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新型抑制剂！发挥“一石二鸟”效应！可克服化疗耐药，改善胶质母细胞瘤治疗！

首页 » 《转》译 2023-10-05 转化医学网赞(2)

导读	替莫唑胺(TMZ)是胶质母细胞瘤(GBM)患者的标准治疗药物。然而，TMZ由于GBM细胞的化疗耐药而具有中等的治疗效果，其机制尚不明确。

近日，南京医科大学联合浙江大学研究人员在国际期刊《Nature Communications》上发表了题为“Hypoxanthine phosphoribosyl transferase 1 metabolizes temozolomide to activate AMPK for driving chemoresistance of glioblastomas”的研究论文，该研究证明了TMZ衍生的5-氨基咪唑-4-甲酰胺(AICA)在GBM细胞中转化为AICA核糖基-5-磷酸(AICAR)。这种转化由次黄嘌呤磷酸核糖转移酶1 (HPRT1)催化，HPRT1在人胶质母细胞瘤中高表达。替莫唑胺衍生的AICAR作为腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)的真正激活剂，激活AMPK磷酸化核糖核苷酸还原酶(RNR)的催化亚基RRM1的苏氨酸52 (T52)，导致RNR活化和dntp生成增加，以促进替莫唑胺诱导的DNA损伤修复。RRM1 T52A的表达，HPRT1介导的AICAR产生的基因中断，或6-巯基嘌呤(6-MP，一种临床批准的HPRT1抑制剂)的使用，可阻断TMZ诱导的AMPK激活，并使小鼠脑肿瘤细胞对TMZ治疗敏感。此外，在接受TMZ治疗的GBM患者中，HPRT1表达水平与不良预后呈正相关。这些结果揭示了TMZ在GBM治疗中导致化疗耐药的关键双重功能作用。本研究结果强调了联合使用临床可用的6-MP来克服TMZ化疗耐药和改善GBM治疗的潜力。

https://www.nature.com/articles/s41467-023-41663-2

研究背景

胶质母细胞瘤(GBM)是一种四级胶质瘤，是成人最常见的原发性恶性脑肿瘤，也是中枢神经系统最致命的癌症。替莫唑胺(Temozolomide, TMZ)是唯一一种被证实能改善GBM患者总体生存的化疗药物。标准疗程后的中位生存期仍然只有12-15个月。TMZ是一种小的亲脂性前药，经过自发水解成为活性代谢物单甲基三氮烯5-(3-甲基三氮烯-1-基)-咪唑-4-羧酰胺(MTIC)。MTIC进一步与水反应，释放5-氨基咪唑-4-羧酰胺(AICA)和甲基重氮离子;后者将甲基传递给DNA的嘌呤碱基。甲基化嘌呤，特别是O6-甲基鸟嘌呤，导致单链和双链DNA断裂和细胞周期阻滞，最终导致肿瘤细胞死亡。

内在和获得性TMZ耐药是GBM治疗的主要临床挑战。TMZ化学耐药主要归因于O-6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶(MGMT)介导的TMZ-诱导DNA甲基加合物的去除和DNA损伤修复系统的激活，如错配修复、碱基切除修复、非同源末端连接(NHEJ)和同源重组(HR)修复。适当的DNA损伤修复需要足够的脱氧核糖核苷三磷酸(dNTPs)，这是由核糖核苷酸还原酶(RNR)介导的核糖核苷二磷酸(ndp)还原引起的脱氧核糖核苷二磷酸(dNDPs)产生的，核糖核苷酸还原酶(RNR)是dNTP生物合成新途径中的关键酶。深入的研究集中在TMZ衍生的甲基重氮离子的调控上。然而，TMZ衍生的AICA是否在TMZ化疗耐药中起作用尚不清楚。

研究过程

在本报告中，研究人员揭示了TMZ在GBM治疗中的关键双重功能作用。TMZ衍生的甲基重氮离子产生甲基化嘌呤，导致DNA损伤。然而，TMZ衍生的AICA通过促进DNA损伤修复来抵消甲基化嘌呤介导的DNA损伤。机制上，TMZ代谢物AICA被HPRT1转化为AICAR，激活AMPK并导致AMPK介导的RRM1在T52位点磷酸化。这种磷酸化增加了ATP与RRM1的结合亲和力，激活了RNR，随后增加了用于DNA损伤修复的dNTPs的产生。由于6-MP对HPRT1具有相当高的亲和力，6-MP通过竞争性抑制AICA与HPRT1的结合破坏了“屏障”。通过HPRT1缺失或6-MP处理抑制HPRT1介导的AICA催化和RRM1 T52A的表达，通过减弱DNA损伤修复，加重TMZ诱导的DNA损伤，导致小鼠细胞凋亡增加和GBM对TMZ处理的敏化。

在这项研究中，研究人员证明了AMPK磷酸化并激活RNR以促进dNTP的产生，这很可能促进了HR对TMZ耐药的修复，因为HR修复消耗大量的dNTP。另一方面，AMPK可能通过磷酸化并激活53BP1而激活NHEJ，从而促进TMZ耐药。综上所述，研究人员提出AMPK协同多层次机制促进TMZ耐药。

在本研究中，研究人员证明了HPRT1介导tmz衍生的AICA产生AICAR，从而激活AMPK，通过磷酸化和激活RRM1来促进核苷酸合成。这一机制揭示了HPRT1在TMZ诱导的DNA损伤之前获得GBM细胞的关键作用。因此，研究人员认为MGMT-和hprt1介导的修复过程是TMZ诱导的DNA损伤的两层调控。

药物6-MP目前被用于治疗ALL和CML。除了这种已建立的抗癌功能外，研究人员还发现6-MP有效地阻断了TMZ衍生的AICAR的产生。因此,本研究揭示了6-MP对GBM治疗的“一石二鸟”效应。重要的是，研究人员发现TMZ代谢物AICA是HPRT1的真正底物，并在TMZ治疗下转化为AMPK激活剂AICAR，促进肿瘤细胞存活。