Temozolomide(TMZ)的作用機(jī)理及在腫瘤研究中的應(yīng)用

Temozolomide（TMZ，AbMole，M2129）在體內(nèi)通過非酶促化學(xué)轉(zhuǎn)化生成活性代謝產(chǎn)物5-(3-甲基三嗪-1-基)咪唑-4-羧酰胺（MTIC）。MTIC會引起DNA的多種損傷，其中最重要的是鳥嘌呤的O6位點的甲基化（O6-MeG）。雖然O6-MeG的發(fā)生頻率最低，但它對Temozolomide的細(xì)胞毒性至關(guān)重要[1]。除了O6-MeG，MTIC還會在鳥嘌呤的N7位點和腺嘌呤的N3位點產(chǎn)生甲基化損傷。這些損傷通常由多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶（PARP）修復(fù)，不會直接導(dǎo)致細(xì)胞毒性，因此TMZ可與PARP抑制劑聯(lián)用，進(jìn)一步增強(qiáng)抗腫瘤效果。

 

正常細(xì)胞中，Temozolomide（替莫唑胺，AbMole，M2129）造成的O6-MeG可以通過O6-甲基鳥嘌呤-DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（MGMT）直接修復(fù)，從而恢復(fù)成鳥嘌呤，因此MGMT可抵消Temozolomide的細(xì)胞毒性。但是在MGMT缺失的細(xì)胞中，O6-MeG在DNA復(fù)制過程中會與胸腺嘧啶錯誤配對，而不是與胞嘧啶配對。這會激活DNA錯配修復(fù)（MMR）途徑，該途徑會識別并切除子鏈上的胸腺嘧啶，但是O6-MeG仍保留在模板鏈上。這種無效的修復(fù)循環(huán)會導(dǎo)致DNA大量切除，最終引發(fā)細(xì)胞凋亡。如果細(xì)胞缺乏MMR，即使MGMT缺失，細(xì)胞也不會檢測到烷基化損傷，因此對Temozolomide產(chǎn)生耐受性。

 

MGMT基因啟動子的甲基化是預(yù)測Temozolomide（TMZ，AbMole，M2129）敏感性的重要生物標(biāo)志物，MGMT啟動子甲基化的腫瘤通常對Temozolomide更敏感，因為MGMT的表達(dá)被抑制，從而減少了O6-MeG的修復(fù)。此外也可以通過轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)檢測MGMT的表達(dá)。另外一方面，MMR表達(dá)也是預(yù)測Temozolomide敏感性的重要因素。
 

圖1. Temozolomide的作用機(jī)理和腫瘤細(xì)胞敏感性預(yù)測[1]

 

Temozolomide（TMZ，替莫唑胺，AbMole，M2129）在中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤的研究中展現(xiàn)出顯著的抑制效果。例如，在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（GBM）動物模型中，Temozolomide可顯著抑制腫瘤的生長，提高生存率。此外，Temozolomide還被用于研究腦轉(zhuǎn)移瘤。并且，Temozolomide對卵巢癌、結(jié)直腸癌、黑色素瘤等也有較好的抑制活性。Temozolomide可聯(lián)合多種抑制劑或人源化單抗抑制上述腫瘤的進(jìn)展[2]。2014年，AbMole的兩款抑制劑分別被西班牙國家心血管研究中心和美國哥倫比亞大學(xué)用于動物體內(nèi)實驗，相關(guān)科研成果發(fā)表于頂刊 Nature 和 Nature Medicine。

 

Temozolomide（TMZ，AbMole，M2129）不僅具有直接的抗腫瘤效果，還具有顯著的免疫調(diào)節(jié)活性。Temozolomide通過誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡，釋放腫瘤抗原，這些抗原可以被樹突狀細(xì)胞攝取并通過MHC I類分子呈遞給T細(xì)胞，這一過程稱為交叉激活。此外，Temozolomide對樹突狀細(xì)胞的直接影響較小，但低劑量的Temozolomide可以增強(qiáng)樹突狀細(xì)胞的成熟和功能，從而提高抗原呈遞效率。此外，在大鼠 GBM 模型的實驗中低劑量的Temozolomide持續(xù)給藥（如0.5 mg/kg/天，持續(xù)21天）可以選擇性地耗盡Tregs，并抑制其免疫抑制活性[3]。

 

斑馬魚具有高繁殖率、低飼養(yǎng)成本、光學(xué)透明性以及能夠進(jìn)行高通量藥物和腫瘤進(jìn)化研究的優(yōu)點。然而，之前在斑馬魚中移植人類腫瘤的研究存在局限性，如移植細(xì)胞數(shù)量有限、無法在生理溫度下培養(yǎng)、無法進(jìn)行長期觀察等。在上述文章中，研究團(tuán)隊開發(fā)了一種透明的、免疫缺陷的斑馬魚模型（prkdc−/−, il2rga−/−），這種模型能夠在37°C下成功移植多種人類腫瘤，并允許對單個移植細(xì)胞的動態(tài)行為進(jìn)行可視化分析。本文使用了由AbMole提供的Temozolomide（TMZ，AbMole，M2129）作為DNA損傷劑，與Olaparib（AZD2281，AbMole，M1664）聯(lián)合使用，顯示出對橫紋肌肉瘤（RMS）斑馬魚移植模型的有效抑制[4]。

 

圖2. 斑馬魚移植瘤模型和基于Olaparib和Temozolomide的聯(lián)合抑瘤研究[4]

 

該文章的核心目的是研究小細(xì)胞肺癌（SCLC）對DNA損傷誘導(dǎo)劑的耐藥性機(jī)制，特別是針對Olaparib和Temozolomide聯(lián)合方案（OT）的耐藥機(jī)制。研究者們利用異種移植模型（PDX），在小鼠治療前和進(jìn)展后分別進(jìn)行了檢測，最終發(fā)現(xiàn)跨損傷DNA合成（TLS）的上調(diào)使得腫瘤能夠在DNA復(fù)制過程中容忍OT誘導(dǎo)的損傷。通過使用TLS抑制劑，研究者們在體外和體內(nèi)都恢復(fù)了腫瘤細(xì)胞對OT的敏感性，并在其他SCLC細(xì)胞系中觀察到了類似的協(xié)同效應(yīng)。在實驗中，科研人員使用了來自AbMole的Temozolomide（TMZ，AbMole，M2129）、Olaparib（AZD2281，AbMole，M1664）[5]。

 

圖3. PDXres 1518-3 cells accumulate less DNA damage and continue to replicate DNA during OT treatment[5]

 

文章研究了自噬在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（GBM）中的作用，并使用了兩種常見的GBM細(xì)胞系（U87和U251）。結(jié)果表明自噬的增強(qiáng)與腫瘤細(xì)胞存活呈正相關(guān)，使用自噬抑制劑可以阻止GBM細(xì)胞進(jìn)入耐受狀態(tài)，并恢復(fù)其對抑制劑的敏感性。通過RNA測序和TCGA數(shù)據(jù)比較，研究者們發(fā)現(xiàn)自噬調(diào)控了許多與細(xì)胞代謝、細(xì)胞周期、凋亡和存活相關(guān)的基因和通路。在實驗中，科研人員使用了由AbMole提供的Temozolomide（替莫唑胺，AbMole，M2129）和Carboplatin（卡鉑，AbMole，M2288）作為抗腫瘤抑制劑，處理GBM細(xì)胞[6]。

 

圖4. 自噬削弱了抗腫瘤抑制劑的效果[6]

 

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[1] A. Thomas, M. Tanaka, J. Trepel, et al., Temozolomide in the Era of Precision Medicine, Cancer research 77(4) (2017) 823-826.

[2] A. Salmaggi, C. Corno, M. Maschio, et al., Synergistic Effect of Perampanel and Temozolomide in Human Glioma Cell Lines, Journal of personalized medicine 11(5) (2021).

[3] A. Karachi, F. Dastmalchi, D. A. Mitchell, et al., Temozolomide for immunomodulation in the treatment of glioblastoma, Neuro-oncology 20(12) (2018) 1566-1572.

[4] C. Yan, D. C. Brunson, Q. Tang, et al., Visualizing Engrafted Human Cancer and Therapy Responses in Immunodeficient Zebrafish, Cell 177(7) (2019) 1903-1914.e14.

[5] M. Stanzione, J. Zhong, E. Wong, et al., Translesion DNA synthesis mediates acquired resistance to olaparib plus temozolomide in small cell lung cancer, Science advances 8(19) (2022) eabn1229.

[6] L. Wang, Z. Shang, Y. Zhou, et al., Autophagy mediates glucose starvation-induced glioblastoma cell quiescence and chemoresistance through coordinating cell metabolism, cell cycle, and survival, Cell death & disease 9(2) (2018) 213.