因，以衡量它們對癌癥存活的重要性。

CRISPR‐Cas9數據集概述

在這項新的研究中，研究人員首次將CRISPR-Cas9篩查與484個癌細胞系的397種獨特抗癌化合物的藥理篩查結合起來。化合物包括FDA批準的抗癌藥物、臨床開發的藥物和早期開發的化合物。

通過搜索484個細胞系的兩個數據集之間的關聯，研究了藥物敏感性與藥物靶點的CRISPR敲出對應的程度。他們確定了865個藥物反應和基因依賴之間的顯著關聯。

腫瘤細胞系中藥物與CRISPR基因依賴的整合

來自韋爾科姆桑格研究所的伊曼紐爾·貢薩爾維斯（Emanuel Gonvalves）博士是這項研究的第一作者，他表示：“敲除一個基因的效果和抑制該基因產生的蛋白質的效果不一定是一回事。但是，當一個分子途徑或功能與藥物反應數據和CRISPR篩選數據相關聯時，它使我們對藥物如何在分子水平上起作用以及檢測藥物何時不起作用的能力有了更加清晰的認識。”

該研究小組能夠確定這種藥物是如何殺死50%的被測化合物中的癌細胞的。雖然大約有一半的藥物的作用機制還不能確定，但這并不意味著這些化合物沒有用。可能需要更多的知識才能完全理解在分子水平上它們是如何工作的。

這項研究還發現了一些令人驚訝的結果，比如乳腺癌細胞系中MCL1和MARCH5基因之間的聯系。MCL1通常在人類癌癥中發生改變，并與化療耐藥性和復發有關。在同時依賴于MARCH5和MCL1的乳腺癌細胞系中，針對MCL1蛋白設計抑制其活性的藥物更有效。

最顯著相關藥物類別的代表性例子

EMBL歐洲生物信息學研究所的Aldo Segura-Cabrera博士表示，“充分理解相關的分子途徑是理解為什么一種藥物可能對一個病人的癌癥有效而對另一個病人無效的關鍵。例如，在乳腺癌中，MARCH5和MCL1之間的關聯表明了一種我們沒有意識到的重要的分子關系。這進而幫助我們了解MCL1蛋白抑制劑的作用機制，以及這些藥物在哪些癌癥病例中會有效。”

對支持藥物反應的生物機制和發生反應的基因組背景的更全面的理解，將有助于研究人員識別新的生物標記物，指導藥物聯合療法和對抗癌癥藥物的耐藥性。

這篇論文的資深作者、來自英國韋爾科姆基金會桑格研研究所的馬修·加內爾（Mathew Garnett）博士說：“精準醫療的一個關鍵挑戰是了解什么藥物對特定患者最有效。關鍵的一步是真正了解一種藥物是如何在細胞中起作用的，這可能是非常困難的。通過在這個范圍內結合藥理學和CRISPR篩查，它為我們提供了無與倫比的關于藥物如何起作用以及癌癥類型的見解。這項工作讓我們更接近癌癥的精準治療。”

參考：

【1】https://medicalxpress.com/news/2020-07-drug-screens-crispr-combine-cancer.html

【2】https://www.embopress.org/doi/full/10.15252/msb.20199405