AbMole详解:Temozolomide（TMZ）的作用机理及在肿瘤研究中的应用
Temozolomide（替莫唑胺，TMZ，AbMole，M2129）是一种具有口服活性的DNA损伤诱导剂，它能够穿透血脑屏障，这使其在中枢神经系统相关肿瘤的研究中具有独特优势。AbMole为全球科研客户提供高纯度、高生物活性的抑制剂、细胞因子、人源单抗、天然产物、荧光染料、多肽、靶点蛋白、化合物库、抗生素等科研试剂，全球大量文献专利引用。
一、Temozolomide的作用机理
1. DNA修饰
Temozolomide（TMZ，AbMole，M2129）在体内通过非酶促化学转化生成活性代谢产物5-(3-甲基三嗪-1-基)咪唑-4-羧酰胺（MTIC）。MTIC会引起DNA的多种损伤，其中最重要的是鸟嘌呤的O6位点的甲基化（O6-MeG）。虽然O6-MeG的发生频率最低，但它对Temozolomide的细胞毒性至关重要[1]。除了O6-MeG，MTIC还会在鸟嘌呤的N7位点和腺嘌呤的N3位点产生甲基化损伤。这些损伤通常由多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶（PARP）修复，不会直接导致细胞毒性，因此TMZ可与PARP抑制剂联用，进一步增强抗肿瘤效果。
2. 与Temozolomide有关的两种DNA修复途径
正常细胞中，Temozolomide（替莫唑胺，AbMole，M2129）造成的O6-MeG可以通过O6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶（MGMT）直接修复，从而恢复成鸟嘌呤，因此MGMT可抵消Temozolomide的细胞毒性。但是在MGMT缺失的细胞中，O6-MeG在DNA复制过程中会与胸腺嘧啶错误配对，而不是与胞嘧啶配对。这会激活DNA错配修复（MMR）途径，该途径会识别并切除子链上的胸腺嘧啶，但是O6-MeG仍保留在模板链上。这种无效的修复循环会导致DNA大量切除，最终引发细胞凋亡。如果细胞缺乏MMR，即使MGMT缺失，细胞也不会检测到烷基化损伤，因此对Temozolomide产生耐受性。
3. Temozolomide敏感性预测
MGMT基因启动子的甲基化是预测Temozolomide（TMZ，AbMole，M2129）敏感性的重要生物标志物，MGMT启动子甲基化的肿瘤通常对Temozolomide更敏感，因为MGMT的表达被抑制，从而减少了O6-MeG的修复。此外也可以通过转录组测序技术检测MGMT的表达。另外一方面，MMR表达也是预测Temozolomide敏感性的重要因素。
图1. Temozolomide的作用机理和肿瘤细胞敏感性预测[1]
二、Temozolomide的研究应用
1. 中枢神经系统肿瘤研究
Temozolomide（TMZ，替莫唑胺，AbMole，M2129）在中枢神经系统肿瘤的研究中展现出显著的抑制效果。例如，在胶质母细胞瘤（GBM）动物模型中，Temozolomide可显著抑制肿瘤的生长，提高生存率。此外，Temozolomide还被用于研究脑转移瘤。并且，Temozolomide对卵巢癌、结直肠癌、黑色素瘤等也有较好的抑制活性。Temozolomide可联合多种抑制剂或人源化单抗抑制上述肿瘤的进展[2]。2014年，AbMole的两款抑制剂分别被西班牙国家心血管研究中心和美国哥伦比亚大学用于动物体内实验，相关科研成果发表于顶刊 Nature 和 Nature Medicine。
2. Temozolomide与免疫调节
Temozolomide（TMZ，AbMole，M2129）不仅具有直接的抗肿瘤效果，还具有显著的免疫调节活性。Temozolomide通过诱导肿瘤细胞死亡，释放肿瘤抗原，这些抗原可以被树突状细胞摄取并通过MHC I类分子呈递给T细胞，这一过程称为交叉激活。此外，Temozolomide对树突状细胞的直接影响较小，但低剂量的Temozolomide可以增强树突状细胞的成熟和功能，从而提高抗原呈递效率。此外，在大鼠 GBM 模型的实验中低剂量的Temozolomide持续给药（如0.5 mg/kg/天，持续21天）可以选择性地耗尽Tregs，并抑制其免疫抑制活性[3]。
三、范例详解
1. Cell. 2019 Jun 13;177(7):1903-1914.e14.
斑马鱼具有高繁殖率、低饲养成本、光学透明性以及能够进行高通量药物和肿瘤进化研究的优点。然而，之前在斑马鱼中移植人类肿瘤的研究存在局限性，如移植细胞数量有限、无法在生理温度下培养、无法进行长期观察等。在上述文章中，研究团队开发了一种透明的、免疫缺陷的斑马鱼模型（prkdc−/−, il2rga−/−），这种模型能够在37°C下成功移植多种人类肿瘤，并允许对单个移植细胞的动态行为进行可视化分析。本文用了由AbMole提供的Temozolomide（TMZ，AbMole，M2129）作为DNA损伤与Olaparib（AZD2281，AbMole，M1664）联合使用，显示出对横纹肌肉瘤（RMS）斑马鱼移植模型的有效抑制[4]。
图2. 斑马鱼移植瘤模型和基于Olaparib和Temozolomide的联合抑瘤研究[4]
2. Sci Adv. 2022 May 13;8(19):eabn1229.
该文章的核心目的是研究小细胞肺癌（SCLC）对DNA损伤诱导剂的耐药性机制，特别是针对Olaparib和Temozolomide联合方案（OT）的耐药机制。研究者们利用异种移植模型（PDX），在小鼠治疗前和进展后分别进行了检测，最终发现跨损伤DNA合成（TLS）的上调使得肿瘤能够在DNA复制过程中容忍OT诱导的损伤。通过使用TLS抑制剂，研究者们在体外和体内都恢复了肿瘤细胞对OT的敏感性，并在其他SCLC细胞系中观察到了类似的协同效应。在实验中，科研人员使用了来自AbMole Temozolomide（TMZ，AbMole，M2129）、Olaparib（AZD2281，AbMole，M1664）[5]。
图3. PDXres 1518-3 cells accumulate less DNA damage and continue to replicate DNA during OT treatment[5]
3. Cell Death Dis. 2018 Feb 12;9(2):213.
文章研究了自噬在胶质母细胞瘤（GBM）中的作用，并使用了两种常见的GBM细胞系（U87和U251）。结果表明自噬的增强与肿瘤细胞存活呈正相关，使用自噬抑制剂可以阻止GBM细胞进入耐受状态，并恢复其对抑制剂的敏感性。通过RNA测序和TCGA数据比较，研究者们发现自噬调控了许多与细胞代谢、细胞周期、凋亡和存活相关的基因和通路。在实验中，科研人员使用了由AbMole提供的Temozolomide（替莫唑胺，AbMole，M2129）和Carboplatin（卡铂，AbMole，M2288）作为抗肿瘤抑制剂，处理GBM细胞[6]。
图4. 自噬削弱了抗肿瘤抑制剂的效果[6]
参考文献及鸣谢
[1] A. Thomas, M. Tanaka, J. Trepel, et al., Temozolomide in the Era of Precision Medicine, Cancer research 77(4) (2017) 823-826.
[2] A. Salmaggi, C. Corno, M. Maschio, et al., Synergistic Effect of Perampanel and Temozolomide in Human Glioma Cell Lines, Journal of personalized medicine 11(5) (2021).
[3] A. Karachi, F. Dastmalchi, D. A. Mitchell, et al., Temozolomide for immunomodulation in the treatment of glioblastoma, Neuro-oncology 20(12) (2018) 1566-1572.
[4] C. Yan, D. C. Brunson, Q. Tang, et al., Visualizing Engrafted Human Cancer and Therapy Responses in Immunodeficient Zebrafish, Cell 177(7) (2019) 1903-1914.e14.
[5] M. Stanzione, J. Zhong, E. Wong, et al., Translesion DNA synthesis mediates acquired resistance to olaparib plus temozolomide in small cell lung cancer, Science advances 8(19) (2022) eabn1229.
[6] L. Wang, Z. Shang, Y. Zhou, et al., Autophagy mediates glucose starvation-induced glioblastoma cell quiescence and chemoresistance through coordinating cell metabolism, cell cycle, and survival, Cell death & disease 9(2) (2018) 213.
