The mechanistic target of rapamycin (mTOR) is hyperactivated in many types of cancer, rendering it a compelling drug target; however, the impact of mTOR inhibition on metabolic reprogramming in cancer is incompletely understood. Here, by integrating metabolic and functional studies in glioblastoma multiforme (GBM) cell lines, preclinical models, and clinical samples, we demonstrate that the compensatory upregulation of glutamine metabolism promotes resistance to mTOR kinase inhibitors. Metabolomic studies in GBM cells revealed that glutaminase (GLS) and glutamate levels are elevated following mTOR kinase inhibitor treatment. Moreover, these mTOR inhibitor–dependent metabolic alterations were confirmed in a GBM xenograft model. Expression of GLS following mTOR inhibitor treatment promoted GBM survival in an α-ketoglutarate–dependent (αKG-dependent) manner. Combined genetic and/or pharmacological inhibition of mTOR kinase and GLS resulted in massive synergistic tumor cell death and growth inhibition in tumor-bearing mice. These results highlight a critical role for compensatory glutamine metabolism in promoting mTOR inhibitor resistance and suggest that rational combination therapy has the potential to suppress resistance.

Purpose of this study is to evaluate patient characteristics, treatments and outcomes in bone metastasis radiotherapy practice. Patients for whom radiotherapy for bone metastasis was planned at 26 institutions in Japan between December 2020 and March 2021 were consecutively registered in this prospective, observational study. Study measures included patient characteristics, pain relief, skeletal-related events (SREs), overall survival and incidence of radiation-related adverse events. Pain was evaluated using a numerical rating scale (NRS) from 0 to 10. Irradiated dose was analyzed by the biologically effective dose (BED) assuming α/β = 10. Overall, 232 patients were registered; 224 patients and 302 lesions were fully analyzed. Eastern Cooperative Oncology Group Performance Status was 0/1/2/3/4 in 23%/38%/22%/13%/4%; 59% of patients had spinal metastases and 84% had painful lesions (NRS ≥ 2). BED was <20 Gy (in 27%), 20-30 Gy (24%), 30-40 Gy (36%) and ≥ 40 Gy (13%); 9% of patients were treated by stereotactic body radiotherapy. Grade 3 adverse events occurred in 4% and no grade 4-5 toxicity was reported. Pain relief was achieved in 52% at 2 months. BED is not related to pain relief. The cumulative incidence of SREs was 6.5% (95% confidence interval (CI) 3.1-9.9) at 6 months; no factors were significantly associated with SREs. With spinal lesions, 18% of patients were not ambulatory at baseline and 50% of evaluable patients in this group could walk at 2 months. The 6-month overall survival rate was 70.2% (95% CI 64.2-76.9%). In conclusion, we report real-world details of radiotherapy in bone metastasis.