澳大利亚昆士兰医学研究院(QIMR Berghofer Medical Research Institute)Steven W. Lane教授课题组在国际知名期刊Nat Cancer在线发表题为“Imetelstat-mediated alterations in fatty acid metabolism to induce ferroptosis as a therapeutic strategy for acute myeloid leukemia”的论文。
作者率先对30名急性髓系白血病(AML)患者的样本进行了全面的患者来源异种移植物(PDX)II期临床前试验,目的是评估imetelstat单独使用或与标准化疗联合使用时的治疗效果。经过试验观察,imetelstat在大部分的AML PDX中展现出了显著的治疗效果,尤其值得注意的是,那些源自携带NRAS突变的AML的PDX表现出了最为持久的疗效反应。
紧接着,作者在AML细胞中运用了全基因组的CRISPR-Cas9敲除筛选方法,目的是要揭示imetelstat治疗功效的核心机制。在这个过程中,研究人员发现,针对编码催化多不饱和脂肪酸(PUFA)代谢的关键酶FADS2和ACSL4的两种基因的引导RNA,在imetelstat耐药AML细胞中显著聚集,这提示我们这两种酶在imetelstat诱导的AML细胞死亡过程中扮演着举足轻重的角色。进一步的实验验证显示,当FADS2或ACSL4的功能丧失时,imetelstat诱导的AML细胞死亡现象便不再发生,这充分证实了最初的CRISPR筛选结果的准确性。
通过进一步的脂质组学研究,我们发现imetelstat的处理能够增加脂质的去饱和度,特别是具有三个不饱和键的PUFA水平。然而,当通过编辑使得FADS2的功能丧失时,这种效果便会被抑制。此外,imetelstat还能在AML细胞中诱导脂质活性氧(ROS)的形成以及脂质过氧化过程。为了验证这一点,研究人员使用了多种化合物(包括铁抑素、利普司他汀、DFOM或齐留通)来抑制铁死亡的药理作用,结果显示这些化合物在体外均能有效阻止imetelstat在AML细胞中的疗效。更值得一提的是,清除脂质ROS不仅能阻止其形成和脂质过氧化,还能在体内降低AML PDX中imetelstat的疗效。这些发现为我们深入理解imetelstat的治疗机制提供了新的视角,并为未来针对AML的治疗策略提供了潜在的靶点。
这份工作报告揭示了一项前所未有的发现,即imetelstat与铁死亡诱导之间存在着先前未曾察觉的关联。根据作者的观察,imetelstat所引发的迅速反应并非源于端粒的缩短,而是主要由PUFA代谢的变动所主导。这种代谢变化促使脂质去饱和度提升、脂质ROS生成过量以及脂质过氧化现象的出现。作者的研究深入探索了imetelstat诱导的铁死亡,并将其确定为imetelstat在急性髓系白血病(AML)中的核心作用机制。此外,作者的数据还表明,我们可以寻找到超越端粒长度和典型的端粒酶活性的imetelstat相关生物标志物,这些标志物蕴含丰富的信息。因此,有望开发出能够有效结合脂肪酸代谢脆弱性的药物联合疗法。
作者的实验目前尚未明确imetelstat诱导的铁死亡是否依赖于端粒维持机制或端粒酶活性,或者是否独立于这些过程。在作者对急性髓系白血病(AML)PDX的类似II期临床前试验中,imetelstat的反应持续性似乎与NRAS中的致癌突变有所关联。然而,为了验证这种关系的可靠性,还需要更大规模的样本量来进行深入研究。作者的研究无疑揭示了imetelstat的一种出人意料的作用机制,这也引发了更多的问题,而非仅仅给出了答案。
未来的探索应侧重于脂肪酸代谢特征在预测患者对imetelstat反应潜力方面的作用。此外,将imetelstat与能够增加脂肪酸代谢依赖性的药物进行联合疗法的研究,也应在临床前环境中得到试验。最后,通过鉴定imetelstat在靶细胞中的直接结合伙伴,将有助于我们更深入地揭示其作用机制的细节。
论文链接:https://doi.org/10.1038/s43018-023-00653-5