【Mol Ther】妙手回春！冷泉港李波&Krainer课题组开发ASO新型疗法改善小鼠癌症恶病质

撰文：圣洁吊坠

癌症恶病质是一种与肿瘤进展相关的严重代谢综合征，其患病率高达87%（依肿瘤类型而异），临床以厌食、乏力、组织消耗和显著体重下降为主要特征。该疾病严重影响患者生活质量，降低抗肿瘤治疗耐受性，并缩短生存期。尽管学界已进行广泛探索，目前该综合征仍缺乏有效的获批疗法。

图片来源：Nat Rev Clin Oncol.(2013)

已知脑在癌症恶病质发生中发挥重要作用。动物模型研究表明，下丘脑、臂旁核及最后区等多个脑区均参与恶病质表型的形成。同时，大量证据显示肿瘤进展相关的体液因子是恶病质的重要介质，其中白介素-6（IL-6）尤受关注。

临床前及临床研究均证实，循环IL-6水平升高与肿瘤及癌症恶病质密切相关。应用抗IL-6或其受体（IL-6R）的抗体，或敲除编码IL-6的Il6基因，均可减轻荷瘤小鼠的恶病质表型；抗IL-6/IL-6R抗体在人类病例报告中亦展现出积极疗效。值得注意的是，在近期一项针对合并恶病质且IL-6升高的非小细胞肺癌患者的研究中，托珠单抗（抗IL-6R抗体）将患者生存期延长约一年，并显著改善体重、营养状态及炎症负荷等多项临床指标。

图片来源：Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle (2024)

目前,针对IL-6R或其他靶点的恶病质治疗策略主要基于人源化抗体，然而这类抗体半衰期较短，治疗期间需反复给药（如托珠单抗需每3周静脉输注1小时），且可能诱发迟发型超敏反应、自身免疫性疾病、胃肠道症状及感染易感性等不良反应，频繁给药更会加重上述副作用。

反义寡核苷酸（ASO）疗法已成功用于神经系统疾病的治疗，作为一种功能强大且灵活的替代方案，有望规避抗体疗法存在的部分问题。

图片来源： Annual Review of Neuroscience (2019)

今日，《Molecular Therapy》杂志在线刊登了冷泉港实验室李波&Krainer课题组的最新重要工作。本研究开发了一种基于ASO的治疗策略，通过skipping of a constitutive exon来抑制Il6ra（编码IL-6R的基因）表达。

实验证明，在两种不同肿瘤模型中，于肿瘤发生后经脑室单次给予靶向Il6ra的ASO组合，即可有效改善恶病质症状。

抑制Il6ra表达的反义寡核苷酸筛选

为抑制Il6ra基因表达，本研究设计了10种靶向第4号外显子剪接位点的18-mer ASO（均经PS、MOE及5-甲基C修饰），旨在诱导该外显子跳跃。该外显子编码参与IL-6结合、gp130结合及IL-6R二聚化的关键结构域，其跳跃可破坏开放阅读框并触发无义介导的mRNA降解。其中ASO-1至ASO-5靶向3'剪接位点，ASO-6至ASO-10靶向5'剪接位点（图1B）。初步筛选结果显示，ASO-3与ASO-9的组合（ASO-3+9）在NIH3T3细胞中降低Il6ra表达的效果最为显著。

通过Il6ra小基因共转染实验进一步验证（图1C），ASO-3+9可有效降低包含第3、4、5号外显子的全长异构体表达，同时增加缺失第4号外显子的异构体表达，使第4号外显子剪接百分比（PSI）显著低于对照ASO-6及其他ASO（图1D、E）。量效关系实验表明，ASO-3+9在0~800 nM范围内可剂量依赖性地降低PSI（图1F）。蛋白质印迹结果证实，ASO-3+9转染NIH3T3细胞后，IL-6R蛋白水平显著下降（图1G、H）。

上述结果表明，ASO-3+9可在mRNA和蛋白水平上有效抑制Il6ra表达。那么，ASO-3+9的体内效应如何呢？

笔者注：反义寡核苷酸（ASO）是一段经化学修饰的单链DNA或RNA分子，其作用原理基于碱基互补配对原则。ASO进入细胞后，可通过两种主要途径发挥功能：其一，与靶标mRNA特异性结合形成双链区域，招募RNase H等核酸内切酶，催化mRNA降解，从而在转录后水平下调靶基因表达；其二，与前体mRNA剪接位点区域结合，通过空间位阻效应阻止剪接体对特定外显子的识别，诱导外显子跳跃，进而改变mRNA的剪接方式，恢复或调控蛋白编码框。

本研究采用的剪接转换ASO即基于第二种机制，通过靶向Il6ra前体mRNA第4号外显子的剪接位点，诱导该外显子跳跃，破坏开放阅读框并触发无义介导的mRNA降解，最终实现IL-6R蛋白表达的抑制。

图1 抑制Il6ra表达的反义寡核苷酸筛选

ASO-3+9在C26和胰腺癌模型中改善恶病质

为验证ASO-3+9的体内效应，作者通过脑室注射将ASO-3+9（各6~7.5 mg/kg）或对照ASO（12~15 mg/kg）注入BALB/c小鼠第四脑室。注射后第7天，ASO-3+9即可降低全长Il6ra表达（PSI下降），第14天效应更显著，并持续至至少第42天（扩展数据图1B）。

然后，他们先经脑室注射ASO-3+9或对照物，2周后皮下接种C26细胞（扩展数据图2A）。ASO-3+9可显著改善所有恶病质表型，包括减轻体重下降、增加摄食饮水量、增加脂肪和肌肉质量（扩展数据图2B-D），但未影响脾脏和肿瘤大小（扩展数据图2E）。ASO-3+9显著降低脑干Il6ra mRNA（扩展数据图2F）及最后区Il6ra表达（扩展数据图3），同时降低血清IL-1β和IFN-γ水平（扩展数据图4）。

再然后，作者模拟临床情境，先接种C26细胞，5天后给予ASO-3+9或对照治疗（图2A）。ASO-3+9改善体重下降、摄食饮水减少及组织消耗病症（图2B-D），而不影响脾脏和肿瘤（图2E）。生存期观察显示，ASO-3+9组生存期显著延长（图2F、G），体重下降减轻（图2H、I），终末点肌肉消耗减少（图2J），未影响脾脏和肿瘤（图2K）。

图2 ASO-3+9在C26模型中改善恶病质

为探究更多肿瘤模型的适用性，作者以ASO-3+9或对照预处理C57BL/6J小鼠，3周后于胰腺接种FC1245细胞诱导胰腺导管腺癌（扩展数据图5A）。由于腹水和组织水肿，模型小鼠未表现体重下降（扩展数据图5B、C）；ASO-3+9预处理轻微增加体重，提高摄食饮水量，减少组织消耗（扩展数据图5D、E），不影响脾脏和肿瘤（扩展数据图5F）。ASO-3+9显著降低脑干IL-6R蛋白及全长mRNA（扩展数据图5G、H），同时降低外周组织Il6ra表达（扩展数据图5I-K）。

肿瘤接种后治疗（图3A），ASO-3+9未影响整体体重（图3B、C），但增加去瘤体重（图3D），提高摄食饮水量（图3E），增加脂肪和肌肉质量（图3F），肌纤维面积增大（图3G），并降低肌肉萎缩相关基因Fbxo32、Ctsl、Foxo3和Lcn2表达（图3H-K）。ASO-3+9显著降低外周IL-1β（图3L），IFN-γ和TNF-α呈相似趋势（图3M、N），不影响脾脏和肿瘤（图3O），亦未对心、肝、脾、肾产生明显组织学改变（扩展数据图6）。此外，ASO-3+9可降低最后区及相关脑区神经元过度活跃（以Fos表达为指标，图4）。

综上，ASO-3+9抑制Il6ra表达可改善C26和PDAC模型中的代谢表型、炎症反应及最后区神经网络的过度活跃。

那么，ASO-3+9对代谢水平影响如何呢？

图3 ASO-3+9在胰腺癌模型中改善恶病质

图4 ASO-3+9对脑区活性的影响

ASO-3+9治疗对炎症及代谢过程的影响

为进一步评估ASO-3+9对PDAC模型的影响，作者对脑干和股四头肌进行RNA-seq（这两部分在恶病质中受显著影响）。他们将小鼠分为无肿瘤组、荷瘤+ASO-对照组及荷瘤+ASO-3+9治疗组（每组2只），荷瘤鼠先接种肿瘤后给予ASO（同图3），于对照组出现恶病质时取样测序。

脑干中，无肿瘤组与荷瘤对照组比较共1882个差异表达基因（多数下调，少数上调，图5A）；ASO-3+9组与对照组比较共1646个差异表达基因（图5B），其中660个与前者重叠（附表3），提示ASO-3+9可显著逆转恶病质相关的脑干基因表达谱改变。

GO分析显示差异基因主要富集于炎症反应及炎症信号通路（图5C；扩展数据图7A）。在炎症反应（图5D）、细胞因子信号（扩展数据图7B、8）、癌症相关（扩展数据图9）及其他炎症疾病相关通路（扩展数据图10）中，肿瘤所致的转录组改变均被ASO-3+9部分逆转。

股四头肌中，ASO-3+9同样部分逆转肿瘤诱导的炎症相关转录组变化（扩展数据图11A-C），并上调ATP生成及脂肪合成相关基因（Slc4a1、Slc38a5、Apol11b）表达（扩展数据图11B），降低血清和肌肉乳酸水平，增加肌肉ATP含量（扩展数据图11D-F）。

综上所述，ASO-3+9可减轻炎症并诱导肌肉代谢由糖酵解向氧化磷酸化转换，这些效应可能通过中枢或外周Il6ra抑制直接/间接介导（扩展数据图5I-K）。

图5 ASO-3+9治疗对炎症及代谢过程的影响

ASO-3+9治疗改变炎症信号相关染色质可及性

为探究ASO-3+9治疗如何减轻癌症恶病质期间脑干中炎症相关的整体转录活性，作者对C57BL/6J小鼠脑干样本进行ATAC-seq（图6A）。ASO-3+9组与对照组、无肿瘤组与对照组分别鉴定出366个和454个差异峰（最小富集5倍），多数分布于转录起始位点附近且位于内含子或基因间区，相关基因功能涉及神经元迁移、转录调控、炎症及代谢等（图6B、C）。

GO和KEGG富集分析显示，差异峰对应基因富集于MAPK信号通路及癌症进展相关通路（图6D）。对照组中，Il1b、Cebpb、Vegfa基因座附近峰数多于ASO-3+9组或无肿瘤组，Nfatc1峰数则相反（图6E）。基序分析显示，NFE2l2和CEBPB基序在荷瘤组富集，SREBP基序仅在对照组富集（图6F、G），RNA-seq亦证实CEBPB表达在肿瘤进展中上调且被ASO-3+9逆转。

基于上述结果，作者提出：肿瘤进展中IL-6信号升高上调CEBPB/SREBP表达，促进细胞因子产生形成正反馈循环；ASO-3+9抑制IL-6R可打破该循环，从而减轻炎症及其他恶病质表型（扩展数据图12）。

笔者注：染色质可及性是指基因组DNA被转录因子等调控蛋白接近和结合的能力，反映了染色质结构的开放程度。开放染色质区域允许调控蛋白结合并启动基因转录，而高度压缩的异染色质区域则阻碍这一过程。ATAC-seq是检测染色质可及性的核心技术，通过转座酶Tn5优先切割开放染色质区域的DNA并连接测序接头，实现全基因组水平染色质可及性图谱的绘制。

染色质可及性改变是基因表达调控的重要表观遗传机制，其升高通常预示转录活性的增强。本研究发现癌症恶病质小鼠脑干中Il1b、Cebpb等炎症相关基因座染色质可及性显著升高，而ASO-3+9治疗可部分逆转这一改变。

图6 ASO-3+9治疗改变炎症信号相关染色质可及性

抑制IL6R表达的反义寡核苷酸筛选

最后，为开发癌症恶病质的潜在临床疗法，作者设计并筛选了靶向人源IL6R基因的ASO。他们采用与鼠源Il6ra相同的外显子跳跃策略，诱导IL6R第4号组成性外显子跳跃（图7A）。他们设计了10种靶向人IL6R的18-mer PS-MOE-ASO（hASO-1至hASO-10），其中hASO-1至hASO-5靶向第4号外显子3'剪接位点，hASO-6至hASO-10靶向5'剪接位点（图7A）。

为验证hASO的效应，作者构建了包含第3号至第5号外显子的人IL6R小基因（起始和终止密码子由pcDNA3.1载体提供，图7B）。他们将各hASO（400 nM）与小基因共转染HEK-293T细胞，48小时后通过RT-PCR评估剪接产物（图7C）。结果显示，hASO-5诱导第4号外显子跳跃的效果最佳（图7D），且呈剂量依赖性（图7E）。值得注意的是，hASO-6至hASO-10诱导的转录本长度大于外显子3与外显子5直接连接的产物，可能因这些ASO诱导了内含子滞留。

随后，他们将hASO转染至人胶质母细胞瘤细胞（U-118MG）和人脑类器官中检测对内源性IL6R表达的影响，以hASO-1为阴性对照（见图7D）。结果显示，hASO-5在两种培养体系中均有效诱导第4号外显子跳跃（图7F-H）。

综上所述，hASO-5是癌症恶病质临床研究的良好候选药物。

图7 抑制IL6R表达的反义寡核苷酸筛选

本文的局限性

本研究基于ASO的新型疗法新颖且有效，但仍存在若干局限性。第一，ASO通过脑室内注射递送，该侵入性给药方式临床转化难度大，患者接受度有限；第二，肿瘤模型仅涉及C26皮下移植瘤和FC1245胰腺原位瘤两种类型，且均为同系移植模型，难以充分反映人类肿瘤的异质性和复杂性；第三，虽观察到最后区神经元活动变化，但IL-6R调控恶病质的具体神经环路投射及下游信号通路尚未阐明，机制深度有待加强；第四，人源IL6R靶向ASO（hASO-5）仅在细胞和脑类器官水平验证，缺乏体内药效学和安全性数据，距临床应用仍有较大距离。

总结

大量研究表明，白介素-6（IL-6）在癌症恶病质的发病进程中扮演着至关重要的角色，新近研究更是指出IL-6通过脑干最后区神经元驱动该病理过程，然而目前临床上尚缺乏针对癌症恶病质的有效治疗药物。

为此，本研究开发了一种基于剪接转换反义寡核苷酸（ASO）的新型干预策略，旨在通过降低脑内IL-6受体（IL-6R）表达来实现对癌症恶病质的靶向治疗。在两种癌症恶病质小鼠模型中，他们于肿瘤发生后通过脑室内单次给予ASO组合，发现该处理可显著降低脑干IL-6R水平，有效改善恶病质相关症状，并延长模型小鼠的生存期；与此同时，ASO治疗还显著抑制了脑干和骨骼肌中癌症相关炎症通路的转录组激活。此外，本研究进一步设计并筛选出可抑制人源IL-6R表达的ASO，为后续临床研究奠定了基础。

综上所述，本研究首次证实了通过剪接转换ASO靶向中枢IL-6R可有效缓解癌症恶病质，为临床转化提供了实验依据和全新策略。

临了

中国科学院遗传与发育生物学研究所孙庆涛研究组现向海内外公开招聘特别研究助理（博士后）和科研助理。研究组综合运用光纤记录、光遗传学、化学遗传学、在体成像和离体成像及电生理等技术，致力于解析神经-免疫相互作用，解析调控外周肿瘤生长和肿瘤恶病质的神经环路机制，并结合分子生物学，生物化学，多组学分析等技术，开发治疗肿瘤恶病质的新药物和新疗法。

研究组负责人孙庆涛于2013年获华中科技大学学士学位，2019年获华中科技大学博士学位（导师：龚辉教授和骆清铭教授）。2020年-2021年任华中科技大学苏州脑空间信息研究院助理研究员，2021年-2025年在冷泉港实验室从事博士后研究（导师：李波教授）。2026年2月加入中国科学院遗传与发育生物学研究所。目前以第一作者或通讯作者在Nature Neuroscience（2019）、Neuron（2025）、Nature Communications（2022、2024）等国际学术期刊上发表多篇文章。

研究组介绍详见：

https://genetics.cas.cn/sourcedb/zw/zjrc/202602/t20260227_8146100.html 

文章来源：

Yuanyuan Wang, Qingtao Sun, Wenqiang Zheng, Lijie Han, Qian Zhang, Adrian R. Krainer, Bo Li, Antisense oligonucleotides against Il6ra ameliorate cancer cachexia in mice, Molecular Therapy, 2026, ISSN 1525-0016,

https://doi.org/10.1016/j.ymthe.2026.08.028.

(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1525001626007094).

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