加利福尼亞大學(xué)舊金山分校(UCSF)的研究人員表示，他們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)大型屏幕，可以識(shí)別出合并時(shí)有效的癌癥殺手藥物，但單獨(dú)使用時(shí)效果不佳。使用這種技術(shù)，科學(xué)家通過聯(lián)合使用僅用作單藥治療時(shí)部分有效的藥物來消滅血癌和某些實(shí)體腫瘤細(xì)胞。這項(xiàng)努力是加州大學(xué)舊金山分校研究人員之間的跨學(xué)科合作，在細(xì)胞報(bào)告中的一項(xiàng)研究(“ 高復(fù)雜性shRNA文庫和癌癥中的PI3激酶抑制：高保真合成致死性預(yù)測 ”)中進(jìn)行了描述。

“解除管制的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)是癌癥的標(biāo)志，其復(fù)雜性和互聯(lián)性意味著應(yīng)該考慮聯(lián)合治療，但是以用戶友好的方式需要覆蓋復(fù)雜性的大量數(shù)據(jù)。在這里，我們通過使用每個(gè)基因靶標(biāo)含有30個(gè)獨(dú)立shRNA的超復(fù)雜shRNA文庫進(jìn)行飽和篩選，提供具有PI3激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制劑的合成致死性的可搜索數(shù)據(jù)庫資源。我們專注于Ras-PI3激酶信號(hào)傳導(dǎo)與T細(xì)胞白血病作為篩選平臺(tái)，出于多種臨床和實(shí)驗(yàn)原因，“研究者寫道。

“我們的資源預(yù)測多種基于組合的療法具有高保真度，其中十種我們用小分子抑制劑證實(shí)。包括生化測定，以及IPI145(duvelisib)抑制劑。我們揭示了PI3激酶抑制劑GDC0941(pictilisib)和微管蛋白抑制劑長春新堿之間協(xié)同作用的機(jī)制，并證明了五種癌癥類型的28種細(xì)胞系和臨床前白血病小鼠試驗(yàn)中的功效的廣泛協(xié)同作用。

當(dāng)科學(xué)家開發(fā)出第一種靶向癌癥療法(干擾癌癥依賴于生長和存活的特定生物回路的藥物)時(shí)，許多人認(rèn)為它們最終導(dǎo)致了癌癥。但是，根據(jù)加州大學(xué)舊金山分校解剖學(xué)系教授，新研究的資深作者Jeroen Roose博士的說法，癌癥是一種聰明的疾病，它可以通過“重新布線”來避開這些精確藥物，以避開被這些藥物關(guān)閉的電路。

“許多癌癥要么無法對(duì)單一靶向治療做出反應(yīng)，要么在最初做出反應(yīng)后獲得抗藥性。結(jié)合靶向治療的觀點(diǎn)遠(yuǎn)比單藥治療方法更有效。我們想要執(zhí)行具有飽和覆蓋的屏幕，以準(zhǔn)確了解應(yīng)該探索哪些組合，“Roose說。

科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)他們針對(duì)兩種不同藥物的兩個(gè)不同的藥物 - 每種藥物本身都不充分 - 時(shí)，總體效應(yīng)可能大于其各部分的總和。然而，弄清楚哪些藥物可以協(xié)同殺死癌癥仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

為了證明他們的篩查系統(tǒng)的力量，科學(xué)家們尋找可以聯(lián)合起來殺死侵襲性血癌T細(xì)胞急性淋巴細(xì)胞白血病(T-ALL)的靶向療法。他們的狩獵開始于一種靶向PI3K的藥物，PI3K是一種促進(jìn)許多癌癥(包括T-ALL)生長的酶。雖然針對(duì)PI3K的藥物已經(jīng)存在，但目前的PI3K抑制劑可以減緩，但通常不能殺死這種類型的癌癥。

“將近65%的T-ALL患者患有過度活躍的PI3K，但大多數(shù)患者可能無法通過單藥治療來治愈。我們希望找到與PI3K抑制劑聯(lián)合使用可以殺死T-ALL的藥物，“加州大學(xué)舊金山分校海倫迪勒家庭綜合癌癥中心的成員羅斯說。為了找到這些藥物，研究人員轉(zhuǎn)而采用RNA干擾(RNAi)來大規(guī)模降低特定基因的活性。RNAi的發(fā)現(xiàn)在所有動(dòng)物和植物中自然發(fā)生，現(xiàn)已廣泛用于研究，是2006年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得認(rèn)可的重大突破。

“RNAi是針對(duì)特定基因的神奇子彈，”加州大學(xué)舊金山分校糖尿病中心和研究合著者，教授邁克爾·麥克馬納斯博士說，他用Roose設(shè)計(jì)了屏幕。“盡管存在大量與RNAi有關(guān)的迷人的基礎(chǔ)生物學(xué)，但大多數(shù)科學(xué)家將其用作”降低細(xì)胞中特定基因的體積“的工具。

CRISPR已經(jīng)可以完全去除基因。但根據(jù)McManus的說法，雖然消除特定基因是金標(biāo)準(zhǔn)，但有時(shí)確定其在細(xì)胞中的功能是必不可少的第一步，使用RNAi活性降低基因的活性水平可能更為理想。他說，當(dāng)研究人員試圖模仿藥物的作用時(shí)，尤其如此，藥物往往會(huì)減少與特定基因相關(guān)的活性，而不會(huì)完全消除它。

“例如，在尋找抗癌藥物時(shí)，RNAi可以更好地接近精確療法，兩者都只能部分抑制其生物學(xué)靶點(diǎn)，”McManus說。研究人員還開始探索CRISPRi和CRISPRa修飾形式的CRISPR，分別抑制或擴(kuò)增靶基因的活性，而不會(huì)削減DNA - 原因如下。

羅斯和麥克馬納斯并不是第一批使用RNAi來尋找這些組合療法的科學(xué)家。但早期的研究很容易出錯(cuò)，因?yàn)槟切┖Y選使用的RNAi文庫太小，Roose說，并補(bǔ)充說，新研究的區(qū)別在于使用的短發(fā)夾RNA(shRNA)的超復(fù)雜集合。這些RNA片段含有與信使RNA(mRNA)中發(fā)現(xiàn)的序列相對(duì)應(yīng)的序列。

當(dāng)shRNA發(fā)現(xiàn)含有匹配序列的mRNA時(shí)，兩個(gè)分子結(jié)合在一起以啟動(dòng)破壞mRNA并抑制該基因活性的過程。Roose說，總的來說，研究人員針對(duì)約1,800個(gè)癌癥相關(guān)基因，大約55,000個(gè)shRNA，或每個(gè)基因約30個(gè)shRNA，“足以消除假陽性和假陰性”。

篩選本身涉及在PI3K抑制劑存在下生長兩種不同的人T-ALL細(xì)胞系，然后同時(shí)施用shRNA以找出哪些基因在這些藥物存在下沉默時(shí)殺死癌癥。從這個(gè)屏幕上，研究人員隨后關(guān)注了10個(gè)基因，這些基因的活性在被精確藥物遏制時(shí)，預(yù)計(jì)會(huì)與PI3K藥物聯(lián)合殺死T-ALL癌細(xì)胞。他們對(duì)這些預(yù)測進(jìn)行了測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中9種聯(lián)合療法可以殺死T-ALL，這是一項(xiàng)沒有任何藥物本身可以實(shí)現(xiàn)的壯舉。研究人員隨后在T-ALL小鼠模型上測試了最有效的這些協(xié)同藥物組合，并發(fā)現(xiàn)它可以將存活率延長150%。

屏幕還產(chǎn)生了一個(gè)數(shù)字工具，Roose說這將對(duì)其他研究人員有用：基于屏幕結(jié)果的用戶友好，可搜索的數(shù)據(jù)庫。該搜索引擎由Marsilius Mues博士開發(fā)，該博士是前Roose實(shí)驗(yàn)室博士后新研究的主要作者，他提供了一系列質(zhì)量數(shù)據(jù)，幫助研究人員將從屏幕上出現(xiàn)的基因識(shí)別為與PI3K抑制劑聯(lián)合治療的潛在目標(biāo)，盧斯。

認(rèn)識(shí)到血液癌癥的發(fā)現(xiàn)并不總能轉(zhuǎn)化為實(shí)體腫瘤，研究人員還測試了28種來自人類乳腺癌，結(jié)腸直腸癌，胰腺癌和腦癌的實(shí)體腫瘤細(xì)胞系的預(yù)測藥物組合。他們發(fā)現(xiàn)，即使在這些實(shí)體腫瘤細(xì)胞中，聯(lián)合療法也可以在實(shí)驗(yàn)過程中協(xié)同作用，使癌細(xì)胞數(shù)量減少多達(dá)20%。

“我們工作的一個(gè)重要信息是，科學(xué)家可以利用白血病細(xì)胞作為平臺(tái)，找到也可用于實(shí)體腫瘤的藥物組合。我們的篩選平臺(tái)非常普遍，“Roose說。

最令人驚訝和有希望的結(jié)果是，研究人員能夠找到阻礙癌癥生長的藥物對(duì)，但對(duì)正常細(xì)胞沒有影響。

“尋找專門針對(duì)癌癥而不傷害健康組織的療法是癌癥研究的圣杯，”羅斯說。“這一令人驚訝的結(jié)果表明，我們的方法可能有助于發(fā)現(xiàn)這種特定癌癥的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)。”