撰文 | 胡峰源 责编 | 周叶斌
脑肿瘤是儿童中第二常见的肿瘤，占所有儿科肿瘤的20％。构成中枢神经系统的细胞主要有两种类型：神经元和神经胶质细胞。神经元负责信息处理，而神经胶质细胞构成神经元的支持和滋养网络。胶质瘤是起源于神经胶质细胞的中枢神经系统肿瘤，在所有儿童脑肿瘤中约有2/3是胶质瘤。
弥漫性中线胶质瘤（Diffuse Midline Glioma，DMG）是一种在脑干中发现的高度恶性胶质瘤，是神经胶质肿瘤的一种罕见亚型。DMG在儿童和成人都有发生，好发于儿童，诊断中位年龄是5~9岁，女孩病例略多于男孩 （美国数据）。DMG是一种由肿瘤组蛋白驱动的致命儿童肿瘤，中位生存期不到一年，是儿童脑肿瘤死亡的主要原因，目前没有有效的治疗方法。
2022年9月，美国哈佛医学院Dana-Farber癌症研究所的Daphne Haas-Kogan团队于Cancer Cell发表题为A druggable addiction to de novo pyrimidine biosynthesis in diffuse midline glioma的研究论文, 该研究提出DMG的代谢高度依赖于嘧啶从头合成（de novo pyrimidine synthesis），作者证明通过二氢乳清酸脱氢酶（DHODH）抑制剂BAY2402234阻断嘧啶合成是一种潜在的DMG治疗方法。
研究重点
DMG依赖于嘧啶从头合成（de novo synthesis）
嘧啶降解的上调大大降低了DMG细胞对嘧啶合成底物的补救
DHODH通过抑制DNA复制叉（replication forks）的形成来诱导细胞凋零（apoptosis）
DHODH抑制剂BAY2402234延长了DMG异种移植小鼠的存活时间
DMG是一类非常凶险的脑瘤，预后差，目前没有有效的手术或药物治疗方法来控制病情进展。研究揭示DMG的形成和生长与组蛋白（H3.3, H3.1）变异（H3K27M最为常见）有关，但是靶向组蛋白变异的成药性并不理想。作者另辟蹊径，试图通过全基因组CRISPR筛选来查找DMG在代谢通路上的脆弱性。
通过CRISPR敲除试验，作者在三种不同的DMG细胞系中找到了213（至少在两个细胞系存在）个DMG存活依赖的基因，并做了通路分析，其中富集最高的前5种通路都和代谢与DNA损伤修复相关。最后作者选定尿苷-5′-磷酸（UMP）合成通路（UMP是嘧啶核苷酸的前体）来继续接下来的研究，因为在这个通路的从头合成（de novo）分支上，所有的基因都来自于DMG存活依赖的基因 （包括CAD, DHODH, UMPS）。已发表的来自肿瘤病人的RNA-Seq数据也表明在此通路上的基因表达上调，表明嘧啶的从头合成途径在弥漫性中线胶质瘤中至关重要。
通过全基因组CRISPR筛选找出对DMG细胞生存的重要通路
作者评估了一种临床阶段的DHODH的小分子抑制剂BAY2402234对肿瘤生长和存活的影响。对一组患者衍生的组蛋白H3野生型和H3突变型DMG细胞系，IDH野生型成人胶质母细胞瘤（aGBMs）和人支气管上皮细胞进行测试， 发现相对于aGBMs和上皮细胞，DMG细胞系对BAY2402234造成的生长抑制异常敏感。通过LC-MS/MS对代谢产物的量化发现用药24小时后，在DMG细胞系中，DHODH下游产物UMP被清除，结果揭示BAY2402234实现了对嘧啶从头合成的靶向抑制。
DMG细胞系对DHODH的小分子抑制剂BAY2402234敏感
作者证实，DMG之所以对DHODH抑制剂BAY2402234敏感，是由于DMG对嘧啶从头合成这个途径极度依赖，从而维持UMP池。作者也证实了嘧啶降解是BAY2402234敏感性的关键决定因素。从机制上讲，DMG的代谢不佳，嘧啶降解速率增高，消耗了肿瘤细胞的嘧啶合成的补救（salvage）途径中合成UMP的底物尿苷，导致嘧啶可用性显著依赖于从头合成途径，并对DHODH抑制剂的敏感性显著增强。
DMG对嘧啶从头合成途径依赖的机制
作者观察到，BAY2402234诱发DMG细胞在S期（DNA复制期）的数量增加，阻碍细胞周期进程。后证实BAY2402234几乎耗尽了UMP池，产生DNA损伤（损伤标记物γ-H2AX在DMG中增加了2-4倍），并通过引发复制应激（抑制复制叉），诱导细胞凋亡。
DHODH抑制迫使DMG细胞停滞在S期并增加DNA复制压力
体外试验展示了BAY2402234良好的抗肿瘤活性，揭示了其在异种移植小鼠中的疗效。首先MALDI质谱成像显示，BAY2402234成功进入大脑，并以治疗相关的浓度在大脑中积累，显著抑制了从头开始的嘧啶生物合成。接下来的小鼠生存试验，作者使用了两种异种移植模型，一种是高度侵袭性细胞系（DIPG1，未治疗小鼠的平均生存期约7天），第二种是SU-DIPG13-P*细胞系（中等侵袭性，未治疗小鼠的平均生存期约43天）， 两种模型的小鼠生存期均得到延长。
异种移植小鼠生存期得到延长
综上所述，作者提供了一种寻觅弥漫性中线胶质瘤成药靶点的新思路，这与Cancer Cell同期的另一篇题为De novo pyrimidine synthesis is a targetable vulnerability in IDH mutant glioma 论文相呼应，与IDH1突变型胶质瘤类似，BAY2402234是一种可行的弥漫性中线胶质瘤治疗策略。
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