藥明康德編譯整理（來源：NatureReviews Drug Discovery)

歷史上著名的魔術(shù)大師哈里·胡迪尼（Harry Houdini）最拿手的絕技就是“逃脫戲法”，他能夠從任何手銬、繩索、保險(xiǎn)柜等束縛中成功逃脫。而癌細(xì)胞似乎也是細(xì)胞中的“胡迪尼”，無論采用什么類型的療法，總有一些癌細(xì)胞能夠逃脫療法的殺傷而卷土重來。它們又有什么“絕技”能夠?qū)覍姨用摽拱┋煼ǖ淖窔ⅲ拷眨琋ature Reviews Drug Discovery上發(fā)表的一篇綜述對(duì)癌細(xì)胞的“逃脫戲法”進(jìn)行了盤點(diǎn)。今天藥明康德內(nèi)容團(tuán)隊(duì)將結(jié)合這篇綜述與其它公開材料的內(nèi)容，為讀者介紹一下癌細(xì)胞的“逃脫絕技”和我們能夠采取的應(yīng)對(duì)策略。

兩種不同的“逃脫方法”

在癌癥耐藥性的研究中，歷史上最受研發(fā)人員關(guān)注的是基因突變驅(qū)動(dòng)的耐藥性。簡單來說，抗癌療法，尤其是靶向藥物，通常通過抑制特定靶點(diǎn)的功能來導(dǎo)致癌細(xì)胞的死亡。而癌細(xì)胞可以通過產(chǎn)生基因突變，導(dǎo)致它們可以繞過靶點(diǎn)被抑制的影響，比如在靶點(diǎn)蛋白上的突變導(dǎo)致藥物無法再跟靶點(diǎn)結(jié)合；或者激活信號(hào)通路下游的效應(yīng)子，或者激活替代生存信號(hào)通路。這些基因突變可能原先就在很少的細(xì)胞中存在，也可能在接受藥物治療的過程中產(chǎn)生。帶來的結(jié)果是攜帶突變的癌細(xì)胞對(duì)靶向療法產(chǎn)生耐藥性。

而近年來的研究表明，癌細(xì)胞在不產(chǎn)生基因突變的情況下，也能夠?qū)Π邢虔煼óa(chǎn)生耐藥性。這種“逃脫方法”與癌細(xì)胞的可塑性（plasticity）相關(guān)，有些癌細(xì)胞通過在基因表達(dá)和表觀遺傳學(xué)方面的改變，轉(zhuǎn)變成為更能夠耐受抗癌療法的形態(tài)。這種耐藥性的產(chǎn)生方式近年來成為科學(xué)家們研究的重要方向。下面我們來看看這種耐藥性產(chǎn)生的機(jī)制。

▲基因突變介導(dǎo)和表觀遺傳學(xué)介導(dǎo)的耐藥性（圖片來源：參考資料[2]）

藥物誘導(dǎo)可塑性（drug-induced plasticity）的機(jī)制

接受藥物治療后細(xì)胞可塑性的分子機(jī)制目前尚未完全闡明，不過癌細(xì)胞形態(tài)的轉(zhuǎn)變過程很可能分為兩步：第一步，癌細(xì)胞進(jìn)入一個(gè)生長緩慢的藥物耐受狀態(tài)，然后這種細(xì)胞進(jìn)一步重新編程，成為耐藥性細(xì)胞。

分裂緩慢的細(xì)胞的出現(xiàn)

從對(duì)藥物敏感的增殖狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樯L緩慢、對(duì)藥物耐受的狀態(tài)并不是癌細(xì)胞的“獨(dú)門絕技”。事實(shí)上，這種細(xì)胞狀態(tài)的改變最初在細(xì)菌中被發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌在遇到抗生素挑戰(zhàn)后可以呈現(xiàn)對(duì)藥物產(chǎn)生耐受，但是生長緩慢的狀態(tài)。然而在去掉抗生素之后，它們又會(huì)恢復(fù)到增殖狀態(tài)，并且重新對(duì)抗生素敏感。這個(gè)現(xiàn)象表明耐藥的可塑性并不是由基因變化介導(dǎo)的。

有趣的是，在體外試驗(yàn)表明，癌細(xì)胞也采用了類似的策略。這種對(duì)原本致命藥物產(chǎn)生暫時(shí)耐受能力的癌細(xì)胞亞群稱為“drug-tolerant persisters”（DTPs），它們最初在非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）中被發(fā)現(xiàn)，而后在結(jié)腸癌、黑色素瘤和膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中也被發(fā)現(xiàn)。與細(xì)菌一樣，當(dāng)去掉抗癌藥物之后，這些原本對(duì)藥物耐受的細(xì)胞又會(huì)生成對(duì)藥物敏感的細(xì)胞，意味著它們的耐藥狀態(tài)是暫時(shí)的。

進(jìn)一步的研究表明，細(xì)胞進(jìn)入分裂緩慢的狀態(tài)是對(duì)藥物產(chǎn)生耐受的先決條件，而且這種耐藥機(jī)制似乎獨(dú)立于癌癥類型和藥物類型。這一發(fā)現(xiàn)意味著靶向細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)榉至丫徛隣顟B(tài)的過程是一種有趣的抗癌策略。例如，在基底細(xì)胞癌（BCC）中，如果迫使對(duì)藥物產(chǎn)生耐受的緩慢分裂細(xì)胞加快增殖，會(huì)讓它們重新對(duì)Hedgehog（Hh）信號(hào)通路抑制劑vismodegib敏感，導(dǎo)致細(xì)胞的死亡。

▲癌細(xì)胞產(chǎn)生暫時(shí)藥物耐受和永久抗藥性的重編程過程（圖片來源：參考資料[1]）

轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)藥物產(chǎn)生永久抗性的細(xì)胞狀態(tài)

這些對(duì)藥物產(chǎn)生耐受，分裂緩慢的細(xì)胞能夠通過進(jìn)一步的重新編程，獲得對(duì)藥物的永久抗性。這一重新編程的過程與表觀遺傳學(xué)和轉(zhuǎn)錄變化相關(guān)。此外，腫瘤的微環(huán)境和癌細(xì)胞的起源可能在抗性狀態(tài)的產(chǎn)生中也起到重要作用。

調(diào)控細(xì)胞可塑性的表觀遺傳學(xué)機(jī)制

細(xì)胞對(duì)藥物耐受能力的可逆性表明，表觀遺傳學(xué)層面上的重新編程起到了非常重要的作用，近來的研究也表明，細(xì)胞表型的變化與組蛋白甲基化的顯著改變相關(guān)。例如，具有組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶功能的EZH2蛋白在神經(jīng)內(nèi)分泌前列腺癌中高度表達(dá)。神經(jīng)內(nèi)分泌前列腺癌是一種嚴(yán)重的去勢(shì)抵抗性前列腺癌。這些癌細(xì)胞轉(zhuǎn)化成為不依靠雄激素受體介導(dǎo)的信號(hào)通路進(jìn)行增殖的形態(tài)，因此對(duì)靶向雄激素信號(hào)通路的療法產(chǎn)生耐藥性。使用遺傳學(xué)或者藥理手段在轉(zhuǎn)化為神經(jīng)內(nèi)分泌形態(tài)的前列腺癌細(xì)胞中抑制EZH2蛋白的活性，能夠逆轉(zhuǎn)這種細(xì)胞表型的轉(zhuǎn)變，恢復(fù)它們對(duì)藥物的敏感性。

值得注意的是，EZH2的高度表達(dá)在肺癌小鼠模型中促進(jìn)肺癌細(xì)胞分化為神經(jīng)內(nèi)分泌形態(tài)，這意味著EZH2可能在多種癌癥類型中介導(dǎo)神經(jīng)內(nèi)分泌表型的分化。

除了EZH2以外，名為REST的表觀遺傳學(xué)因子也在神經(jīng)內(nèi)分泌前列腺癌和肺癌中介導(dǎo)癌細(xì)胞向神經(jīng)內(nèi)分泌表型的分化。

調(diào)控細(xì)胞可塑性的重要轉(zhuǎn)錄因子和信號(hào)通路

科學(xué)家們對(duì)癌細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組的分析發(fā)現(xiàn)了與細(xì)胞可塑性相關(guān)的重要轉(zhuǎn)錄因子，其中SOX基因家族中的多個(gè)成員在介導(dǎo)藥物引發(fā)的細(xì)胞可塑性方面起到重要作用。其中，在動(dòng)物試驗(yàn)中，SOX2可以誘導(dǎo)前列腺癌和肺癌細(xì)胞分化為神經(jīng)內(nèi)分泌表型。而SOX10能夠誘導(dǎo)黑色素瘤和乳腺癌細(xì)胞分化為與神經(jīng)脊（neural crest）細(xì)胞類似的狀態(tài)，并且對(duì)藥物產(chǎn)生抗性。

近年來的研究還發(fā)現(xiàn)了與藥物引發(fā)的細(xì)胞可塑性相關(guān)的多條信號(hào)通路。它們包括WNT-β-連環(huán)素信號(hào)通路， IL-6-STAT3信號(hào)通路，以及類維生素A X受體（retinoid X receptor, RXR）信號(hào)通路。

腫瘤微環(huán)境對(duì)細(xì)胞可塑性的影響

實(shí)體瘤不但包括癌細(xì)胞，還包括成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、腫瘤浸潤免疫細(xì)胞等多種復(fù)雜成分。復(fù)雜的腫瘤微環(huán)境通過分泌因子和細(xì)胞外基質(zhì)能夠調(diào)控細(xì)胞的可塑性，從而介導(dǎo)藥物抗性的產(chǎn)生。

癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞（CAFs）在黑色素瘤中通過分泌肝細(xì)胞生長因子（HGF）等可溶性因子，以及與癌細(xì)胞的接觸，促進(jìn)療法抗性產(chǎn)生。臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，血漿中HGF因子水平越高，患者對(duì)BRAF抑制劑vemurafenib的響應(yīng)越差。

除了CAFs以外，巨噬細(xì)胞、炎癥、和血管密度/分布都與藥物抗性的產(chǎn)生相關(guān)。

靶向癌細(xì)胞可塑性的策略

由于細(xì)胞可塑性在藥物耐受和抗性的產(chǎn)生方面具有的重要作用，靶向促進(jìn)細(xì)胞可塑性的機(jī)制有望帶來更深入和持久的療效。針對(duì)細(xì)胞可塑性的治療策略可以分為三大類：通過抑制調(diào)控細(xì)胞可塑性的分子機(jī)制，防止可塑性的產(chǎn)生；特異性靶向細(xì)胞轉(zhuǎn)化之后的形態(tài)；逆轉(zhuǎn)細(xì)胞轉(zhuǎn)化的過程。下面我們來看看科學(xué)家們?cè)谶@三個(gè)方面取得了哪些進(jìn)展。

▲針對(duì)細(xì)胞可塑性的三種治療策略（圖片來源：參考資料[1]）

防止腫瘤細(xì)胞可塑性的產(chǎn)生

因?yàn)閷?duì)產(chǎn)生耐受的殘余癌細(xì)胞進(jìn)行持續(xù)治療可能導(dǎo)致它們轉(zhuǎn)變?yōu)橛谰媚退幍男螒B(tài)，理論上使用間歇性治療可能幫助抑制抗性的產(chǎn)生。有趣的是，在使用vemurafenib治療黑色素瘤細(xì)胞時(shí)，間歇性給藥方式將細(xì)胞對(duì)藥物敏感的時(shí)間延長了一倍。間歇性治療方式在控制前列腺癌患者的腫瘤進(jìn)展方面也表現(xiàn)出可喜的效果。

而應(yīng)付細(xì)胞可塑性產(chǎn)生的另一個(gè)方法是靶向?qū)е录?xì)胞表型變化的關(guān)鍵信號(hào)節(jié)點(diǎn)。目前有多款在研療法在臨床前和早期臨床試驗(yàn)中靶向在細(xì)胞形態(tài)轉(zhuǎn)化中起到重要作用的表觀遺傳學(xué)因子、轉(zhuǎn)錄因子以及關(guān)鍵性信號(hào)通路，詳細(xì)信息請(qǐng)看下面的表格。

特異性靶向細(xì)胞轉(zhuǎn)化后的形態(tài)

細(xì)胞轉(zhuǎn)化為對(duì)藥物產(chǎn)生抗性的形態(tài)之后，雖然對(duì)已有療法產(chǎn)生了抗性，但是可能暴露出新的弱點(diǎn)，靶向新的弱點(diǎn)可能帶來新療法。

例如，在NSCLC中，受體酪氨酸激酶AXL的表達(dá)與癌細(xì)胞的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）特征相關(guān)，這意味著AXL可能成為治療NSCLC的新靶點(diǎn)。AXL抑制劑SGI-7079與EGFR抑制劑erlotinib聯(lián)用，能夠在小鼠模型中提高間質(zhì)樣NSCLC細(xì)胞對(duì)erlotinib的敏感性。黑色素瘤細(xì)胞在接受藥物治療后也會(huì)提高AXL的表達(dá)，在腫瘤移植模型中，使用靶向AXL的抗體偶聯(lián)藥物和MAPK抑制劑能夠協(xié)同作用，抑制腫瘤的生長。

針對(duì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化后形態(tài)中新靶點(diǎn)的研究信息請(qǐng)參見下面的表格。

逆轉(zhuǎn)細(xì)胞可塑性

由于細(xì)胞可塑性主要受到表觀遺傳機(jī)制的調(diào)控，因此使用藥物療法逆轉(zhuǎn)這一過程，理論上可以讓這些細(xì)胞重新對(duì)藥物變得敏感。

如前所述，EZH2的高度表達(dá)與前列腺癌在接受第二代雄激素療法治療后轉(zhuǎn)化為神經(jīng)內(nèi)分泌前列腺癌相關(guān)。因此，多款EZH2抑制劑在多項(xiàng)臨床試驗(yàn)中接受檢驗(yàn)。然而，葛蘭素史克（GSK）公司的EZH2抑制劑GSK2816126在1期臨床試驗(yàn)中并沒有表現(xiàn)出足夠的臨床活性。這意味著研究人員可能需要考慮其它表觀遺傳學(xué)調(diào)節(jié)因子，例如REST。

此外，使用靶向蛋白降解手段，可以靶向原先難于成藥的轉(zhuǎn)錄因子蛋白（例如SOX蛋白），從而對(duì)逆轉(zhuǎn)調(diào)控細(xì)胞可塑性的基因表達(dá)過程。在逆轉(zhuǎn)EMT過程方面，靶向E-鈣粘蛋白合成過程的JMF3086導(dǎo)致E-鈣粘蛋白的重新表達(dá)，并且讓NSCLC細(xì)胞系對(duì)EGFR酪氨酸激酶抑制劑重新產(chǎn)生敏感性。

逆轉(zhuǎn)細(xì)胞可塑性的研發(fā)信息請(qǐng)見下表。

結(jié)語

雖然靶向療法的問世給癌癥治療帶來了長足的進(jìn)步，但是癌細(xì)胞也發(fā)展出相應(yīng)的“逃脫絕技”。除了已被深入研究的基因突變以外，近來的研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞可塑性是癌細(xì)胞逃脫療法殺傷的重要原因。

靶向細(xì)胞可塑性有望提供一種改善已有療法的療效和持久性的獨(dú)特渠道。雖然近年來的研究發(fā)現(xiàn)了介導(dǎo)細(xì)胞可塑性的一些分子機(jī)制，但是想要更好地了解和靶向這一過程，我們還需要克服多重挑戰(zhàn)。其中包括發(fā)現(xiàn)更多預(yù)測(cè)性生物標(biāo)志物，讓我們能夠依據(jù)細(xì)胞可塑性對(duì)患者進(jìn)行細(xì)分。更精確地了解腫瘤細(xì)胞表型變化的動(dòng)態(tài)進(jìn)展，不同的患者在接受藥物治療后，殘余的腫瘤細(xì)胞可能處于不同的耐藥狀態(tài)。由于腫瘤的異質(zhì)性，殘余的腫瘤細(xì)胞也可能采用不同的機(jī)制誘發(fā)可塑性的產(chǎn)生。因此，對(duì)殘余腫瘤細(xì)胞的分析將是指導(dǎo)進(jìn)一步治療的關(guān)鍵。

我們期待隨著科技的進(jìn)步，科學(xué)家們能夠克服這些挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)出堵死癌細(xì)胞逃脫之路的方法，延長患者的緩解時(shí)間，甚至讓治愈成為可能！

參考資料：

[1] Boumahdi & Sauvage, (2019). The great escape: tumour cell plasticity in resistance to targeted therapy. Nature Reviews Drug Discovery, https://doi.org/10.1038/s41573-019-0044-1

[2] Easwaran et al., (2014). Cancer Epigenetics: Tumor Heterogeneity, Plasticity of Stem-like States, and Drug Resistance. Molecular Cell, https://doi.org/10.1016/j.molcel.2014.05.015.

[3] Pisco & Huang, (2015). Non-genetic cancer cell plasticity and therapy-induced stemness in tumour relapse: ‘What does not kill me strengthens me’. BJC, https://doi.org/10.1038/bjc.2015.146