小細(xì)胞肺癌（SCLC）是一種侵襲性神經(jīng)內(nèi)分泌（NE）惡性腫瘤，占據(jù)肺癌約13~15%，以快速倍增，早期轉(zhuǎn)移和預(yù)后不良為特征[1]，5年生存率不足7%[2]。這些患者當(dāng)中70%出現(xiàn)擴(kuò)散，只能接受全身治療[3]。

目前針對(duì)SCLC的臨床治療手段主要是依賴以鉑類藥物為主的化療或者化療/免疫療法的聯(lián)合[4]。由于免疫治療較低的臨床應(yīng)答率，目前以DNA損傷藥物為主的化療依舊是轉(zhuǎn)移期SCLC全身療法的重要支柱[5]。然而，SCLC強(qiáng)大的獲得性耐藥能力使得化療不僅起效短暫且容易復(fù)發(fā)[6]。但導(dǎo)致SCLC獲得性耐藥的機(jī)制依舊撲朔迷離。

近日，由美國德州大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心Benjamin J. Drapkin和美國麻省綜合醫(yī)院癌癥中心Nicholas J. Dyson領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)，在Science Advances上發(fā)表的重要研究成果嘗試解答了這一問題。

他們的研究表明部分患者復(fù)發(fā)的SCLC中跨損傷DNA合成 (TLS) 的上調(diào)可以誘導(dǎo)此類患者對(duì)聯(lián)合OT（PARP抑制劑奧拉帕利聯(lián)合DNA烷化劑替莫唑胺）引起的DNA復(fù)制損傷的耐受。這是導(dǎo)致SCLC產(chǎn)生獲得性耐藥性的關(guān)鍵因素，而使用TLS抑制劑可以克服這種耐藥性[7]。

研究發(fā)現(xiàn)的TLS 的上調(diào)是在 SCLC 患者的腫瘤細(xì)胞中鑒定出的第一個(gè)與獲得性耐藥有關(guān)的特定分子機(jī)制。

論文首頁

DNA損傷藥物作為SCLC全身治療的主流藥物面臨著快速且短暫的藥物反應(yīng)。隨著連續(xù)復(fù)發(fā)，在治療中獲益的患者比例顯著下降[8]。SCLC腫瘤也從單純的藥物響應(yīng)狀態(tài)逐漸演變?yōu)楂@得性耐藥狀態(tài)。

參考轉(zhuǎn)移性NSCLC治療的成功范例可知[9]，在復(fù)發(fā)時(shí)，重新對(duì)腫瘤樣本活檢可以比較治療前和復(fù)發(fā)后樣本，以了解獲得性耐藥機(jī)制的概況并開發(fā)克服耐藥性的療法。

相比之下，由于再次活檢在SCLC中缺乏臨床意義，所以配對(duì)的治療前/復(fù)發(fā)后腫瘤樣本極為罕見。而已獲得的少數(shù)復(fù)發(fā)后樣本或是經(jīng)過固定的，或是經(jīng)過冷凍的。這些復(fù)發(fā)后樣本無法用于確認(rèn)具體的耐藥變化，這導(dǎo)致大部分對(duì)于SCLC的耐藥性研究只能基于假設(shè)。

基于以上問題，作者使用多個(gè)臨床時(shí)間點(diǎn)中SCLC患者的循環(huán)腫瘤細(xì)胞，活檢和積液樣本作為腫瘤來源建立了患者來源的異種移植(PDX)模型，治療前/復(fù)發(fā)后匹配的PDX對(duì)用以發(fā)現(xiàn)化療耐藥機(jī)制[11]。

作者進(jìn)行了一項(xiàng)單臂1/2期臨床試驗(yàn)，對(duì)SCLC復(fù)發(fā)患者聯(lián)用PARP抑制劑奧拉帕利與DNA烷化劑替莫唑胺（聯(lián)合OT）。

從對(duì)OT試驗(yàn)具有持久反應(yīng)的兩名患者（MGH1518 和 MGH1528）中獲得了OT治療前和OT后復(fù)發(fā)PDX模型，用以模擬從臨床敏感性到獲得性耐藥的轉(zhuǎn)變。其中，對(duì)OT高度敏感的預(yù)處理PDX模型，稱為PDX ^sens 1518和PDX ^sens 1528。而對(duì)OT具有高度耐藥性的模型，稱為PDX ^res 1518和PDX ^res 1528。

研究人員利用全基因組測(cè)序證實(shí)了這些腫瘤中的高突變負(fù)擔(dān)。然而，這種突變負(fù)擔(dān)的大量增加幾乎都與治療相關(guān)，導(dǎo)致難以從遺傳譜中發(fā)現(xiàn)耐藥機(jī)制。

抗 OT 的 SCLC 模型顯示復(fù)發(fā)后腫瘤突變負(fù)荷大量增加

轉(zhuǎn)變思路，作者對(duì)OT耐藥SCLC進(jìn)行奧拉帕利和替莫唑胺(TMZ)藥效實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)對(duì)于OT獲得性耐藥SCLC，奧拉帕利抑制PARylation或TMZ引起DNA損傷的能力沒有顯著差異。

然而，彗星實(shí)驗(yàn)和γH2AX免疫檢測(cè)證明OT在兩種MGH1518模型中均誘導(dǎo)單鏈DNA斷裂（SSB），但PDX ^res 1518不再將OT誘導(dǎo)的SSB轉(zhuǎn)化為雙鏈DNA斷裂（DSB）。這些結(jié)果表明OT烷基化DNA并抑制蛋白質(zhì)PARylation從而在兩種模型中誘導(dǎo)SSB，但在PDX ^res 1518中，獲得性耐藥機(jī)制阻止了DSB和γH2AX病灶的積累。

PDX ^res 1518細(xì)胞在OT處理后表現(xiàn)出更少的DNA雙鏈斷裂

由于SCLC對(duì)DNA損傷藥物的敏感性隨細(xì)胞周期進(jìn)程而變化，奧拉帕利和TMZ對(duì)S期的細(xì)胞具有更強(qiáng)的細(xì)胞毒性。

作者通過腫瘤組織免疫檢測(cè)和scRNA測(cè)序發(fā)現(xiàn)：PDX ^res 1518比PDX ^sens 1518中有更多的細(xì)胞處于G1期。作者由此假設(shè)這種細(xì)胞周期分布可能有助于SCLC對(duì)OT產(chǎn)生獲得性耐藥并建立了以下模型以揭示OT的即時(shí)和延遲細(xì)胞效應(yīng)。

PDX ^sens 1518和PDX ^res 1518均在體內(nèi)給予單劑量的奧拉帕利和TMZ，并在治療4或24小時(shí)后切除腫瘤。在PDX ^sens 1518中，受損細(xì)胞或在G2期中積累或未能完成DNA復(fù)制；而在 PDX ^res 1518中，幾乎所有的DNA 損傷都集中在S期群體中。

此外，前者中每個(gè)細(xì)胞的增殖能力發(fā)生進(jìn)行性下降，并且在治療5天后，幾乎所有腫瘤細(xì)胞都無法增殖。相反，后者增殖能力在給藥1天后基本不受影響，在治療3天和5天后反而增加。這些結(jié)果表明PDX ^res 1518細(xì)胞中G0或G1期細(xì)胞對(duì)OT具有耐藥性，并且可以在治療期間和治療后促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)。

PDX1518兩種模型的細(xì)胞周期分布及OT多次給藥后兩者細(xì)胞增殖能力

隨后，研究人員在短期培養(yǎng)的PDX細(xì)胞中探究了，是否進(jìn)行OT治療情況下的DNA復(fù)制動(dòng)力學(xué)。在未經(jīng)處理的MGH1518模型中，復(fù)制叉速度相似，但在OT存在時(shí)它們出現(xiàn)差異，即：在PDX ^sens 1518細(xì)胞中DNA復(fù)制逐漸減速，而PDX ^res 1518細(xì)胞幾乎沒有變化。

從理論上講，因?yàn)闆]有誘導(dǎo)損傷，PDX ^res 1518中的復(fù)制叉可能對(duì)OT不敏感，但前文中對(duì)OT處理的細(xì)胞的堿性彗星測(cè)定表明情況卻與此不符。因此，作者猜想復(fù)制叉可以通過TLS等耐受機(jī)制暫時(shí)繞過OT誘導(dǎo)的損傷，即：高保真復(fù)制DNA聚合酶被可以繞過DNA損傷的低保真TLS聚合酶取代。

為了驗(yàn)證這一猜想，作者在TLS 抑制劑（TLS pp）的存在下重復(fù)DNA纖維測(cè)定，結(jié)果表明：單獨(dú)使用TLSpp治療減慢PDX ^res 1518復(fù)制叉的效果較弱，但與OT結(jié)合使用，其導(dǎo)致復(fù)制叉明顯減速。隨后，作者測(cè)試了 TLS 抑制使SCLC模型對(duì)OT重新敏感的能力。與預(yù)期相符，在體外抑制TLS使PDX ^res 1518細(xì)胞對(duì)OT敏感。

此外，在SBC-5、COLO-668、NCI-H82、NCI-H2029、SW1271、DMS53、NCI-H526和NCI-H841等SCLC的細(xì)胞系上使用OT + TLS pp的組合均比單獨(dú)的OT更有效。

在 PDX ^res 1518 SCLC細(xì)胞中TLS抑制劑與OT具有協(xié)同作用

而MGH1528模型則表現(xiàn)出不同的耐藥機(jī)制，盡管PDX ^res 1528表現(xiàn)出對(duì)OT的獲得性耐藥，但PDX ^sens 1528和PDX ^res 1528對(duì)由OT和γ射線輻照誘導(dǎo)的DSB沒有差異；此外，OT對(duì)PDX ^res 1528更弱的DNA損傷能力與細(xì)胞周期所處階段無關(guān)；最后，使用TLS抑制劑亦不能使得耐藥細(xì)胞更敏感。

以上均表明PDX ^res 1528與PDX ^res 1518通過不同的機(jī)制對(duì)OT產(chǎn)生獲得耐藥性。這也反映了SCLC的異質(zhì)性及其獲得性耐藥機(jī)制的復(fù)雜性。

總的來說，作者構(gòu)建并比較了來自治療反應(yīng)性患者的治療前和復(fù)發(fā)后PDX模型，鑒定出TLS上調(diào)和/或過度激活賦予SCLC對(duì)DNA損傷藥物的獲得性耐藥，并且在部分情況下，通過添加TLS抑制劑可以部分恢復(fù)SCLC對(duì)OT的敏感性。此外，這種連續(xù)腫瘤采樣的方法有助于在臨床中診斷SCLC獲得性耐藥機(jī)制，據(jù)此可能提供活檢所需的臨床生物標(biāo)志物，從而繞過或消除這種耐藥機(jī)制。

參考文獻(xiàn)：

[1] van Meerbeeck JP, Fennell DA, De Ruysscher DK. Small-cell lung cancer. Lancet. 2011;378(9804):1741-1755. doi:10.1016/S0140-6736(11)60165-7.

[2] George J, Lim JS, Jang SJ, et al. Comprehensive genomic profiles of small cell lung cancer. Nature. 2015;524(7563):47-53. doi:10.1038/nature14664.

[3] Frese KK, Simpson KL, Dive C. Small cell lung cancer enters the era of precision medicine. Cancer Cell. 2021;39(3):297-299. doi:10.1016/j.ccell.2021.02.002.

[4] Rudin CM, Brambilla E, Faivre-Finn C, Sage J. Small-cell lung cancer. Nat Rev Dis Primers. 2021;7(1):3. Published 2021 Jan 14. doi:10.1038/s41572-020-00235-0

[5] Byers LA, Rudin CM. Small cell lung cancer: where do we go from here?. Cancer. 2015;121(5):664-672. doi:10.1002/cncr.29098.

[6] Jin Y, Chen Y, Tang H, et al. Activation of PI3K/AKT Pathway Is a Potential Mechanism of Treatment Resistance in Small Cell Lung Cancer. Clin Cancer Res. 2022;28(3):526-539. doi:10.1158/1078-0432.CCR-21-1943.

[7] Stanzione M, Zhong J, Wong E, et al. Translesion DNA synthesis mediates acquired resistance to olaparib plus temozolomide in small cell lung cancer. Sci Adv. 2022;8(19):eabn1229. doi:10.1126/sciadv.abn1229.

[8] Farago AF, Keane FK. Current standards for clinical management of small cell lung cancer. Transl Lung Cancer Res. 2018;7(1):69-79. doi:10.21037/tlcr.2018.01.16.

[9] Ettinger DS, Wood DE, Aggarwal C, et al. NCCN Guidelines Insights: Non-Small Cell Lung Cancer, Version 1.2020. J Natl Compr Canc Netw. 2019;17(12):1464-1472. doi:10.6004/jnccn.2019.0059.

[10] B?ttger F, Semenova EA, Song JY, et al. Tumor Heterogeneity Underlies Differential Cisplatin Sensitivity in Mouse Models of Small-Cell Lung Cancer. Cell Rep. 2019;27(11):3345-3358.e4. doi:10.1016/j.celrep.2019.05.057.

[11] Hodgkinson CL, Morrow CJ, Li Y, et al. Tumorigenicity and genetic profiling of circulating tumor cells in small-cell lung cancer. Nat Med. 2014;20(8):897-903. doi:10.1038/nm.3600