文獻解讀：膠質母細胞瘤靶向治療新策略-聯(lián)合抑制PDGFRA和EPHA2
近日，重慶陸軍軍醫(yī)大學西南醫(yī)院病理科&西南癌癥中心研究所卞修武院士和王巖教授研究團隊在膠質母細胞瘤（Glioblastoma，GBM）的治療策略方面取得了新的進展，相關研究成果已發(fā)表在Nature子刊“Signal Transduction and Targeted Therapy”（IF= 18.005，JCR1）。
△ 圖1Nature子刊《Signal Transduction and Targeted Therapy》（IF:18.187,JCR 1區(qū)）
膠質瘤是最常見的腦腫瘤，2016年世界衛(wèi)生組織(World Health Organization，WHO)將其分為四級(I-IV)。數(shù)字越大，惡性程度越高，預后越差，其中，GBM屬于IV級。GBM惡性程度高、侵襲性強，患者的平均生存期約為15個月，5年生存率不到5%，因此，探究GBM的發(fā)生、發(fā)展機制，尋找復發(fā)相關的分子標志物，針對相關靶點進行轉化研究，具有重要的意義。
在臨床上，大多數(shù)GBM患者(約90%)被診斷為野生型IDH1/2，定義為原發(fā)或新發(fā)的GBM；大約10%的GBM患者攜帶IDH1/2突變，定義為繼發(fā)性GBM。根據(jù)癌癥基因組圖譜計劃(The Cancer Genome Atlas，TCGA)中腦膠質瘤基因轉錄組，可以將GBM分為4種亞型：前神經(jīng)元型、神經(jīng)元型、經(jīng)典型、間質型。經(jīng)典型以EGFR基因擴增/突變?yōu)樘卣�，前神�?jīng)元型主要表現(xiàn)為PDGFRA（Platelet-derived growth factor receptor α）突變或IDH1/2 突變，間質型主要存在神經(jīng)纖維蛋白1(Neurofibromatosis type 1，NF1 )突變。
血小板衍生生長因子受體α（PDGFRA） 和受體β（PDGFRB） 屬于受體酪氨酸激酶（Receptor tyrosine kinase，RTK）家族，并作為血小板衍生生長因子（Platelet-derived growth factor，PDGF）的受體發(fā)揮作用。哺乳動物中的四種 PDGF 基因（PDGFA、PDGFB、PDGFC 和 PDGFD）分別編碼四種肽（PDGFA、PDGFB、PDGFC 和 PDGFD），它們形成五種功能同源或異源二聚體：PDGF-AA、PDGF- AB、PDGF-BB、PDGF-CC 和 PDGF-DD。
研究發(fā)現(xiàn)PDGFA 和 PDGFRA 在膠質瘤發(fā)生和進展中起關鍵作用。實驗也表明，PDGFA 和 PDGFRA 的過表達成功地誘導了小鼠模型中GBM的發(fā)育，這些結果表明PDGFRA 在GBM中的關鍵作用，并將 PDGFA/PDGFRA 軸確定為 GBM 的潛在治療靶點。
雖然已經(jīng)開發(fā)出幾種針對 PDGFRA 的抗腫瘤藥物，體外和體內的數(shù)據(jù)也支持靶向PDGFRA對GBM細胞的有效抑制作用，然而，單一PDGFRA抑制劑的臨床試驗均未顯示出抗腫瘤作用。
基于上述背景，研究人員對GBM 中 PDGFA 和 PDGFRA 的調控機制進行了詳細研究。首先開展的實驗數(shù)據(jù)表明，PDGFRA 的活性或表達缺陷并沒有有效地阻斷PDGFA活性，所以推測PDGFRA 可能不是 PDGFA 功能所必需的。
為了分析參與 PDGFA 功能的蛋白質，研究人員進行了免疫共沉淀 (Co-IP) 和質譜 (MS)實驗，并首次描繪了 PDGFA 相關蛋白網(wǎng)絡。令人驚訝的是，實驗結果表明，即使沒有激活 PDGFRA 和 AKT，EPHA2 也可以被 PDGFA 暫時激活。此外，MS、Co-IP、體外結合熱力學（In vitro binding thermodynamics）和鄰近連接實驗（Proximity ligation assay）都一致地證明了EPHA2與PDGFA的相互作用，EPHA2的高表達導致 TCGA-GBM 數(shù)據(jù)庫和臨床 GBM 樣本中 PDGF 信號靶標的上調。
由于 PDGFA 誘導的 EPHA2 活化，通過抑制劑阻斷 PDGFRA 不能有效抑制 GBM細胞的增殖，但同時抑制 EPHA2 和 PDGFRA后，在體外和體內的實驗結果都顯示出對GBM 細胞的協(xié)同抑制作用。因此，靶向PDGFRA 和 EHA2的雙重抑制劑有望作為未來GBM的治療新策略。
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膠質瘤是最常見的腦腫瘤，2016年世界衛(wèi)生組織(World Health Organization，WHO)將其分為四級(I-IV)。數(shù)字越大，惡性程度越高，預后越差，其中，GBM屬于IV級。GBM惡性程度高、侵襲性強，患者的平均生存期約為15個月，5年生存率不到5%，因此，探究GBM的發(fā)生、發(fā)展機制，尋找復發(fā)相關的分子標志物，針對相關靶點進行轉化研究，具有重要的意義。
在臨床上，大多數(shù)GBM患者(約90%)被診斷為野生型IDH1/2，定義為原發(fā)或新發(fā)的GBM；大約10%的GBM患者攜帶IDH1/2突變，定義為繼發(fā)性GBM。根據(jù)癌癥基因組圖譜計劃(The Cancer Genome Atlas，TCGA)中腦膠質瘤基因轉錄組，可以將GBM分為4種亞型：前神經(jīng)元型、神經(jīng)元型、經(jīng)典型、間質型。經(jīng)典型以EGFR基因擴增/突變?yōu)樘卣�，前神�?jīng)元型主要表現(xiàn)為PDGFRA（Platelet-derived growth factor receptor α）突變或IDH1/2 突變，間質型主要存在神經(jīng)纖維蛋白1(Neurofibromatosis type 1，NF1 )突變。
血小板衍生生長因子受體α（PDGFRA） 和受體β（PDGFRB） 屬于受體酪氨酸激酶（Receptor tyrosine kinase，RTK）家族，并作為血小板衍生生長因子（Platelet-derived growth factor，PDGF）的受體發(fā)揮作用。哺乳動物中的四種 PDGF 基因（PDGFA、PDGFB、PDGFC 和 PDGFD）分別編碼四種肽（PDGFA、PDGFB、PDGFC 和 PDGFD），它們形成五種功能同源或異源二聚體：PDGF-AA、PDGF- AB、PDGF-BB、PDGF-CC 和 PDGF-DD。
研究發(fā)現(xiàn)PDGFA 和 PDGFRA 在膠質瘤發(fā)生和進展中起關鍵作用。實驗也表明，PDGFA 和 PDGFRA 的過表達成功地誘導了小鼠模型中GBM的發(fā)育，這些結果表明PDGFRA 在GBM中的關鍵作用，并將 PDGFA/PDGFRA 軸確定為 GBM 的潛在治療靶點。
雖然已經(jīng)開發(fā)出幾種針對 PDGFRA 的抗腫瘤藥物，體外和體內的數(shù)據(jù)也支持靶向PDGFRA對GBM細胞的有效抑制作用，然而，單一PDGFRA抑制劑的臨床試驗均未顯示出抗腫瘤作用。
基于上述背景，研究人員對GBM 中 PDGFA 和 PDGFRA 的調控機制進行了詳細研究。首先開展的實驗數(shù)據(jù)表明，PDGFRA 的活性或表達缺陷并沒有有效地阻斷PDGFA活性，所以推測PDGFRA 可能不是 PDGFA 功能所必需的。
為了分析參與 PDGFA 功能的蛋白質，研究人員進行了免疫共沉淀 (Co-IP) 和質譜 (MS)實驗，并首次描繪了 PDGFA 相關蛋白網(wǎng)絡。令人驚訝的是，實驗結果表明，即使沒有激活 PDGFRA 和 AKT，EPHA2 也可以被 PDGFA 暫時激活。此外，MS、Co-IP、體外結合熱力學（In vitro binding thermodynamics）和鄰近連接實驗（Proximity ligation assay）都一致地證明了EPHA2與PDGFA的相互作用，EPHA2的高表達導致 TCGA-GBM 數(shù)據(jù)庫和臨床 GBM 樣本中 PDGF 信號靶標的上調。
由于 PDGFA 誘導的 EPHA2 活化，通過抑制劑阻斷 PDGFRA 不能有效抑制 GBM細胞的增殖，但同時抑制 EPHA2 和 PDGFRA后，在體外和體內的實驗結果都顯示出對GBM 細胞的協(xié)同抑制作用。因此，靶向PDGFRA 和 EHA2的雙重抑制劑有望作為未來GBM的治療新策略。
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△ 圖2 PDGFRA和EPHA2聯(lián)合抑制對GBM細胞的協(xié)同抑制作用。
a、MTT實驗測量過表達EPHA2（左）或敲低EPHA2（右）的LN18細胞的IC50。
b、抗體陣列分析載體、EPHA2抑制劑(ALW)和PDGFRA抑制劑(IMA)處理的LN18細胞，顯著變化的蛋白質用框架標記并單獨列出。
c、MTT實驗評價聯(lián)合藥物在四種GBM細胞株的作用。
d、載體、IMA、ALW 或 IMA + ALW 處理過的 U251 細胞原位生長的代表性圖像（使用博鷺騰AniView100多模式動物活體成像系統(tǒng)拍攝）。
e、生物發(fā)光信號強度繪制的腫瘤大小統(tǒng)計圖。
f、載體、IMA、ALW或IMA+ALW治療的小鼠原位GBM腫瘤組織切片上Ki67的代表性免疫組織化學圖像。
論文鏈接
https://www.nature.com/articles/s41392-021-00855-2
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