联合抑制酪蛋白激酶II和MAPK信号通路作为转移性结直肠癌的治疗策略

Combined casein kinase II and MAPK signalling inhibition as a therapeutic strategy for metastatic colorectal cancer

作者信息Mattia Marinucci, Federico Donà, Gina F Boot, Cinzia Esposito, Elenia Toccafondi, Daniela Liberati, Andrej Benjak, Lara Zaidi, Melania Lazzari, Giulia Milardi, Karolina Guja-Jarosz, Miriam Cieri, Huiche Feng, Mairene Coto-Llerena, Raoul A Droeser, Savas D Soysal, Otto Kollmar, Guido Torzilli, Antonino Spinelli, Luigi M Terracciano, Charlotte K Y Ng, Salvatore Piscuoglio
PMID42989420
发布时间2026-11-05
DOI10.1186/s40164-026-00855-4

实验完整度

高

包含患者组织(磷酸化)蛋白质组、PDO模型、离体药物筛选、Western blot功能验证及独立PDO队列验证

主要模型

mCRC肝转移组织及其匹配的患者来源类器官(PDO) 正常结肠黏膜组织及正常结肠PDO 独立验证队列的6例mCRC肝转移PDO CRC细胞系HT-29、CaCo2、HCT-116

重点核对

mCRC PDO队列(n=9)及独立验证PDO队列(n=6)的分组与药物处理 silmitasertib浓度10 µM,trametinib浓度30 nM 处理后检测时间:细胞活力4天,Western blot及流式检测前处理24小时 药物相互作用使用SynergyFinder 3.0的Bliss、HSA、Loewe、ZIP模型计算 正常结肠PDO作为毒性对照

摘要

背景:转移性结直肠癌(mCRC)因耐药性的出现仍是重大临床挑战,亟需新的治疗策略。蛋白质组的异常调控驱动癌症进展,解析这些改变为靶向干预提供了机会。我们旨在识别mCRC中候选的激酶依赖性,并在患者来源模型中检验一种合理的联合策略。方法:我们对10例mCRC组织、其匹配的患者来源类器官(PDO)及正常结肠黏膜进行了蛋白质组和磷酸化蛋白质组分析,并结合全外显子组测序。通过激酶-底物富集分析推断激酶活性。在PDO队列和正常结肠PDO中,通过离体药物筛选、蛋白质印迹、流式细胞术和药物相互作用分析,评估了Silmitasertib介导的酪蛋白激酶II(CKII)抑制单用及与MEK抑制剂trametinib联合的效果。结果:PDO重现了匹配肿瘤的分子特征。组织和PDO均显示持续升高的CKII活性。Silmitasertib表现出异质性抗肿瘤活性,耐药性与MAPK和Akt-mTOR信号活性相关。Silmitasertib与trametinib联合对这两个耐药相关通路产生叠加性降低,而对正常结肠PDO的活力影响很小。该联合还显著降低了CKII活性、活性β-catenin的丰度及结直肠癌干细胞池。结论:磷酸化蛋白质组分析将CKII鉴定为mCRC的治疗脆弱点,并为联合silmitasertib与MEK抑制提供了依据,提供了一种候选联合策略。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
识别mCRC中候选的激酶依赖性,并检验基于磷酸化蛋白质组数据的合理联合治疗策略。
核心机制
CKII在mCRC中持续高活性;CKII抑制后MAPK和Akt-mTOR信号的维持与耐药相关,联合MEK抑制trametinib可叠加性抑制这两条通路,并降低CKII活性、活性β-catenin水平及结直肠癌干细胞池。
主要证据
10例mCRC组织及匹配PDO的(磷酸化)蛋白质组与全外显子组测序、KSEA分析、PDO离体药物筛选、Western blot、流式细胞术及独立6例PDO验证队列显示联合处理降低细胞活力。
研究意义
磷酸化蛋白质组分析将CKII鉴定为mCRC的治疗脆弱点,为silmitasertib联合MEK抑制提供了依据,提供了一种候选联合策略,但需进一步在临床前体内模型和临床环境中验证。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

mCRC PDO建立与分子特征验证

建立能代表mCRC肿瘤的离体模型并验证其分子保真性。

从10例mCRC肝转移组织建立PDO,进行H&E、IHC(CDX2、CK20)、微卫星状态检测,并对8例肿瘤及匹配PDO行全外显子组测序。

2

(磷酸化)蛋白质组分析与CKII活性鉴定

识别mCRC组织和PDO中异常调控的激酶活性。

对10例mCRC组织、匹配PDO及6例正常结肠组织进行蛋白质组和磷酸化蛋白质组分析,通过KSEA推断激酶活性。

3

silmitasertib单药在PDO中的抗肿瘤活性及机制评估

评估CKII抑制在mCRC PDO中的抗肿瘤效果及细胞周期、DNA损伤和凋亡影响。

在mCRC PDO和正常结肠PDO中进行离体药物筛选,检测细胞活力、CKII底物磷酸化、细胞周期(DAPI流式)、γ-H2AX和PARP切割(Western blot)。

4

MAPK和Akt-mTOR信号与silmitasertib疗效的关联分析

探究可能限制silmitasertib疗效的平行信号通路。

将(磷酸化)蛋白质组数据与silmitasertib疗效进行相关性分析,并用Western blot检测ERK1/2、Akt、S6活性。

5

silmitasertib与trametinib联合在PDO中的效果评估

检验联合抑制CKII和MEK是否增强抗肿瘤活性并抑制耐药相关通路。

在mCRC PDO中进行联合药物筛选,计算药物相互作用,检测CKII信号、S6、ERK1/2、PARP切割和caspase-3/7活性,并在独立PDO队列中验证细胞活力。

6

联合处理对Wnt/β-catenin信号和癌症干细胞池的影响

评估联合处理是否影响mCRC的干细胞特性。

Western blot检测活性β-catenin,流式细胞术检测CD44+CD133+和CD44-CD133-细胞比例,RT-qPCR检测Wnt靶基因LGR5、OLFM4、AXIN2。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
HistoGelThermo Fisher Scientific12006679
Quick-DNA/RNA试剂盒Zymo ResearchD7003
PowerUp SYBR GreenApplied Biosystems--
Agilent SureSelect人全外显子V6试剂盒Agilent--
CellTiter-GloPromega--
CellTiter-Glo 3DPromega--
D300e数字分配器Tecan--
Odyssey红外成像系统LI-COR--
CytoFLEX流式细胞仪Beckman Coulter--
Caspase-Glo 3/7 3D检测Promega--
Varioskan LUX读板仪Thermo Scientific--
Orbitrap Fusion Lumos质谱仪Thermo Fisher Scientific--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
PDO建立与培养
PDO培养基:CRC特异性培养基;正常结肠PDO使用IntestiCult media(Stemcell Technologies);正常结肠PDO在所有实验中使用分化状态;文中未明确说明具体培养时间及传代次数。
阅读提示:Materials and methods中Patient-derived organoid generation and passaging小节及Additional file 1
药物处理与细胞活力检测
silmitasertib 10 µM和30 µM;trametinib 30 nM;everolimus 10 µM;ZSTK-474 10 µM;DMSO终浓度0.1%;PDO在Matrigel中培养至可见后换含药培养基,处理4天后检测;细胞系处理72小时后检测;实验至少三次重复,每次三复孔。
阅读提示:Materials and methods中Drug treatment on CRC PDO and cell lines小节及Fig. 5图注
Western blot检测
一抗过夜4°C孵育;荧光二抗(LI-COR Biosciences);以β-actin或GAPDH为内参;蛋白活性以磷酸化/总蛋白比值计算。
阅读提示:Materials and methods中Immunoblotting小节及Additional file 2
流式细胞术检测细胞周期和干细胞标志物
silmitasertib 10 µM、trametinib 30 nM处理24小时;DAPI染色检测DNA含量;APC-anti-CD133和AF488-anti-CD44染色;CytoFLEX采集,FlowJo 10.10分析。
阅读提示:Materials and methods中Flow cytometry analysis小节及Additional file 2
联合药物相互作用分析
使用SynergyFinder 3.0,Bliss、HSA、Loewe和ZIP模型;Bliss评分-10至+10为叠加,>10为协同,<-10为拮抗;部分PDO中相互作用类型随浓度变化。
阅读提示:Materials and methods中Drug treatment on CRC PDO and cell lines小节及Fig. 5D、Additional file 4