癌症的药物研发和治疗又迎来重要进展。
由Mathew J. Garnett和Kosuke Yusa领衔的Wellcome Sanger Institute团队[1]，利用CRISPR-Cas9基因编辑技术，敲掉了横跨30个癌种的324种癌细胞系中的18,009个基因。这工作量简直没谁了~
这也是科学家首次实现从基因组规模的水平上，以数据驱动的方式，寻找有效的抗癌靶点。
▲ Mathew J. Garnett（左）和Kosuke Yusa（右）（来源：sanger.ac.uk）
重要的是，他们的巨大工作量让癌细胞彻底暴露了自己的弱点，数千个癌细胞生长不可或缺的基因被发现，其中628个基因是非常有潜力的抗癌靶点。他们还基于自己开发的评价体系，给这628个基因评了优秀等级，还俨然一个“癌细胞死亡名单”（别急，后面会公布）。
而由Adam J. Bass和Francisca Vazquez领导的另一支研究团队[2]，则基于两个大型数据库，专门给MSI（微卫星不稳定）找“合成致死”的基因。
结果与WRN基因（编码一种DNA螺旋酶）不期而遇。而且他们还在小鼠模型中证实了WRN和MSI之间的合成致死抗癌效果。与Garnett和Yusa团队的发现暗合。
▲ Adam J. Bass（来源：dana-farber.org）
癌症是威胁人类生命健康数一数二的杀手，每年威胁千万人的生命健康。
虽然人类已经与癌症斗争了数千年，但我们治疗癌症的方法依然有限。作为主要的治疗方法，手术、放疗、化疗、靶向治疗和免疫治疗的效果依然有限，有大量的患者对治疗不响应。
而新药的研发又困难重重。由于科学家目前对癌症了解仍然十分有限，这也导致科学家很难找到有效的治疗靶点。
这个难度有多大，我们看两个数据就知道了。据统计，每开发一个抗癌新药耗资10-20亿美元[3]，即便如此，仍有90%以上的化合物倒在临床研究阶段[4]。在设计合成药物之前，找到一个合适的靶点显得尤为重要。
这一点，我们做的显然还是不够。
▲ Francisca Vazquez（来源：broadinstitute.org）
不过科技的发展给我们带来了新的机遇，尤其是CRISPR基因编辑技术的诞生。近年来，在全世界科学家的不懈努力之下，CRISPR不断被升级和改进。
“CRISPR是一个非常强大的工具，5年之前无论如何也做不到今天这个规模和精度，今天的CRISPR基因编辑技术给我们一个绝佳的机会，去开发抗癌新药。”Kosuke Yusa表示[3]。
正是瞅准了这个机会，Wellcome Sanger Institute才联合GSK，EMBL-EBI，Open Targets等研究机构的科学家，联合开展了这项CRISPR筛选抗癌靶点的研究，这也是全球范围内规模最大的几个同类研究之一。
▲ CRISPR基因编辑示意图（来源：michelsonmedical.org）
既然要干，那就干脆干票大的。
为了找到那些癌细胞生长必需，且不影响正常细胞的关键基因，研究团队采取了广撒网的策略。
他们累计用CRISPR-Cas9干掉了18009个基因，这些基因分布在19个组织的30个癌症类型的324个癌细胞系中。这些癌细胞系有个特点，基因组都被高度注释[5]，基本囊括了癌细胞的分子特征[6]。
▲ 看上去就贼复杂的实验过程[1]
经过初步的筛查，他们确实得到了不少目标基因，不过初步的结果并不能告诉科学家哪些基因更适合作为抗癌靶点。
因此，他们又开发了一个计算框架，这个框架整合了多个证据线，为每个基因分配了一个范围从0到100的优先级分数。经过进一步的分析，排除那些有潜在毒性的靶点，科学家终于生成了一个包含628个基因的“猎杀癌细胞基因名单”。
▲ ”死亡名单“[1]（看看有多少老朋友）
其中有457（74%）个只出现在一种（56%）或两种（18%）癌症类型中。而且，在这些基因里面，有120个（19%）至少有一个相关联的生物标志物，因此它们成为药物靶点的可能性要更大一些。
▲ 靶点（上面一行）和对应的生物标志物（下面一行）[1]（WRN和MSI这对搭档触顶了~）
随后，研究人员又将这628个靶点分成了1、2、3三个组。其中第1组有40个基因，它们要么是已经有获批药物了，要么是有药物正在开展临床研究；第2组有277个基因，这些目标靶点目前没有药物，但有基础研究证明，它们确实有潜力；第3组包含311个靶点，这些靶点不仅目前没有在研药物，甚至连支撑的证据都少有，也就是全新的发现。
▲ 拿4个癌种来举个例子[1]
研究人员为了检验研究成果的靠谱程度，从第2组中拎出一个名为WRN靶点，和对应的标志物MSI做了个小验证。结果在细胞水平，以及模式小鼠身上证实，WRN和MSI是一对“合成致死”的好搭档。
“我们这个研究是想找到癌细胞的所有弱点，帮助大家认清癌症，寻找更有效的抗癌靶点。”Mathew J. Garnett表示[3]，“与此同时，我们的这些工具将会免费提供给全世界的肿瘤学家，帮助他们研究更多的肿瘤类型。”（科学家是无私的）
▲ 就是这张图，暗藏WRN和MSI之间的关系[1]
与Garnett和Yusa团队的出发点不同，Broad Institute的科学家们受到PARP抑制剂合成致死抗癌的启发，从一开始就认定了MSI是个好标志物，希望能从癌细胞的基因组中找到与MSI有合成致死效果的新靶点。
他们把目光盯在两个现成的癌症基因组研究数据库上。一个叫DepMap，是个CRISPR-Cas9基因敲除数据库；另一个叫Project DRIVE，是个RNA沉默数据库。数据都是现成的，放手分析即可。
▲ DepMap是一个很重要的数据库，大家有必要认识一下（depmap.org）
很快他们就发现，73%存在MSI的癌细胞株系的生存离不开WRN，相反，在没有MSI的癌细胞系中，WRN被敲除或沉默不影响癌细胞的生长。
这就是典型的抗癌好靶点啊~~
为了进一步证实WRN与MSI之间的合成致死关系，研究人员首先在癌细胞系中沉默WRN的表达，确认了WRN对存在MSI癌细胞的重要性；随后他们在小鼠模型上证实，抑制WRN可以显著减缓小鼠MSI癌症的生长。他们还在人体结肠癌衍生肿瘤模型中证实，携带MSI的结肠癌对WRN有严重的依赖性。
WRN是个好靶点没跑儿了。
▲ WRN强势领跑与MSI的关系[2]
话说回来，错配修复是维持细胞基因组稳定的重要机制，如果错配修复相关基因发生突变，DNA在复制过程中发生的错误就没有办法及时修复，MSI就出现了，这也是癌症发生的原因之一。
其实啊，携带MSI的癌症患者是有药可用的，毕竟FDA已经批准PD-1抗体用于MSI肿瘤的治疗。不过呢，仍然只有一小部分患者能从中获益，大部分有MSI的患者对PD-1抗体是不响应的。
而MSI在消化系统肿瘤，尤其是肝癌、胃癌和肠癌，以及子宫内膜癌中占比是比较高的[7]。因此，还有很大一部分患者的需求没有得到满足。
▲ MSI的分布[7]
这次，WRN的出现，让这部分患者有了新的希望，而且一旦成药，使用的伴随诊断也会非常简单，普通PCR的方法即可完成检测。
实际上，几乎在同一时间，我们之前介绍过的药物研发公司IDEAYA Biosciences也从DepMap数据库中发现了WRN与MSI之间的合成致死关系。
如此看来，靶向WRN的合成致死抗癌药物的出现，只是时间的问题。
参考资料：
[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”
2020年化学诺贝尔，用CRISPR-Cas9基因编辑技术，敲掉了横跨30个癌种的324种癌细胞系中的18,009个基因。这工作量简直没谁了