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Cell 引用解析 | 清除白血病干细胞药物有望开发



《细胞 ? 干细胞》(Cell Stem Cell,IF: 23.393)近日发表了由美国爱荷华大学Hai-Hui Xue教授与Chen-Zhao教授合作完成的,关于清除白血病干细胞的最新研究成果。该成果阐明了前列腺素(PGE1)及其类似物通过激活EP4受体进而抑制导致白血病干细胞(LSCs)增殖的AP-1因子;这为进一步设计并杀伤LSCs提出了新的学说。



本文根据作者研究思路进行解析:

基于LSCs的增殖极度依赖Tcf1和Lef1开展的研究寻找出具有杀伤LSCs的潜在药物

要完成这项工作,首先需要明确Tcf1和Lef1处于细胞调控网络中的特点,推测调控路径;其次,需要寻找并设计调控的工具;需要根据前期的设计逐一条件进行探索并证明。作者根据前期Tcf1/ Lef1的敲除技术以及病毒转染技术,设计出HSPCs与LSCs的野生型与缺失型细胞,并通过RNA测序比较并解码所转录的差异化基因来确定Tcf1/ Lef1特征性的转录调控,作者通过对比并选定对最具有差异化的AP-1家族基因进行研究并通过qRT-PCR分析发现LSCs中的Fosb和Fos的表达一致升高。





作者认定针对Tcf1、Lef1下游基因进行调控,一定程度上可以破坏LSCs的转录程序,进而破坏LSCs细胞。于是从所表达的差异化基因中以转录调控、信号传统、代谢等模拟Tcf1/ Lef1缺失所引起的小分子的变化;于是从CMAP中筛选出3种物质,最终通过体外实验筛选出了具有目标功能的PGE1;并通过功能性实验发现伊马替尼与PGE1具有协同作用;针对LSCs确实是有效果的。




为进一步明确PGE1是针对LSCs,而非普通的CML,并确定治疗效果,作者直接选定具有GFP标记的LSCs进行作用分析,作者将相同数量的LSCs注射到同源次级宿主中,并在没有额外治疗情况下检测其存活。因为伊马替尼(IM)这种酪氨酸激酶抑制剂对LSCs敏感性较小,几乎没作用,可以看做基点;此时证实PGE1效抑制LSC得活性。




从功能上来讲,针对CML的伊马替尼与针对CML LSCs的PGE1是两种不同的调控途径,作者于是对调控途径进行了探索

首先通过PGE1刺激LSCs进行RNA测序分析以及RT-PCR分析所得的结果与前文一致,刺激后LSCs的Fosb, Fos和Egr1表达减少;并通过双顺反子病毒实验证实Fosb, Fos的强制过量表达引起LSCs对PGE1不敏感。由于Fosb, Fos组合成AP-1行使其功能,这些数据表明AP-1因子是PGE1作用于LSCs的靶点。




PGE1作为小分子怎样作用于AP-1

根据分子构效的比对了解到PGE1属于E型前列腺受体的激动剂,但此类前列腺受体有4种,作者试想PGE1作用的受体会很容易检测;于是作者取小鼠外周血,40mm过滤器过滤出BM单细胞悬浮液,使用荧光染料标记的抗体对细胞表面的受体通过流式进行检测

通过FACS分析,结果发现EP1、EP3、EP4都能在LSCs上检测到。




根据文献总结,推断PGE1最有可能作用于EP4,于是构建了敲除EP4基因的细胞,此类细胞得出的数据表明EP4剔除后移植后的同源小鼠死亡速度加快;尽管如此,作者承认EP4是负责PGE1诱导LSCs的主要受体(如果不是唯一)




随后作者探讨了PGE1与EP4相互作用的途径,并发现PGE1没有传统前列腺激动剂所刺激的β-catemin的积累,也不影响Tcf1/ Lef1的表达;这表明PGE1不直接影响Tcf1/ Lef1转录本身,也说明PGE1是通过不同于传统前列腺激动剂作用的途径。

作者用PKA抑制剂H89,MEK抑制剂PD98059,PI3K抑制剂Ly294002及钙离子螯合剂BAPTA分别预处理LSCs细胞,然后用PGE1刺激这些细胞,结果发现,PGE1诱导的Fos和Fosb不受PKA抑制剂的影响,但经MEK、PI3K抑制剂及钙离子螯合剂作用后,PGE1的作用出现了消除甚至逆转;这说明PGE1在LSCs中整合了多个信号级联通路调节下游基因的表达




最终文章我们把作者所描述的细胞激活通路简集汇总如下:



首先PGE1作用于EP4,之后以不连接蛋白的方式作用于Tcf1、Lef1,进而抑制LSC中的AP-1因子;另外,PGE1对MEK、PI3K及细胞内Ca2 +的综合信号通路,也被验证出可实现对AP-1因子的抑制。


这个治疗能否用于临床,作者通过患者治疗的早晚期设计了两种方案论证了针对CMLLSCS的PGE1单独用于治疗疗效不显著,但同样能将Fosb, Fos表达降低,再次确认了PGE1通过抑制AP-1来抑制CML LSCs的增殖,而且晚期患者仍然有效的抑制CML LSCs的增殖




因为TKI的出现,CML常被认为是“易于治疗”的疾病,但因为LSCs的存在,导致了终生对TKI的依赖,并且患者还存在对TKI耐药性的风险;而作者通过系统的探索寻找出攻克LSCs的方法,怎能不令人兴奋,而且PGE1(前列地尔,现为血小板聚集抑制药,已入药典)的安全性已在临床中被证明!文章唯一存在的疑惑是PGE1的受体是否仅为EP4,相信这个问题会很快被解决。



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