2月22日，國際學術(shù)期刊Cancer?Cell在線發(fā)表了中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心（生物化學與細胞生物學研究所）季紅斌研究組聯(lián)合紐約大學醫(yī)學院Kwok-Kin Wong團隊，哈佛醫(yī)學院丹娜法伯癌癥研究院Andrew J. Aguirre團隊以及清華大學張奇?zhèn)F隊的合作研究成果：“Adeno-to-squamous transition drives resistance to KRAS inhibition in LKB1-mutant lung cancer”。該研究通過整合性地分析KRAS突變靶向治療的臨床數(shù)據(jù)及KRAS突變肺癌小鼠模型和類器官模型，發(fā)現(xiàn)肺腺鱗癌轉(zhuǎn)分化能夠驅(qū)動KRAS突變靶向治療耐藥，而KRT6A分子可以預測患者對KRAS靶向治療的應(yīng)答。

KRAS突變是臨床上肺腺癌中最為常見的致癌基因之一，因KRAS“不可成藥靶點”的特征，長期以來針對KRAS突變的靶向治療一直是腫瘤研究領(lǐng)域備受關(guān)注的問題之一。自2021年以來，兩個獲FDA批準用于靶向KRAS^G12C突變的抑制劑（Sotorasib和Adagrasib）在肺癌、胰腺癌和結(jié)直腸癌中顯示出令人鼓舞的治療效果，為靶向KRAS突變帶來了曙光。此外，靶向KRAS^G12D突變的抑制劑MRTX1133也在臨床試驗之中。隨著臨床試驗的深入開展，耐藥性的問題也隨之出現(xiàn)。目前已有報道提示腫瘤細胞可以通過產(chǎn)生新的基因突變或者激活代償通路使得RAS通路重新激活，從而獲得對KRAS抑制劑的耐藥性。研究還發(fā)現(xiàn)代謝重編程或上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)變（epithelial-to-mesenchymal transition）也在KRAS抑制劑耐藥發(fā)生過程中發(fā)揮著重要作用。由于藥物治療過程中不同患者的耐藥機制各不相同，因此，揭示新的KRAS抑制劑耐藥機制并鑒定藥物響應(yīng)相關(guān)的生物學標志物至關(guān)重要。

腫瘤表型可塑性是導致靶向治療耐藥的重要機制之一，已經(jīng)被列為新的cancer hallmark（Hanahan et al., Cancer Discov 2022）。比如，EGFR突變肺腺癌患者在三代靶向治療藥物奧西替尼耐藥后，大約7-9%的患者在二次活檢時表現(xiàn)出肺鱗癌的病理學特征（Schoenfeld et al., Clin Cancer Res 2020）。在KRAS抑制劑Adagrasib的臨床試驗（KRYSTAL-1）中，哈佛醫(yī)學院丹娜法伯癌癥研究院的Andrew J. Aguirre團隊發(fā)現(xiàn)9例肺腺癌耐藥患者中就有2例患者的再活檢樣本表現(xiàn)出肺鱗癌的病理學特征（Awad et al., NEJM 2021）。這提示肺腺鱗癌轉(zhuǎn)分化（adeno-to-squamous transition, AST）可能與KRAS抑制劑耐藥具有潛在關(guān)聯(lián)。季紅斌研究組長期致力于肺腺鱗癌轉(zhuǎn)分化模型的建立和分子機制研究，發(fā)現(xiàn)LKB1基因失活會導致肺腺鱗癌轉(zhuǎn)分化（Ji et al., Nature 2007；Han et al., Nat Commun 2014），揭示氧化應(yīng)激通路、WNT通路以及轉(zhuǎn)錄因子YAP等在該過程中發(fā)揮著重要作用（ Li et al., Cancer Cell 2015；Fang et al., STTT 2023；Gao et al., Nat Commun 2014）。但是，很多問題還有待深入研究，比如肺腺鱗癌轉(zhuǎn)分化是否是導致KRAS抑制劑耐藥的元兇之一？如果是的話，肺腺鱗癌轉(zhuǎn)分化是如何影響KRAS抑制劑耐藥的？

該研究通過整合性分析68例參與KRYSTAL-1臨床試驗的KRAS^G12C突變非小細胞肺癌患者在Adagrasib治療前的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)及患者進行Adagrasib治療持續(xù)時間 (treatment duration)、無進展生存期和總生存期數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)富集鱗癌相關(guān)特征的患者往往具有更短的治療持續(xù)時間，而這一現(xiàn)象只存在于LKB1突變的非小細胞肺癌患者亞群中。研究人員構(gòu)建了KRAS^G12C/Lkb1和KRAS^G12C/Trp53肺腺癌小鼠模型并進行KRAS抑制劑處理，發(fā)現(xiàn)只有在發(fā)生耐藥的KRAS^G12C/Lkb1突變小鼠模型中能夠觀察到肺腺鱗癌轉(zhuǎn)分化的發(fā)生，提示Lkb1基因缺失確實在驅(qū)動肺腺鱗癌轉(zhuǎn)分化中發(fā)揮著重要作用。這一點也進一步在KRAS^G12C/Lkb1及Kras^G12D/Lkb1小鼠肺腺癌來源的類器官研究中得到證實。通過深入分析Kras^G12D/Lkb1小鼠肺腺癌來源的類器官模型，研究人員發(fā)現(xiàn)只有一半左右的類器官具備腺鱗癌轉(zhuǎn)分化的潛能 （plastic ADC organoids）；相比于不具備腺鱗癌轉(zhuǎn)分化潛能的類器官，這些類器官對KRAS抑制劑處理不敏感。類器官樣本的轉(zhuǎn)錄組學和表觀組學整合性分析發(fā)現(xiàn)，ELF5作為在肺腺癌中特異性表達的轉(zhuǎn)錄因子可促進腫瘤細胞對KRAS抑制劑的響應(yīng)；此外，ELF5還可以與鱗癌譜系轉(zhuǎn)錄因子ΔNp63的增強子C40結(jié)合來抑制其基因表達。隨著ELF5基因表達在腺鱗癌轉(zhuǎn)分化過程中下降，ΔNp63基因表達會逐漸上調(diào)從而驅(qū)動腺鱗癌轉(zhuǎn)分化的發(fā)生并促進腫瘤細胞對KRAS抑制劑的耐藥。

研究人員通過收集時序連續(xù)的肺腺鱗癌轉(zhuǎn)分化小鼠類器官樣本進行單細胞轉(zhuǎn)錄組分析，發(fā)現(xiàn)在腺鱗癌轉(zhuǎn)分化過程中出現(xiàn)了一個具有高可塑性細胞狀態(tài)（High-plasticity cell state, HPCS）的過渡亞群。通過整合分析KRAS靶向治療耐藥的小鼠肺癌以及HPCS過渡亞群的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，研究人員進一步確定了包含KRT6A在內(nèi)的六個基因并將其定義為腺鱗癌轉(zhuǎn)分化可塑性信號（AST plasticity signature），而該信號在腺鱗癌轉(zhuǎn)分化及KRAS靶向治療耐藥過程中呈現(xiàn)富集。這一發(fā)現(xiàn)進一步得到KRYSTAL-1臨床數(shù)據(jù)的支持。在臨床KRAS靶向治療中，富集腺鱗癌轉(zhuǎn)分化可塑性信號的肺癌患者具有較短的Adagrasib治療持續(xù)時間。更為重要的是，高表達KRT6A的患者往往具有更短的藥物治療持續(xù)時間、無進展生存期和總生存期。

該研究從臨床現(xiàn)象出發(fā)，利用小鼠模型和類器官模型進行深入的功能和機制分析，再回到臨床，是典型的Bedside-to-Bench-to-Bedside 癌癥研究范式。該研究不僅僅證實了肺腺鱗癌轉(zhuǎn)分化導致KRAS靶向治療耐藥的假說，而且在深入揭示譜系轉(zhuǎn)錄因子介導耐藥的分子機制基礎(chǔ)上，提出KRT6A作為臨床KRAS靶向治療不良預后的生物學標志物。

分子細胞卓越中心童欣媛博士，紐約大學醫(yī)學院Ayushi S. Patel博士研究生，哈佛醫(yī)學院丹娜法伯癌癥研究院Eejung Kim博士以及清華大學李洪軍博士為該文的共同第一作者。分子細胞卓越中心季紅斌研究員，紐約大學醫(yī)學院Kwok-Kin Wong教授，哈佛醫(yī)學院丹娜法伯癌癥研究院Andrew J. Aguirre教授以及清華大學張奇?zhèn)ソ淌跒樵撐牡墓餐ㄓ嵶髡?。該研究得到分子細胞卓越中心高棟研究員在類器官培養(yǎng)方面的悉心指導和幫助，還得到陳洛南研究員、中國醫(yī)學科學院/北京協(xié)和醫(yī)學院陳陽研究員、Mirati公司James G. Christensen和Peter Olson博士的大力支持和幫助。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中國科學院基礎(chǔ)前沿科學研究計劃等項目的資助，并獲得分子細胞卓越中心分子生物學技術(shù)平臺、細胞分析技術(shù)平臺、化學生物學技術(shù)平臺和動物實驗技術(shù)平臺的幫助與支持。

文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1535610824000369

腺鱗癌轉(zhuǎn)分化驅(qū)動KRAS抑制劑耐藥研究的圖解摘要