学术报告：STAT3作为H3K27M突变型弥漫性中线胶质瘤的治疗靶点

一、主要作者及研究机构
本研究由Liang Zhang、Cody L. Nesvick、Charlie A. Day等多名研究人员共同完成，主要研究机构包括Mayo Clinic（美国明尼苏达州罗切斯特）、The Hormel Institute（美国明尼苏达州奥斯汀）、University of Miami Miller School of Medicine（美国佛罗里达州迈阿密）等。该研究于2022年4月9日提前发表在《Neuro-Oncology》期刊上，卷号为24(10)，页码为1700–1711。

二、学术背景
H3K27M突变型弥漫性中线胶质瘤（Diffuse Midline Glioma, DMG）是一种致命的脑肿瘤，主要发生在儿童中。尽管近年来对其生物学基础的理解有所进展，但针对该肿瘤的有效治疗方法仍然严重缺乏。H3K27M突变导致H3K27三甲基化（H3K27me3）的丢失，进而重编程细胞的表观遗传景观。尽管H3K27M突变在DMG的发病机制中具有重要作用，但尚未能将其转化为改善患者预后的治疗方案。本研究的目的是识别H3K27M突变型DMG中病理相关且可靶向的分子通路，并探索STAT3作为潜在治疗靶点的可能性。

三、研究流程
1. 药物筛选
- 研究对象：120种FDA批准或处于临床试验阶段的药物，以及患者来源的H3K27M突变型DMG细胞系。
- 实验方法：使用细胞活力作为筛选指标，筛选出对H3K27M突变型DMG细胞具有细胞毒性的药物。
- 结果验证：通过患者活检和尸检标本、患者来源的细胞系、基因敲除和小分子抑制剂验证筛选结果。

1. STAT3激活的生物学相关性分析

   • 研究对象：H3K27M突变型DMG细胞系和临床标本。
     
   • 实验方法：通过Western blot和RNA测序（RNA-seq）分析STAT3及其磷酸化形式（pSTAT3）的表达水平。
     
   • 数据分析：使用Biogrid和STRING数据库识别STAT3相关基因，并进行基因集富集分析（GSEA）。
     

2. H3K27M突变对STAT3信号通路的影响

   • 研究对象：通过CRISPR/Cas9基因编辑技术创建的H3K27M敲除（KO）细胞系。
     
   • 实验方法：比较H3K27M突变型和KO细胞系的STAT3激活水平及下游信号通路。
     
   • 数据分析：通过RNA-seq和GSEA分析H3K27M突变对STAT3信号通路的影响。
     

3. STAT3抑制剂的体外实验

   • 研究对象：H3K27M突变型DMG细胞系。
     
   • 实验方法：使用CRISPR/Cas9敲除STAT3基因，或使用小分子抑制剂（如WP1066）抑制STAT3信号通路。
     
   • 实验指标：细胞活力、克隆形成能力和H3K27me3表达水平。
     

4. 体内实验：STAT3抑制剂对肿瘤生长的影响

   • 研究对象：患者来源的颅内异种移植模型（PDX）。
     
   • 实验方法：通过口服或颅内注射STAT3抑制剂WP1066，观察肿瘤生长和动物生存期。
     
   • 数据分析：通过生物发光成像和免疫组化分析肿瘤生长和STAT3激活水平。
     

5. STAT3作为生物标志物的探索

   • 研究对象：H3K27M突变型DMG患者的血浆外泌体。
     
   • 实验方法：通过超速离心分离血浆外泌体，并使用Western blot检测STAT3表达水平。
     
   • 数据分析：比较H3K27M突变型DMG患者与其他对照组的外泌体STAT3表达水平。
     

四、主要结果
1. 药物筛选结果
- 激酶抑制剂对H3K27M突变型DMG细胞具有显著的细胞毒性，其中STAT3抑制剂表现出最强的体外细胞毒性。

1. STAT3激活的生物学相关性

   • 在H3K27M突变型DMG细胞系和临床标本中，STAT3的磷酸化形式（pSTAT3）显著上调。
     
   • 高STAT3表达与儿科高级别胶质瘤患者的总生存期显著缩短相关。
     

2. H3K27M突变对STAT3信号通路的影响

   • H3K27M敲除显著降低了STAT3的激活水平，并减少了STAT3信号通路相关基因的表达。
     
   • RNA-seq和GSEA分析显示，H3K27M突变型细胞中STAT3信号通路显著富集。
     

3. STAT3抑制剂的体外实验

   • STAT3敲除或小分子抑制剂显著降低了H3K27M突变型DMG细胞的活力和克隆形成能力。
     
   • STAT3抑制剂部分恢复了H3K27me3的表达水平。
     

4. 体内实验：STAT3抑制剂对肿瘤生长的影响

   • WP1066治疗显著抑制了H3K27M突变型DMG异种移植模型的肿瘤生长，并延长了动物的生存期。
     
   • 免疫组化分析显示，WP1066治疗显著降低了肿瘤中pSTAT3和Ki67的表达水平，并增加了H3K27me3的表达。
     

5. STAT3作为生物标志物的探索

   • H3K27M突变型DMG患者的血浆外泌体中STAT3表达水平显著高于其他对照组。
     

五、结论
STAT3是H3K27M突变型DMG的生物学相关治疗靶点。STAT3抑制剂在体外和体内实验中均表现出显著的抗肿瘤活性，并部分恢复了H3K27me3的表达。此外，STAT3在H3K27M突变型DMG患者的血浆外泌体中可检测到，表明其不仅是一个治疗靶点，还可能作为该肿瘤的生物标志物。未来的临床试验应考虑将STAT3抑制剂作为H3K27M突变型DMG的治疗策略。

六、研究亮点
1. 重要发现：STAT3在H3K27M突变型DMG中显著激活，STAT3抑制剂在体外和体内均表现出显著的抗肿瘤活性。
2. 方法创新：通过CRISPR/Cas9基因编辑技术创建H3K27M敲除细胞系，结合RNA-seq和GSEA分析STAT3信号通路。
3. 临床转化价值：STAT3抑制剂WP1066已在临床试验中用于成人复发性恶性胶质瘤和儿科脑肿瘤，具有较高的临床转化潜力。

七、其他有价值的内容
本研究还探索了STAT3作为H3K27M突变型DMG的生物标志物的可能性，为未来无创诊断提供了新的思路。此外，研究还揭示了STAT3信号通路在H3K27M突变型DMG中的独特作用，为进一步研究该肿瘤的发病机制和治疗策略提供了重要线索。