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IF 14.5：中國藥科大學李萍/陳君研究團隊首次報道hGLuc-hGSDME-PCA系統篩選抗PDAC藥物的重要價值！

2023年7月20日，中國藥科大學李萍/陳君研究團隊在Acta Pharmaceutica Sinica B（IF 14.5）發表題為“A high-throughput Gaussia luciferase reporter assay for screening potential gasdermin E activators against pancreatic cancer”的文章。研究首次報道了用于高通量篩選潛在抗PDAC的GSDME激活劑的hGLuc-hGSDME-PCA系統，揭示該系統在鑒定引發GSDME依賴性焦亡的化合物和開發有前景的PDAC治療藥物方面具有重要意義。





研究背景

胰腺導管腺癌（PDAC）是胰腺癌的主要類型，占胰腺癌的95%，預后極差且當前治療方法療效有限。研究發現，激活的蛋白酶caspase-3在gasdermin E（GSDME）缺乏的細胞中傾向于誘導細胞凋亡，而在GSDME充足的細胞中傾向于誘導細胞焦亡。據報道GSDME在大多數腫瘤細胞中是沉默的，但其在PDAC細胞中高表達，因而由GSDME介導的細胞焦亡可能是一種潛在的對抗PDAC的創新策略。

研究方法與結果


1. hGLuc-hGSDME-PCA篩選系統的構建和條件優化
正常情況下，GSDME蛋白在細胞質中不具有誘導細胞死亡的活性。然而，當特定刺激觸發caspase-3時，全長GSDME可以被caspase-3切割成GSDME-N和GSDME-C，隨后GSDME-N之間的相互作用促進了焦亡的發生。利用簡單靈敏的GLuc報告基因，作者構建了hGLuc-hGSDME-PCA系統，尋找能夠特異性激活GSDME并導致焦亡的化合物。將臨床治療胰腺癌的多種化合物或已發表的焦亡誘導劑施用于PANC-1細胞，發現sorafenib表現出極好的焦亡誘導效果，并伴隨著細胞膜破裂和caspase-3裂解。隨后，作者在轉染試劑、DNA轉染量、DNA與轉染劑的比例、細胞接種密度等方面對hGLuc-hGSDME-PCA篩選系統進行了優化。
hGLuc-hGSDME-PCA篩選系統的優化

2. Ponatinib和perifosine抑制PDAC細胞的生長
作者利用hGLuc-hGSDME-PCA系統，對FDA批準的抗癌藥物文庫進行篩選，首次發現化合物ponatinib和perifosine可以誘導GSDME的裂解。進一步的分析數據表明ponatinib和perifosine處理均可顯著抑制PDAC細胞系活力，抑制作用具有劑量和時間依賴性。克隆形成實驗和EdU插入實驗證明ponatinib和perifosine抑制PANC-1細胞增殖并提高LDH釋放量。提示ponatinib和perifosine可能是抗PDAC的候選藥物。
Ponatinib和perifosine抑制PDAC細胞增殖，誘導細胞死亡

3. Ponatinib和perifosine通過caspase-3/GSDME途徑觸發PDAC細胞焦亡
Ponatinib和perifosine以劑量依賴性的方式誘導PDAC細胞中caspase-3和GSDME的裂解，同時胞內GSDME傾向定位于細胞膜。免疫印跡實驗表明，與對照組相比，藥物治療后GSDME二聚體和寡聚體條帶明顯增加，證實ponatinib和perifosine不僅能誘導細胞內GSDME的裂解，還能誘導GSDME的寡聚化；此外，PANC-1和BxPC-3細胞經ponatinib或perifosine處理后直接進入annexin V和PI雙陽性階段，說明兩種化合物誘導的是焦亡而不是凋亡。進一步分析表明ponatinib和perifosine主要通過激活caspase-3/GSDME途徑引起PDAC細胞焦亡。
ponatinib和perifosine通過caspase-3/GSDME途徑觸發PDAC細胞焦亡

4. Perifosine和sorafenib抑制異種移植物腫瘤生長，誘導PDAC細胞焦亡
作者利用PANC-1異種移植腫瘤模型，以驗證perifosine在體內的抗PDAC活性，結果表明perifosine以劑量依賴的方式減輕了PANC-1腫瘤負荷，并上調了caspase-3和GSDME的表達，免疫熒光圖像也證實perifosine提高了腫瘤組織細胞中cleaved caspase-3的蛋白水平。重要的是，作者首次發現sorafenib也通過焦亡對胰腺癌產生類似的抑制作用，表明perifosine和sorafenib可能通過誘導GSDME介導的焦亡來抑制PDAC腫瘤的體內生長。最后，作者將AAV-shGSDME或AAV-shC注射到PANC-1 GSDME WT細胞形成的皮下腫瘤中，以降低腫瘤組織中GSDME的表達，結果顯示瘤內敲低GSDME后，perifosine對PANC-1異種移植腫瘤生長的抑制作用大大減弱。此外，經perifosine處理的AAV-shC組血清LDH水平、GSDME-N和cleaved caspase-3水平均顯著升高，并在敲低GSDME后得到逆轉。表明GSDME依賴性焦亡在perifosine治療PDAC中起關鍵作用。
Perifosine和sorafenib抑制異種移植物腫瘤生長，誘導PDAC細胞焦亡

小結

綜上所述，hGLuc-hGSDME-PCA系統是一種定量、高通量鑒定化療藥物致細胞焦亡活性的有力工具。基于該系統篩選出的抗癌藥物ponatinib和perifosine，通過caspase-3/GSDME途徑促進PDAC細胞的焦亡，從而抑制胰腺癌進展。研究結果強調了hGLuc-hGSDME-PCA系統在開發抗PDAC藥物中的重要性。

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