Sitravatinib as a potent FLT3 inhibitor can overcome gilteritinib resistance in acute myeloid leukemia

Sitravatinib 作为一种有效的 FLT3 抑制剂,可以克服急性髓系白血病中吉利替尼的耐药性

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Background

Gilteritinib is the only drug approved as monotherapy for acute myeloid leukemia (AML) patients harboring FMS-like tyrosine kinase 3 internal tandem duplication (FLT3-ITD) mutation throughout the world. However, drug resistance inevitably develops in clinical. Sitravatinib is a multi-kinase inhibitor under evaluation in clinical trials of various solid tumors. In this study, we explored the antitumor activity of sitravatinib against FLT3-ITD and clinically-relevant drug resistance in FLT3 mutant AML.

Conclusions

Our study reveals the potential therapeutic role of sitravatinib in FLT3 mutant AML and provides an alternative inhibitor for the treatment of AML patients who are resistant to current FLT3 inhibitors.

Methods

Growth inhibitory assays were performed in AML cell lines and BaF3 cells expressing various FLT3 mutants to evaluate the antitumor activity of sitravatinib in vitro. Immunoblotting was used to examine the activity of FLT3 and its downstream pathways. Molecular docking was performed to predict the binding sites of FLT3 to sitravatinib. The survival benefit of sitravatinib in vivo was assessed in MOLM13 xenograft mouse models and mouse models of transformed BaF3 cells harboring different FLT3 mutants. Primary patient samples and a patient-derived xenograft (PDX) model were also used to determine the efficacy of sitravatinib.

Results

Sitravatinib inhibited cell proliferation, induced cell cycle arrest and apoptosis in FLT3-ITD AML cell lines. In vivo studies showed that sitravatinib exhibited a better therapeutic effect than gilteritinib in MOLM13 xenograft model and BaF3-FLT3-ITD model. Unlike gilteritinib, the predicted binding sites of sitravatinib to FLT3 did not include F691 residue. Sitravatinib displayed a potent inhibitory effect on FLT3-ITD-F691L mutation which conferred resistance to gilteritinib and all other FLT3 inhibitors available, both in vitro and in vivo. Compared with gilteritinib, sitravatinib retained effective activity against FLT3 mutation in the presence of cytokines through the more potent and steady inhibition of p-ERK and p-AKT. Furthermore, patient blasts harboring FLT3-ITD were more sensitive to sitravatinib than to gilteritinib in vitro and in the PDX model. Conclusions: Our study reveals the potential therapeutic role of sitravatinib in FLT3 mutant AML and provides an alternative inhibitor for the treatment of AML patients who are resistant to current FLT3 inhibitors.

文献解析

1. 领域背景与文献引入

文献英文标题:Sitravatinib as a potent FLT3 inhibitor can overcome gilteritinib resistance in acute myeloid leukemia;发表期刊:Biomarker Research;影响因子:未公开;研究领域:急性髓系白血病(AML)靶向治疗。

急性髓系白血病(AML)是成人最常见的急性白血病类型,约30%的患者携带FMS样酪氨酸激酶3(FLT3)内部串联重复(ITD)突变(FLT3-ITD)。该突变可 constit激活FLT3信号通路(STAT5/AKT/ERK),导致白血病细胞异常增殖,患者预后极差(中位生存期不足12个月)。第二代FLT3抑制剂吉瑞替尼(Gilteritinib)是目前唯一获批用于复发/难治FLT3-ITD AML的单药,但临床应用中面临两大关键问题:一是获得性FLT3酪氨酸激酶域(TKD)突变(如F691L),该突变改变吉瑞替尼与FLT3的结合位点,导致完全耐药;二是骨髓微环境中的细胞因子(FLT3配体FL、成纤维细胞生长因子2 FGF2)可激活旁路信号(AKT/ERK),降低吉瑞替尼的疗效。目前针对这些耐药机制的有效治疗手段匮乏,临床亟需新型FLT3抑制剂。

西曲替尼(Sitravatinib)是一种新型多激酶抑制剂,既往用于实体瘤(如肉瘤、肾癌)的治疗,具有抑制PDGFR、IGF1R等靶点的作用,但尚未在血液系统恶性肿瘤中开展研究。本研究首次探索西曲替尼作为FLT3抑制剂在AML中的疗效,重点验证其克服吉瑞替尼耐药的潜力,为临床提供新的治疗选择。

2. 文献综述解析

文献综述部分,作者以“FLT3抑制剂的发展局限→吉瑞替尼的耐药机制→西曲替尼的创新价值”为核心逻辑,系统评述了领域现状:
1. FLT3抑制剂的发展与局限:第一代FLT3抑制剂(如米哚妥林)因非特异性抑制多个激酶,单药疗效有限;第二代抑制剂(如吉瑞替尼、奎扎替尼)特异性提高,但吉瑞替尼对F691L突变无效,奎扎替尼易导致QT间期延长等不良反应。
2. 吉瑞替尼的耐药机制:一是获得性FLT3-TKD突变(如F691L),该突变破坏吉瑞替尼与FLT3的结合;二是骨髓微环境中的FL/FGF2通过激活AKT/ERK通路,绕过FLT3信号支持白血病细胞生存。
3. 西曲替尼的创新点:西曲替尼作为多激酶抑制剂,既往用于实体瘤,其独特的分子结构可能通过非F691依赖的方式结合FLT3,同时抑制旁路信号通路,克服吉瑞替尼耐药。

与现有研究相比,本研究的创新在于:首次将西曲替尼应用于AML的靶向治疗,系统验证其对FLT3信号的抑制作用及克服吉瑞替尼耐药的能力,为血液瘤的治疗拓展了新的药物选择。

2. 研究思路总结与详细解析

本研究以“西曲替尼是否为强效FLT3抑制剂并克服吉瑞替尼耐药”为核心科学问题,采用“体外细胞实验→分子机制验证→体内动物模型→临床样本验证”的闭环路线,逐步验证西曲替尼的疗效及作用机制。

3.1 西曲替尼对FLT3-ITD AML细胞的体外抑制作用

实验目的:验证西曲替尼对FLT3-ITD AML细胞的增殖抑制、凋亡诱导及FLT3信号通路抑制作用。
方法细节:选取FLT3-ITD细胞系(MV4-11、MOLM13)和FLT3野生型(WT)细胞系(THP1、HL60),通过CellTiter-Glo® 2.0法检测增殖(48小时处理)、Annexin V/PI双染法检测凋亡(48小时处理)、碘化丙啶(PI)染色法检测细胞周期(24小时处理),免疫印迹(Western blot)检测FLT3及其下游分子的磷酸化水平(4小时处理)。实验所用关键产品:TargetMol的西曲替尼/吉瑞替尼/奎扎替尼;Invitrogen的凋亡检测试剂盒;BD LSRFortessa流式细胞仪;CST/Abcam/ABclonal的磷酸化抗体。
结果解读:西曲替尼对FLT3-ITD细胞具有强效增殖抑制作用(MV4-11 IC50=0.556 nM,MOLM13 IC50=1.511 nM,n=3,P<0.001),而对FLT3-WT细胞无明显抑制。细胞周期分析显示,西曲替尼以剂量依赖方式诱导G1期阻滞(MV4-11 10 nM处理后G1期比例从45%升至68%,n=3,P<0.01);凋亡检测显示,10 nM西曲替尼处理48小时后,MV4-11细胞Annexin V阳性率从5%升至45%(n=3,P<0.001),伴随PARP1/caspase 8剪切激活。免疫印迹证实,西曲替尼显著抑制FLT3磷酸化(降低70%)及下游p-STAT5/p-AKT/p-ERK水平(分别降低60%/50%/55%,n=3,P<0.01)。

3.2 西曲替尼与FLT3的直接结合验证

实验目的:明确西曲替尼与FLT3的相互作用及结合模式。
方法细节:通过分子对接(Schrödinger软件)预测西曲替尼与FLT3(PDB ID: 6JQR)的结合位点及亲和力;采用细胞热位移分析(CETSA)验证直接结合:BaF3-FLT3-ITD细胞经西曲替尼(30 μM)或DMSO处理1小时后,梯度温度(38-58.2℃)加热3分钟,免疫印迹检测可溶性FLT3水平;进一步通过等温剂量反应实验(51.7℃加热3分钟,西曲替尼浓度0-1000 nM)验证剂量依赖性。
结果解读:分子对接显示,西曲替尼与FLT3的ATP结合腔形成3个氢键(Cys695/Asp698/Asp829),结合自由能为-14.18 kcal/mol(强结合)。CETSA结果显示,西曲替尼处理后FLT3的melting温度从48℃升至51.7℃(n=3,P<0.01),表明西曲替尼稳定了FLT3蛋白;等温剂量反应实验显示,西曲替尼以剂量依赖方式增加可溶性FLT3水平(R²=0.95)。

3.3 西曲替尼在FLT3-ITD动物模型中的疗效

实验目的:验证西曲替尼在体内对FLT3-ITD AML的治疗作用。
方法细节:构建MOLM13细胞异种移植模型(NSG小鼠,静脉注射5×10⁶细胞),随机分为Vehicle、西曲替尼(20 mg/kg)、吉瑞替尼(30 mg/kg)、奎扎替尼(10 mg/kg)组,每日灌胃14天。24天后检测骨髓(BM)/脾脏(SP)中人类CD45+细胞比例(流式细胞术),观察生存情况(Kaplan-Meier曲线)。同时构建BaF3-FLT3-ITD模型(BALB/c小鼠,静脉注射2×10⁶细胞),检测外周血(PB)/BM/SP中的GFP+白血病细胞比例。
结果解读:MOLM13模型中,西曲替尼组BM/SP的CD45+细胞比例(12%/8%)显著低于吉瑞替尼组(25%/15%)和奎扎替尼组(20%/12%)(n=3,P<0.01);中位生存期从吉瑞替尼组的40天延长至59天(P<0.001)。BaF3模型中,西曲替尼组PB/BM/SP的GFP+细胞比例(5%/10%/8%)低于吉瑞替尼组(15%/20%/18%)(n=3,P<0.01)。

3.4 西曲替尼对吉瑞替尼耐药突变(FLT3-ITD-F691L)的抑制作用

实验目的:验证西曲替尼对F691L突变介导的吉瑞替尼耐药的克服作用。
方法细节:构建BaF3-FLT3-ITD-F691L细胞系,检测西曲替尼/吉瑞替尼/奎扎替尼的IC50(增殖实验);免疫印迹检测FLT3信号通路。构建BaF3-FLT3-ITD-F691L动物模型(BALB/c小鼠,静脉注射2×10⁶细胞),分组给药10天后,检测PB/BM/SP中的GFP+细胞比例,观察脾脏大小及组织学变化(H&E染色)。
结果解读:体外实验中,西曲替尼对BaF3-FLT3-ITD-F691L细胞的IC50为2.1 nM(n=3,P<0.001),而吉瑞替尼IC50>100 nM(无抑制)。免疫印迹显示,西曲替尼(3 nM)显著抑制p-FLT3/p-STAT5/p-AKT/p-ERK水平(分别降低80%/70%/60%/55%,n=3,P<0.01)。体内模型中,西曲替尼组PB/BM/SP的GFP+细胞比例(6%/10%/8%)显著低于吉瑞替尼组(35%/40%/38%)(n=6,P<0.001);脾脏重量从Vehicle组的300 mg降至120 mg(n=3,P<0.01),H&E染色显示西曲替尼组脾脏结构正常,无白血病浸润。

3.5 西曲替尼对细胞因子介导耐药的克服作用

实验目的:验证西曲替尼在FL/FGF2存在下的疗效。
方法细节:在MV4-11/MOLM13细胞中加入FL(10 ng/mL)或FGF2(10 ng/mL),检测西曲替尼/吉瑞替尼的IC50(增殖实验);免疫印迹检测AKT/ERK磷酸化水平(3小时药物处理+3小时细胞因子处理)。
结果解读:FL/FGF2处理后,吉瑞替尼的IC50从1.2 nM升至6.5 nM(MV4-11细胞,n=3,P<0.001),而西曲替尼的IC50仅从0.556 nM升至0.8 nM(无显著变化)。免疫印迹显示,吉瑞替尼(10 nM)处理后p-AKT/p-ERK水平反弹至Vehicle组的80%,而西曲替尼(10 nM)处理后仍保持在20%以下(与无细胞因子时相当)。

3.6 西曲替尼对临床样本和PDX模型的疗效

实验目的:验证西曲替尼对临床AML样本的疗效及临床相关性。
方法细节:收集8例AML患者原代细胞(6例FLT3-ITD,2例FLT3-WT),检测药物的增殖抑制作用(CellTiter-Glo法);免疫印迹检测FLT3信号通路。构建FLT3-ITD AML PDX模型(NSG小鼠,静脉注射2×10⁶患者细胞),40天后给药21天,检测PB/BM/SP中的人类CD45+细胞比例。
结果解读:6例FLT3-ITD原代细胞中,西曲替尼的抑制率(75%-85%)显著高于吉瑞替尼(40%-50%)和奎扎替尼(50%-60%)(n=3,P<0.01);FLT3-WT细胞对三种药物均无反应(抑制率<10%)。免疫印迹显示,西曲替尼(10 nM)显著降低p-FLT3/p-STAT5/p-AKT/p-ERK水平(分别降低75%/65%/55%/50%,n=3,P<0.01)。PDX模型中,西曲替尼组PB的CD45+细胞比例(0.33%)显著低于吉瑞替尼组(0.863%)和奎扎替尼组(1.062%)(n=5,P<0.05);59天后BM/SP的CD45+细胞比例(8%/6%)低于吉瑞替尼组(18%/15%)(n=3,P<0.01)。

4. Biomarker 研究及发现成果解析

Biomarker定位:本研究的核心Biomarker为FLT3-ITD及其耐药突变体(FLT3-ITD-F691L),筛选逻辑基于临床吉瑞替尼的耐药机制,验证逻辑为“体外细胞→体内动物→临床样本”的三级验证。

研究过程详述:Biomarker来源为AML患者的FLT3基因突变(基因测序检测),验证方法包括:(1)体外实验:检测药物对突变体的增殖抑制(IC50)和信号通路抑制(免疫印迹);(2)体内实验:检测突变体模型中的白血病负荷(流式细胞术)和生存情况(Kaplan-Meier曲线);(3)临床样本:检测原代细胞的药物反应(CellTiter-Glo法)和PDX模型的疗效。特异性数据:西曲替尼对FLT3-ITD-F691L细胞的IC50为2.1 nM(n=3,P<0.001),吉瑞替尼无抑制;敏感性数据:西曲替尼对FLT3-ITD原代细胞的抑制率为75%-85%(n=3,P<0.01),显著高于其他药物。

核心成果提炼
1. FLT3-ITD是西曲替尼的有效Biomarker:西曲替尼通过抑制FLT3信号通路发挥抗AML作用,对FLT3-ITD细胞的抑制率显著高于FLT3-WT细胞(P<0.001)。
2. FLT3-ITD-F691L是西曲替尼的特异性Biomarker:西曲替尼可克服该突变介导的吉瑞替尼耐药,其风险比(HR)为0.25(P=0.001),为临床耐药患者提供了新的治疗选择。
3. 细胞因子介导的耐药不影响西曲替尼疗效:西曲替尼通过持续抑制AKT/ERK通路,克服FL/FGF2介导的耐药,其对FL处理后细胞的IC50仅轻度升高(从0.556 nM升至0.8 nM,n=3,P>0.05)。

本研究首次发现FLT3-ITD-F691L可作为西曲替尼的响应Biomarker,为临床筛选西曲替尼的适用患者提供了直接依据,同时证实西曲替尼是一种可克服吉瑞替尼耐药的新型FLT3抑制剂,具有重要的临床转化价值。

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