1. 从一个基因缺失到治疗窗，中间发生了什么？

        2016 年，两项独立发表于 Science 的研究发现，甲硫腺苷磷酸化酶（methylthioadenosine phosphorylase，MTAP）缺失的癌细胞，对蛋白精氨酸甲基转移酶5（protein arginine methyltransferase 5，PRMT5）的部分降低表现出更高敏感性[1,2]。这一发现由大规模功能基因组筛选获得，并通过 MTAP 删除和回补实验得到验证。[1,2]

        这一现象提供了合成致死（synthetic lethality）的生物学基础，但从“发现依赖关系”到“形成可利用的药物选择性”，中间还需要解决一个关键问题：

PRMT5 同样承担正常细胞所需的生物学功能，怎样使药物对 MTAP 缺失肿瘤产生更强的 PRMT5 抑制，同时减少对 MTAP 完整组织的影响？

MTAP–PRMT5 研究给出的答案可以概括为四个连续环节：

MTAP缺失导致MTA代谢受阻并升高

→ MTA升高使PRMT5处于部分受抑状态，并增强细胞对其剩余功能的依赖

→ 单纯抑制PRMT5难以充分利用这种代谢差异，因此需要识别MTA相关的PRMT5状态

→ MTA协同型抑制剂优先作用于PRMT5/MTA复合物，从而形成MTAP基因型相关的药理选择性

        本文所称“治疗窗”，主要指 MTAP 缺失肿瘤与 MTAP 完整组织之间差异性药理作用所形成的治疗窗基础，并非指已由完整临床数据确定的临床治疗窗。

2. 第一步：MTAP缺失为什么会改变细胞的代谢状态？

2.1 MTAP为何经常随CDKN2A一起缺失？

        MTAP 基因位于染色体 9p21.3，邻近重要抑癌基因细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子2A（cyclin-dependent kinase inhibitor 2A，CDKN2A）。

        部分肿瘤发生 9p21.3 区域纯合缺失时，缺失范围会同时覆盖 CDKN2A 和 MTAP。因此，MTAP 缺失常作为这一染色体区域较大片段缺失的伴随事件出现。[1,2]

        这一点也帮助区分了真正产生 PRMT5 敏感性的因素。Kryukov 等发现，CDKN2A 缺失但仍保留 MTAP 的细胞，对 PRMT5 或其结合蛋白 WDR77 的降低并没有表现出与 MTAP 缺失细胞相同的敏感性。[2]

因此，后续机制研究的重点落在了 MTAP 缺失造成的代谢改变。

2.2 MTAP缺失的直接问题是MTA清除受阻

MTAP 是甲硫氨酸补救途径中的代谢酶，其底物为 5′-甲硫腺苷（5′-methylthioadenosine，MTA）。

MTAP 催化的核心反应为：

MTA + Pi → 腺嘌呤 + 5-甲硫基核糖-1-磷酸

其中 Pi 为无机磷酸。

        MTAP 功能缺失后，这条 MTA 磷酸解途径受到阻断。2016 年的研究在 MTAP 缺失癌细胞模型中检测到 MTA 升高，并通过遗传学实验建立了 MTAP 状态、MTA 和 PRMT5 依赖之间的因果联系：在 MTAP 完整细胞中删除 MTAP，可增强其对 PRMT5 降低的敏感性；在 MTAP 缺失细胞中重新表达 MTAP，则可减弱这一敏感性。[1,2]

因此，MTAP 与 PRMT5 之间有一个不可省略的中间环节：

MTAP缺失 → MTA代谢受阻并升高 → PRMT5功能受到影响

MTA 是连接基因缺失与 PRMT5 脆弱性的关键代谢物。

3. 第二步：MTA升高为什么会增加细胞对PRMT5抑制的敏感性？

3.1 PRMT5依赖SAM完成精氨酸甲基化

        PRMT5 是Ⅱ型蛋白精氨酸甲基转移酶，通常与甲基体蛋白50（methylosome protein 50，MEP50；亦称 WDR77）形成催化复合物。

        PRMT5 使用 S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosyl-L-methionine，SAM）作为甲基供体，对蛋白质中的精氨酸残基进行甲基化，其中重要产物包括对称性二甲基精氨酸（symmetric dimethylarginine，SDMA）。PRMT5 介导的甲基化参与 RNA 剪接、基因表达调控等多种细胞过程。[3,4]

可以把这一催化关系简化表示为：

PRMT5/MEP50 + SAM + 蛋白质精氨酸底物

→ 精氨酸甲基化产物

        MTA 与 SAM 具有相关的腺苷结构，并能够竞争 PRMT5 的 SAM 辅因子结合区域。MTA 浓度升高后，PRMT5 的甲基转移酶活性因此受到部分抑制。[1,2]

3.2 MTAP缺失产生的是“低功能PRMT5状态”

        MTAP 缺失后，PRMT5 仍然保留部分催化功能，但其基础活性因 MTA 增加而降低。Mavrakis 等将这种状态描述为低功能状态（hypomorphic state）。[1]

这一点解释了 MTAP 缺失细胞为何会对进一步的 PRMT5 抑制更加敏感：

MTAP完整细胞

MTAP存在

→ MTA能够被代谢

→ PRMT5受到MTA的抑制较少

→ 保留较高PRMT5活性

MTAP缺失细胞

MTAP缺失

→ MTA升高

→ PRMT5活性已受到部分抑制

→ 对PRMT5进一步降低更加敏感

这里的核心并不是 PRMT5 在 MTAP 缺失细胞中完全失活，而是PRMT5 已经处于部分受抑状态，细胞对其剩余功能产生更强依赖。

3.3 为什么shRNA和完全基因敲除得到的结果不同？

        最初的合成致死信号主要来自小发夹 RNA（short hairpin RNA，shRNA）筛选。shRNA 降低 PRMT5 表达，但通常仍保留一定水平的蛋白和酶活性。[1,2]

        后续研究比较发现，当使用单导 RNA（single-guide RNA，sgRNA）介导更彻底的 PRMT5 基因敲除时，MTAP 缺失所产生的选择性明显减弱；PRMT5 完全丧失会广泛影响细胞生存。[4]

两类实验共同说明：

4. 第三步：为什么非MTA协同型PRMT5抑制剂难以充分利用MTAP缺失？

        如果一个 PRMT5 抑制剂对 MTAP 缺失细胞和 MTAP 完整细胞中的 PRMT5 具有近似作用方式，那么 MTAP 缺失带来的代谢差异就难以完全转化成药物选择性。

        Engstrom 等比较了 MRTX1719 与不同机制的早期 PRMT5 抑制剂。所比较的这些早期抑制剂不具有 MRTX1719 对 PRMT5/MTA 状态的显著结合偏好，在 MTAP 缺失和 MTAP 完整的同基因 HCT116 肿瘤细胞之间没有表现出与 MRTX1719 相当的选择性。[4]

这带来一个明确的药物设计要求：

化合物不仅需要识别PRMT5，还需要利用MTAP缺失后增加的MTA，使PRMT5/MTA状态获得更强的药物作用。

这一要求促成了 MTA 协同型 PRMT5 抑制剂的设计。

5. 第四步：MRTX1719怎样把MTA差异转化为结合选择性？

5.1 “MTA协同”说明的是一种分子结合机制

MRTX1719 的药物发现以 PRMT5/MEP50/MTA 复合物作为重点筛选状态。

研究人员通过表面等离子体共振（surface plasmon resonance，SPR）开展片段筛选，并利用 X 射线晶体结构进行结构导向优化，最终获得 MRTX1719。[3]

其结合机制可以用两个相邻区域理解：

①MTA 占据 PRMT5 的辅因子结合区域；

②MRTX1719 主要进入肽底物结合区域。

生化实验显示，增加肽底物浓度会降低 MRTX1719 的抑制效力，支持其具有肽底物竞争型作用方式；结构与结合实验同时显示，MRTX1719 对 MTA 结合状态的 PRMT5 具有明显更高的结合偏好。[4]

MTA 协同性（MTA cooperativity）指 MTA 与 PRMT5 结合后，有利于 MRTX1719 进一步结合并稳定相应复合物。

5.2 MRTX1719对PRMT5/MTA具有多大的结合偏好？

SPR 测定显示，MRTX1719 对不同 PRMT5 状态的结合存在明显差异：

其对 PRMT5/MTA 的结合亲和力约高 67 倍。[3,4]

这里需要注意，MRTX1719 并非完全不结合 PRMT5/SAM。实验结果支持的是明显的结合偏好，而不是绝对专一性。

于是，MTAP 缺失所造成的生化变化完成了一次重要转换：

MTAP缺失

→ MTA增加

→ PRMT5/MTA状态增加

→ MRTX1719更有利于结合这一状态

→ MTAP缺失细胞中的PRMT5受到更强抑制

这一步把代谢差异进一步转化成了小分子的结合选择性。

6. 分子结合选择性能否继续传递到细胞和肿瘤？

6.1 同基因细胞模型显示超过70倍的选择性

Engstrom 等使用 HCT116 人结直肠癌细胞及其 MTAP 缺失同基因细胞进行比较。[4]

MRTX1719 对 PRMT5 依赖性 SDMA 修饰的抑制结果为：

IC₅₀ 指半数抑制浓度（half-maximal inhibitory concentration）。

这些数据说明，PRMT5/MTA 层面的结合偏好可以传递到细胞内靶点抑制和细胞增殖层面。[4]

这里的 HCT116 MTAP 完整细胞仍然属于肿瘤细胞，这组实验直接证明的是 MTAP 基因型相关的肿瘤细胞选择性。

对于正常组织选择性，研究还检测了人造血细胞，并在动物实验中比较 MTAP 缺失肿瘤与 MTAP 完整组织的药效学影响。MRTX1719 对 MTAP 缺失肿瘤中的 SDMA 和生长产生更明显影响，而对所检测 MTAP 完整组织和造血细胞的作用较弱。[4]

6.2 MTAP缺失不能简单等同于所有原发肿瘤具有相同MTA水平

        Barekatain 等对原发人胶质母细胞瘤进行代谢组学分析后发现，虽然 MTAP 缺失胶质瘤细胞在体外培养中能够产生明显的 MTA 改变，但在其分析的原发人胶质母细胞瘤样本中，MTAP 缺失肿瘤的 MTA 水平相较 MTAP 完整肿瘤并未显著升高；研究认为 MTAP 阳性的非肿瘤基质细胞能够代谢肿瘤细胞释放的 MTA。[5]

这项结果提示：

MTAP缺失是这一药理策略的重要遗传标志，但不同肿瘤组织中的实际MTA水平还会受到细胞组成和代谢环境影响。

        因此，体外细胞模型中测得的 MTA 差异不能原样推算到每一种原发肿瘤。这并不否定 MTAP–PRMT5 机制，而是说明从基因型到实际药理效应之间仍需要肿瘤组织中的药效学验证。

        2023 年 MRTX1719 的研究已经在多种 MTAP 缺失异种移植模型中观察到剂量依赖的 PRMT5 抑制和抗肿瘤作用，并在Ⅰ/Ⅱ期研究的部分患者中报告了早期客观缓解信号。[4] 这些人体结果支持该机制具有临床转化可能性。

7. MTAP缺失最终怎样形成PRMT5抑制的治疗窗？

把前面的证据按照因果关系重新排列，可以得到四个层次：

        由此可以看出，一处 MTAP 基因缺失之所以能够转化成药物治疗窗，并不是因为 MTAP 本身成为了药物直接作用的靶点。真正被药物利用的是这处缺失留下的一系列生化后果：

MTAP缺失改变MTA代谢，MTA进一步改变PRMT5的功能和结合状态，小分子再识别这一状态差异。

MTAP–PRMT5 这一案例体现了一条较完整的精准药物设计路径：

遗传差异 → 代谢差异 → 靶蛋白状态差异 → 小分子结合差异 → 细胞药理选择性

        这一机制也解释了为什么合成致死药物开发不能停留在“某种基因缺失使细胞依赖另一个靶点”这一层面。能否进一步找到可被小分子识别的生化差异，直接影响这种遗传依赖能否形成具有临床意义的药理选择性。

8. MTAP缺失—PRMT5合成致死研究相关代表化学品：机制与科研应用

表1. MTAP—甲硫氨酸代谢及PRMT5甲基化相关化学品

表2. PRMT5抑制剂

表3. MAT2A及MTAP调控化合物

注：以上为阿拉丁代表性科研相关产品，具体用途应结合产品规格、批次COA及目标反应或评价体系确定。更多产品规格、级别和COA信息可用“品名/CAS/货号”在阿拉丁官网检索。

参考文献

[1] Mavrakis KJ, McDonald ER 3rd, Schlabach MR, et al. Disordered methionine metabolism in MTAP/CDKN2A-deleted cancers leads to dependence on PRMT5. Science. 2016;351(6278):1208-1213. doi:10.1126/science.aad5944.

[2] Kryukov GV, Wilson FH, Ruth JR, et al. MTAP deletion confers enhanced dependency on the PRMT5 arginine methyltransferase in cancer cells. Science. 2016;351(6278):1214-1218. doi:10.1126/science.aad5214.

[3] Smith CR, Aranda R, Bobinski TP, et al. Fragment-Based Discovery of MRTX1719, a Synthetic Lethal Inhibitor of the PRMT5·MTA Complex for the Treatment of MTAP-Deleted Cancers. Journal of Medicinal Chemistry. 2022;65(3):1749-1766. doi:10.1021/acs.jmedchem.1c01900.

[4] Engstrom LD, Aranda R, Waters L, et al. MRTX1719 Is an MTA-Cooperative PRMT5 Inhibitor That Exhibits Synthetic Lethality in Preclinical Models and Patients with MTAP-Deleted Cancer. Cancer Discovery. 2023;13(11):2412-2431. doi:10.1158/2159-8290.CD-23-0669.

[5] Barekatain Y, Ackroyd JJ, Yan VC, et al. Homozygous MTAP deletion in primary human glioblastoma is not associated with elevation of methylthioadenosine. Nature Communications. 2021;12:4228. doi:10.1038/s41467-021-24240-3.

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