小细胞肺癌异质性、FAK剪接变异与治疗靶点新发现

本刊推荐：为解决SCLC缺乏高频致癌基因功能获得性突变及有效靶点的问题，研究人员开展了多组学分析，揭示了SCLC瘤内异质性（ITH）特征，首次发现FAK剪接变异（FAK6/FAK7/FAK6,7）在77.3%患者中存在，且变异体激酶活性增强、预后更差，对FAK抑制剂敏感，为SCLC靶向治疗提供了新策略。

小细胞肺癌（Small Cell Lung Cancer, SCLC）是一种具有高度侵袭性的神经内分泌肿瘤，与烟草致癌物暴露密切相关。其特点是早期扩散和预后极差，五年总生存率不足7%。尽管在肿瘤抑制基因如TP53和RB1中已发现高频功能丧失性突变，但在致癌基因中却鲜有高频功能获得性突变的报道。此外，SCLC的瘤内异质性（Intratumor Heterogeneity, ITH）及其免疫抑制性肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）的复杂性仍有待深入解析。分子层面上，SCLC可根据转录因子ASCL1（A）、NEUROD1（N）、POU2F3（P）和YAP1（Y）的表达以及炎症基因特征，分为SCLC-A、N、P、Y和L等亚型。尽管免疫治疗已应用于临床，但SCLC患者的长期生存率仍极低，因此亟需通过多组学研究识别高频功能获得性致癌基因改变及优化治疗的分子亚型。

为了深入探究SCLC的肿瘤发生机制及治疗脆弱性，由Wang Gui-Zhen、Wang Zheng等来自中国医学科学院、上海交通大学等多家机构的研究人员组成的团队，对314例SCLC患者样本进行了多组学分析。研究包括单细胞RNA测序（scRNA-seq）、批量RNA测序、选择性剪接事件（Alternative Splicing Events, ASEs）评估、细胞因子/趋化因子分析、16S rRNA基因测序和全外显子组测序（Whole-Exome Sequencing, WES）等。该研究旨在阐明SCLC的ITH和ASE谱，并探索其治疗新靶点。研究成果发表在《Signal Transduction and Targeted Therapy》2025年第10卷第290页。

研究人员运用了多项关键技术方法：首先，他们收集了来自中国10家医院的314例SCLC患者的配对肿瘤和正常标本，并进行了scRNA-seq（39例患者的65个样本）、批量RNA-seq（45对肿瘤-正常组织）、16S rRNA测序（53对）、WES（111对）、单细胞空间蛋白质组学（12个FFPE样本）、细胞因子/趋化因子谱分析（62例患者和56例健康供者血清）以及ASE验证（独立集136例SCLC肿瘤）。数据分析涉及细胞类型鉴定、差异表达基因分析、基因集富集分析（GSEA）、突变特征分析等生物信息学方法，并通过RT-PCR、Western blot、免疫组化（IHC）、患者来源类器官（PDO）和患者来源异种移植（PDX）模型等实验技术进行功能验证。

主要研究结果

SCLC队列描述

研究队列包括314例患者，其中300例（95.5%）为纯SCLC，14例（4.5%）为复合SCLC。男性237例（75.5%），女性77例（24.5%）；吸烟者208例（66.2%），非吸烟者88例（28.0%）；疾病分期为IA-IIB期125例（39.8%），IIIA-IV期154例（49.0%）。多组学分析为全面探索SCLC的内在与外在改变提供了丰富数据。

SCLC中的主要细胞群体

通过scRNA-seq对432,959个单细胞进行分析，鉴定出7种主要细胞类型和58种亚型，包括内皮细胞、成纤维细胞/成纤维样细胞、肺泡II型（AT2）/基底/纤毛/俱乐部细胞、神经内分泌（NE）/癌细胞、巨噬细胞（Mφ）/单核细胞、B细胞和T/NK细胞。在27个预处理肿瘤中，70.4%的肿瘤免疫细胞较少（<10%）。吸烟与非吸烟患者在不同细胞亚型中呈现差异基因表达模式。

SCLC微环境中的免疫细胞改变

研究详细描述了Mφ（7种亚型）、单核细胞（2种亚型）和树突状细胞（1种集群）的分布。Mφ-SPP1与血管生成和肿瘤进展相关，其水平在治疗后降低。T/NK细胞包括14个 distinct亚群，如 naïve T细胞、中央记忆T细胞、效应T细胞、耗竭T细胞等。治疗后，CD8⁺ Tem-GZMK和NK-KLRD1增加，而CD4⁺ Treg-FOXP3减少。B细胞包括9个亚群， naïve B细胞在肿瘤中减少，但在治疗后部分恢复。

癌症细胞与癌症干细胞样群体

scRNA-seq鉴定出19个细胞集群，其中74.38%的癌细胞属于ASCL1⁺/MKI67⁺和ASCL1⁺/CRIP2⁺集群。研究还发现了一个干细胞样细胞（Stem-like Cells, SLCs）集群（C18），表达ALCAM/CD166、MSI2、SOX2、SOX1等干细胞标志物，具有较高的多能性评分，并富集了MYC靶点和WNT-β-catenin通路基因。SLCs在69.2%的患者中存在，且在女性和非吸烟者中比例较高。ASCL1⁺/MKI67⁺集群在治疗后被消除，而ASCL1⁺/CRIP2⁺集群可能参与耐药和复发。

主要组织相容性复合体成分的异质表达

抗原加工和呈递（APP）通路在大多数癌细胞中被抑制。MHC-I分子在癌细胞集群中表达异质：低表达于集群13、0、9、1、6和18；中度表达于集群14、4和10；高表达于集群8、17、3、12和16。空间蛋白质组学证实部分EPCAM⁺癌细胞表达HLA-A和HLA-DRA，但EPCAM⁺Ki67⁺细胞为阴性。MKI67表达与MHC-I和MHC-II分子表达呈负相关。

肿瘤与正常组织中的差异表达基因

与正常组织相比，肿瘤组织中3,335个基因上调和2,630个基因下调，涉及神经肽信号通路和神经元命运决定等过程的上调，以及T细胞介导的免疫和细胞毒性相关基因的下调。吸烟者与非吸烟者比较，793个基因上调和593个基因下调，涉及尼古丁成瘾等通路。

结构异常和高频剪接变异

研究检测到32个融合基因候选，其中9个既往有报道。通过rMATS分析ASEs，在45个SCLC样本中，18,268个基因发生ASEs，其中3,092个显著。最常见的是外显子跳跃（Skipped Exon, SE），占98.7%。16个基因（包括CD47、CLSTN1、DLG1、EEF1D和FAK/PTK2）在所有45例患者中均发生ASEs。FAK前体mRNA的选择性剪接产生含Box 6（36 bp）、Box 7（33 bp）或两者的变异体（FAK⁶、FAK⁷和FAK^6,7），这些变异体可能增加激酶活性和自体磷酸化。

SCLC中FAK变异的验证与可视化

在额外109例SCLC样本中，通过RT-PCR和Sanger测序验证了FAK变异：正常肺组织中仅检测到野生型FAK（FAK）；肿瘤组织中，16.2%仅FAK，10.8%有FAK和FAK⁶或FAK⁷，73%有FAK、FAK⁶/FAK⁷和FAK^6,7。BaseScope duplex assay在56个FFPE样本中可视化确认了变异RNA分子。FAK变异主要与ASCL1⁺和NEUROD1⁺ SCLC亚型相关。

剪接变异患者中FAK磷酸化升高

免疫组化显示，FAK⁶/FAK⁷患者磷酸化FAK（p-FAK）水平高于FAK患者，FAK^6,7患者p-FAK水平最高。Western blot和亚细胞分级分析证实，表达FAK^6,7的SCLC细胞系核p-FAK表达增加，且与CCL5、CXCL13等趋化因子基因上调相关。

FAK剪接变异的临床意义

在94例有生存数据的患者中，携带FAK剪接变异的患者总生存期更短（P=0.029）。体外实验表明，FAK抑制剂PF562271和PF573228对表达FAK变异的细胞（如H446、H82、H524）具有显著抑制增殖、诱导G2/M期阻滞、减少克隆形成和迁移的作用。在PDO和PDX模型中，PF562271对FAK^6,7模型展示出强效抗肿瘤活性，降低p-FAK和Ki67表达。

吸烟状态和肿瘤分期不影响SCLC中的微生物群差异

16S rRNA测序显示，肿瘤与正常组织间细菌DNA比例、α多样性指数和整体微生物组成无显著差异。 dominant菌门为变形菌门、厚壁菌门和拟杆菌门， dominant菌属为乳杆菌属、不动杆菌属和甲基杆菌属。微生物群差异与肿瘤分期或吸烟状态无显著关联。

除RB1和TP53外鉴定出11个高频突变

WES分析111个SCLC样本，总体突变率为5.88突变/Mb，吸烟者非同义突变率高于非吸烟者（6.08 vs 3.44突变/Mb，P=0.006）。除TP53（86.5%）和RB1（67.6%）外，发现11个高频突变基因（如CSMD3、COL11A1、MYC等）。突变特征分析显示，Signature 4（多环芳烃暴露相关）是最常见的特征，其他如Signature 5、24、39和87也较高。 de novo签名A、B、C、D与各种内在或外在因素相关，表明SCLC患者可能暴露于NNK、PAHs、1,3-丁二烯、1,4-二氧六环、氯乙烯和N-亚硝基二乙胺等环境致癌物。

讨论与结论

本研究通过大规模多组学分析，深入揭示了SCLC的复杂ITH和ASE谱。研究发现FAK剪接变异是SCLC中高频的功能获得性致癌基因改变，见于77.3%的患者，且与不良预后相关。变异体激酶活性增强，并对FAK抑制剂敏感，在PDO和PDX模型中验证了其作为治疗靶点的潜力。此外，研究还描述了SCLC免疫微环境的抑制特征、干细胞样群体的存在以及突变特征对环境致癌物暴露的提示。这些发现为SCLC的分子分型、预后评估和靶向治疗提供了重要依据，尤其是FAK抑制剂针对剪接变异患者的临床应用值得进一步推进。研究结果强调了在SCLC中探索致癌基因功能获得性改变的重要性，并为克服这种顽固癌症的治疗挑战提供了新方向。