最近 FDA 批准 Venetoclax 引入了一种令人兴奋的新颖策略来针对 AML。在 AML 的初始单药 Venetoclax 研究中，反应率适中且持续时间较短 (12)。我们的全基因组 CRISPR/Cas9 筛选确定了 AML 中可能的耐药机制和与 Venetoclax 的合成致死组合，包括靶向调节线粒体结构的许多蛋白质。这些蛋白质可以控制线粒体外膜 (OMM) 和线粒体嵴的结构。有趣的是，这两种结构对于 BCL-2 家族功能 (5)、细胞色素 c 释放和细胞死亡 (34) 都是必不可少的。为了完全释放嵴赋予的细胞色素 c 储存，需要重塑线粒体内膜，并通过 OPA1 的蛋白水解裂解及其复合物的破坏来扩大嵴，这通常使两个相对的嵴膜保持紧密 (26, 35 )。 OMM 破裂和嵴重塑都是我们在 AML 细胞中使用 Venetoclax 处理后通过电子显微镜观察到的。线粒体结构的变化至少可以部分解释所报告的 AML 患者白血病干细胞 (LSC) 中 BCL-2 抑制后氧化磷酸化受损的原因 (2)。另一方面，Venetoclax 抗性 AML 细胞显示出具有狭窄嵴腔的线粒体和嵴“主食”OPA1 的蛋白质水平增加，这可能使它们对刺激时释放的细胞色素 c 更具抵抗力。
我们的筛选显示与 Venetoclax 协同作用的排名靠前的基因之一是线粒体伴侣蛋白 CLPB。尽管对细菌和酵母的大量研究已经广泛地将 CLPB 的同源物表征为分解错误折叠蛋白质的蛋白质伴侣 (36-38)，但尚未彻底研究哺乳动物 CLPB 的确切功能。值得注意的是，人类 CLPB 的氨基酸序列与大肠杆菌中的直向同源物仅约 20% 相同 (38)。 CLPB 属于大型 AAA+ ATPase 超家族，其成员既充当一般蛋白质伴侣又充当降解特定底物的靶向蛋白酶。其他线粒体 AAA+ ATP 酶，如 YME1L、AFG3L2、ATAD3、m-AAA 蛋白酶，参与细胞器的蛋白质质量控制、线粒体蛋白质合成和线粒体结构的维护 (39-43)。 Wortmann 及其同事研究了常染色体隐性代谢综合征患者中 CLPB 的突变，假设 CLPB 在细胞凋亡中可能发挥作用，因为其原位预测与 HAX1 相互作用 (44)。我们的研究提供了 CLPB 与 HAX1 关联的生化证据，并揭示了其在保护细胞免受内在线粒体介导的细胞凋亡中的作用。此外，我们的工作揭示了 CLPB 与 OPA1 发生物理相互作用——可能是保护它免受蛋白水解切割的一种手段——因此，证明了 CLPB 在维持生理线粒体结构中的作用。 CLPB 的缺失导致线粒体异常，嵴比正常情况更宽;因此，在收到死亡信号(例如 Venetoclax 处理)后，此类细胞器更容易释放其细胞色素 c。我们的工作提出了 AML 细胞的特定 CLPB 依赖性。它的消耗导致细胞周期抑制，可能是由于氧化磷酸化和糖酵解的缺陷。由于线粒体结构和功能受损，缺乏 CLPB 的细胞对氧化应激更敏感。作为响应，CLPB 缺陷的 AML 细胞改变其转录程序并以依赖 ATF4 的方式重新编程其代谢，从而导致细胞周期停滞和细胞凋亡途径的增强。总体而言，我们表明 CLPB 最有可能是 AML 进展所必需的，并且重要的是，它可以与 Venetoclax 协同作用以在体内和体外诱导快速细胞死亡。
最近，Jordan 及其同事证明，FDA 批准 Venetoclax 与阿扎胞苷联合治疗破坏了 AML 患者 LSC 中的三羧酸 (TCA) 循环，并且复发的 AML 患者重塑了他们的新陈代谢 (45, 46)。这些研究支持这样一种观点，即靶向线粒体功能与 Venetoclax 和 Azacitidine 联合使用可能对 AML 患者具有临床相关性。与这个想法一致，我们表明消耗 CLPB 会影响 AML 细胞的细胞代谢状态，使它们以不依赖 p53 的方式对联合治疗敏感。有趣的是，已经开发出一种细菌 CLPB 抑制剂并提议将其用作抗菌剂 (47)。由于这种抑制剂靶向细菌的保守结构域和人类直向同源物 (44) 并在人类细胞系中显示出中等毒性 (47)，因此它可以与 AML 细胞中的 Venetoclax 治疗协同作用。一般来说，靶向线粒体蛋白除了针对其他 BCL-2 家族成员(如 MCL-1(R. Tibes，个人交流)，直接与新 MCL-1 抑制剂，或间接通过细胞周期蛋白依赖性激酶抑制影响 MCL-1 转录本表达，正如我们和其他人提出的那样 (11, 16)。 总之，靶向CLPB及其可能的相互作用组与Venetoclax治疗相结合直接促进凋亡嵴重塑并间接诱导线粒体应激反应，这将既放大程序性细胞死亡途径又抑制AML细胞的生长。 我们的数据为 AML 中的新型 Venetoclax 药物组合开辟了一条潜在途径。
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