《npj Precision Oncology》：Multi-omics profiling identifies triciribine as a biomarker-guided antimetabolite therapy for acute lymphoblastic leukemia
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急性淋巴细胞白血病（ALL）展现出分子和代谢异质性，限制了治疗效果。尽管抗代谢药物仍是ALL治疗的核心，但决定治疗敏感性和耐药性的因素尚未完全阐明。本研究利用整合的磷酸化蛋白质组学（phosphoproteomics）、热蛋白质组分析（thermal prot
急性淋巴细胞白血病（ALL）展现出分子和代谢异质性，限制了治疗效果。尽管抗代谢药物仍是ALL治疗的核心，但决定治疗敏感性和耐药性的因素尚未完全阐明。本研究利用整合的磷酸化蛋白质组学（phosphoproteomics）、热蛋白质组分析（thermal proteome profiling）和定量蛋白质组学（quantitative proteomics），在多种ALL模型中研究了嘌呤类似物三环核苷（triciribine, TCN）的活性及分子响应图谱。TCN在ALL细胞系中显示出强效细胞毒性，其药物响应谱与经典的PI3K–Akt–mTOR抑制剂截然不同。早期磷酸化蛋白质组学未发现Akt通路信号的一致抑制，反而观察到若干Akt相关读数的瞬时激活以及细胞周期蛋白依赖性激酶（cyclin-dependent kinase）信号的抑制。单磷酸化代谢物TCN-P是主要的细胞内活性形式，而腺苷激酶（adenosine kinase, ADK）是TCN-P生成及细胞毒性的必要条件。蛋白质组整体溶解度改变（Proteome Integral Solubility Alteration, PISA）分析鉴定出涉及核苷酸代谢、DNA复制和蛋白质合成的候选TCN-P相互作用，这些作用与嘌呤生物合成受损、DNA损伤、翻译应激及细胞周期扰动相关联。在ALL细胞系和原代样本中，ADK水平与TCN敏感性呈正相关，支持ADK依赖性代谢是治疗响应的主要决定因素。综上，这些发现将TCN鉴定为一种经代谢激活的、具有广泛抗代谢活性的抗白血病药物，并提名ADK作为ALL精准治疗的潜在预测性生物标志物。
研究背景、现存问题与研究目的
急性淋巴细胞白血病（ALL）是一种侵袭性血液恶性肿瘤，其广泛的遗传和表观遗传异质性导致分子特征、细胞行为和对治疗的反应差异显著。尽管化疗方案取得了进展，但治疗反应的可变性和毒性，尤其是在复发/难治性疾病中，仍然是重大挑战。抗代谢药物是ALL治疗的基石，但其疗效的决定因素尚不完全清楚。三环核苷（triciribine, TCN）作为一种嘌呤类似物，最初被描述为Akt信号通路的直接抑制剂，但临床前和临床证据表明，其细胞活性远超经典的PI3K–Akt–mTOR通路抑制剂，且对Akt通路激活状态的预测价值有限。因此，TCN的作用机制存在模糊性，它既不严格符合经典核苷类似物的范畴，也不完全等同于靶向激酶抑制剂。为了阐明TCN在ALL中发挥抗白血病活性的分子过程和通路，需要采用无偏见的、系统层面的方法进行研究。
研究方法与技术
研究人员采用了多种互补的蛋白质组学策略来表征TCN在ALL模型中的细胞响应。主要技术包括：
- 1.
磷酸化蛋白质组学（Phosphoproteomics）：用于分析TCN处理后早期（15分钟至6小时）的激酶信号网络变化。
- 2.
蛋白质组整体溶解度改变（Proteome Integral Solubility Alteration, PISA）分析：一种基于热蛋白质组分析的技术，用于在全蛋白质组范围内识别TCN-P（TCN的单磷酸化活性形式）的候选相互作用蛋白。
- 3.
定量蛋白质组学（Quantitative Proteomics）：用于评估TCN处理6小时和24小时后蛋白质丰度的动态变化。
- 4.
细胞热转变分析（Cellular Thermal Shift Assay, CETSA）：用于验证PISA鉴定的候选靶点与药物的结合。
此外，研究人员还利用了来自FORALL数据库的43种儿童ALL细胞系的药物敏感性数据和蛋白质组数据，以及PRISM药物重定位数据集进行验证。临床相关性验证使用了10例原代B细胞前体-ALL（BCP-ALL）样本和27例急性髓系白血病（AML）患者样本。
研究结果
三环核苷（Triciribine）表现出抗白血病活性及其与Akt抑制剂不同的响应谱
通过分析43种ALL细胞系的药物敏感性数据，研究人员发现TCN的药物响应谱与经典的Akt抑制剂（如afuresertib、ipatasertib）截然不同，二者之间无相关性。在ALL细胞系中，TCN表现出选择性抗白血病活性，其选择性药物敏感性评分（sDSS）高于大多数PI3K–Akt–mTOR通路抑制剂。免疫印迹分析显示，即使在PTEN缺失、Akt组成性激活的P12-ICHIKAWA细胞中，TCN也未能持续抑制Akt的磷酸化，反而在某些时间点诱导了Akt的瞬时磷酸化。
磷酸化蛋白质组学分析揭示三环核苷（Triciribine）处理后CDK活性受抑及mTOR和MAPK信号激活
在四种代表不同谱系、免疫表型和敏感性的ALL细胞系中进行的时间序列磷酸化蛋白质组学分析表明，TCN处理后，已知的Akt底物的磷酸化水平普遍升高。激酶-底物富集分析（KSEA）显示，所有四种细胞系中，细胞周期相关激酶CDK1、CDK2和CDK4的活性均受到一致抑制。相反，mTOR通路（mTOR、RPS6KB1）和MAPK信号通路（MAPKAPK2、MAPK8/9、RPS6KA1）的激酶活性则被激活。Akt1的活性在早期时间点短暂增加，后期在某些模型中降低。这些结果表明，TCN并未引起Akt通路信号的一致抑制，而是诱导了可重复的、共享的早期磷酸化蛋白质组响应，其特征是CDK抑制以及mTOR和MAPK相关信号的激活。
PISA分析在全蛋白质组层面鉴定出候选的三环核苷（Triciribine）相互作用蛋白
研究人员确认TCN-P是ALL细胞内的主要活性形式，且其生成依赖于腺苷激酶（ADK）。PISA分析鉴定出199个高置信度的候选TCN-P相互作用蛋白。ADK是TCN和TCN-P处理后的首要候选靶点，并通过CETSA得到验证。基因本体论（GO）富集分析显示，这些候选蛋白富集于核苷磷酸生物合成过程、DNA复制、RNA相关过程、蛋白质翻译、蛋白质折叠和细胞周期相关过程等多个生物学通路。这表明TCN-P并非作用于单一靶点，而是同时干扰多个细胞系统。
三环核苷-P（TCN-P）在ALL-SIL细胞中作用于多条代谢和生物合成通路并诱导广泛的细胞应激反应
PISA分析鉴定出的候选相互作用蛋白涉及从头和补救性嘌呤生物合成（如ADK、APRT、PRPS等）、DNA复制与修复（如MCM复合体组分、RIF1、MRE11）等通路。TCN处理早期即诱导了γ-H2AX（DNA损伤标志物）的产生和随后的PARP切割（凋亡标志物）。定量蛋白质组学分析显示，TCN处理导致通路水平的协调变化，包括嘌呤生物合成和蛋白质翻译的抑制，以及DNA损伤应答、蛋白毒性应激等通路的激活。
ADK丰度与三环核苷（Triciribine）敏感性相关，跨ALL模型的比较蛋白质组学凸显了与敏感性相关的响应程序
在43种ALL细胞系中，ADK的基线蛋白丰度与TCN敏感性（sDSS）的相关性最强。在ADK高表达的ALL-SIL细胞中，TCN-P的最大细胞内浓度远高于ADK低表达的P12-ICHIKAWA细胞。增加细胞外TCN浓度无法克服低ADK水平导致的DNA损伤和凋亡响应不足。比较蛋白质组学分析显示，所有细胞系都共享一些应激响应（如未折叠蛋白反应），但在敏感模型中，有丝分裂和增殖程序的抑制更为明显；而在不敏感模型中，适应性应激和生存相关通路（如mTORC1、KRAS信号）的诱导更强。
ADK水平与临床样本中对三环核苷（Triciribine）反应的关联
在原代BCP-ALL样本的离体实验中，较高的ADK mRNA水平与较低的TCN曲线下面积（AUC，即更高的敏感性）显著相关。在AML样本中也观察到类似的趋势，即ADK蛋白丰度高的样本对TCN更敏感。
讨论与结论
本研究表明，TCN在ALL中并非主要通过即时和直接的Akt抑制发挥作用，而是作为一种多效性抗代谢物，通过其活性代谢物TCN-P同时干扰核苷酸代谢、DNA复制、蛋白质合成等多条通路，引发广泛的生物合成应激和细胞毒性。ADK是TCN活性的关键决定因子，其丰度决定了细胞内TCN-P的最大积累量，从而影响下游应激的强度。虽然ADK水平是TCN敏感性的主要预测指标，但下游细胞的适应性响应能力也参与调节最终疗效。在不敏感的细胞中，mTORC1、KRAS等适应性存活通路的激活可能构成耐药机制。这些发现将ADK确立为一个合理的候选生物标志物，用于指导TCN在ALL及其他血液系统恶性肿瘤中的精准治疗应用。未来的临床开发应考虑基于ADK表达进行患者分层，并探索合理的联合用药策略。
