Venetoclax是一种高度特异的BCL-2抑制剂，对包括白血病干细胞（LSCs）在内的AML有很好的活性。然而，由于内在的或获得性的耐药性，AML患者的venetoclax单药治疗的临床疗效有限，这种耐药性被归因于其他抗凋亡蛋白的过度表达，包括MCL-1和BCL-xL。这些发现强调了联合治疗对克服耐药性的重要性，但实现这一目标的最佳策略尚不清楚。
为了解决这个问题，我们从内在敏感的MOLM-13和MV-4-11 AML细胞系中产生了一组高抗性克隆。令人惊讶的是，尽管抗性细胞中抗凋亡蛋白的表达量较高，但用MCL-1或BCL-xL抑制剂治疗未能克服抗性。为了确定新的靶点，我们进行了全基因组CRISPR敲除筛选，以找到失活后能恢复对venetoclax敏感性的基因。我们用一个汇集的慢病毒单向导RNA（sgRNA）库转导其中一个抗性克隆，该库针对17661个蛋白编码基因，有91320个独特的sgRNA序列。将转导的细胞分为两个群体，一个用venetoclax处理，另一个未处理作为对照。转导的细胞被培养29天，以负向选择能使耐药细胞对venetoclax重新敏感的sgRNAs。每隔一段时间收集细胞样本，对sgRNA靶区进行下一代测序，以量化每个构建体的丰度。
我们使用MAGeCK算法确定了在venetoclax存在下被负向选择的基因。排名靠前的基因高度富集于与线粒体翻译相关的基因本体术语。我们证实，RNAi介导的对排名第一的核糖体亚单位基因DAP3的敲除，克服了venetoclax的抗性。用一组蛋白质合成抑制剂抗生素对线粒体翻译进行药物抑制，同样恢复了具有内在或获得性耐药的AML细胞系的敏感性。Tedizolid是FDA批准的第二代噁唑烷酮类抗生素，在临床相关浓度下对这一效果的介导最为有效。此外，Tedizolid和venetoclax的组合针对体外培养的原发性AML样本中富含LSC的CD34+CD38-群体。重要的是，正常的脐带血造血干细胞和祖细胞对这种组合更有抵抗力，这表明有广泛的治疗指数。
为了破译tedizolid克服venetoclax耐药性的机制，我们首先分析了BCL-2家族成员在全细胞和纯化线粒体提取物中的表达。抗生素处理不影响BCL-2、MCL-1或BCL-xL的总蛋白水平，但导致线粒体部分的BCL-2水平大幅增加，表明BCL-2转移到细胞器。接下来，我们证实，替迪唑胺处理选择性地减少了线粒体比核编码蛋白的表达，这与它对线粒体翻译的抑制作用是一致的。这种线粒体核蛋白的不平衡已被证明可以激活综合压力反应（ISR）。Tedizolid处理激活了这种反应，eIF2-α磷酸化和ATF4（一种主转录因子调节器）的表达增加就是证明。为了确定ISR的激活是否足以克服venetoclax的耐药性，我们用PERK的小分子激活剂（CCT020312）处理耐药细胞，它通过直接eIF2-α磷酸化激活ISR，并观察到对venetoclax的重新敏感化。
总之，我们的结果表明，抑制线粒体翻译，激活ISR并触发BCL-2转位到线粒体，是克服AML细胞中venetoclax抗性的一种新方法。我们的发现为探索使用蛋白合成抑制剂抗生素或直接ISR激活剂与venetoclax联合治疗AML或其他恶性肿瘤提供了依据。
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