Abstrak
Kanker pankreas (Pancreatic Ductal Adenocarcinoma, PDAC) merupakan salah satu jenis kanker dengan prognosis yang sangat buruk, sebagian besar disebabkan oleh kompleksitas lingkungan mikro tumor dan adaptasi metabolik sel kanker. Sel PDAC sangat bergantung pada glutamin (Gln) untuk proliferasi dan menjaga keseimbangan redoks. Upaya sebelumnya untuk menghambat metabolisme Gln menggunakan penghambat glutaminase (GLS) menghadapi tantangan berupa pemrograman ulang metabolik yang cepat dan resistensi terapi. Penelitian ini mengeksplorasi potensi antagonis Gln spektrum luas, 6-diazo-5-oxo-L-norleucine (DON) dan prodrug-nya, sirpiglenastat (DRP-104), dalam mengatasi ketergantungan metabolik PDAC. Hasil penelitian menunjukkan bahwa DRP-104 secara signifikan mengurangi pertumbuhan tumor dan metastasis pada berbagai model in vivo. Mekanisme kompensasi yang melibatkan peningkatan sinyal extracellular signal-regulated kinase (ERK) teridentifikasi, dan kombinasi DRP-104 dengan penghambat ERK (trametinib) menghasilkan peningkatan kelangsungan hidup yang signifikan. Temuan ini mengindikasikan bahwa penargetan metabolisme Gln secara luas, dikombinasikan dengan penghambatan jalur sinyal kompensasi, dapat menjadi strategi terapi yang menjanjikan untuk PDAC.
Pendahuluan
Kanker pankreas, atau PDAC, adalah penyakit ganas dengan tingkat kelangsungan hidup 5 tahun yang sangat rendah, sekitar 11%. Karakteristik utama yang berkontribusi pada prognosis buruk ini adalah lingkungan mikro tumor (TME) yang kompleks, ditandai oleh stroma fibrosa padat (desmoplasia) dan populasi seluler heterogen. Faktor-faktor ini menyebabkan ketersediaan nutrisi yang terbatas, hipoksia intratumoral, dan penurunan infiltrasi sel imun. Dalam kondisi yang menantang ini, sel PDAC beradaptasi dengan memprogram ulang metabolisme mereka, mengandalkan jalur pemulungan seperti autofagi dan makropinositosis untuk bertahan hidup.
Glutamin (Gln) memainkan peran pleiotropik dalam metabolisme seluler. Kerangka karbon Gln berkontribusi pada intermediet siklus asam trikarboksilat (TCA) melalui aktivitas glutaminase (GLS) dan transaminase. Selain itu, nitrogen amida Gln esensial untuk biosintesis berbagai metabolit, termasuk asam amino, heksosamin, dan nukleotida. Penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa sel PDAC secara khusus memetabolisme Gln melalui reaksi transaminasi yang melibatkan GOT1 dan GOT2 untuk mempertahankan kadar NADPH dan NAD+, mendukung pertumbuhan tumor dan keseimbangan redoks.
Meskipun ketergantungan metabolik PDAC pada Gln telah diketahui, upaya untuk menargetkannya dengan penghambat GLS sebelumnya kurang berhasil dalam model in vivo. Resistensi berkembang karena pemrograman ulang metabolik global yang cepat, mengubah penggunaan sumber bahan bakar dan fluks metabolik. Oleh karena itu, diperlukan pendekatan yang lebih luas untuk menghambat metabolisme Gln guna mencegah adaptasi sel tumor.
Metodologi dan Temuan Utama
1. DON Memicu Krisis Metabolik pada Kanker Pankreas.
Penelitian ini menguji hipotesis bahwa antagonisme Gln spektrum luas dengan DON dapat meningkatkan efikasi dibandingkan penghambatan GLS yang lebih spesifik. DON, sebagai analog Gln, secara kovalen dan ireversibel mengikat enzim-enzim yang memetabolisme Gln, menghambat penggunaannya untuk menghasilkan heksosamin, purin, pirimidin, dan glutamat.
- Penghambatan Proliferasi: Perlakuan DON secara signifikan mengurangi proliferasi sel pada berbagai lini sel PDAC manusia dan tikus. Efek ini dapat diatasi dengan dosis Gln yang lebih tinggi, mengkonfirmasi ketergantungan sel pada Gln.
- Disfungsi Mitokondria: Perlakuan DON secara dramatis menurunkan laju konsumsi oksigen (OCR), menunjukkan penurunan fosforilasi oksidatif. Studi penelusuran menggunakan U-13C5-Gln mengungkapkan penurunan signifikan pada fraksi berlabel dan ukuran total kumpulan intermediet siklus TCA, mengindikasikan kerusakan siklus TCA.
- Gangguan Metabolisme Karbon dan Nitrogen: DON juga meningkatkan kadar d-glukosa intraseluler tetapi menurunkan aktivitas glikolitik. Sel yang diobati DON menunjukkan peningkatan karboksilasi reduktif, mekanisme kompensasi untuk mempertahankan kadar sitrat saat terjadi gangguan mitokondria. Lebih lanjut, DON secara signifikan mengurangi penggabungan amino-15N-Gln ke dalam metabolit hilir, termasuk yang terkait dengan metabolisme asam amino non-esensial, heksosamin, dan nukleotida. Ini konsisten dengan penurunan kadar nukleotida dan lipid yang kaya membran seperti fosfatidilkolin dan sfingomielin.
- Respons Stres Terintegrasi: Analisis transkriptomik (RNA-seq) menunjukkan induksi signifikan dari jalur respons stres terintegrasi (misalnya, Gadd45a, Ddit3, keluarga Atf, Ppp1r15a), serta aktivasi ATF4 dan fosforilasi eIF2α, mengindikasikan penurunan translasi global.
2. DRP-104 Mengurangi Pertumbuhan Tumor pada Berbagai Model PDAC.
Mengingat toksisitas dan sifat farmakologis DON yang buruk dalam studi klinis sebelumnya, penelitian ini menggunakan sirpiglenastat (DRP-104), versi prodrug dari DON yang dirancang untuk mengatasi keterbatasan tersebut.
- Efikasi In Vivo: DRP-104 secara signifikan mengurangi pertumbuhan tumor pada dua model PDAC singenik ortotopik independen. Lebih lanjut, DRP-104 secara signifikan mengurangi kolonisasi hati pada model hemi-splenektomi, menunjukkan kemampuannya untuk mencegah metastasis.
- Independensi Imun: Menariknya, sifat antitumor DRP-104 pada PDAC tetap terjaga pada model imunodefisiensi (NSG dan tikus nude atimik), serta pada lini sel turunan manusia (PANC1), menunjukkan bahwa efeknya sebagian besar bersifat intrinsik pada sel kanker dan tidak terlalu bergantung pada sistem kekebalan adaptif.
- Model Klinis Relevan: DRP-104 juga efektif dalam mengurangi proliferasi pada organoid turunan pasien (PDOs) dan pertumbuhan tumor pada xenograft turunan pasien (PDXs), menegaskan efektivitasnya di berbagai model yang relevan secara klinis.
3. Sinyal MAPK Diaktifkan sebagai Mekanisme Resistensi
Meskipun DRP-104 menunjukkan aktivitas agen tunggal yang substansial, tumor residual pada akhir eksperimen menunjukkan tingkat penanda proliferasi yang lebih tinggi, mengindikasikan perkembangan resistensi terapi.
- Aktivasi Jalur ERK: Analisis transkriptomik (GSEA) pada tumor yang diobati DRP-104 mengungkapkan pengayaan sinyal MAPK (ERK), respons terhadap spesies oksigen reaktif (ROS), transisi epitel-mesenkim (EMT), dan fosforilasi oksidatif. Aktivasi pERK dikonfirmasi secara imunohistokimia pada model singenik dan atimik, serta pada lini sel PDAC in vitro.
- Pemicu Aktivasi ERK: Peningkatan kadar ROS, penurunan kadar glutation tereduksi, dan penurunan ekspresi DUSP6 diamati setelah perlakuan DON. Namun, suplementasi antioksidan N-asetil sistein (NAC) tidak mencegah aktivasi ERK, menunjukkan adanya pemicu lain. Array aktivasi RTK menunjukkan peningkatan fosforilasi berbagai RTK, seperti Axl dan anggota keluarga ErbB, terutama EGFR pada subset sel PDAC manusia, yang berperan sebagai pemicu utama induksi ERK.
4. Terapi Kombinasi DRP-104 dan Penghambat MAPK
Untuk mengatasi mekanisme resistensi yang melibatkan sinyal ERK, penelitian ini mengevaluasi terapi kombinasi.
- Peningkatan Efikasi: Kombinasi DRP-104 dengan trametinib (penghambat MEK/ERK) menghasilkan penurunan pertumbuhan tumor yang lebih substansial dibandingkan agen tunggal. Kombinasi ini juga efektif dalam mengurangi peningkatan pERK kompensasi yang terlihat pada monoterapi DRP-104.
- Peningkatan Kelangsungan Hidup: Yang terpenting, terapi kombinasi secara signifikan memperpanjang kelangsungan hidup pada model singenik PDAC.
Diskusi dan Kesimpulan
Temuan penelitian ini secara kuat mendukung gagasan bahwa antagonisme Gln spektrum luas dapat memberikan pilihan terapi tambahan yang sangat dibutuhkan untuk PDAC. Dengan menargetkan berbagai jalur metabolik yang bergantung pada Gln—termasuk metabolisme karbon sentral, biosintesis nukleotida, dan metabolisme lipid—DON/DRP-104 secara efektif memicu krisis metabolik pada sel PDAC, menghambat proliferasi dan pertumbuhan tumor.
Penelitian ini juga menyoroti pentingnya memahami dan menargetkan mekanisme adaptif yang berkembang sebagai respons terhadap tekanan metabolik. Peningkatan sinyal ERK, yang dimediasi oleh aktivasi RTK, mewakili jalur kompensasi kritis yang memungkinkan sel PDAC untuk bertahan hidup. Dengan menggabungkan antagonisme Gln (DRP-104) dengan penghambatan jalur ERK (trametinib), efikasi terapi dapat ditingkatkan secara signifikan, menghasilkan kontrol tumor yang lebih baik dan peningkatan kelangsungan hidup.
DRP-104 saat ini sedang dalam uji klinis fase awal untuk jenis kanker lain, menunjukkan potensi translasi klinis yang signifikan. Penelitian ini memberikan bukti konsep yang kuat bahwa pendekatan penargetan metabolisme Gln secara luas, terutama bila dikombinasikan dengan strategi untuk mengatasi resistensi yang dimediasi ERK, dapat membuka jalan baru untuk pengembangan terapi yang lebih efektif bagi pasien PDAC yang sangat membutuhkan.
Disadur dari Targeting pancreatic cancer metabolic dependencies through glutamine antagonism
PS: Jika ada kesalahan dalam menerjemahkan atau memahami jurnal diatas, mohon koreksi dikolom komentar
Artikel Lainnya
No comments:
Post a Comment