LMNA-PRKDC轴通过增强DNA修复驱动胶质母细胞瘤化疗耐药性的机制研究

《Cell Death & Disease》：LMNA-PRKDC axis enhances DNA repair and promotes chemoresistance in glioblastoma

胶质母细胞瘤(GBM)对替莫唑胺(TMZ)产生耐药是治疗失败的主要原因。本研究聚焦LMNA-PRKDC轴在DNA损伤修复中的作用，发现该轴通过增强非同源末端连接(NHEJ)修复能力促进TMZ耐药。靶向抑制PRKDC可逆转耐药性，为临床克服GBM化疗耐药提供了新策略。

　　

胶质母细胞瘤(GBM)是成人中最常见且最具侵袭性的原发性脑肿瘤，被称为"癌中之王"。尽管目前的标准治疗方案包括最大范围安全切除、放射治疗和替莫唑胺(TMZ)化疗，但患者的预后仍然极不乐观，中位生存期仅为14-16个月。TMZ作为一种烷化剂，通过诱导DNA双链断裂(DSBs)发挥其细胞毒性作用，然而几乎所有的GBM最终都会对TMZ产生耐药性，导致肿瘤复发。

为什么GBM会对TMZ产生耐药性？这一直是神经肿瘤领域亟待解决的关键科学问题。传统的耐药机制研究如MGMT启动子甲基化状态只能部分解释这一现象，而肿瘤干细胞群体和代谢适应等因素的贡献尚未完全阐明。更关键的是，以往的研究模型往往无法准确模拟临床患者复发肿瘤的真实特性，也难以识别出可操作的靶点来提高治疗效果。

为了解决这些挑战，西北大学芬伯格医学院的研究团队在《Cell Death & Disease》上发表了一项创新性研究。他们开发了一种临床相关的TMZ耐药模型，通过对患者来源的异种移植(PDX)模型进行体内多轮TMZ和放射治疗，成功模拟了GBM的复发过程，为探索耐药机制提供了更可靠的平台。

研究人员主要运用了以下关键技术方法：通过体内连续传代和药物处理构建TMZ耐药的PDX模型(GBM6R)；利用液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)进行无偏倚蛋白质组学分析；采用免疫共沉淀(Co-IP)验证蛋白质相互作用；通过小分子抑制剂KU57788进行PRKDC功能抑制实验；开展单细胞RNA测序(scRNA-seq)分析肿瘤细胞异质性；使用原位异种移植模型进行体内药效验证。

研究结果一：体内生成的复发性GBM重现了治疗耐药表型

通过将亲代患者来源的异种移植系GBM6颅内注射到裸鼠体内，研究人员在肿瘤植活后(通过生物发光成像评估)给予完整的TMZ周期和同步放疗，建立了TMZ耐药的GBM6R模型。体外和体内实验均证实GBM6R对TMZ具有特异性耐药性，但对另一种化疗药物卡莫司汀(BCNU)仍保持敏感性，表明这种耐药性是TMZ特异性的而非全局性的化疗耐药。

研究结果二：复发性GBM的蛋白质组学特征揭示了多个潜在的治疗耐药靶点

大规模无偏倚蛋白质组学分析发现，在TMZ治疗后，耐药性GBM6R中有13种蛋白质显著上调。基因集富集分析(GSEA)识别出"代谢途径"(特别是"脂肪酸代谢")和"非同源末端连接"(NHEJ)在耐药GBM6R中显著富集。其中，PRKDC(编码DNA依赖性蛋白激酶催化亚基)的表达在高级别胶质瘤患者队列中升高，且低PRKDC表达患者生存期显著优于高表达患者。

研究结果三：PRKDC抑制使耐药PDX系对额外TMZ治疗敏感

PRKDC是DNA-PK的催化亚基，与Ku70/Ku80异源二聚体蛋白协同修复DNA双链断裂。TMZ耐药的GBM6R细胞系中PRKDC表达持续升高，且在TMZ暴露后进一步增加。重要的是，使用ATP竞争性DNA-PK抑制剂KU57788可有效抑制PRKDC的磷酸化依赖性激活，并以剂量依赖性方式杀死GBM6和GBM6R细胞。体内实验显示，KU57788与TMZ联合治疗可显著降低GBM6R荷瘤小鼠的风险(HR=0.074)，风险降低达92.6%。

研究结果四：PRKDC在化疗耐药GBM细胞中与LMNA相互作用响应TMZ

免疫沉淀-质谱(IP-MS)分析发现LMNA是PRKDC在TMZ治疗期间的重要结合伴侣。LMNA mRNA和蛋白表达在TMZ治疗期间均显著升高，且在TMZ耐药的GBM6R细胞系中无论TMZ暴露与否均显著高于GBM6。免疫共沉淀分析证实，LMNA与PRKDC的相互作用在GBM6中TMZ治疗期间显著减少，而在GBM6R中显著增加。单细胞RNA测序分析显示，LMNA和PRKDC的共表达在恶性细胞中最高。

研究结果五：LMNA表达通过增强GBM中的DNA修复能力赋予TMZ耐药性

LMNA敲低(KD)使TMZ耐药的GBM6R细胞对TMZ重新敏感，而LMNA过表达(OE)则使三种不同分子亚型的PDX系获得TMZ耐药性。机制上，LMNA通过促进TMZ诱导的γH2AX病灶的解析来增强DNA修复能力。进一步研究发现，LMNA和PRKDC在TMZ耐药的GBM6R系中共同与PARP1相互作用，形成促进DNA修复的复合物。

研究结果六：TMZ治疗期间共表达LMNA和PRKDC的GBM细胞的体内特征

单细胞RNA测序分析发现，12.3%的恶性细胞同时高表达LMNA和PRKDC，且在治疗后肿瘤(PT_TMZ)中达到峰值。这些共高表达细胞富含染色质重塑、分子伴侣和细胞周期/DNA损伤反应(DDR)特征，与缺氧依赖性间充质样GBM(Neftel_MESlike2)特征一致。空间转录组学证实了LMNA和PRKDC在GBM43 PDX中的表达，且TMZ治疗后共表达增加。

研究结论与讨论部分归纳显示，LMNA-PRKDC轴通过增强DNA修复能力驱动GBM对TMZ的化疗耐药。这一机制在多种GBM分子亚型中均得到验证，表明其可能是一种跨亚型的普遍耐药机制。特别值得注意的是，单细胞分析显示LMNA-PRKDC共表达细胞具有神经前体细胞样特征，与胶质瘤干细胞样群体相关，这可能是治疗耐药的关键细胞群体。

该研究的重大意义在于首次揭示了LMNA与PRKDC之间的功能性相互作用在GBM化疗耐药中的核心作用，提出了靶向DNA-PK来逆转TMZ耐药性的治疗新策略。鉴于多种DNA-PK抑制剂(如peposertib、AZD7648)已进入临床测试阶段，这一发现具有直接的临床转化潜力，为未来开展基于生物标志物的临床试验奠定了基础，有望为复发性GBM患者提供新的治疗希望。