撰文丨小隐
责编丨酶美
#肿瘤#
胶质母细胞瘤（glioblastoma,GBM）是脑部最常见的恶性肿瘤，也是癌症中致死率最高的肿瘤之一，病人确诊后5年以上存活率只有5%。大约有一半的胶质母细胞瘤和超过三分之二的II期和III期胶质瘤肿瘤中低表达DNA修复蛋白O6-甲基鸟嘌呤甲基转移酶(MGMT)，MGMT的低表达因为其启动子发生甲基化修饰而使其表达受到抑制。
MGMT缺陷型（低表达）肿瘤最初对DNA甲基化剂替莫唑胺(TMZ)化疗敏感，但一段时间后会因为碱基错配修复(mismatchrepair，MMR)途径的变异而获得耐药性，本期Science报道了耶鲁大学研究人员开发的特异性杀死GBM细胞的新方法，题为：Mechanism-baseddesignofagentsthatselectivelytargetdrug-resistantglioma。研究利用了DNA修复酶MGMT的低表达特性。研究人员合成了一种新的化学药物，以造成一个动态的DNA二次损伤，该损伤在健康细胞中可以通过正常表达的MGMT逆转，但在MGMT缺陷的癌细胞中缓慢演变成链间交联，在体外和体内实验中造成不依赖于碱基错配修复（MMR）的细胞死亡，因此对正常细胞毒性低，同时规避了由于MMR途径突变引起的抗药性，这一巧妙设计抗癌药物的策略可以推广到其他具有DNA修复缺陷的癌症中。
MGMT在维持DNA完整性的关键功能已被广泛研究，其主要功能是修复O6-甲基鸟嘌呤嵌入DNA，该嘌呤类似物与胸腺嘧啶而不是胞嘧啶的碱基配对，因此可以在复制DNA过程中引入突变。MGMT通过“自杀”机制修复这种插入碱基，它将甲基基团从受损的DNA转移到其受体位点的硫基团，也导致自身失活。
替莫唑胺TMZ目前被广泛用于治疗胶质母细胞瘤，在生理条件下可转化为烷化剂，引起DNA中各种类型的损伤，其中大部分可通过碱基切除修复途径修复。然而，在MGMT低表达的GBM细胞中会积累TMZ诱导的DNA嵌合物，并通过错配修复(MMR)途径导致细胞死亡，但TMZ只适应于MGMT低表达的GBM中，因此，MGMT低表达是GBM和II级和III级胶质瘤对TMZ化疗反应的生物标志物。在大多数MGMT缺陷型GBM患者中，后期往往伴随对TMZ的失敏而导致肿瘤复发，这与编码MMR蛋白基因突变和超突变体的表型发展相一致。
KingsongLin等人在TMZ药物基础上，改造了一种利用GBM细胞中MGMT低表达的新化学分子药物KL-50，KL-50和TMZ具有类似的结构，但活性集团不同（见图1）。KL-50的插入首先会造成DNA的一级损伤，这种损伤能够在健康细胞中由正常表达的MGMT所修复，但在MGMT低表达的癌细胞中会缓慢积累，最终造成DNA的二级损伤，形成链内交联（interstrandcross-link，ICL），因为KL-50导致的链内交联速度足够缓慢（KL-50显示在治疗后8至24小时内引起最大ICL），足以使正常细胞修复大部分或所有原发性病变，因此药物应具有低毒性和特异性。形成的链内交联不能被MMR突变所回避，并导致细胞死亡，因此这种设计能够减少类似TMZ耐药性的产生。
图1，TMZ、KL50的化学结构、造成DNA损伤以及对MMR依赖性的示意图
作者首先在体外培养的细胞中测试了KL-50对细胞的杀伤能力，结果表明KL50能够特异的杀伤MGMT缺陷细胞而且不依赖于MMR，这与TMZ依赖MMR不同，为了进一步揭示KL-50的抑癌机制，作者利用彗星实验（单细胞碱性凝胶实验）检测细胞中的DNA结构变化，发现KL-50处理过的细胞产生了显著的链内交联，而TMZ不能。对细胞进行细胞核染色发现,KL-50处理在MGMT缺陷细胞中激活了DNA损伤修复通路引起G2细胞周期停滞,此过程不依赖MMR,接下来作者又检测了KL50的细胞毒性，尝试了不同的剂量，整体而言KL50对正常细胞毒性在可接受范围。最后作者使用了体内和颅内癌细胞外植体模型验证了KL-50的对GBM癌细胞GBM的特异杀伤能力。
总而言之，林的方法巧妙利用了DNA修复缺陷，这一策略可拓展用于治疗其他癌症。具体而言：改良药物，使其造成DNA的初始损伤，该初级损伤能够被DNA修复能力强的正常细胞快速修复，但靶DNA修复途径缺陷细胞中不会被修复，并产生缓慢发展的继发性DNA毒性损伤从而引起癌细胞死亡。但要指出的是：该方法只适用于DNA损伤修复有缺陷的癌细胞，如此文中的MGMT低表达，同时这一药物真的进入临床应用还需要很多临床前期的实验验证。
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