PI3Kγ-PROTAC来了：减少脱靶，治疗AML | Nature子刊|aml|特异性|细胞系

急性髓系白血病（AML）是一种源自造血系统的髓系的癌症。65岁以下患者的5年生存率大于50%，但65岁以上的患者的5年生存率仅不到10%。这种差异的部分原因是标准化疗的剂量限制毒性，老年患者的耐受性较差。

想要避免传统化疗引起的非恶性组织脱靶效应，就要确定一种涉及谱系特异性靶点的治疗方法，以提高患者对治疗的耐受性。合适的谱系特异性靶标需要包含以下特征：1）表现出仅限于髓系区室的表达模式；2）具有促生存功能；3）是一种可成药的蛋白质。

近日，巴黎城市大学和杜克大学的研究者在Nature Cancer （IF=22.7）杂志发表了其研究成果，他们证明了PI3Kγ作为AML的谱系特异性靶标的潜力，还开发了一种靶向PI3Kγ的双功能降解剂化合物（PROTAC），与现有的小分子抑制剂相比，该化合物在AML细胞中显示出优异的效力。

图1. 研究流程

研究人员发现，PI3Kγ在造血系统的髓系区室中表达有限，这就转化为AML细胞对PIK3CG和PIK3R5（这两个基因分别编码PI3Kγ的催化和调节亚基）表达的依赖性。CRISPR-Cas9介导的PIK3CG和PIK3R5敲除显著抑制了AML细胞的活力和集落形成能力。

为了研究PI3Kγ在AML中作为靶点的潜力，研究人员使用了一个公开的AML数据集，来观察PIK3CG和PIK3R5的高表达后Venetoclax（一款已上市的BCL2抑制剂，用于治疗AML）的耐药性变化。

结果显示，敲除PIK3CG和PIK3R5时，Venetoclax降低细胞活力和集落形成的能力显著增强。在细胞系来源的异种移植瘤中，抑制PIK3CG可使小鼠获得显著的生存优势。所以，靶向PIK3CG和PIK3R5可增加Venetoclax的敏感性。

图2.抑制PIK3CG或PIK3R5增强Venetoclax的作用

为了鉴定AML细胞中由PIK3CG/R5调控的下游细胞信号通路，研究人员进行了基于PIK3R5的相互作用分析，映射PIK3CG/R5相互作用因子，然后揭示了AKT信号通路上的几个节点。且敲除或敲低所有PI3K亚型的表达后，AML细胞强烈依赖PI3Kγ来激活下游AKT通路。

所以研究人员假设，PI3Kγ的敲除可以通过破坏下游AKT的激活来降低AML细胞的活力。接下来，他们研究了现有的PI3Kγ小分子抑制剂，发现其未能维持AKT信号传导和AML细胞生长的长期抑制。所以需要一种替代的治疗方法，来确保AML细胞中PIK3CG/PIK3R5介导的、AKT信号通路的持续破坏。

图3. PIK3CG和PIK3R5选择性地控制AML中的AKT信号转导

为了改进现有的PI3Kγ药物，研究人员设计了一种靶向PIK3CG的PROTAC分子——ARM165，它是基于现有PI3Kγ小分子抑制剂AZ2的结构设计的。研究人员首先测试了ARM165的特异性和有效性。结果显示，ARM165可特异性降解PIK3CG，导致AKT信号转导的持续消融。此外，与AZ2及无活性降解剂分子相比，ARM165显著降低AML细胞的活力，且不会降低非AML细胞系的活力。

图4. 基于PROTAC的PIK3CG降解可持久抑制AML中的AKT信号转导

接下来，为了探索ARM165的临床效用，研究人员测试了它对原代患者细胞的影响。结果表明，与现有的PI3Kγ小分子抑制剂相比，ARM165抗白血病能力更强。且ARM165与Venetoclax联合使用时，原代患者细胞中也观察到类似的增强作用。

体外药效试验中，研究人员测试了两种小鼠模型（一种是通过将CBFB-Myh11驱动的AML小鼠细胞注射到同基因动物中产生的，另一种是通过将原代AML患者细胞异种移植到免疫缺陷小鼠中产生的）。在这两种模型中，ARM165均显著降低了骨髓、脾脏和血液中的疾病负担，同时还增强了Venetoclax的作用。

图5. PIK3CG降解增强了维奈托克在多种AML模型中的作用

上述研究表明，在髓系中特异性靶向PI3Kγ能最大限度地减少非恶性组织中的脱靶效应，并阐明了PI3K γ -AKT信号通路。此外，靶向PI3Kγ的PROTAC降解剂为AML提供了一种新的治疗策略，也为增强体内PI3Kγ靶向降解分子的有效性和递送奠定了基础。

注：文章配图来自参考资料[1]

参考资料：

[1]Lois M. Kelly et al. Targeting a lineage-specific PI3Kɣ–Akt signaling module in acute myeloid leukemia using a heterobifunctional degrader molecule. Nature Cancer（2024）

https://doi.org/10.1038/s43018-024-00782-5

[2]https://communities.springernature.com/posts/targeting-a-lineage-specific-pi3k-akt-signaling-molecule-in-acute-myeloid-leukemia-using-a-heterobifunctional-degrader-molecule