可有效抑制RAS驱动的胰腺癌细胞,目前还不能证明此方法可以治疗人类胰腺癌

西班牙马德里团队肿瘤研究中心(CNIO)生物化学家马里亚诺·巴巴西德(Mariano
Barbacid),4月9日通过媒体宣布,他的研究国家已经在小鼠体内“首次消灭”了最常见的胰腺癌细胞。

在各种肿瘤靶向治疗的靶点中,癌基因RAS一举占了好几个最。它是存在最广泛的癌基因之一,也是最早被发现的人类癌基因,但却是最难被攻克的癌基因。自1982年被发现以来,RAS突变一直没有有效的针对方法,甚至被称为不能开发药物的癌症靶点[1]。

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胰腺癌是一种恶性程度很高,诊断和治疗都很困难的消化道恶性肿瘤,仅有5%的患者在确诊后可存活5年。胰腺癌患者具有非特异性症状,例如恶心,体重减轻和腰腹部疼痛。但直到患者全年背部疼痛并且在肤色变黄之前往往不会被诊断出来,一旦确诊,往往为时已晚,不能进行手术,采用化疗和放疗也均无效。

最近,对于这些携带RAS突变的肿瘤,可能有了个好办法。美国犹他大学的ConanKinsey和MartinMcMahon等研究发现,联合使用KRAS信号通路抑制剂和自噬抑制剂,能有效杀死携带KRAS突变的癌细胞,并在一例转移性胰腺癌患者上取得了不错的疗效。

根据德克萨斯大学MD安德森癌症中心的一项研究,遗传操作外泌体,所有细胞释放的病毒大小的颗粒,可能为治疗胰腺癌提供一种新的治疗方法。

巴巴西德在新闻发布会上强调说:“目前还不能证明此方法可以治疗人类胰腺癌,但是研究成果的作用是为我们对付癌症开启了一扇新的大门”。

同期,北卡罗莱纳大学的KirstenBryant和ChanningDer也发现,抑制RAS可以直接通过信号传导机制,以及间接通过对细胞代谢的影响,促进癌细胞的自噬,并增强癌细胞对自噬的依赖性。联合使用自噬抑制剂和RAS下游的ERK抑制剂,可有效抑制RAS驱动的胰腺癌细胞。

研究结果由癌症生物学助理教授Valerie
LeBleu博士和MD安德森UT健康生物医学研究生院和癌症生物学项目助理学生Sushrut
Kamerkar博士领导。发表在6月7日的自然在线期刊上。

在超过95%的病例中,人类胰腺肿瘤的起始突变出现在KRAS基因中,这是一种在正常条件下可精确阻止细胞增殖的基因。自1982年发现以来,科学界已发表了大约36,000份关于该基因及其与癌症关系的研究,但仍然没有药物可以抑制其活性。

相关研究均发表在NatureMedicine上[2,3]。

早前MD安德森研究证明外泌体是检测胰腺癌的一个因素,但这些最新发现揭示了遗传改变的外泌体作为直接和特异性靶向突变KRAS的潜在新方法,突变KRAS是通常与胰腺癌相关的癌症基因。

巴巴西德的方法是首先通过基因改造的方法创造出12只在KRAS基因和TP35基因中呈现相同突变的小鼠。然后,他再次修改啮齿动物的基因,以实现对KRAS基因突变产生的分子的抑制,称为c-Raf,用以阻断癌症中另一种常见标志物表皮生长因子受体。这种成功诱导癌症,再在其中6只治疗的小鼠中消除癌细胞的基因改造方法非常复杂,目前在人类中是不可想象的。

RAS基因是第一个被鉴定出来的人类癌基因,可分为KRAS、NRAS和HRAS三种,于1982年被RobertWeinberg发现[4]。

在该研究中,由所有细胞产生并且天然存在于血液中的外来体被修饰为iExosomes,其能够将小RNA递送至特异性靶向突变体KRAS,从而导致疾病抑制并增加小鼠模型中的总体存活。研究人员利用称为RNA干扰(RNAi)的靶向方法,当通过这些天然纳米颗粒或外来体递送时,胰腺癌细胞中的突变体KRAS为零,影响多个胰腺癌模型中的肿瘤负荷和存活。研究小组表明,外泌体可以作为RNAi的有效载体,因为这些纳米大小的囊泡很容易穿过身体进入细胞,包括癌细胞。

在许多种人类肿瘤中,都经常出现这三种RAS突变的身影,尤其是被称为万癌之王的胰导管腺癌,97.7%都携带KRAS突变。而在结直肠腺癌、多发性骨髓瘤、肺腺癌和皮肤黑色素瘤中,三种RAS突变的总携带率也分别有52.2%、42.6%、32.2%和29.4%[1]。

当突变时,KRAS充当分子通断开关,卡在开位置。它在80%至95%的胰腺导管腺癌(PDAC)中发生突变,这是该癌症中最常见的突变。该研究表明,iExosomes能够提供称为siRNA和shRNA的KRAS特异性靶向遗传物质,并且比它们的合成对应物iLiposomes更有效,它们不具有外泌体显示的天然复杂性和优势。

这么一个广泛存在的突变,自然不会被科学家们放过。迄今为止,为了攻克RAS突变,科学家们想了无数的办法,有直接抑制RAS的,有想阻止RAS定位到膜的,还有去抑制RAS上游或下游的信号分子的[5]。不过这些方法中,也只有针对RAS上游的二代EGFR抑制剂和针对下游的RAF-MEK-ERK通路的疗法,显示出了一定的效果,其余全都无效[5]。

我们的研究表明,与脂质体相比,外泌体具有更高的siRNA分子传递能力并能抑制侵袭性胰腺肿瘤的生长,LeBleu说。我们还证明CD47在外泌体上的存在允许逃避循环单核细胞的吞噬作用。

为了攻克这一靶点,犹他大学的研究人员,在KRAS突变最常见的胰导管腺癌中进行了研究。

CD47是参与许多细胞过程的蛋白质,包括细胞死亡,生长和迁移。吞噬作用是称为巨噬细胞的白细胞消化细胞碎片和异物及颗粒的过程。单核细胞是对免疫系统重要的最大类型的白细胞。

除了几乎全携带KRAS突变外,胰导管腺癌中还普遍存在着自噬的增加[6],而且对肿瘤的生长至关重要[7]。但跟KRAS很像的是,靶向自噬的治疗,也没有很好的效果[8]。或许自噬和KRAS突变间存在着某种联系?

CD47基本上会启动一种不要吃我的信号,抑制吞噬作用,Kamerkar说。我们确定了CD47如何有助于抑制外泌体从循环中清除,并增强其向胰腺癌细胞的传递。

研究人员发现,使用MEK抑制剂曲美替尼,或者抑制ERK,亦或直接抑制RAS,都能让胰腺癌细胞中的自噬进一步增加。考虑到自噬对于细胞稳态的维持作用,或许这就是靶向RAS信号通路的疗效不佳的原因。

尽管目前的标准护理,PDAC患者的预后很差,需要有效的新疗法。PDAC遗传分析显示,大多数患者会遇到KRAS突变,并在癌症的发生,发展和转移中发挥重要作用。尽管存在其他遗传缺陷,但在小鼠中使用遗传操作来抑制致癌KRAS抑制肿瘤进展。在这项研究之前,对KRAS的直接和特定目标一直难以实现。

既然癌细胞可能是靠自噬来抵御靶向治疗,那再把自噬也抑制住不就行了吗?研究人员把曲美替尼和自噬抑制剂氯喹联合使用,确实明显抑制了癌细胞的生长。而向癌细胞中转入自噬抑制基因,也同样让它变得对曲美替尼敏感。

该国家还表明,参与细胞清除营养物和囊泡的细胞过程巨噬细胞增多有助于外显子在具有突变体KRAS的癌细胞中摄取。

正是自噬在靶向治疗中保护了癌细胞!

接下来,研究人员又在小鼠中进行了试验。单独使用氯喹、羟氯喹,或者曲美替尼,都不能抑制种植在小鼠身上的胰腺癌的生长,而联合使用曲美替尼和氯喹/羟氯喹,则几乎让肿瘤完全消失,效果比治疗胰腺癌的标准方案还要好!

除了胰腺癌,研究人员还在一些其它癌症中,试验了曲美替尼+氯喹的治疗效果。对携带NRAS突变的黑色素瘤小鼠和携带BRAF突变的结直肠癌小鼠,曲美替尼+氯喹同样起到了良好的效果。而治疗的副作用也十分的小,甚至都没有出现体重下降,只是长了点疹子脱了点毛。

不过在肺癌中,研究人员所测试的两种KRAS突变驱动的癌细胞,只有其中一种在曲美替尼治疗后出现了自噬的增加,也只有这一种对曲美替尼+氯喹的组合有良好的反应。或许单独使用曲美替尼后,癌细胞中自噬增加与否,可以用来判断联合治疗能否起效。

在2018年4月,犹他大学附属的亨斯迈癌症研究所收治了一名复发性胰腺癌患者。他身上的肿瘤对目前所有的标准治疗方案都耐药了。无药可用之下,在征得患者同意后,研究人员给他用上了曲美替尼+羟氯喹的治疗方案。

出于谨慎考虑,研究人员开始只使用了400mg/天的氯喹,而后逐渐加到1200mg/天。在氯喹加量到800mg/天后2天,患者腹部的癌痛消失了。而在加量到1200mg/天后,患者血液中肿瘤标志物CA19-9水平更是在两个月内直线下降了95%。开始治疗4个月后的CT图像也显示,患者的肿瘤负担减少了一半。

副作用上,患者只出现了轻微的皮疹和疲劳,而曲美替尼和羟氯喹都有的眼毒性和心毒性副作用,在这个患者上都没有出现。

治疗过程中肿瘤标志物CA19-9的变化,以及开始2mg曲美替尼+1200mg羟氯喹/天治疗2天后、2个月后的CT图像

而在北卡罗来纳大学的研究中,研究人员进一步分析了抑制RAS通路是怎么增加癌细胞自噬的。

研究人员发现,抑制RAS下游的ERK,引起了AMPK信号的激活和mTORC1信号的抑制。而这两种信号变化,都会导致自噬的增加。而且抑制ERK还会抑制细胞的糖酵解,从而让癌细胞更为依赖自噬供能。此外,ERK的抑制还有可能通过影响核苷酸的代谢促进自噬。

北卡罗来纳大学的Bryant表示:这可能不能治愈胰腺癌,但它让大家面对胰腺癌有了更多的选择。我将继续改进这种组合,以备将来使用,并寻找更多可能有益于胰腺癌患者的治疗策略。

而犹他大学目前已经开始招募患者,准备对曲美替尼+羟氯喹的治疗方案开展临床研究了。

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