小细胞肺癌约占肺癌的15％，是所有肺癌亚型中恶性程度最高、预后最差的亚型，其5年生存率只有5%。高转移、易耐药是小细胞肺癌最为显著的两个特征。因此，揭示小细胞肺癌转移和耐药的分子机制是当前领域内两个重要的国际前沿热点。季红斌团队长期关注这两个科学问题，致力于深入理解小细胞肺癌转移和化疗耐药的机制。在转移方面，团队前期利用Rb1/Trp53缺失的基因工程小鼠模型及其衍生的小细胞肺癌细胞系揭示了泛素E3连接酶Cullin5 (Zhao et al, 2019) 和Hippo信号通路关键成员TAZ (Jin et al, 2022)在小细胞肺癌转移中的作用及机制。

与此同时，团队也一直关注小细胞肺癌化疗耐药的问题。与大多数实体肿瘤不同，临床上小细胞肺癌的首选治疗方案不是手术而是化疗。绝大多数小细胞肺癌对化疗非常敏感，但其耐药性很快就会出现从而导致肿瘤复发。由于小细胞肺癌患者很少手术，肿瘤样本很难获取。另外，临床上目前仍然没有靶向药物获批用于小细胞肺癌的治疗。因此当患者发生肿瘤耐药疾病复发时，受医学伦理限制，耐药患者的肿瘤样本非常难获取，这导致了目前对化疗耐药机制理解的严重滞后。

机制认知的不足使得后续治疗手段匮乏，而缺乏有效的后续治疗方案就难以改进临床治疗指南，在医学伦理限制下，反过来又使得耐药肿瘤样本更加难以获取。因此，小细胞肺癌耐药的机制研究陷入了“临床样本难获取-耐药机制不清楚-后续治疗手段匮乏-临床样本难获取”的死循环中，长期以来一直裹足不前（图1）。近年来，国际上不同研究团队在积极尝试建立患者样本来源肿瘤的小鼠移植瘤模型（PDX）并通过持续给药来模拟临床小细胞肺癌化疗耐药的过程，希望以此为突破口来摆脱目前临床小细胞肺癌治疗的困境。

图1. 小细胞肺癌化疗耐药研究的死循环

为了建立化疗耐药的小细胞肺癌模型，研究团队在前期将临床活检穿刺获得的小细胞肺癌样本接种至SCID小鼠皮下，建成小细胞肺癌PDX小鼠模型。在确定肿瘤病理类型为小细胞肺癌之后，研究团队进一步模拟临床化疗给药的标准方案对这些PDX小鼠模型和人小细胞肺癌细胞系来源的移植瘤（CDX）小鼠模型进行化疗药物处理。大多数小鼠模型初期对化疗处理非常敏感，肿瘤很快就会消褪。经过长期的、多疗程的化疗处理并结合肿瘤连续接种传代，这些小鼠模型对化疗药物的响应逐渐变差，最终建成多个小细胞肺癌化疗耐药的小鼠模型(图2)。

图2. 建立小细胞肺癌PDX和CDX及化疗耐药模型

“该研究主要的困难在于两点：一是前期的小细胞肺癌样本非常难获取。因为临床上小细胞患者极易发生转移，很少手术。我们大概花了5年多时间，利用患者活检穿刺做病理检测剩余的样本来建立这些PDX模型。这中间很多样本后来经病理分析发现并不是小细胞肺癌。二是诱导产生化疗耐药肿瘤的过程非常耗时。大部分小细胞肺癌肿瘤对化疗非常敏感，化疗药物处理下肿瘤很快就会消退，等肿瘤再长起来，往往需要等待1个多月。其中最长的一个耐药模型，大概花了3年才建成。我们目前还在建立更多的化疗耐药小鼠模型，希望利用这些模型发现新的耐药机制并开发出针对性的治疗策略”，该论文第一作者郭晨晨博士说。

在该研究中，团队成员专门利用一个含有1971个美国FDA认证的药物库来筛选能够特异性抑制化疗耐药细胞存活的潜在药物。有意思的是，他们发现抑制甲羟戊酸代谢途径的他汀类药物能够显著地抑制化疗耐药细胞的存活。利用另外一个含256个美国FDA认证的代谢类药物库进行筛选验证，他们同样发现多种他汀类药物可以特异性抑制化疗耐药细胞的存活。研究团队由此推测，化疗耐药的小细胞肺癌可能发生代谢重编程并依赖甲羟戊酸代谢途径来维持细胞存活。进一步的机制研究发现，他汀类药物主要是通过抑制甲羟戊酸代谢途径中香叶基香叶基二磷酸的生成，阻滞小G蛋白RAB7A的香叶基香叶基化修饰过程，使后者无法上膜发挥正常功能，进而抑制自噬体与溶酶体的融合，引发自噬流障碍，促使耐药细胞中ROS过度累积而发生细胞凋亡（图3）。

利用一系列获得性耐药和原发性耐药的PDX模型，团队成员进一步寻找对他汀类药物治疗响应较好的肿瘤标志物。他们发现，香叶基香叶基二磷酸合成酶GGPS1高表达的耐药肿瘤对他汀类药物非常敏感，而且化疗联合他汀类药物可以非常显著地克服小细胞肺癌化疗耐药。临床样本分析显示，高表达GGPS1的小细胞肺癌患者预后往往更差。令人备受鼓舞的是，他们发现三例化疗耐药的小细胞肺癌患者在接受化疗联合辛伐他汀治疗后病情都得到不同程度的缓解。

图3. 他汀类药物通过靶向MVA-GGPP代谢途径克服小细胞肺癌化疗耐药的模式图

化疗是目前小细胞肺癌患者临床治疗的主要手段，而患者一旦发生化疗耐药就面临几乎无药可用的窘境。该研究通过建立并研究小细胞肺癌化疗耐药的小鼠模型，揭示了甲羟戊酸代谢在小细胞肺癌化疗耐药中的重要作用，并提出可以利用他汀类药物靶向MVA-GGPP代谢途径作为克服小细胞肺癌化疗耐药的策略用于临床后线治疗。该研究不仅为深化认识小细胞肺癌化疗耐药的机制奠定理论基础，而且还为克服小细胞肺癌的化疗耐药提供新的治疗策略，具有重要的科学价值和潜在的临床转化意义。他汀类药物是目前临床上用于降血脂的、安全性较高的常用药物，其联合化疗的有效性已经在部分化疗耐药小细胞肺癌患者身上得到验证。基于此，研究者合作发起了两项二期临床研究，以期深入评估他汀类药物联合化疗在化疗耐药小细胞肺癌患者中的疗效。

“一旦他汀类药物联合化疗被证明有效，这将走出“临床样本难获取-耐药机制不清楚-后续治疗手段匮乏-临床样本难获取”的死循环，为将来全面深入地揭示小细胞肺癌化疗耐药的分子机制奠定基石，有望为小细胞肺癌化疗耐药患者的精准治疗打开一扇窗，最终改善小细胞肺癌患者的临床治疗”，季红斌研究员评价说，他希望通过该成果有助于逐渐解除当前小细胞肺癌的研究困境。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s43018-022-00358-1