高通量药物筛选寻求弥漫中线胶质瘤的治疗方略

美国斯坦福大学医学院神经科的Grant L. Lin等在弥漫性内生型桥脑胶质瘤（DIPG）细胞培养物中，使用高通量药物筛选（HTS）获得19936种药物单剂量反应的数据。在此基础上，经过多次组合筛选，发现9195种不同组合的药物中，panobinostat和marizomib是治疗DMG的最佳药物组合。结果发表在2019年11月的《Science Translational Medicine》杂志上。

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【Ref: Lin GL, et al. Sci Transl Med. 2019 Nov 20;11(519). pii: eaaw0064. doi: 10.1126/scitranslmed.aaw0064.】

研究背景

弥漫中线胶质瘤（diffuse midline gliomas，DMG）是一类发生于儿童和中枢神经系统中线结构，包括丘脑、桥脑和脊髓的恶性肿瘤。DMG显著的分子特征是组蛋白H3K27M突变。之前的研究发现组蛋白脱乙酰酶（histone deacetylase，HDAC）抑制剂panobinostat和蛋白酶体（proteasome）抑制剂marizomib可以恢复H3K27甲基化水平，降低癌基因表达。美国斯坦福大学医学院神经科的Grant L. Lin等在弥漫性内生型桥脑胶质瘤（DIPG）细胞培养物中，使用高通量药物筛选（HTS）获得19936种药物单剂量反应的数据。在此基础上，经过多次组合筛选，发现9195种不同组合的药物中，panobinostat和marizomib是治疗DMG的最佳药物组合。结果发表在2019年11月的《Science Translational Medicine》杂志上。

研究方法

该研究首先通过6种DIPG细胞系处理，发现19936种药物单剂量的反应标记；其中筛选2706种不重复的治疗药物制剂。这些药物靶向诸如PI3K等多种致瘤的信号通路或基因。研究者使用Z转换的曲线下面积（Z-AUC）鉴定药物的治疗活性，发现至少3种DIPG细胞系中，鉴别得371种＜-0.85的Z-AUC药物，命名为有效的“命中”药物。同时，把药物能否穿透血脑屏障作为一个筛选指标。作者运用中枢神经系统（CNS）多参数优化期望（MPO）评分系统评估药物，发现22种药物具有较强的活性，平均Z-AUC＜-2.0，并能进入CNS内，MPO得分＞4.4。

随后，作者对感兴趣的单药进行组合筛选。Panobinostat与多种药物，包括蛋白酶体抑制剂和信号调节剂、PI3K、胰岛素样生长因子受体（IGFR）和丝裂原激活蛋白激酶（MEK）抑制剂等具有广泛的相互协同作用。蛋白酶体抑制剂marizomib的组合作用效应有限，仅在与HDAC抑制剂组合时具有协同的细胞毒性。检测每一种药物与marizomib的组合结果表明，针对I类HDAC（HDAC1、HDAC2和HDAC3）和II类HDAC的泛HDAC抑制剂，如panobinostat和romidepsin可产生最大程度的协同作用。作者在检测药物单剂筛选结果时，确定可由一对多组合筛选来建立协同作用，包括panobinostat和marizomib等45种药物的相互协同作用。不仅证实panobinostat和marizomib之间的协同作用，并确定包含的蛋白酶体抑制剂（marizomib、carfilzomib和ixazomib）与包含的I类HDAC抑制剂（panobinostat和vorinostat）均具有协同作用。

作者针对候选药物仅使用25nM的panobinostat，生成药物剂量反应曲线研究药物之间的相互作用。作者测量每种培养物中不同药物剂量或组合的DIPG细胞活力，结果证明panobinostat和marizomib，panobinostat和BMS-754807以及panobinostat和buparlisib的协同作用一致，组合指数（CI）＜1。为评估药物处理的细胞增殖和细胞死亡状况，作者进行EdU、Annexin V染色和DAPI的流式细胞分析；与任何一种单独药物应用相比，Panobinostat和marizomib可以协同减少细胞增殖和增加细胞死亡。

最后，作者将筛选出来的药物进行体内试验。panobinostat和marizomib是对DMG有效的组合治疗。在对组合治疗后的DIPG细胞进行RNA测序显示，肿瘤细胞在氧化磷酸化和细胞周期中的基因表达显著下调，而细胞凋亡的基因明显上调。应用质谱对代谢组进行检测发现，H3K27M和H3野生型DMG细胞均对代谢紊乱高度敏感，而肿瘤细胞的代谢功能障碍是panobinostat和marizomib组合产生细胞毒性作用的主要原因。

结论

综上所述，作者在2706份FDA批准的药物中进行高通量药物的连续定量筛选。通过来源于患者的异种肿瘤移植模型的体内测试验证，HDAC抑制剂panobinostat和蛋白酶体抑制剂marizomib的组合是一种最佳药物治疗方法。转录和代谢组学研究显示，用panobinostat和marizomib治疗后，其氧化磷酸化和代谢组发生显著变化，证明DMG代谢组的不稳定特性。

组稿

邱天明 主治医师

复旦大学附属华山医院

编译

马辰凯

墨尔本大学

审校

邱天明 主治医师

复旦大学附属华山医院

终审

陈衔城 教授

《神外资讯》主编

复旦大学附属华山医院