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A story of PI3K (II) 精选

已有 5607 次阅读 2016-7-2 13:22 |系统分类:科研笔记

A seminar about therapeutic resistance (II)

昨日的报告很精彩,60分钟的科研报告中我竟然丝毫没有睡意。看到Jean首先showPI3K的小鼠模型,我便豁然理解之前关于HER2小鼠模型的文章了(Cancer cell2016),原来她们已经有了近十年的经验。如果说一篇CNS没有什么说服力的话,那么一个Group可以发表若干个CNS,并且可以系统的阐明一条通路,哪怕上下几个节点,这已非常了不起了,更何况她团队的工作和乳腺癌(表皮增生那种病症忘记是什么疾病了)密切相关,为临床提供了许多指导性意见,明眼人都能看到这里面有太多可继续挖掘的机会,或者说她们这种建立PDX模型的方法,很匹配现行的精准治疗,只是耗时过长,还需要有针对性的开展,希望日后能看到更多可喜的结果。

而我目前最关心的是“RTK/GPCR-PI3K-AKT-mTOR-p4EBP1/pS6RP-tumerigenesis”这条通路是什么,我想接着Jean的工作深入了解一番:比如研究信号转导的思路?如何寻找新的队员?如果看其中的一个实验结果,后面我会做如何的设计?如何阐释一种机制等等。听说这条通路主要影响细胞周期,比如细胞的休眠(quiescence)、增殖(proliferation)、癌症和寿命等。曾经看着关于PI3K的通路很复杂,上下游的分子、相互调节的蛋白很多,让我看着就眼花。简化之后会好些,PI3K磷酸化并激活AKT,下游虽说有很多分子可继续传递,我们可以先把目光放在mTOR上,因为一篇文章中发现一种特别的联合用药方法,在PDX模型上可看到明显的抑制HER2阳性乳腺癌的脑转移过程(Jing Ni et al., Nat. Med., 2016)。


From Jing Ni et al., Nat. Med., 2016

如上图所示,患者脑部的肿瘤组织被分离后迅速移植入8~10周龄重症综合性免疫缺陷(severe combined immunodeficiency, SCID)小鼠的脑部,精心培养、仔细观察小鼠的病情发展、神经性表型等,比如失重、饮食、行动力、弓背、饮水,甚至和人类临床节点相似的指标,直到最终对其进行安乐死(necessitating euthanasia)。取出小鼠脑部的肿瘤组织,体外转导移植入标记基因,再次转入新的小鼠脑部,在体内进行传代,观察,这时便可以检测药物对该肿瘤细胞增殖的影响,可以通过标记基因监测。看似简单的流程,其实需要及其专业、敬业的朋友才能完成,而且非常耗时间。好在拿到模型以后,人们可以看到许多新鲜的事情,功在千秋。


From Jing Ni et al., Nat. Med., 2016

首先要对模型进行验证,比如病理上的表现,比如ERPRHER2的表达,比如上皮细胞定位(Cytokeratin 7CK7)、神经胶质细胞定位(glial markers,如GFAPOLIG2)等。此外,作者还观察了肿瘤抑制因子PTENPhosphatase and tensin homolog)的表达量,在五个患者的PDX模型中均呈阴性,这与临床数据相似,大概有67%n=27)的乳腺癌患者不表达或较低水平表达PTEN蛋白。这就给人们一个提示:没有增殖(PI3K)的刹车(PTEN),肿瘤细胞大量繁殖是可以理解的。可是不论用HER2激酶的抑制剂Lapatinib还是PI3K的广泛抑制剂BKM120(二者均可透过血脑屏障,BBB)、或是联用,对肿瘤细胞的生长无明显的抑制,应该是哪里不能按常理或现有知识来思考了,这里有新鲜的结果。分子水平看到了药物对下游的AKTS6RP的磷酸化水平的抑制,可是对mTOR下游的效应分子p-4EBP1的活化并没有明显作用。

到了这里多少理解为何药物对这种肿瘤没有作用了,只是抑制了上游的分子,对下游却没有干扰。WHY?在没有详细解释的情况下只好说哪里发生了改变,可能是DNA突变引起的。查阅文献后发现这并不是新奇的现象,有人报道mTOR的活性可介导乳腺癌细胞对PI3K抑制剂产生耐药性。不妨试一下mTOR的抑制剂RAD001。结果不是很好,不论是单用,还是与Lapatinib联用都不行。可是(总是该有转折嘛),RAD001BKM120的联用却有惊人的作用!这在两只PDX的小鼠身上看到了明显的效果。看到如此明显的效果,后面再阐述机制就是时间的问题了。比如看到了对肿瘤细胞增殖的抑制(Ki67染色)、诱导细胞凋亡(剪切的caspase-3染色)后来发现起到关键作用的就是mTOR下游的效应分子p-4EBP1,也揭示了为何mTOR的抑制剂rapamycin为何不能完全抑制其活性,虽说对mTOR下游的pS6RP的抑制明显,可是对p-4EBP1的抑制确实短时间的。

可是新的问题出现了,不是所有的PDX小鼠的脑转移的乳腺癌都能被治愈,其中两个还是没能挺过来。作者没有放弃,而是深入探究了原因,利用全外显子测序(whole-exome seqWES)的方法分析所构建的5PDX小鼠肿瘤细胞。一般来说,体内的肿瘤发生非同义替换的突变几率~7-8 mts/MbHER2阳性的乳腺癌中~10 mts/Mb,而文中对药物不敏感的癌细胞高达60-70 mts/Mb,并且许多关于DNA修复的基因发生了突变,如碱基切除修复(Base excision repair, BER)、核苷酸切除修复(Nucleotide excision repair, NER)、错配修复(Mismach repair, MMR)、双链断裂修复(double strand break repair, DSBR)等等(可参考DNA repair (I)DNA repair (II))。


From Jing Ni et al., Nat. Med., 2016

报告中Jean还介绍了另一个重要的发现,也算是否极泰来的结果,等到文章刊登出来再作介绍吧,一个关于PI3K isoforms的选择性抑制剂的的模型,值得期待。在听取报告之前,随意下了几篇与之相关的文章,对Cell这种文章想浏览也很难,里面太多的细节、内容很广泛。听了Jean的报告才发现,原来可以更简单的浏览:曾经需要了解文章中每个字的含义,后来只需大概知道实验做了哪些,再后来就直接看每段话的结尾,接着看结果图也能掌握大概,再后来看看摘要就知道是否值得阅读,现在看来需要先看看标题,而且是系统的浏览相关论文的标题,还有课题组的简介,可是终究不如亲身现场听作者前后梳理,看着精美的动画和关键的结果,有时真的会让自己“哦——原来如此!”。

虽说我很想知道她们做一个PDX模型需要多久、多少人力,也想知道她是从何时开始的,博士期间做了什么,是什么让她对科研如此的感兴趣,最终我也只能默默的思考一下了。可是她在讲解的过程中,总能感受到她对科研拿捏自如,俨然已是专家中的专家,这需要时间,需要经历。那么她为何选择PI3K?为何会细致的做到这个家族中的4isoforms?其分子调控机制为何至今才被揭示?这离不开Jean的团队建立的PDX模型。

有了新的靶点,新的机制,我想日后会有许多人关注PI3K家族各个成员的特异性的小分子抑制剂。可以再看看这个家族有哪些成员?有何区别?如何分类?在癌症各有何作用?在疾病治疗中有何影响?耐药机制有哪些?如何联合治疗?

(休息片刻,未完,待续……)

TJ Pharmaron

201672日星期六




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