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小细胞肺癌（SCLC）初始化疗敏感但易产生耐药，预后差。研究人员利用患者来源的异种移植（PDX）模型开展基因筛选研究，发现 KEAP1 缺失可导致 SCLC 化疗耐药，且该通路与患者预后相关。这为 SCLC 治疗提供了新靶点和方向。
小细胞肺癌（Small Cell Lung Cancer，SCLC）是一种极具侵袭性且致命的恶性肿瘤，其 5 年生存率不足 6%。尽管约三分之二的患者在初始化疗时会有明显反应，但往往在数月内就会复发。2019 年免疫检查点阻断剂加入标准治疗方案后，也仅带来了适度的治疗效果提升。目前，人们对 SCLC 化疗耐药相关的基因和通路了解十分有限，这主要归咎于现有的模型系统存在缺陷。例如，SCLC 细胞系研究未能为化疗敏感性和耐药性提供关键见解，基因工程小鼠模型虽有一定作用，但无法完全模拟患者对化疗的敏感性。因此，探寻 SCLC 化疗耐药的潜在机制迫在眉睫。
在此背景下，国外研究人员开展了相关研究。他们借助患者来源的异种移植（PDX）模型，该模型能较好地模拟患者对化疗的反应。研究人员通过在 PDX 模型上进行基因筛选，发现了与 SCLC 化疗耐药相关的关键因素。这一研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上，为 SCLC 的治疗开辟了新的方向，具有重要的临床意义。
研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：一是构建针对特定基因的文库，如设计靶向 400 个与 SCLC 相关基因的 CRISPR-Cas9 文库；二是进行体内筛选实验，将携带文库的慢病毒转导至 PDX 肿瘤细胞，再植入小鼠体内，经化疗处理后筛选耐药相关基因；三是对肿瘤组织进行多组学分析，包括 RNA 测序（RNA-seq）探究基因表达变化、代谢组学分析检测代谢物水平，以及利用免疫组化和 Western blot 等技术验证相关蛋白的表达。同时，研究使用了 IMpower133 临床试验中的患者样本队列，获取基因组数据进行分析。
下面详细介绍研究结果：
- 体内 cDNA 筛选确定驱动肿瘤生长和化疗耐药的基因：研究人员修改条形码开放阅读框（ORF）文库，添加 MYCN 和 MYCL 基因，在对化疗敏感的 SCLC PDX 模型（SC151）中进行体内筛选。分析发现，MYC、MYCN 和 MYCL 在生理盐水处理组和化疗（顺铂 - 依托泊苷，cis - eto）处理组中均显著富集，其他如 CCND1 等基因也有富集。这表明体内多重阳性选择筛选是识别化疗耐药驱动因素的有效方法。
- 体内 CRISPR - Cas9 缺失筛选确定 SCLC 化疗耐药驱动基因：鉴于 SCLC 中肿瘤抑制基因失活较为常见，研究人员构建了包含 2520 个 gRNA 的聚焦文库，对 400 个高优先级基因进行靶向筛选。在对另一个化疗敏感的 PDX 模型（FHSC14）筛选后发现，在生理盐水处理组和 cis - eto 处理组中，分别有不同基因的 sgRNA 相对 P0 参考点富集。其中，cis - eto 处理组中 KEAP1 基因的 sgRNA 显著富集，此前 KEAP1/NRF2 通路在 SCLC 中的作用未得到充分研究。
- KEAP1 缺失导致 SCLC PDX 模型化疗耐药：研究人员构建了 KEAP1 基因敲除的同基因 PDX 模型。实验表明，KEAP1 基因敲除后，NRF2 及其靶基因 NQO1 蛋白水平升高。在化疗实验中，sgKEAP1 肿瘤对 cis - eto 化疗几乎完全耐药，而 sgCtrl 肿瘤则有一定的退缩。免疫组化分析显示，sgCtrl 肿瘤在化疗后有明显的增殖抑制和凋亡增加，sgKEAP1 肿瘤则无此变化。
- 谷氨酰胺代谢是 KEAP1 缺失的 SCLC 的可靶向弱点：对 KEAP1 敲除的肿瘤组织进行 RNA 测序和代谢组学分析发现，KEAP1 缺失导致多个代谢途径相关基因富集，包括谷胱甘肽（GSH）代谢等。代谢组学检测到 sgKEAP1 肿瘤中还原型 GSH 增加，谷氨酸水平降低，提示其对谷氨酰胺分解代谢的依赖性增强。使用谷氨酰胺酶抑制剂 CB - 839 处理后，sgKEAP1 肿瘤出现部分消退，表明谷氨酰胺代谢是 KEAP1 缺失的 SCLC 的可靶向弱点。
- KEAP1/NRF2 通路信号与患者预后相关：对 IMpower133 试验中患者的基因组数据进行分析，发现 6% 的样本存在 KEAP1 深度缺失或预测的致病性突变，同时存在 NFE2L2 高水平扩增的病例。KEAP1/NRF2 通路基因表达特征评分较高的患者，无进展生存期（PFS）和总生存期（OS）较短。这表明 KEAP1 突变与 SCLC 患者化疗后的不良临床结局相关。
研究结论和讨论部分指出，该研究通过在 PDX 模型上进行基因筛选，揭示了 SCLC 化疗耐药的新机制，确定了 KEAP1 缺失是 SCLC 对 cis - eto 化疗耐药的驱动因素，且 KEAP1/NRF2 通路的激活与患者预后不良相关。同时，研究还发现谷氨酰胺代谢是 KEAP1 缺失的 SCLC 的潜在治疗靶点，为未来探索联合谷氨酰胺代谢抑制剂和化疗药物治疗 SCLC 提供了理论依据。不过，研究也存在一定局限性，如 cDNA 过表达文库未专门针对 SCLC 设计，CRISPR 筛选可能遗漏未包含在文库中的基因等。总体而言，该研究为 SCLC 的治疗提供了关键信息，有望推动针对复发 SCLC 的临床治疗进展。
