患者的福音：特异性诱导白血病细胞死亡，预防疾病复发

撰文 | Qi

急性髓性白血病（acute myeloid leukemia, AML）是一种侵袭性血液系统恶性肿瘤，尽管作为一线治疗的高强度化疗可使多达 70% 的患者获得缓解，但持续存在的白血病干细胞（leukemic stem cells, LSC）使得疾病复发时常发生【1】。因此，根除LSC的新疗法可能会改善临床结局，而关键之一是识别LSC中存在的漏洞。先前的研究表明，LSCs具有与其分化程度更高的后代和正常造血干细胞（hematopoietic stem cells, HSCs）不同的代谢特性和依赖性【2】。例如，LSCs相对于HSCs更依赖于氧化磷酸化，从而推动各种线粒体抑制剂作为潜在的抗LSCs药物进行研究【3】。然而，对代谢依赖性差异的理解目前仍是不完整的，需要识别额外的LSCs特异性的代谢漏洞以提供新的治疗机会。

烟酰胺磷酸核糖基转移酶（nicotinamide phosphoribosyl transferase, NAMPT）催化烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）补救途径中的限速步骤，先前已被确认为多种癌症类型的治疗靶点。然而，这些研究中的大多数靶向的是NAMPT 抑制对肿瘤整体的影响，对干细胞群体影响的理解是有限的，且NAMPT 抑制诱导细胞死亡的确切机制尚未得到彻底探索。

2021年7月21日，来自加拿大玛格丽特公主癌症中心的Steven M. Chan团队在Cell Stem Cell杂志上发表了一篇题为 Nicotinamide phosphoribosyltransferase inhibitors selectively induce apoptosis of AML stem cells by disrupting lipid homeostasis 的文章，这项研究通过代谢药物筛选以识别LSCs特异性弱点，证明改变的脂质稳态在NAMPT抑制剂诱导的细胞凋亡中起关键作用，并且将 NAMPT抑制作为靶向AML中LSC的治疗策略。

为了鉴定具有抗LSC活性的代谢药物，作者应用一个包含110种化合物的库来筛选能在先前已建立的人类AML培养物中耗尽LSCs的药物，其中，NAMPT 抑制剂能消耗更高比例的LSCs。此外，AML样本比HSCs表达更高水平的NAMPT以及AML中NAMPT高表达与更差的生存率的相关性也进一步支持NAMPT可能作为潜在的治疗靶点。

那么LSCs的选择性消耗究竟是归因于细胞死亡还是被强制分为化非LSCs细胞呢？为此，作者用NAMPT 抑制剂中研究最为广泛的KPT-9274 处理细胞，发现KPT-9274可以诱导G0/G1细胞周期停滞，而对分化状态没有明显影响，提示NAMPT抑制剂主要通过诱导细胞凋亡来消耗LSCs。

由于维持足够的细胞内NAD含量对于所有细胞的存活至关重要，在抑制补救途径后，可以通过包括Preiss-Handler(PH)途径在内的替代途径从前体中产生 NAD+。那么LSCs和HSCs应用PH途径的能力是否存在差异呢？作者通过对不同细胞添加烟酸（nicotinic acid, NA）和KPT-9274来比较消耗比例。结果显示，外源性NA可以恢复HSPCs中补救途径的抑制，而对LSCs不起作用，提示两者利用PH途径生成NAD+的能力不同。

除了上述细胞水平的测试外，作者也在小鼠体内进行了验证，即将表达荧光素酶的人AML细胞移植到NSG小鼠中，四天后开始分别口服两种不同浓度的KPT-9274，与对照组相比，KPT-9274显著降低了疾病负担并延长了生存期，LSC中的NAD几乎被完全耗尽，相反，低浓度的KPT-9274治疗效果较差且NAD水平仅下降至对照组的40%（下图）。体内和体外实验一致表明，NAMPT 抑制剂可以靶向治疗LSC，同时保留体内正常的HSC不受到损伤。

接下来，作者对处理后的不同细胞进行RNA-seq，并对差异表达基因进行GO分析，发现与脂质和胆固醇生物合成相关的生物学过程明显富集于LSCs中。基于此，作者进一步发现KPT-9274处理的样品中SREBF2表达显著增加，而SREBF1和SREBF2编码的固醇调节元件结合蛋白 (SREBP) 是主要转录因子，可诱导参与固醇和脂肪酸合成的基因表达【4】。在代谢水平上，作者发现KPT-9274处理后，NAD+是最显着下调的代谢物，此外，单不饱和脂肪酸 (MUFA) 与不同碳链长度的饱和脂肪酸（SFA）的比例也明显降低，而这一比例的降低提示细胞会通过称为脂毒性的过程诱导凋亡【5】。与此结果一致，当添加外源性单不饱和脂肪酸时，能有效阻止细胞死亡，而添加饱和脂肪酸时却会加剧细胞死亡。结合转录组和代谢组的结果，作者认为SREBP 调节基因的诱导，是细胞对NAD耗竭的保护性反应，如果抑制这种反应可能会使AML细胞对NAMPT抑制剂更加敏感。

最后，为了探索上述发现的转化潜力，作者单独使用KPT-9274或联合双嘧达莫（一种对SREBP 信号具有抑制活性的药物），来测试对LSCs的消耗效率。结果证实了抑制SREBP可以增强NAMPT抑制剂作用的推断。进一步地，作者添加外源性单不饱和脂肪酸，这一做法有效地阻止联合用药诱导的细胞死亡，提示脂毒性是细胞死亡的原因。而脂毒性引发细胞死亡的机制与线粒体超氧化物的产生以及随后对细胞成分的氧化损伤有关，细胞中ROS水平的增加、抗氧化剂NAC以及泛半胱天冬酶抑制剂对ROS水平和细胞死亡水平的降低效果均支持KPT-9274联合双嘧达莫通过加剧脂毒性和氧化应激来增强caspase依赖性细胞凋亡。

AML作为一种治愈上具有挑战性的疾病，这一发现无疑提供了新机会。总的来说，这项研究发现AML干细胞比正常造血干细胞更依赖于NAMPT活性，NAMPT抑制可以破坏脂质稳态，导致脂毒性并触发应性 SREBP2 依赖性脂肪生成反应，而抑制这一反应可以增强NAMPT抑制剂对LSCs的细胞毒性。NAMPT 抑制剂可用作复发风险高的患者的维持治疗，并应与 SREBP 抑制剂或其他 LSC 靶向药物联合给药，以最大限度地提高其抗 LSC 活性。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.stem.2021.06.004

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