文献速递 | 端粒酶抑制剂---Imetelstat

背景

人类端粒酶是一种核糖核蛋白逆转录酶，主要负责维持永生细胞染色体末端端粒的长度。已经开发的小分子抑制剂主要包含：非核苷类活性位点小分子抑制剂，G-四链体稳定剂以及反义寡核苷酸。反义寡核苷酸主要靶向 hTR 或 hTERT，包括磷酸二酯（16）、2-5A 系磷酸二酯、PS-ODN、2’-O-甲基RNA以及GRN163L。其中，GRN163L又名Imetelstat，其前身GRN163最早由Akira Asai等人设计合成，研究成果以“A Novel Telomerase Template Antagonist (GRN163) as a Potential Anticancer Agent”为题发表在Cancer Research上。

GRN163的核苷酸序列为5'-TAGGGTTAGACAA-3', 骨架结构为N3'→P5'硫代氨基磷酸酯 (NPS)。PS寡核苷酸本身就是高效的端粒酶抑制剂，但是以序列非特异性的方式发挥活性，并可能通过激活 RNase-H 导致不相关的 mRNA 降解。而NPS修饰寡核苷酸融合了N3'→P5' NP寡核苷酸的高度序列结合特异性、酶稳定性和无 RNase 诱导性以及PS修饰的增强的细胞摄取以及蛋白质稳定性。融合产生的NPS寡核苷酸与互补 RNA 链保持了极高的亲和力，但耐酸性更强，对蛋白质的非特异性亲和力有限。

图 本研究中使用的核苷酸的基础结构示意图（来源于原文figure1）

作者研究结果表明，GRN163 是一种高效的序列特异性端粒酶抑制剂，用 GRN163 处理的肿瘤细胞会以端粒长度依赖性的方式发生凋亡，用肠外递送的 GRN163 可以抑制体内肿瘤的生长。

原文链接：https://aacrjournals.org/cancerres/article/63/14/3931/510179/A-Novel-Telomerase-Template-Antagonist-GRN163-as-a

但是，由于寡核苷酸为聚阴离子，很难进入细胞，限制了GRN163的生物利用。Brittney-Shea Herbert等人在5'处用十六酰化氨基丙三醇基团对GRN163进一步脂质修饰, 得到GRN163L，也就是现在的Imetelstat。其研究成果以“Lipid modification of GRN163, an N3'-P5' thio-phosphoramidate oligonucleotide, enhances the potency of telomerase inhibition”为题发表在Oncogene上。

修饰后的寡核苷酸的亲脂性的得到显著提高，其在体外和体内抑制端粒酶的效力也随之提高，避免了脂质载体的使用。即使不使用转染试剂，GRN163L 也能以剂量依赖的方式有效抑制端粒酶活性。在各种细胞系中，GRN163的IC50值平均比GRN163L高七倍。与 GRN163 相比，GRN163L 对端粒酶活性的抑制会导致端粒更快地丢失进而抑制细胞生长，这表面脂质修饰增强了新型 GRN163 端粒酶抑制剂的效力。GRN163L是首个报道的无需使用转染试剂就能有效地送到细胞并提高细胞吸收率的端粒酶抑制剂。

图 GRN163和GRN163L的结构示意图（来源于原文figure1）

原文链接：https://www.nature.com/articles/1208760

Imetelstat最近在包括骨髓纤维化和骨髓增生异常综合症（MDS）在内的血液恶性肿瘤中显示出有希望的疗效。Imetelstat预期的作用机制是通过导致每次细胞分裂端粒逐渐缩短，最终诱导DNA损伤反应、细胞衰老或死亡。然而，治疗过程中观察到的临床反应似乎与端粒长度无关，并且往往早于预期的治疗滞后时间。了解Imetelstat及这一新类药物的作用机制对作者能够确定最能从该疗法中获益的患者亚组，并开发有效的联合治疗方案至关重要。为了揭示Imetelstat的作用机制，Claudia Bruedigam等人在急性髓样白血病（AML）的细胞和异种移植模型中进行了一系列组学分析和功能遗传学实验，其研究成果发表于Nature Cancer上。

作者首先在30例AML患者的患者来源异种移植模型（PDXs）中进行了全面的类II期前临床试验，评估Imetelstat作为单药治疗或与标准化疗的结合治疗的疗效。Imetelstat在大多数AML PDXs中显示出疗效，其中来源于携带NRAS突变AML的PDXs显示出最持久的反应。随后，作者在AML细胞中进行了全基因组CRISPR-Cas9基因敲除筛选，以确定Imetelstat疗效的关键介质。针对两种编码催化多不饱和脂肪酸（PUFA）代谢的关键酶的基因的guide RNA在对Imetelstat耐药的AML细胞中显著富集，表明这些酶在Imetelstat诱导的AML细胞死亡中具有重要作用。FADS2或ACSL4功能缺失阻止了Imetelstat诱导的AML细胞死亡，证实了初始CRISPR筛选结果。定向脂质组学进一步显示，Imetelstat处理增加了脂质脱饱和，特别是三个不饱和键的PUFA水平，而FADS2功能缺失编辑可防止此效应。此外，Imetelstat导致AML细胞中脂质活性氧物质（ROS）形成和过量的脂质过氧化。使用各种化合物（包括ferrostatin、liproxstatin、DFOM或zileuton）对铁死亡进行药理学抑制可阻止Imetelstat在体外AML细胞中产生疗效。清除脂质ROS可防止脂质ROS形成和脂质过氧化，并减弱了Imetelstat在体内AML PDXs中的疗效。

图 通过全基因组 CRISPR-Cas9 编辑确定Imetelstat疗效的关键介质（来源于原文figure 3b）

作者的研究表明，观察到的快速Imetelstat反应与端粒缩短无关，主要由PUFA代谢的改变决定，导致脂质脱饱和、过量的脂质ROS形成和脂质过氧化，Imetelstat在AML中的作用机制是通过诱导铁死亡。除了端粒长度和典型端粒酶活性之外，可以找到用于Imetelstat的信息性生物标志物，并且可以开发与利用脂肪酸代谢漏洞的药物的有效联合治疗方案。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s43018-023-00653-5

2023年12月，Imetelstat的II/III期结果以“Imetelstat in patients with lower-risk myelodysplastic syndromes who have relapsed or are refractory to erythropoiesis-stimulating agents (IMerge): a multinational, randomised, double-blind, placebo-controlled, phase 3 trial”在The Lancet上公开发布。

在这项研究中，入选的178名患者包含了ESA治疗无效、ESA治疗后复发或不适合接受ESA治疗三类。其中118名患者被随机分配到Imetelstat组，60名患者被分配到安慰剂组。与接受安慰剂治疗的患者相比，Imetelstat组中8周内红细胞输注（RBC-TI）有显著改善者，达到8周不需要输血的患者中位不需要输血的时间为51.6周。在安慰剂组的9名患者中，他们在8周内不依赖输血，但只维持了13.3周。83%的患者有单一连续的RBC-TI期。研究人员在研究之前的输血负担时发现，Imetelstat组中至少8周发生RBC-TI的情况更为频繁，62名患者中有28名（45%）在8周内输注了4-6单位，56名患者中有19名（34%）在8周内输注了超过6单位，而在安慰剂组中，33名患者中有7名（21%）在8周内输注了4-6单位，27名患者中有2名（7%）在8周内输注了超过6单位。在接受了8周4~6单位输血的62例患者中，有28例（45%）在8周内实现了不依赖输血，而在接受6单位以上输血的患者中，有34%实现了这一目标。Imetelstat组中最常见的3-4级治疗相关不良事件是中性粒细胞减少（80名患者，占68%）和血小板减少（73名患者，占62%）。

图 血红蛋白和红细胞输注单位的变化(来源于原文figure 3)

临床证据和分子证据都表明，伊米替尼可能通过减少或消除畸形克隆来恢复功能性红细胞生成，从而支持对骨髓增生异常综合征疾病修正的潜力。基线端粒酶活性、端粒长度和hTERT浓度与临床益处之间的相关性显示，Imetelstat组的患者具有更高的RBC-TI率，与基线时的端粒酶活性、端粒长度和hTERT表达无关。然而，具有较高端粒酶活性、hTERT或较短端粒长度的患者更容易受到Imetelstat治疗的影响。这些结果与癌细胞的端粒生物学相一致，并提供了关于通过端粒酶抑制的Imetelstat的作用机制的靶向作用的证据。IMerge III期研究结果验证了II期研究的观察结果，并表明Imetelstat能为严重依赖输血的 MDS 患者带来显著的临床益处。有关依美司他在其他复发或难治性血液肿瘤中的应用的研究正在进行中。III期研究结果验证了II期部分的观察结果，并表明Imetelstat为有严重输血依赖的低危MDS患者人群提供了临床显著获益。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0140673623017245