解读！如何将药物筛选和CRISPR技术相结合来帮助制造出更好的癌症药物？

一项刊登在国际杂志Molecular Systems Biology上题为“Drug mechanism‐of‐action discovery through the integration of pharmacological and CRISPR screens”的研究报告中，来自英国韦尔-科姆基金会桑格研究所等机构的科学家们通过研究在分子水平上对癌症药物如何发挥作用的进行了最全面的分析，文章中，研究人员将药物反应数据与CRISPR遗传筛选技术结合对数百个癌细胞系进行分析，深入理解了药物如何更加精准地靶向作用癌细胞。

研究者在所检测的397种药物中识别出了50%的药物作用机制，这或许能够帮助改善对药物反应背后的生物学机制的理解，从而就能快速且更加有效地促进新型癌症药物的开发，以及未来针对癌症患者的个体化疗法的开发。从历史上来讲，药物开发的成功率一直很低，仅有不到10%的预期化合物能够进入到临床试验中。

目前研究人员并未在分子水平上完全理解癌症药物是如何杀灭癌细胞的，这就意味着癌症药物或许并不会以研究者的预期来发挥作用，当一种药物被用来靶向作用因DNA发生突变而造成的癌细胞的弱点时，这就会出现一些问题，有些药物会靶向作用多种蛋白，因此其就趋向于对患者的毒性更大，而另一些药物则没有足够的效力，因此其在杀灭癌细胞上并没有任何效果。近些年来，多种新方法就能够帮助改善候选药物的成功率，诸如癌症依赖关系图（Cancer Dependency Map）等项目就能从癌症患者的癌细胞模型中开发出参考合集，同时其还能在实验室中生长并广泛用于研究中，这些细胞模型的其中一种用途就是进行药物筛选，其能够检测抗癌药物的活性从而识别出哪些敏感性特殊癌症会对特殊化合物产生反应。

另一项研究突破就是研究人员能利用CRISPR-Cas9技术来编辑癌细胞系中的基因，通过一个一个关闭基因来测定这些基因对于癌细胞生存的重要性；这项研究中，研究人员首次将CRISPR-Cas9技术与药理学筛选技术结合，对484个癌细胞系进行了397种抗癌化合物的筛选，其中包括FDA批准的癌症药物、临床开发的药物和早期开发的化合物等。通过搜索涵盖484个细胞系的两个数据库之间的关联，研究人员分析了药物敏感性与药物靶点的CRISPR敲除所对应的程度，最终他们识别出了药物反应和基因依赖性之间865个显著的关联。

研究者Emanuel Gonalves表示，破坏一个基因的效果和抑制该基因所产生蛋白质的效果是不一样的，但是，当一种分子通路或功能与药物反应数据集CRISPR筛选数据相关联时，我们就能够更清楚地在分子水平上阐明药物的作用机制，也能清楚地发现药物是否会像我们预期的那样发挥作用了。研究者能够确定进行检测的50%的化合物是如何杀灭癌细胞的，虽然还有一半药物的作用机制目前还不清楚，但这并不意味着这些化合物没有作用，研究人员或许还需要深入研究才能在分子水平上理解这些药物的作用机制。

此外，研究人员还发现了一些令人惊讶的结果，比如在乳腺癌细胞系中发现MCL1和MARCH5基因之间的关联，MCL1经常会在人类癌症中发生改变，而且与化疗的耐受性和癌症复发直接相关，在依赖于MCL1和MARCH5的乳腺癌细胞系中，靶向作用MCL1蛋白来抑制其活性的药物或许要有效得多。深入理解参与其中的分子通路或能帮助研究者理解为何一种药物对一部分患者有效，比如在乳腺癌中MCL1和MARCH5之间的关联就能够揭示研究者并不清楚的一种重要的分子关联，随后还能帮助研究人员理解MCL1蛋白抑制剂的作用机制，以及这些药物会对哪些癌症患者有益。

深入理解药物反应背后的生物学机制以及其背后的基因组特性或能帮助研究人员识别出新型生物标志物、指导药物联合疗法并帮助抵御患者对癌症药物的耐受性；最后研究者Mathew Garnett指出，精准医学研究领域的关键挑战在于理解在特殊患者群体中哪种药物是最有效的，关键的一步就是充分能理解一种药物如何在细胞中发挥作用，通过将药理学技术与CRISPR筛选技术进行结合，研究人员就有望揭示哪种药物能对哪些癌症类型发挥作用，这或许也能将研究更深入地推向精准化癌症研究领域中去。

参考资料：

【1】Drug screens and CRISPR combine to help make better cancer drugs

【2】Helen Dowden et al. Trends in clinical success rates and therapeutic focus, Nature Reviews Drug Discovery (2019). DOI: 10.1038/d41573-019-00074-z

【3】Emanuel Gonçalves et al. Drug mechanism‐of‐action discovery through the integration of pharmacological and CRISPR screens, Molecular Systems Biology (2020). DOI:10.15252/msb.20199405