Sci Transl Med | 反义核苷酸靶向H3.3治疗难治弥漫性原发性脑桥胶质瘤Top of Form

2023-04-24 11:19:29, BioArt

在儿科脑肿瘤中，儿科高级胶质瘤（pHGGs）的发病率占10-15%，且治疗效果较差【1】，其中大约一半的pHGGs被称为弥漫性中线胶质瘤（DMGs），在中线呈弥漫性分布，包括丘脑、中脑和脑桥，在DMGs中，尤为严重的亚型被称为弥漫性原发性脑桥胶质瘤（DIPG）。大多数DIPG患者在诊断后两年内死亡，平均生存时间为九个月。大部分DIPG患者的肿瘤位于脑干位置，使得外科手术切除变得非常困难，因此极大的限制了临床治疗，而且局部化疗效果不佳且副作用严重。因此，目前亟需开发新且有效的DIPG治疗方法。

在70-80%的DIPG肿瘤中存在一种特定的杂合点突变，该突变影响非典型组蛋白H3.3。这种细胞突变发生在编码相同H3.3蛋白的两个基因之一的H3-3A中，突变将赖氨酸27替换为甲硫氨酸（K27M）。H3.3K27M是一种功能增强性致癌突变，它抑制了Polycomb Repressive Complex 2（PRC2）甲基化标记的作用，导致所有组蛋白H3蛋白二甲基化和三甲基化减少【2-3】。这种突变激活了许多下游基因，驱动了DIPG肿瘤的发生发展【2-3】。此外，基因敲除或敲低研究表明，突变组蛋白可能是治疗靶点【4-5】。这些观察促使作者开发并测试一种直接针对突变H3-3A信使RNA (mRNA) 的药物治疗方法。

冷泉港实验室Adrian Krainer科莱纳教授以其在反义寡核苷酸（ASO）和剪接领域的开创性研究而著称。他在脊髓性肌萎缩症（SMA）中的出色工作为首个美国FDA（食品药品监督管理局）批准的Nusinersen神药 (Spinraza®) 的问世奠定了基础【6-7】。在研究Spinraza的过程中，ASOs被成功的注射到脊髓和大脑中，并且在相关部位起到了持久的作用。由此证明ASO具有可以治疗其他中枢神经系统疾病的潜力。

近日，Science Translational Medicine在线发表了冷泉港实验室Adrian Krainer团队的研究结果，题为：Antisense oligonucleotide therapy for H3.3K27M diffuse midline glioma（第一作者张倩博士）。他们在H3.3K27M DIPG患者细胞中应用反义寡核苷酸（ASOs）进行治疗，通过使用经过化学修饰的“gapmer”寡核苷酸与互补的RNA序列杂交并介导RNase-H切割目标转录物，实现治疗DIPG的效果。

作者设计并系统地筛选了2''-O-MOE修饰的ASOs，发现这些ASOs可以使RNase-H介导的H3-3A mRNA敲低，同时发现ASOs能有效地减少H3-3A mRNA和H3.3K27M蛋白，并能在患者原代细胞里通过去抑制PRC2从而实现恢复总体的H3K27三甲基化，进而减缓癌症细胞的生长速度。

下一步，研究在两个DIPG小鼠模型中测试了筛选出的反义寡核苷酸。首先采用RCAS-Tva系统建立了DIPG小鼠模型。RCAS是一种病毒载体，只能感染表达Tva逆转录病毒受体的细胞。此前，该系统已被用于验证小鼠组蛋白H3.3K27M或H3.1K27M加速胶质母细胞瘤形成【8-9】。通过引入人类H3-3A^K27M cDNA来改进该系统。作者将DF1细胞产生的四种病毒（包括Cre重组酶、人类H3.3K27M、PDGFB和luciferase）注射到新生小鼠的脑干中，这些小鼠在Nestin启动子驱动下表达Tva，同时含有Trp53-floxe。高级别的胶质母细胞瘤在大约3-6周内生成，定位于中线区域，并且标记有FLAG的H3.3K27M存在于胶质母细胞瘤病灶中，大约90%的H3.3K27M肿瘤与正常相邻组织比较，显示出全局的H3K27me3减少。另外一个模型中，作者构建了患者原代细胞异种移植的免疫缺陷小鼠。这两种小鼠模型的组织病理学和人类相似，因此是合适的小鼠模型来测试筛选的反义寡核苷酸的在体作用。

在两个模型中，ASO治疗恢复了组蛋白H3蛋白的K27三甲基化，减少了肿瘤生长，促进了神经干细胞向星形胶质细胞、神经元和少突胶质细胞的分化，并延长了生存期。这些结果证明了H3.3K27M致癌组蛋白在肿瘤维持中的作用，确认了由它促进的异常表观遗传变化的可逆性，并为DMG反义治疗提供了关键的临床前概念验证。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.add8280

制版人：十一

参考文献

1. R. E. Phillips, A. A. Soshnev, C. D. Allis, Epigenomic reprogramming as a driver of malignant glioma. Cancer Cell 38, 647–660 (2020).

2. P. W. Lewis, M. M. Müller, M. S. Koletsky, F. Cordero, S. Lin, L. A. Banaszynski, B. A. Garcia, T. W. Muir, O. J. Becher, C. D. Allis, Inhibition of PRC2 activity by a gain-of-function H3 mutation found in pediatric glioblastoma. Science 340, 857–861 (2013).

3. H. M. Herz, M. Morgan, X. Gao, J. Jackson, R. Rickels, S. K. Swanson, L. Florens, M. P. Washburn, J. C. Eissenberg, A. Shilatifard, Histone H3 lysine-to-methionine paradigm to study chromatin signaling. Science 345, 1065–1070 (2014).

4. A. S. Harutyunyan, B. Krug, H. Chen, S. Papillon-Cavanagh, M. Zeinieh, N. De Jay, S. Deshmukh, C. C. L. Chen, J. Belle, L. G. Mikael, D. M. Marchione, R. Li, H. Nikbakht, B. Hu, G. Cagnone, W. A. Cheung, A. Mohammadnia, D. Bechet, D. Faury, M. K. McConechy, M. Pathania, S. U. Jain, B. Ellezam, A. G. Weil, A. Montpetit, P. Salomoni, T. Pastinen, C. Lu, P. W. Lewis, B. A. Garcia, C. L. Kleinman, N. Jabado, J. Majewski, H3K27M induces defective chromatin spread of PRC2-mediated repressive H3K27me2/me3 and is essential for glioma tumorigenesis. Nat. Commun. 10, 1262 (2019)

5. A. B. Silveira, L. H. Kasper, Y. Fan, H. Jin, G. Wu, T. I. Shaw, X. Zhu, J. D. Larson, J. Easton, Y. Shao, D. A. Yergeau, C. Rosencrance, K. Boggs, M. C. Rusch, L. Ding, J. Zhang, D. Finkelstein, R. M. Noyes, B. L. Russell, B. Xu, A. Broniscer, C. Wetmore, S.B. Pounds, D. W. Ellison, J. Zhang, S. J. Baker, H3.3 K27M depletion increases differentiation and extends latency of diffuse intrinsic pontine glioma growth in vivo. Acta Neuropathol. 137, 637–655 (2019).

6. Y. Hua, K. Sahashi, G. Hung, F. Rigo, M. A. Passini, C. F. Bennett, A. R. Krainer, Antisense correction of SMN2 splicing in the CNS rescues necrosis in a type III SMA mouse model. Genes Dev. 24, 1634–1644 (2010).

7. Y. Hua, K. Sahashi, F. Rigo, G. Hung, G. Horev, C. F. Bennett, A. R. Krainer, Peripheral SMN restoration is essential for long-term rescue of a severe spinal muscular atrophy mouse model. Nature 478, 123–126 (2011).

8. C. M. Hoeman, F. J. Cordero, G. Hu, K. Misuraca, M. M. Romero, H. J. Cardona, J. Nazarian, R. Hashizume, R. McLendon, P. Yu, D. Procissi, S. Gadd, O. J. Becher, ACVR1 R206H cooperates with H3.1K27M in promoting diffuse intrinsic pontine glioma pathogenesis. Nat. Commun. 10, 1023 (2019).

9. Cordero, F.J., Huang, Z., Grenier, C., He, X., Hu, G., McLendon, R.E., Murphy, S.K., Hashizume, R., Becher, O.J. Histone H3.3K27M represses p16 to accelerate gliomagenesis in a murine model of DIPG. Mol. Cancer Res. 15, 1243–1254 (2017).