抑制线粒体钙摄取可克服急性髓系白血病的维奈托克治疗耐药性

多项急性髓系白血病（AML）相关的临床研究表明，靶向BCL-2的小分子抑制剂维奈托克（venetoclax）与包括阿扎胞苷和地西他滨在内的去甲基化药物联合使用，可获得与传统化疗相当的完全缓解率（CR），且毒性显着降低【1-3】。然而，大多数最初对治疗做出反应的患者终会面临复发，因此，迫切需要解决维奈托克的耐药问题。

对维奈托克耐药或敏感的急性髓系白血病干细胞（LSCs）的一个保守特性是依赖于OXPHOS【4, 5】。多项研究已证明可以靶向线粒体代谢过程来克服维奈托克耐药性，例如，耐药LSCs能增加利用脂肪酸氧化（FAO）来驱动OXPHOS，在基于维奈托克的治疗方案中抑制脂肪酸氧化（FAO），可以在恢复对OXPHOS抑制作用的同时根除耐LSCs【6】，提示抑制LSCs中OXPHOS途径作为克服维奈托克耐药性的潜力。

近日，来自美国科罗拉多大学医学院的Craig T. Jordan团队在Cancer Discovery杂志上发表了一篇题为Targeting Acute Myeloid Leukemia Stem Cells Through Perturbation of Mitochondrial Calcium的文章，他们证明对维奈托克耐药或敏感的LSCs对线粒体钙的利用存在根本差异，通过对线粒体钙单向转运蛋白MCU的遗传和药理学处理证明抑制钙摄取可减弱OXPHOS并根除维奈托克耐药性LSCs。

为了确认耐药或敏感LSCs中的钙生物学特性是否存在差异，该团队首先从原发性人类AML样本中富集LSCs并进行RNA-seq分析，发现耐药LSCs中多种钙介导的信号通路显着富集。用钙离子荧光探针Rhod2AM标记后，他们观察到维奈托克处理可增加敏感LSCs中的线粒体钙水平及OXPHOS活性，但不会干扰细胞内其他钙信号传导。基于此，他们检测了维奈托克治疗是否会扰乱BCL-2与已知的钙通道蛋白间的相互作用，发现维奈托克处理后持续且显着降低敏感LSCs中BCL-2和SERCA3（负责内质网钙流入的主要蛋白）的邻近相互作用，这一变化是SERCA3降解所致，若直接通过遗传或药理学手段抑制SERCA也能模拟BCL-2抑制对敏感性LSCs中线粒体钙、OXPHOS活性的影响。在耐药LSCs中，他们发现负责调节钙输入线粒体基质的通道MCU和MCUB表达增加，于是假设MCU抑制可能是减少线粒体钙从而靶向维奈托克耐药LSC的策略。为了证明这点，他们在耐药LSCs中使用MCU抑制剂（MCUi4、Ru265）和siRNA介导的遗传抑制，这些处理均能引起线粒体钙减少、OXPHOS活性降低以及钙依赖性代α酮戊二酸脱氢酶和异柠檬酸脱氢酶活性降低。

为了进一步确认抑制线粒体钙摄取是否具有临床应用的潜力，他们从几种FDA批准的线粒体钙抑制剂中挑选出直接的MCU抑制剂米托蒽醌（mitox）。对耐药性LSCs进行mitox处理后，线粒体钙持续减少、OXPHOS活性显着降低，并且钙依赖性脱氢酶活性受到抑制，在集落形成能力测定实验中，低至10 nM的剂量就能完全消除集落形成，1 nM即可表现出显著抑制。为了测试mitox的体内活性，他们将耐药AML样本移植到免疫缺陷小鼠体内，肿瘤建立后用mitox处理动物4天，骨髓中原发肿瘤负荷适度减少，没有显着的体重减轻和毒性反应，提示mitox可有效靶向体内耐药性LSCs。

图1. 维奈托克敏感与耐药LSCs内钙动力学的假设模型。

几乎所有AML患者都会出现治疗的耐药或复发，因此，迫切需要探索出具有临床可行性的针对维奈托克耐药性LSCs的策略。该团队通过转录组分析，确定了两类AML样本间钙介导信号基因表达的差异，并提出一种克服耐药性的潜在策略。需要注意的是，维奈托克治疗后出现SERCA蛋白水平迅速下降，因此，SERCA表达异常的其他肿瘤类型也可能通过类似的机制对维奈托克表现出反应（例如前列腺癌、乳腺癌、结肠癌和T细胞急性淋巴细胞白血病）。总之，这些数据表明线粒体钙是LSCs耐药或敏感的关键介质，MCU抑制剂米托蒽醌可能成为治疗维奈托克耐药AML的有效药物。

原文链接：

https://doi.org/10.1158/2159-8290.CD-23-1145