昨天，英國Wellcome Sanger Institute團隊，以及美國Broad Institute和Dana-Farber癌症研究所聯合團隊，同時在頂級期刊《自然》發表重要研究成果。
癌症的藥物研發和治療又迎來重要進展。
由Mathew J. Garnett和Kosuke Yusa領銜的Wellcome Sanger Institute團隊[1]，利用CRISPR-Cas9基因編輯技術，敲掉了橫跨30個癌種的324種癌細胞系中的18,009個基因。這工作量簡直沒誰了~
這也是科學家首次實現從基因組規模的水平上，以數據驅動的方式，尋找有效的抗癌靶點。
Mathew J. Garnett（左）和Kosuke Yusa（右）（來源：sanger.ac.uk）
重要的是，他們的巨大工作量讓癌細胞徹底暴露了自己的弱點，數千個癌細胞生長不可或缺的基因被發現，其中628個基因是非常有潛力的抗癌靶點。他們還基於自己開發的評價體系，給這628個基因評了優秀等級，還儼然一個“癌細胞死亡名單”（別急，後面會公佈）。
而由Adam J. Bass和Francisca Vazquez領導的另一支研究團隊[2]，則基於兩個大型數據庫，專門給MSI（微衛星不穩定）找“合成致死”的基因。
結果與WRN基因（編碼一種DNA螺旋酶）不期而遇。而且他們還在小鼠模型中證實了WRN和MSI之間的合成致死抗癌效果。與Garnett和Yusa團隊的發現暗合。
Adam J. Bass（來源：dana-farber.org）
癌症是威脅人類生命健康數一數二的殺手，每年威脅千萬人的生命健康。
雖然人類已經與癌症鬥爭了數千年，但我們治療癌症的方法依然有限。作為主要的治療方法，手術、放療、化療、靶向治療和免疫治療的效果依然有限，有大量的患者對治療不響應。
而新藥的研發又困難重重。由於科學家目前對癌症瞭解仍然十分有限，這也導致科學家很難找到有效的治療靶點。
這個難度有多大，我們看兩個數據就知道了。據統計，每開發一個抗癌新藥耗資10-20億美元[3]，即便如此，仍有90%以上的化合物倒在臨床研究階段[4]。在設計合成藥物之前，找到一個合適的靶點顯得尤為重要。
這一點，我們做的顯然還是不夠。
Francisca Vazquez（來源：broadinstitute.org）
不過科技的發展給我們帶來了新的機遇，尤其是CRISPR基因編輯技術的誕生。近年來，在全世界科學家的不懈努力之下，CRISPR不斷被升級和改進。
“CRISPR是一個非常強大的工具，5年之前無論如何也做不到今天這個規模和精度，今天的CRISPR基因編輯技術給我們一個絕佳的機會，去開發抗癌新藥。”Kosuke Yusa表示[3]。
正是瞅準了這個機會，Wellcome Sanger Institute才聯合GSK，EMBL-EBI，Open Targets等研究機構的科學家，聯合開展了這項CRISPR篩選抗癌靶點的研究，這也是全球範圍內規模最大的幾個同類研究之一。
CRISPR基因編輯示意圖（來源：michelsonmedical.org）
既然要幹，那就乾脆幹票大的。
為了找到那些癌細胞生長必需，且不影響正常細胞的關鍵基因，研究團隊採取了廣撒網的策略。
他們累計用CRISPR-Cas9幹掉了18009個基因，這些基因分佈在19個組織的30個癌症類型的324個癌細胞系中。這些癌細胞繫有個特點，基因組都被高度註釋[5]，基本囊括了癌細胞的分子特徵[6]。
看上去就賊複雜的實驗過程[1]
經過初步的篩查，他們確實得到了不少目標基因，不過初步的結果並不能告訴科學家哪些基因更適合作為抗癌靶點。
因此，他們又開發了一個計算框架，這個框架整合了多個證據線，為每個基因分配了一個範圍從0到100的優先級分數。經過進一步的分析，排除那些有潛在毒性的靶點，科學家終於生成了一個包含628個基因的“獵殺癌細胞基因名單”。
<strong>”死亡名單“[1]（看看有多少老朋友）
其中有457（74%）個只出現在一種（56%）或兩種（18%）癌症類型中 。而且，在這些基因裡面，有120個（19%）至少有一個相關聯的生物標誌物，因此它們成為藥物靶點的可能性要更大一些。
靶點（上面一行）和對應的生物標誌物（下面一行）[1]
（WRN和MSI這對搭檔觸頂了~）
隨後，研究人員又將這628個靶點分成了1、2、3三個組。其中第1組有40個基因，它們要麼是已經有獲批藥物了，要麼是有藥物正在開展臨床研究；第2組有
277個基因，這些目標靶點目前沒有藥物，但有基礎研究證明，它們確實有潛力；第3組包含311個靶點，這些靶點不僅目前沒有在研藥物，甚至連支撐的證據都少有，也就是全新的發現。
拿4個癌種來舉個例子[1]
研究人員為了檢驗研究成果的靠譜程度，從第2組中拎出一個名為WRN靶點，和對應的標誌物MSI做了個小驗證。
結果在細胞水平，以及模式小鼠身上證實，WRN和MSI是一對“合成致死”的好搭檔。“我們這個研究是想找到癌細胞的所有弱點，幫助大家認清癌症，尋找更有效的抗癌靶點。”Mathew J. Garnett表示[3]，“與此同時，我們的這些工具將會免費提供給全世界的腫瘤學家，幫助他們研究更多的腫瘤類型。”（科學家是無私的）
就是這張圖，暗藏WRN和MSI之間的關係[1]
與Garnett和Yusa團隊的出發點不同，Broad Institute的科學家們受到PARP抑制劑合成致死抗癌的啟發，從一開始就認定了MSI是個好標誌物，希望能從癌細胞的基因組中找到與MSI有合成致死效果的新靶點。
他們把目光盯在兩個現成的癌症基因組研究數據庫上。一個叫DepMap，是個CRISPR-Cas9基因敲除數據庫；另一個叫Project DRIVE，是個RNA沉默數據庫。數據都是現成的，放手分析即可。
DepMap是一個很重要的數據庫，大家有必要認識一下（depmap.org）
很快他們就發現，73%存在MSI的癌細胞株系的生存離不開WRN，相反，在沒有MSI的癌細胞系中，WRN被敲除或沉默不影響癌細胞的生長。
這就是典型的抗癌好靶點啊~~
為了進一步證實WRN與MSI之間的合成致死關係，研究人員首先在癌細胞系中沉默WRN的表達，確認了WRN對存在MSI癌細胞的重要性；隨後他們在小鼠模型上證實，抑制WRN可以顯著減緩小鼠MSI癌症的生長。他們還在人體結腸癌衍生腫瘤模型中證實，攜帶MSI的結腸癌對WRN有嚴重的依賴性。
WRN是個好靶點沒跑兒了。
WRN強勢領跑與MSI的關係[2]
話說回來，錯配修復是維持細胞基因組穩定的重要機制，如果錯配修復相關基因發生突變，DNA在複製過程中發生的錯誤就沒有辦法及時修復，MSI就出現了，這也是癌症發生的原因之一。
其實啊，攜帶MSI的癌症患者是有藥可用的，畢竟FDA已經批准PD-1抗體用於MSI腫瘤的治療。不過呢，仍然只有一小部分患者能從中獲益，大部分有MSI的患者對PD-1抗體是不響應的。
而MSI在消化系統腫瘤，尤其是肝癌、胃癌和腸癌，以及子宮內膜癌中佔比是比較高的[7]。因此，還有很大一部分患者的需求沒有得到滿足。
MSI的分佈[7]
這次，WRN的出現，讓這部分患者有了新的希望，而且一旦成藥，使用的伴隨診斷也會非常簡單，普通PCR的方法即可完成檢測。
實際上，幾乎在同一時間，我們之前介紹過的藥物研發公司IDEAYA Biosciences也從DepMap數據庫中發現了WRN與MSI之間的合成致死關係。
如此看來，靶向WRN的合成致死抗癌藥物的出現，只是時間的問題。
除了WRN，另外的幾百個靶點都是新藥研發的寶藏~~
點擊文末“閱讀原文”，認真拜讀原始論文~
更多癌症治療領域的研究進展盡在瞬息：
[1].Fiona M. Behan, Francesco Iorio, et al. Prioritization of cancer therapeutic targets using CRISPR–Cas9 screens[J]. Nature, 2019. DOI：10.1038/s41586-019-1103-9.
[2].Edmond M. Chan, Tsukasa Shibue, James M. McFarland, et al. WRN helicase is a synthetic lethal target in microsatellite unstable cancers[J]. Nature, 2019. DOI：10.1038/s41586-019-1102-x.
[3].https://www.sanger.ac.uk/news/view/new-cancer-drug-targets-accelerate-path-precision-medicine
[4].Hay M, Thomas D W, Craighead J L, et al. Clinical development success rates for investigational drugs[J]. Nature Biotechnology, 2014, 32(1): 40-51. DOI：10.1038/nbt.2786.
[5].Der Meer D V, Barthorpe S, Yang W, et al. Cell Model Passports—a hub for clinical, genetic and functional datasets of preclinical cancer models[J]. Nucleic Acids Research, 2019. DOI：10.1093/nar/gky872.
[6].Iorio F, Knijnenburg T, Vis D J, et al. A Landscape of Pharmacogenomic Interactions in Cancer[J]. Cell, 2016, 166(3): 740-754. DOI：10.1016/j.cell.2016.06.017.
[7].Dudley J C, Lin M, Le D T, et al. Microsatellite Instability as a Biomarker for PD-1 Blockade[J]. Clinical Cancer Research, 2016, 22(4): 813-820. DOI：10.1158/1078-0432.CCR-15-1678.
[8].Kategaya L, Perumal S K, Hager J H, et al. Werner Syndrome Helicase Is Required for the Survival of Cancer Cells with Microsatellite Instability[J]. iScience, 2019. DOI：10.1016/j.isci.2019.02.006.
本文作者 | BioTalker
“CRISPR有力量”
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