靶向代谢药物攻克乳腺癌 PI3K 抑制剂耐药难题

《Signal Transduction and Targeted Therapy》：Targeting PI3K inhibitor resistance in breast cancer with metabolic drugs

为解决乳腺癌 PI3K 抑制剂耐药问题，研究人员开展相关研究，发现耐药细胞对代谢药物敏感，或可用于临床治疗。

　　在全球范围内，乳腺癌是女性中最常见的癌症，也是癌症相关死亡的主要原因之一。根据激素受体（HR）和人表皮生长因子受体 2（Her2）的状态，乳腺癌可分为四种主要分子亚型，其中 HR⁺/Her2^-亚型最为常见，且该亚型中高达 40% 的患者存在 PIK3CA 基因激活突变。PI3K（磷脂酰肌醇 3 - 激酶）在细胞增殖、生长、存活和代谢中起着关键作用，针对 PI3K 通路的靶向治疗成为研究热点。

PI3Kα 特异性抑制剂 Alpelisib 在治疗 HR⁺/Her2^-且 PIK3CA 突变的转移性乳腺癌患者中展现出显著疗效，能延长患者的无进展生存期。然而，获得性耐药问题严重限制了其临床应用，主要原因是 mTORC1（哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物 1）通路的异常激活。

为了克服这一难题，来自德国多个研究机构（包括菲利普斯大学等）的研究人员开展了一系列研究。他们的研究成果发表在《Signal Transduction and Targeted Therapy》杂志上。

研究人员采用了多种关键技术方法。细胞实验方面，利用细胞系（如 T47D、MCF-7 等）进行细胞活力、克隆形成、细胞增殖和凋亡等实验；通过基因编辑技术（CRISPR/Cas9）构建敲除细胞系，探究自噬相关基因的作用。代谢分析方面，运用 Seahorse XFe96 分析仪测量细胞的氧消耗率（OCR）和细胞外酸化率（ECAR），并通过非靶向 LC/MS 代谢组学技术分析细胞代谢物变化。动物实验方面，建立了原位异种移植小鼠模型，观察肿瘤生长和对药物的反应，同时进行生物发光成像（BLI）和免疫组化分析。此外，还对 1120 例早期淋巴结阳性原发性乳腺癌患者进行组织微阵列（TMA）分析，探究相关生物标志物与患者预后的关系。

研究结果如下：

• Alpelisib 耐药乳腺癌的代谢易感性：研究人员通过剂量递增的方法获得了 Alpelisib 耐药的乳腺癌细胞系（T47D^AR1和 T47D^AR2）。这些耐药细胞对双胍类药物（如二甲双胍、苯乙双胍）和糖酵解抑制剂（如 DCA、2 - 脱氧 - D - 葡萄糖）敏感，而对 PI3K 抑制剂耐药。研究发现，耐药细胞在这些代谢药物处理后，凋亡增加，增殖明显减少，表明 Alpelisib 耐药使乳腺癌细胞对葡萄糖代谢和线粒体呼吸扰动更为敏感。
• mTORC1 介导耐药细胞的代谢脆弱性：通过竞争性共培养实验和多种抑制剂处理实验发现，mTORC1 激活与 Alpelisib 耐药和对 DCA / 二甲双胍的代谢敏感性相关。mTORC1 选择性抑制剂（如雷帕霉素、依维莫司）和泛 mTOR 激酶抑制剂（如 AZD8055）能使耐药细胞对 Alpelisib 重新敏感，但同时使其对代谢药物产生耐药，这表明 mTORC1 是连接 Alpelisib 耐药和代谢敏感性的关键因素。
• mTORC1 介导的自噬缺陷与能量危机：Alpelisib 耐药的乳腺癌细胞（如 T47D^AR1）存在 mTORC1 信号活性升高、自噬缺陷（表现为 LC3B-I 到 II 的加工受损和 p62 积累）。代谢药物（DCA / 二甲双胍）处理后，耐药细胞出现能量应激（表现为 AMPK 激活和其下游靶点乙酰辅酶 A 羧化酶的抑制性磷酸化），最终导致细胞凋亡。而野生型 T47D 细胞在药物处理后能诱导自噬，避免严重能量应激和凋亡。通过多种实验方法（如 LC3 turnover 实验、免疫荧光实验等）证实，mTORC1 持续激活抑制了耐药细胞在代谢应激下的自噬反应，增加了其对代谢药物的敏感性。
• CRISPR/Cas9 抑制自噬使细胞对 DCA / 二甲双胍敏感：研究人员利用 CRISPR/Cas9 技术敲除 T47D^Par细胞和 MCF-7 细胞中的关键自噬基因（FIP200、ATG14、ATG7），结果显示这些敲除细胞对 DCA / 二甲双胍敏感，表现为克隆形成能力受损、增殖减少和凋亡增加，而敲除非经典自噬相关基因 RUBCN 的细胞则无此现象，表明自噬抑制足以使 HR⁺/Her2^-且 PIK3CA 突变的乳腺癌细胞对 DCA / 二甲双胍超敏感。
• 自噬抑制加剧代谢应激：以二甲双胍处理细胞后，发现自噬缺陷的细胞（如 T47D^AR1和 T47D^ATG7敲除细胞）代谢变化更为显著，尤其是在 “丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢” 途径中，天冬氨酸水平显著下降。天冬氨酸是嘌呤生物合成的重要原料，其缺乏会导致细胞死亡，补充天冬氨酸可挽救细胞。动物实验也证实，代谢药物选择性抑制 Alpelisib 耐药和自噬缺陷的肿瘤细胞生长，而对野生型肿瘤细胞无明显作用。
• 代谢抑制剂在体内选择性靶向耐药乳腺癌：在体内实验中，研究人员将 Alpelisib 耐药的肿瘤细胞和野生型肿瘤细胞混合接种到小鼠体内，发现代谢药物（DCA、二甲双胍）能选择性抑制 Alpelisib 耐药肿瘤细胞的生长，有效消除异质性乳腺肿瘤中的耐药细胞。同时，对 CRISPR/Cas9-engineered ATG7 敲除细胞的研究发现，自噬缺陷的肿瘤细胞对 DCA 高度敏感，且对 Alpelisib 的敏感性也增加，表明自噬缺陷可作为 PI3K 抑制剂治疗的增敏机制。
• 4E-BP1^T37/46磷酸化和 p62 积累与乳腺癌患者预后相关：对 1120 例早期乳腺癌患者的组织微阵列分析发现，4E-BP1^T37/46磷酸化（mTORC1 信号活性的标志物）与 p62 积累（自噬降解的指标）在 HR⁺/Her2^-和三阴性乳腺癌（TNBC）患者中显著相关。在 HR⁺/Her2^-亚型中，高表达这两个标志物的患者总体生存率较差，表明它们可作为预后生物标志物。

研究结论和讨论部分指出，本研究揭示了 mTORC1 上调导致的自噬抑制使 Alpelisib 耐药的乳腺癌细胞对代谢药物敏感，这为治疗 PI3K 抑制剂耐药的乳腺癌提供了新的策略。同时，4E-BP1^T37/46磷酸化和 p62 积累可作为预测患者预后的生物标志物，有助于筛选可能从代谢治疗中获益的患者。然而，目前代谢药物在临床应用中仍面临一些挑战，如缺乏可靠的生物标志物进行患者分层和药物的毒副作用等。未来需要进一步研究来解决这些问题，以推动代谢疗法在乳腺癌治疗中的应用。