学术研究报告：KRAS驱动型动静脉畸变的高通量药物筛选研究

第一作者及研究机构
本研究的通讯作者为Veronica A. Kinsler（伦敦大学学院大奥蒙德街儿童健康研究所及弗朗西斯·克里克研究所），第一作者为Fanourios Michailidis（弗朗西斯·克里克研究所）。研究团队还包括来自伦敦大学学院、弗朗西斯·克里克研究所高通量筛选平台的多位合作者。研究于2025年发表在*Journal of Investigative Dermatology*（JID）第145卷。

学术背景
动静脉畸形（Arteriovenous Malformation, AVM）是一种高流量的先天性血管病变，可导致致命性出血、卒中及器官功能障碍。约33%-64%的散发性AVM病例由MAPK/ERK通路基因（如KRAS、BRAF、MAP2K1）的体细胞突变驱动。目前AVM的治疗依赖高风险手术，但疗效有限且易复发。本研究旨在通过计算机模拟（in silico）和体外（in vitro）双轨药物筛选策略，探索靶向KRAS突变（如G12V）的潜在疗法，并验证基于癌症细胞数据的预测是否适用于单基因嵌合疾病模型。

研究流程与方法
1. 计算机模拟药物筛选
- 数据来源：利用癌症依赖图谱项目（DepMap）的PRISM数据库和癌症细胞系百科全书（CCLE），筛选578个KRAS基因型明确的细胞系（其中122个携带KRAS突变，103个为AVM相关的12/61密码子错义突变）。
- 分析方法：通过比较突变型与野生型细胞系的药物敏感性差异（log2 fold-change），结合t检验和Benjamini-Hochberg校正，鉴定出14种对KRAS突变细胞具有显著抑制效果的药物，其中13种为MAPK/ERK通路抑制剂（如selumetinib），另1种为GSK3β抑制剂（AR-A014418）。

1. 体外高通量药物筛选
   
   • 细胞模型构建：通过CRISPR-Cas9介导的同源定向修复（HDR），在永生化人脐静脉内皮细胞（HUVEC/TERT2）中敲入KRAS c.35G>T（p.G12V）突变，并筛选出单等位基因编辑的细胞系（HUVEC/TERT2-KRASG12V）。
     
   • 筛选流程：使用包含2383种FDA批准化合物的库，以200 nM和2 μM两种浓度处理细胞，通过DAPI染色检测细胞活力。筛选标准为突变型细胞活力抑制率比野生型高1.25倍以上。
     
   • 结果：发现10种潜在治疗药物，包括他汀类（lovastatin、fluvastatin、pitavastatin）和MAPK抑制剂（selumetinib、binimetinib）。与计算机模拟结果不同，仅2种MAPK抑制剂在体外筛选中显效，提示癌症数据对AVM模型的预测局限性。
     

主要结果
1. 计算机模拟与体外筛选的差异
- 计算机模拟筛选的MAPK抑制剂在体外模型中效果有限，而他汀类药物（通过抑制HMG-CoA还原酶阻断KRAS脂化）表现出选择性抑制，提示脂代谢可能是KRAS驱动型AVM的新靶点。
- 体外筛选还发现79种“耐药性药物”，其中35种靶向受体酪氨酸激酶（RTK），与KRAS下游通路持续激活的机制一致。

1. 细胞模型验证
   
   • Western blot证实KRAS G12V蛋白表达，且突变细胞对MAPK抑制剂敏感性低于预期，支持单基因嵌合疾病的独特性。
     

结论与意义
1. 科学价值：首次在AVM内皮细胞模型中实现高通量药物筛选，揭示了癌症数据与嵌合疾病模型的药效差异，强调针对特定疾病背景优化筛选策略的必要性。
2. 应用潜力：他汀类药物和部分MAPK抑制剂（如selumetinib）可作为AVM临床试验的候选药物；研究支持开发等位基因特异性siRNA等精准疗法。

研究亮点
- 双轨筛选策略：结合计算机模拟与体外实验，系统性评估药物响应差异。
- 创新模型：通过CRISPR knock-in构建生理性AVM细胞模型，优于传统过表达方法。
- 新靶点发现：他汀类药物的作用机制为KRAS驱动疾病提供了新干预思路。

其他价值
研究数据与代码已开源（GitHub），支持后续研究。团队提出未来可探索siRNA靶向治疗，以克服KRAS下游通路激活的耐药性。