ppar α介导的脂质代谢重编程支持头颈部鳞状细胞癌抗egfr治疗耐药

抗egfr治疗的耐药是晚期头颈癌患者的临床问题。在这里，作者表明，治疗耐药的癌细胞增强脂肪酸代谢，这可以通过抑制过氧化物酶体增殖激活受体α (PPARα)来治疗。

　　

脂质代谢重编程：头颈部鳞癌抗 EGFR 治疗耐药新机制

在癌症治疗领域，探寻肿瘤耐药机制并开发针对性策略一直是研究的关键方向。比利时鲁汶大学（Université catholique de Louvain，UCLouvain）的 Valentin Van den bossche、Julie Vignau、Engy Vigneron 等研究人员在Nature Communications杂志上发表了题为 “PPARα-mediated lipid metabolism reprogramming supports anti-EGFR therapy resistance in head and neck squamous cell carcinoma” 的论文。该研究揭示了头颈部鳞癌（HNSCC）对表皮生长因子受体（EGFR）靶向治疗耐药的新机制，为克服耐药问题提供了潜在的治疗靶点，对改善 HNSCC 患者的治疗效果具有重要意义。

一、研究背景

HNSCC 是全球第六大常见癌症，每年约有 70 万患者确诊，且常被诊断于晚期，治疗面临诸多挑战。尽管采取了手术、放化疗等综合治疗手段，仍有超过一半的患者会出现局部复发或远处转移。免疫疗法虽已应用于部分患者，但抗 EGFR 疗法仍是 PD-L1 阴性晚期 HNSCC 以及免疫治疗后进展的 PD-L1 阳性患者的标准治疗选择之一。然而，EGFR 过表达虽常见于 HNSCC（90%），却与不良预后和放化疗耐药相关。抗 EGFR 单克隆抗体（如西妥昔单抗）的临床疗效因原发性或获得性耐药而受限，且目前缺乏针对耐药患者的有效治疗方案。同时，HNSCC 中 EGFR 信号通路基因改变罕见，与抗 EGFR 治疗临床反应的关联也不明确，因此探索非基因层面的耐药机制对提高患者治疗效果至关重要。

肿瘤细胞代谢失调是癌症的常见特征，在疾病进展和临床复发中起重要作用。代谢偏好的改变有助于癌细胞满足生物能量和生物合成需求，在应激条件下维持生长和存活。尽管代谢改变在癌症中的重要性已被广泛认知，但在 HNSCC 中，针对抗 EGFR 治疗的代谢弱点尚未明确，探索代谢相关的耐药机制可能为治疗提供新方向。

二、研究材料与方法

（一）细胞系与培养

研究使用了三对人 HNSCC 细胞系（FaDu、SC263 和 SCC22b），包括西妥昔单抗敏感（-S）和耐药（-R）细胞系。细胞系分别由 ATCC 购买或由其他研究人员馈赠，并按照标准方法进行培养和保存。耐药细胞系通过长期暴露于西妥昔单抗诱导产生，并在持续药物处理下常规培养。

（二）实验处理与检测

对细胞进行多种处理，包括使用 2 - 脱氧葡萄糖、5-(十四烷氧基)-2 - 呋喃甲酸等多种抑制剂，以及转染特定的 siRNA 序列。通过检测细胞生长、代谢物浓度、蛋白表达等指标，评估细胞的代谢变化和对治疗的反应。采用 RNA 测序、蛋白质组学分析、全外显子测序等技术，深入探究基因和蛋白表达的改变。利用 3D 球状体培养和小鼠体内肿瘤异种移植模型，在更接近体内环境的条件下研究细胞的生长和耐药性。

（三）数据分析方法

运用多种生物信息学工具和统计方法对实验数据进行分析。如使用 VIPER 算法推断蛋白质活性，通过基因集富集分析（GSEA）确定差异富集的代谢途径，利用网络分析方法构建蛋白质 - 蛋白质相互作用网络等。统计分析采用 Student’s t 检验、ANOVA 等，以评估数据的显著性差异。

三、研究结果

（一）HNSCC 细胞获得性耐药与代谢相关基因和蛋白表达变化相关

研究人员通过对三对 HNSCC 细胞系的研究发现，西妥昔单抗耐药细胞系在 2D 和 3D 培养条件下均表现出耐药表型，且全外显子测序未发现 EGFR 信号相关或代谢调节基因的重大改变，提示存在非遗传可逆的耐药机制。转录组和蛋白质组分析揭示了数百个差异表达的基因和蛋白质，基因集富集分析表明氨基酸、核苷酸、葡萄糖和脂质代谢等过程在耐药细胞中显著改变。VIPER 分析预测了 994 个差异激活的蛋白质，其中 37 个与脂肪酸、谷氨酸 / 谷氨酰胺代谢或糖酵解相关。通过构建蛋白质相互作用网络和聚类分析，确定了与代谢相关的网络簇，表明西妥昔单抗耐药的 HNSCC 细胞代谢发生了深刻变化。

（二）抗 EGFR 治疗耐药的 HNSCC 细胞糖酵解活性未改变

鉴于西妥昔单抗部分通过抑制 HIF1 介导的糖酵解发挥抗肿瘤作用，研究人员检测了耐药细胞的葡萄糖代谢。通过测量细胞外葡萄糖和乳酸水平、葡萄糖诱导的细胞外酸化率（ECAR）、2 - 脱氧葡萄糖处理后的细胞活力，以及使用 - 葡萄糖追踪代谢产物等实验，结果表明，在西妥昔单抗敏感和耐药的 HNSCC 细胞中，葡萄糖代谢相关指标均无显著差异，说明获得性耐药与 HNSCC 细胞的葡萄糖代谢主要变化无关。

（三）西妥昔单抗耐药与 HNSCC 细胞脂肪酸摄取和氧化增加相关

研究发现，虽然线粒体膜电位和在富含底物培养基中的呼吸未改变，但在葡萄糖和谷氨酰胺缺失的培养基中，西妥昔单抗耐药的 HNSCC 细胞脂肪酸氧化（FAO）速率增加。同时，这些细胞摄取外源性脂肪酸的能力增强，细胞内脂肪酸酰基辅酶 A 水平升高，脂肪酸转运蛋白 CD36 和 FAO 关键限速酶 CPT1A 的表达上调。沉默 CD36 或抑制 CPT1A 可降低脂肪酸摄取和氧化，且 CPT1A 抑制仅在耐药细胞中降低乙酰辅酶 A 水平，表明 FAO 在支持耐药细胞生物能量需求中的重要作用。此外，耐药细胞中脂肪酸合成酶（FASN）的表达未改变，但抑制 FASN 对耐药细胞的毒性较小，说明耐药细胞对脂肪酸合成的依赖性较低。通过蛋白质相互作用网络分析，确定了可能的代谢转变主调节因子。

（四）硬脂酰辅酶 A 去饱和酶活性增加防止西妥昔单抗耐药的 HNSCC 细胞发生脂毒性

气相色谱 - 火焰离子化检测分析显示，西妥昔单抗敏感和耐药细胞的总脂肪酸丰度及各脂肪酸组分（中性脂质、磷脂和游离脂肪酸）无显著差异，但细胞内脂肪酸组成发生变化，单不饱和脂肪酸（MUFA）比例增加，饱和脂肪酸（SFA）比例减少。耐药细胞中硬脂酰辅酶 A 去饱和酶（SCD）1 和 SCD5 的表达上调，抑制 SCD1 改变了脂肪酸谱，增加了 SFA 比例，且使耐药细胞对过量棕榈酸更敏感，表明增强的脂肪酸摄取伴随着去饱和酶活性增加，以防止脂毒性。

（五）西妥昔单抗耐药的 HNSCC 细胞在体外和体内生长依赖外源性脂肪酸的可用性和利用

研究表明，沉默 CD36 对耐药细胞具有特异性生长抑制作用，在无脂质培养基中培养可使耐药细胞对西妥昔单抗重新敏感，添加脂质可挽救细胞生长。抑制 CPT1A 对耐药细胞的生长抑制作用更强，且 CPT1A 抑制可使体内肿瘤异种移植对西妥昔单抗重新敏感，表明耐药细胞在体外和体内生长依赖外源性脂肪酸的利用。

（六）PPARα 依赖的转录程序调控西妥昔单抗耐药的 HNSCC 细胞脂质代谢重编程

转录组分析显示，西妥昔单抗耐药细胞中过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）相关基因特征富集，DNA 结合实验表明 PPARα 在耐药细胞中更活跃，且核内活性形式的 PPARα 更丰富。用 PPARα 激动剂培马贝特处理敏感细胞，可诱导代谢向脂肪酸氧化转变并增加耐药性；抑制或沉默 PPARα 可降低耐药细胞中 CD36 和 CPT1A 的表达，减少棕榈酸依赖的线粒体呼吸，抑制细胞生长。在 3D 培养和体内肿瘤模型中，PPARα 拮抗剂 GW6471 可使耐药模型对西妥昔单抗重新敏感，且无明显副作用，表明 PPARα 在耐药细胞脂质代谢重编程中起关键作用，是克服耐药的潜在治疗靶点。

（七）EGFR 信号通路与脂质代谢重编程的相互作用支持 HNSCC 细胞对西妥昔单抗的获得性耐药

将西妥昔单抗耐药细胞在无药培养基中培养，可恢复对脂肪酸代谢抑制剂的敏感性，且 CPT1A 蛋白表达降低。耐药细胞表面 EGFR 表达减少，抑制脂肪酸代谢可恢复其表面水平并增加对 EGFR 抑制剂的敏感性。此外，抑制 EGFR 信号通路可降低耐药细胞中 CPT1A 和 CD36 的基因表达，表明 EGFR 信号通路与脂质代谢之间存在相互作用，共同支持耐药性。

（八）PPARα 依赖的脂肪酸代谢失调与患者来源的 HNSCC 模型中对西妥昔单抗的耐药相关

利用患者来源的异种移植（PDX）模型研究发现，对西妥昔单抗耐药的 PDX 模型中，脂质代谢和氧化代谢相关通路上调，包括 PPAR 介导的基因特征。CD36 在 mRNA 和蛋白水平均上调，联合使用脂肪酸氧化抑制剂依他莫昔或 PPARα 拮抗剂 GW6471 与西妥昔单抗，可显著抑制耐药 PDX 小鼠的肿瘤生长。对公共转录组数据集的分析显示，PPARα 相关基因特征高表达的 HNSCC 患者总生存期较短，且在接受西妥昔单抗或阿法替尼治疗的患者中，稳定代谢疾病患者的 PPARα 依赖基因特征上调，表明 PPARα 依赖的脂肪酸代谢失调与 HNSCC 患者对抗 EGFR 治疗的耐药相关。

四、研究结论与讨论

本研究揭示了 HNSCC 细胞对西妥昔单抗耐药的新机制，即 PPARα 介导的脂质代谢重编程。在耐药细胞中，脂肪酸摄取和氧化增加，同时伴有 SCD 活性增强以防止脂毒性，且细胞生长依赖外源性脂肪酸。PPARα 在这一过程中起关键调控作用，其活性与耐药性密切相关。临床研究表明，PPARα 依赖的脂肪酸代谢失调与患者对西妥昔单抗的耐药及不良预后相关。

该研究为理解 HNSCC 抗 EGFR 治疗耐药机制提供了新视角，揭示了脂质代谢作为非遗传耐药机制的关键作用，为克服耐药提供了潜在的治疗靶点。针对 PPARα 或脂肪酸代谢途径的治疗策略，如使用 PPARα 拮抗剂或脂肪酸氧化抑制剂，可能成为改善 HNSCC 患者治疗效果的新方向。此外，研究还提示可通过调节饮食中脂肪酸摄入来辅助治疗，为临床治疗提供了新的思路。未来的研究可进一步探索脂质代谢与其他耐药机制的相互作用，以及开发更具针对性的联合治疗方案，以提高 HNSCC 患者的生存率和生活质量。