急性髓系白血病(AML)的靶向治療的實施一直具有挑戰性。FTO是一種m6A去甲基酶，作為一種致癌基因，促進白血病癌基因介導的細胞轉化和白血病發生。因此為大家介紹于2021年3月發表于影響因子為8.579的Theranostics上文章“Saikosaponin D exhibits anti-leukemic activity by targeting FTO/m6A signaling”。在這里，我們研究了Saikosaponin-d (SsD)在AML中廣泛的抗增殖作用中的作用，并通過靶向SsD的FTO來評估m6A去甲基化活性。SsD在體外和體內均能廣泛抑制AML細胞增殖，促進細胞凋亡和細胞周期阻滯。機制上，SsD直接靶向FTO，從而增加了m6A RNA的甲基化，降低了下游基因轉錄本的穩定性，導致相關通路的抑制。重要的是，SsD還克服了FTO/m6A介導的白血病對酪氨酸激酶抑制劑的耐藥性。總之，FTO依賴的m6A RNA甲基化介導了SsD的抗白血病作用，使SsD成為一種治療白血病的藥物。

技術路線

結果

1）SsD在AML中表現出抗增殖活性

為了闡明SsD在白血病中的藥理作用，我們在10個人白血病細胞系中探討了一系列SsD濃度的影響。我們發現SsD在大多數白血病細胞系中以劑量依賴的方式抑制細胞活力(圖1A)。為了進一步研究SsD對白血病的抑制作用，我們在4種白血病細胞系NB4、kas1、MV4-11和U937 (SsD敏感性排名前4位的細胞)進行了集落實驗。與細胞活力結果相似，SsD顯著抑制了所測細胞系的集落數量和大小(圖1B-E)。有趣的是，SsD對細胞增殖和活力的抑制可能是由于細胞周期阻滯在G1期和NB4細胞凋亡增加(圖1F-G)。

2）SsD響應相關基因和通路的鑒定

為了進一步確定可能與白血病細胞中SsD敏感性相關的潛在靶點，我們對SsD處理過的NB4細胞進行了RNA測序。我們共發現3732個上調基因和3442個下調基因(圖2A)。為了揭示SsD的潛在機制，我們進行了富集分析并研究了差異基因相關的通路。我們篩選了上調和下調基因富集的前10個通路(圖2B)。此外，我們使用GSEA研究SsD處理影響的信號通路(圖2C)。我們的數據顯示，SsD處理導致MYC靶點、E2F靶點和G2M檢查點信號級聯受到抑制。有趣的是，這些發現與FTO抑制劑和內源性FTO的下調抑制的信號通路相一致。因此，SsD的抑制作用可能有助于FTO抑制細胞周期和增殖(圖2D-E)。此外，絕大多數通過FTO敲低而上調的信號通路對SsD富集，同樣，絕大多數被SsD抑制的信號通路也被FTO敲低而抑制(圖2F)。更重要的是，SsD介導的m6A相關基因的變化具有顯著的一致性(圖2G)。綜上所述，SsD可能參與了FTO介導的m6A RNA甲基化途徑。

3）FTO是SsD的直接靶點

基于基因芯片數據，SsD介導的白血病發生抑制主要是由于m6A通路，我們假設SsD可能調節白血病m6A RNA甲基化。我們確定了FTO在白血病發生中起作用。為了驗證SsD與FTO的直接結合，我們首先基于已發表的FTO晶體結構進行分子對接分析。SsD的最佳結合位點表現出與底物結合位點互補的特殊形狀，占據了整個結合口袋(圖3A-B)。4個氨基酸殘基(R96, K216, E234, R332)參與了與SsD的相互作用(圖3C)，在抑制FTO活性方面發揮了關鍵作用。在NB4和Kas-1 AML細胞中，SsD與FTO蛋白的結合導致了明顯的熱轉移，表明對熱降解有保護作用(圖3D)。接著，我們利用NMR進一步研究了FTO和SsD之間的相互作用，在滴定過程中觀察到信號的劑量依賴性衰減(圖3E)。這些結果表明，FTO干擾了SsD的狀態。接下來，我們使用LC-MS/MS定量分析了細胞對SsD的攝取(圖3F)。在NB4和Kas-1細胞中，SsD在0.05-0.14 nmol/百萬細胞中檢測到。HPLC顯示SsD對體外FTO去甲基化的抑制活性(圖3G)。此外，在無細胞系統中，斑點印跡試驗證實了SsD介導的FTO活性競爭性抑制(圖3H)。綜上所述， FTO是SsD的直接靶點，可能是SsD誘導的白血病細胞生長抑制作用的主要介質。

4）SsD通過直接抑制FTO m6A去甲基化活性來誘導m6A修飾

為了檢測m6A在RNA上的變化，我們在SsD處理的白血病細胞中進行了m6A點印跡實驗。如圖4A所示，SsD顯著增加了m6A在轉錄組中的豐度。此外，HPLC-MS/MS定量證實了SsD處理的NB4和Kas-1細胞mRNA中細胞m6A的增加(圖4B)。接下來，我們檢測了FTO的兩個直接靶點MYC和RARA在SsD處理的細胞中的表達。SsD在mRNA和蛋白水平顯著下調了NB4和Kas-1細胞的MYC，而上調了RARA(圖4C-D)。有趣的是，SsD依賴的MYC和RARA的減少是由于FTO過表達細胞中mRNA和蛋白穩定性的降低(圖4E-4H)。綜上所述，這些結果證明了FTO及其下游靶點(如MYC, RARA)是FTO過表達白血病細胞中SsD的主要效應因子。

5）SsD可顯著抑制AML在體內的進展

為了研究SsD在體內對白血病的治療效果，我們建立了C1498和FLT3+白血病小鼠模型(圖5A)。對照組小鼠的白細胞生長較快。0.1 mg/kg或0.5 mg/kg劑量的SsD顯著抑制WBC生長(圖5B)。與對WBC的抑制作用一致，SsD也有效地損害了骨髓(BM)克隆原性潛能(圖5C和5D)。此外，與對照組相比，接受SsD治療組的小鼠的脾臟更輕，表明SsD處理顯著逆轉了脾腫大，抑制了脾臟轉移性腫瘤細胞(圖5C和5E)。與病理表型一致，SsD處理小鼠的生存時間也明顯延長(圖5F)。機制上，SsD在體內的抗白血病作用是通過其m6A RNA甲基化活性介導的(圖5G)；因為SsD處理小鼠的BM增加了m6A RNA甲基化，從而調節靶基因(圖5H)。

6）SsD抑制患者原代細胞

我們從吉林大學第一醫院腫瘤組織/生物標本庫獲取AML患者外周血，進一步評估SsD對白血病進展的影響。SsD顯著抑制了白血病細胞增殖(圖6A)、集落形成能力(圖6B)、誘導細胞周期阻滯(圖6C)。在機制上，這是由FTO介導的m6A RNA甲基化及其在SsD處理的原代細胞中的靶點調控的(圖6D-G)。當我們使用“人-鼠”異種移植白血病模型來評估SsD在體內對白血病進展的影響時(圖6H)，與上述類似，使用SsD治療顯著抑制AML進展，包括降低WBC，減少BM中的白血病母細胞，減少脾腫大，抑制肺轉移，延長AML原代細胞異種移植小鼠的存活時間(圖6I-N)。因此，這些體內研究結果表明SsD具有治療FTO介導的AML的潛力。

7）SsD克服了m6A介導的白血病對酪氨酸激酶抑制劑的耐藥性

由于FTO抑制使耐藥細胞對酪氨酸激酶抑制劑（TKI）治療敏感，我們檢測了SsD對TKI耐藥細胞的療效。我們發現SsD聯合尼洛替尼或PKC412在降低細胞活力方面更有效(圖7A)，這表明SsD顯著抑制了Kas-1NR和MV4-11PR細胞的增殖。細胞的分子特征也顯示TKIS介導的m6A低甲基化被挽救(圖7B-C)。雖然SsD沒有改變Kas-1NR和MV4-11PR細胞中ALKBH5、METTL3、YTHDF2的蛋白水平(圖7D)，但TKI上調的m6A相關基因MerTK、BCL-2和STAT3的表達受損(圖7E)。與上述結果一致，MerTK、BCL-2和STAT3在TKI耐藥細胞的mRNA和蛋白水平上更穩定。然而，SsD治療降低了MerTK和BCL-2轉錄本的穩定性，這隨后導致了它們的翻譯降低(圖7F和7G)。基因特異性m6A qPCR證實MerTK、BCL-2和STAT3的RNA或蛋白水平的變化是由m6A介導的mRNA穩定性引起的。為了在體內檢測這些效應，我們將Kas-1尼洛替尼耐藥細胞移植給裸鼠。細胞接種后，為了保持耐藥表型，我們繼續每周兩次腹腔注射尼洛替尼，直到腫瘤體積接近100mm³。然后，隨機分組給予次優劑量的SsD (圖7H)。SsD本身略微減緩了耐藥腫瘤的生長(圖7I和7J)。在機制上，我們觀察到mRNA m6A甲基化的總體增加(圖7K)。

結論：我們的研究揭示了FTO/m6A修飾信號之間之前未被認識到的聯系，并闡明了SsD在AML中的功能。該研究可能為靶向FTO/m6A的表轉錄組提供一個有前途的策略，并突出柴胡皂甙治療白血病的臨床潛力。