新研究揭示黑色素瘤细胞如何在靶向疗法中生存

经治疗的黑色素瘤癌细胞(左)表达pERK(红色)靶向抗癌药(右)阻止大多数细胞生长

近年来，靶向疗法已经巩固了它们在癌症治疗中最重要的工具的地位。这些药物旨在阻止肿瘤细胞生长和扩散的特定信号，同时又不损害正常细胞。

有针对性的疗法可以大大延长患者的寿命，但好处通常只是暂时的。随着时间的流逝，许多癌症将变得对治疗产生抵抗力，并开始再次增长-这种仍然不透明的现象阻碍了真正的癌症治疗方法的发展。

在上个月发表在《细胞系统》上的一项研究中，哈佛医学院的研究人员发现了一种新的机制，可以确定某些黑素瘤癌细胞如何逃避靶向治疗。

他们与培养中的细胞一起工作时，发现药物治疗会留下一群“持久性”黑素瘤细胞，这些细胞由于零星的，短暂的生长信号脉冲而能够存活并缓慢分裂。该信号由细胞外的蛋白质触发，并使生长途径重新排列成不受药物影响的构型。

结果为细胞环境导致的可逆性耐药性形式提供了新的见解。这组作者说，了解这些环境影响将有助于设计更好的针对黑素瘤和其他癌症的疗法和药物组合。

高级研究作者彼得·索尔格(Peter Sorger)说：“预防或克服耐药性是更有效地使用靶向抗癌疗法的最大挑战。”他是系统医学系的药理学教授，同时也是HMS系统药理学实验室(LSP)的负责人。“癌症以多种方式变得耐药，其中一些涉及遗传变化，而另一些则不涉及。如果我们能理解这些耐药机制，就可以克服它们。”

在他们的研究中，由第一作者LSP的治疗学研究员Luca Gerosa领导的Sorger及其同事研究了黑色素瘤(一种高度侵袭性且经常致命的皮肤癌)。所有黑素瘤中约有一半涉及BRAF基因突变，该突变将细胞信号传导途径MAPK锁定在永远在线的位置。这导致不受控制的细胞生长和分裂。

作者说，美国食品药品监督管理局已经批准了几种药物来阻断BRAF-MAPK信号传导的不同成分，这被广泛认为是靶向治疗的成功。这些药物可能非常有效，但经常会产生耐药性。发生这种情况时，MAPK途径会重新激活，癌细胞开始生长，患者会复发疾病。

致癌烟花

为了研究如何，研究人员用不同的靶向疗法治疗了BRAF突变的黑色素瘤细胞。药物暴露后，存活细胞的总数似乎是恒定的。但是追踪单个细胞发现一些细胞正在死亡，另一些细胞正在缓慢分裂，从而呈现出稳定的种群。

他们随时间拍摄了癌细胞的快照，发现绝大多数对抑制生长的治疗有反应。但是，在少数细胞中，MAPK信号传导仍然活跃。通过观察途径中关键酶磷酸化的ERK的活性来测量。

出乎意料的是，这些单元经常彼此簇集。研究小组使用活细胞成像技术制作了具有细胞活动性的影片，发现激活ERK的细胞绝非罕见。取而代之的是，在短短的16小时内，每四个电池中就有一个电池至少显示约一个小时的ERK脉冲。

其他实验表明，即使暴露于药物后，ERK脉冲似乎也会在细胞内发生分裂，这表明该脉冲与细胞存活率和耐药性有关。

Gerosa说：“我们发现所有这些细胞都在不同的时间和短暂的脉冲中重新激活了该生长途径。” “这就像比较静止的图片和静止的图片，其中静止不动的烟花在天空中爆炸，而电影则显示实际上有数百起异步爆炸。”

治疗后，黑色素瘤细胞显示ERK生长信号活动的脉冲(左)。最终，它分裂了。右图显示了细胞分裂的标记。图片提供：Luca Gerosa

研究人员还观察到ERK脉冲通常在垂死细胞附近的细胞中发现，并且ERK活性向外传播。这表明可能由垂死的细胞释放的外部信号正在触发脉冲。

杰罗萨说：“我们认为这可能是正常组织用来维持适当数量细胞的机制，就像伤口愈合一样。” “一旦药物阻断了致癌信号，细胞就会重新建立这种机制，以便使垂死的细胞充满新的细胞。不幸的是，这使得不可能杀死肿瘤中的所有细胞。”

抗性配置

该团队通过计算建模进一步研究了ERK脉冲的潜在机制。他们的分析表明，MAPK途径以两种不同的构型存在。

一个由BRAF突变引发的一系列信号驱动。靶向疗法阻止了这种级联反应，但也允许第二种途径构型的启动。后者是由细胞表面的受体启动的，当它们检测到各种不同的外部生长因子时，它们就会激活。

第二种配置对药物更具抵抗力，并且似乎是ERK脉冲的原因。例如，当存在生长因子时，研究小组发现细胞需要更高浓度100倍的特定药物才能抑制MAPK活性，该剂量在临床使用中是有毒的。

研究小组的研究结果共同表明，暴露于靶向药物后，持久性细胞会由于ERK活动的零星脉冲而出现，从而使它们得以存活并继续分裂。

作者指出，这种生长缓慢，并且肿瘤生长还需要其他因素。他们的分析表明，持久性细胞可以更快地获得新的基因突变。他们说，可能是这些持久性细胞中产生的突变最终重新激活了不受控制的肿瘤生长，这一假设需要进一步研究。

救命之恩

研究人员还指出，他们的研究集中在细胞系上，还需要进行其他研究才能确认ERK脉冲的功能后果-特别是这种机制是否确实有助于动物模型乃至人类的耐药性。

重要的是，该结果为黑色素瘤的新治疗策略提供了启示。这组作者说，将多种现有的靶向药物结合起来以完全防止MAPK活化的努力是合乎逻辑的，但可能无效，因为他们的发现表明，在环境驱动的第二种药物中，这类药物的功效可能降低100倍。

此外，尽管可以开发出新的方法来阻断ERK脉冲并防止持久性细胞的出现，但正常细胞也可以使用MAPK途径进行生长。作者写道，第二种配置可能具有耐药性，这使得正常细胞能够在接受靶向治疗后存活下来，因此，此类药物的致命弱点可能是患者对药物耐受性的节省之选。。

研究人员认为，如果这一假设在未来的研究中得到证实，那么更好，更持久的治疗方法的关键将不会涉及进一步抑制MAPK，而是识别持续性细胞特有的脆弱性。他们说，需要通过研究团队对MAPK信号传导的计算模型等方法，对持久性细胞有更好的了解，该模型可作为未来研究耐药性其他机制的框架。

“这项研究的一个显着的特点，和其他类似的，是他们表明，经过十年的最重要的有针对性的治疗方法之一是美国FDA批准，我们仍然不完全了解药物如何工作或如何癌症细胞回应他们” Sorger说。

“癌症破坏了细胞中一些最复杂，最细微的调节回路，我们对其功能有很多了解。但是，通过结合药物作用的基础研究和临床研究，在这种情况下，涉及六个机构的研究人员改善患者的预后。”他补充说。