肺癌,这个全球癌症相关死亡的 “头号杀手”,其发病率和死亡率一直居高不下。非小细胞肺癌作为肺癌中最常见的亚型,近年来,表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂(EGFR-TKIs)的出现,为 EGFR 突变的非小细胞肺癌患者带来了新的希望。然而,就像一场艰难的持久战,肿瘤细胞逐渐产生的获得性耐药成为了治疗路上的 “拦路虎”,严重阻碍了 EGFR-TKIs 的临床疗效。这使得探寻 EGFR-TKI 耐药的潜在机制,成为肺癌治疗领域亟待攻克的关键难题。
在这场与肺癌的激烈较量中,南京医科大学第一附属医院的研究人员勇挑重担,开展了一项深入且意义重大的研究。他们将目光聚焦于肿瘤微环境(TME)中极具影响力的癌症相关成纤维细胞(CAFs),试图揭开其在 EGFR-TKI 耐药过程中扮演的神秘角色。经过不懈努力,研究人员发现了一个以胶原蛋白三螺旋重复序列包含 1(CTHRC1)过表达为特征的 CAFs 亚群,这个亚群在耐药肿瘤中高度富集。同时,他们还揭示了一条 CTHRC1 / 糖酵解 / H3K18la 正反馈回路,正是这条回路在持续维持着 EGFR-TKI 耐药状态。更为重要的是,研究人员找到了一种名为甘氨双唑钠(GA)的天然化合物,它能够有效破坏这条正反馈回路,显著提高 EGFR-TKI 治疗的效果。此外,肿瘤组织中 CTHRC1+ CAFs 的存在,有望成为预测 EGFR-TKI 治疗反应和患者预后的生物标志物。这一系列重要发现,为肺癌治疗开辟了新的方向,提供了极具潜力的治疗策略,给无数肺癌患者带来了新的曙光。
为了深入探究这一复杂的生物学过程,研究人员采用了多种先进的技术方法。在样本方面,他们收集了临床肺癌患者的样本,还建立了患者来源的异种移植(PDX)模型,这些样本为后续研究提供了丰富的 “素材”。技术手段上,单细胞 RNA 测序(scRNA-seq)发挥了关键作用,帮助研究人员分析细胞的基因表达特征,从而鉴定出不同的细胞类型和亚群。此外,RNA 测序(RNA-seq)、非靶向代谢组学分析等技术,从不同角度揭示了细胞代谢和基因表达的变化,为解析耐药机制提供了有力的数据支持 。
研究人员首先对 19 例肺癌患者在 EGFR-TKI 治疗前后的 scRNA-seq 数据进行分析,经过一系列复杂的质量控制和筛选,最终得到 7208 个细胞。通过对这些细胞的基因表达进行标准化处理和主成分分析,成功鉴定出 7 种主要细胞类型。进一步分析发现,在 EGFR-TKI 治疗的不同阶段,肿瘤组织中的细胞类型分布存在显著差异,这表明 EGFR-TKI 治疗会对肿瘤微环境进行重塑。随后,研究人员将焦点放在成纤维细胞上,经过深入研究,他们识别出 5 个具有独特转录组特征的成纤维细胞亚群,并发现 C1 亚群中的 CTHRC1+ CAFs 与患者对 EGFR-TKI 治疗的反应密切相关,高比例的 CTHRC1+ CAFs 与更多的无应答者以及更短的无进展生存期相关。
为了进一步验证 CTHRC1+ CAFs 在 EGFR-TKI 耐药中的作用,研究人员建立了 PDX 模型。通过对比敏感和耐药的 PDX 模型,他们发现 CTHRC1+ CAFs 在耐药模型的肿瘤组织中显著富集。在体外实验中,将 EGFR 突变的肺癌腺癌细胞系与 CTHRC1+ CAFs 共培养,结果显示癌细胞对奥希替尼(Osi)的耐药性明显增强;体内实验也证实,CTHRC1+ CAFs 能够促进肿瘤生长并减少癌细胞凋亡。这些实验结果充分表明,CTHRC1+ CAFs 在促进癌细胞对 EGFR-TKI 耐药方面发挥着关键作用。
在探究 CTHRC1+ CAFs 促进 EGFR-TKI 耐药的机制时,研究人员进行了 RNA-seq 分析,发现与 CTHRC1+ CAFs 共培养的 PC9 细胞中,参与糖酵解和糖异生的基因显著上调。进一步的非靶向代谢组学分析和实验验证表明,CTHRC1+ CAFs 能够增强 EGFR 突变肺癌细胞的糖酵解活性,而己糖激酶 2(HK2)在这一过程中起到了重要作用。深入研究发现,CTHRC1 通过与转化生长因子 -β(TGF-β)受体 TGFBR2 结合,激活 TGF-β/Smad3 信号通路,进而转录上调 HK2 的表达,最终增强癌细胞的糖酵解作用并导致耐药。
研究人员还发现,EGFR-TKI 耐药的癌细胞会产生大量乳酸,而乳酸能够通过组蛋白乳酸化(H3K18la 修饰)诱导 CAFs 中 Cthrc1 的表达,从而促进 CTHRC1+ CAFs 的形成。这一发现揭示了一条潜在的正反馈回路:CTHRC1+ CAFs 促进癌细胞糖酵解,产生更多乳酸,乳酸又反过来诱导 CTHRC1+ CAFs 的形成,进一步推动 EGFR-TKI 耐药。
为了打破这条正反馈回路,克服 EGFR-TKI 耐药,研究人员通过基于结构的虚拟筛选,发现了天然化合物 GA。实验表明,GA 能够有效破坏 CTHRC1 与 TGFBR2 的相互作用,阻断正反馈回路。在体外和体内实验中,GA 均能增强癌细胞对 Osi 的敏感性,抑制肿瘤生长并促进癌细胞凋亡。这一发现为克服 EGFR-TKI 耐药提供了新的潜在治疗方法。
综上所述,该研究揭示了 CTHRC1+ CAFs 在肺癌 EGFR-TKI 耐药中的关键作用及相关分子机制,发现了 CTHRC1 / 糖酵解 / H3K18la 正反馈回路,并证实了 GA 能够有效打破这一回路,为肺癌治疗提供了新的潜在靶点和治疗策略。此外,肿瘤组织中 CTHRC1+ CAFs 的检测有望成为评估 EGFR-TKI 治疗敏感性和患者预后的重要手段,为肺癌的个性化治疗提供有力支持。不过,该研究也存在一定的局限性,例如主要依赖于缺乏功能性免疫细胞的 NSG 小鼠 PDX 模型,且对 CTHRC1- CAFs 的异质性及其在 EGFR-TKI 耐药中的作用探索不足。未来的研究需要进一步深入探讨这些问题,以推动肺癌治疗领域的不断发展和进步。