靶向ATG4B的小分子化合物与TKI联合治疗BCR-ABL+白血病的实验研究

BCR-ABL encodes tyrosine kinase, which initiates human chronic myeloid leukemia (CML) and acute lymphoid leukemia (BCR-ABL+ ALL). Tyrosine kinase inhibitors (TKIs), such as imatinib mesylate (IM) improve the treatment of these diseases, but not a cure yet. Recently, we have demonstrated that core autophagy protease ATG4B is a novel biomarker and therapeutic target of CML stem/progenitor cells. To translate this novel finding, we have identified inhibitors against ATG4B, which alone and in combination with TKI inhibits the growth of CML cells, BV173 cells (originated from an ALL patient) and TKI resistant cells, however does not affect normal hematopoietic cells. Thus this investigation will test the hypothesis that the combined suppression of BCR-ABL activity and ATG4B-mediated survival pathways by new ABL and ATG4B inhibitors in BCR-ABL+ LSCs and BCR-ABL-mutant cells may present a novel therapeutic approach to overcome TKI-resistance in BCR-ABL+ human leukemia. The aims of this project are: (1) To investigate the comparative ability of new TKIs and ATG4B inhibitors in combination to inhibit the growth of BCR-ABL+ LSCs, including primitive quiescent cells in vitro. (2) To investigate the ability of new TKIs and ATG4B inhibitors in combination to inhibit the growth of BCR-ABL+ LSCs and block leukemia development in vivo. This study will provide important insight into whether combination therapies to target BCR-ABL and ATG4B-mediated autophagy survival pathways may be more effective against BCR-ABL+ LSCs and in overcoming TKI-resistance in CML and ALL.

BCR-AB酪氨酸激酶能诱发慢性髓细胞白血病（CML）和部分急性淋系白血病（ALL）。激酶抑制剂（TKI）能改善治疗，但尚无法单独治愈疾病。我们发现细胞自噬关键蛋白酶ATG4B是CML干/祖细胞的新治疗靶标，但如何转化该重要理论发现仍面临严峻挑战。预研中获得ATG4B抑制剂，单独或与TKI（如Imatinib或Dasatinib）联合使用能抑制TKI耐受细胞。本项目将分离CML（慢性期Imatinib耐受、加速/急变期）、ALL（BCR-ABL+）患者的成熟细胞、祖细胞、干细胞和静止期CD34+细胞，由ATG4B抑制剂和TKI两类药物单独或其组合处理后，检测细胞活性、周期、凋亡、自噬 、集落生成和长期培养起始细胞能力等的变化；还使用NSG小鼠异种移植模型评价这两类药物及其组合的疗效和停药后的长期效果。有望为通过抑制自噬和BCR-ABL存活通路清除白血病干细胞的新治疗策略提供实验和理论依据。

融合基因BCR-ABL的形成是慢性髓细胞白血病（CML）和部分急性B-淋巴细胞白血病（B-ALL）的主要诱因，针对BCR-ABL蛋白的特异性酪氨酸激酶抑制剂（TKI，如伊马替尼，IM）已大大改善慢性期CML患者的治疗，甚至少数患者获得治愈。然而，仍有部分患者受累于疾病复发和药物耐受，这与BCR-ABL+白血病干细胞具有内在的药物耐受能力、抑制BCR-ABL活性不能有效诱发这些细胞的凋亡密切相关。因此，亟待鉴定新的治疗靶标并开发新治疗药物与TKI进行联合治疗。前期工作中鉴定到自噬核心蛋白ATG4B是CML干/祖细胞的新治疗靶，本项目致力于评价ATG4B的小分子化合物单独或与TKI联合使用在体内外抑制BCR-ABL+白血病细胞的效能。我们的研究发现ATG4B的小分子抑制剂LV-320能有效抑制细胞的自噬流，并抑制K562细胞和IM耐受的K562细胞的生长；LV-320与TKI联合使用能较单药更有效地抑制白血病干/祖细胞活性，而这中细胞杀伤效应对白血病细胞相对特异，但对正常对照细胞影响较小；使用NSG小鼠的异种移植模型，也发现LV-320与TKI联合使用能较单药更有效地抑制白血病细胞的体内生长。综上，本项目的研究证实ATG4B是改善BCR-ABL+白血病细胞的一个新靶标，以LV-320为基础的化合物优化可能会实现在临床中应用靶向ATG4B改善这类疾病的治疗。