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Cell子刊解读!科学家们揭示黑色素瘤细胞躲避靶向性疗法得以生存的新型分子机制!

作者:生物谷 时间:2020-12-21 10:46:00

2020年12月21日 讯 /生物谷BIOON/ --近年来,靶向性疗法巩固了其作为癌症疗法的重要工具的地位,这些药物能被设计用来阻断肿瘤细胞进行生长和扩散的特殊信号,同时还能够不损伤正常细胞的功能。靶向性疗法能够显著延长患者的生命,但其益处往往只是暂时的,随着时间的推移,许多癌症会对疗法产生耐药性并会再次开始生长,目前研究人员并未阐明其中的分子机制,这显然会阻碍癌症真正治疗方法的发展。

日前,一篇刊登在国际杂志Cell Systems上题为“Receptor-Driven ERK Pulses Reconfigure MAPK Signaling and Enable Persistence of Drug-Adapted BRAF-Mutant Melanoma Cells”的研究报告中,来自哈佛医学院等机构的科学家们通过研究揭示了特定的黑色素瘤细胞如何躲避靶向性疗法的攻击。通过对培养的细胞进行研究,研究者发现,药物疗法会留下一群持久的黑色素瘤细胞生存并因缓慢、短暂的生长信号脉冲而进行缓慢的分裂,这种信号由细胞外部的蛋白所诱发,能够将生长途径重新连接成不受药物影响的结构。相关研究结果或能帮助阐明因细胞环境所诱发的可逆的药物耐受性机制,理解环境的效应或许也能帮助设计出更好的疗法和药物组合来帮助抵御黑色素瘤和其它癌症。

研究者Peter Sorger说道,预防或克服药物耐受性或许是更加有效地利用靶向性抗癌疗法所面临的最大挑战,癌症会以多种途径对药物产生耐受性,其中一部分主要涉及遗传改变,而其它途径则不是,如果我们能够理解癌细胞产生耐药性的机制,或许就能克服这种耐药性。这项研究中,研究人员重点对黑色素瘤进行了研究,近乎一半的黑色素瘤都涉及基因BRAF的突变,其能将细胞信号通路MAPK锁定在一个始终开启的位置,从而导致细胞的失控生长和分裂。目前多种药物都获得了FDA的批准用来阻断BRAF-MAPK信号的不同组分,该药物被认为是靶向性疗法的胜利;其能高效发挥作用,但癌细胞的耐药性仍然会产生。当耐药性发生时,MAPK通路就会被再度激活,癌细胞就会开始生长,患者也会经历疾病的复发。

图片来源:Luca Gerosa, Peter Sorger

致癌焰火

为了调查其中的机制,研究人员利用不同的靶向性疗法来治疗BRAF突变的黑色素瘤细胞,当暴露于药物后,存活细胞的总数量似乎是恒定的,但当追踪单个细胞后,研究人员发现,一些细胞正在死亡,而其它细胞则分裂地较为缓慢,这或许就给了研究人员其是一种稳定群体的感觉。随后研究人员随着时间对癌细胞进行了观察,结果发现,大部分癌细胞都会对抑制其生长的疗法产生反应,在少数细胞中,MAPK的信号依然很活跃,这通常是通过观察通路中磷酸化的ERK酶类的活性来进行衡量的。

研究人员发现,这些细胞会频繁地彼此聚集在一起,利用活细胞成像技术来创建细胞活性的电影,研究人员发现,激活ERK的细胞绝非罕见,相反,在短短16个小时内,大约每4个细胞中就会有1个细胞表现出至少一个大约一小时长的ERK脉冲。其它实验结果表明,EKF脉冲似乎会发生在那些暴露于药物后仍然分裂的细胞中,这就表明,这种脉冲与细胞的生存和药物耐受性相关。研究者Gerosa指出,所有这些细胞都会重新激活生长通路,只是时间不同,脉冲时间也很短。

此外,研究者还观察到,ERK脉冲通常会出现在濒临死亡细胞附近的细胞中,而且ERK的活性会向外传播,这就表明,一种由濒死细胞所释放的外部信号或许正在触发脉冲。研究者表示,这或许是正常组织用来维持维持细胞数量的机制,这就好像在伤口愈合中一样;一旦药物阻断了致癌信号,细胞就会建立相应的机制以便死亡细胞能被新细胞所代替,不幸的是,这就会使得杀灭肿瘤中的细胞变得困难。

耐药性的配置

研究人员通过计算机建模进一步研究了ERK脉冲的机制,结果表明,MAPK通路存在两种不同的配置;其中一种是由BRAF突变所开启的级联信号所驱动,靶向性的疗法能阻断这种级联信号,但同时也会开启第二种信号配置,后者则是由细胞表面的受体所开启,当其检测到多种不同的外部信号因子时,细胞表面的受体就会被激活。第二种配置对药物的耐药性更强,其似乎主要负责ERK脉冲。比如,当生长因子存在时,细胞就需要高出100倍浓度的额特定药物才能够抑制MAPK的活性,这一剂量在临床使用中是有毒的。当暴露于靶向性药物后,由于ERK活性的零星脉冲,持久性的细胞就会进行生长并持续分裂。

这种生长较为缓慢,而且肿瘤生长还需要其它因子,相关研究结果表明,持久性的细胞需要以更快的速度来获得新型的遗传突变,或许是这些持久性的细胞产生的突变最终会再度激活失控的肿瘤生长,当然这种假设还需要后期进一步研究验证。

救星

研究人员指出,他们的研究主要集中于细胞系中,同时还需要进行额外研究来证实ERK脉冲的功能性后果,尤其是是否这种机制的确会促进动物模型(乃至人类)药物耐受性的产生。重要的是,本文研究结果揭示了黑色素瘤的新型治疗性策略,将多种当前的靶向性药物结合来完全预防MAPK信号的再度激活似乎是合乎逻辑的,但却并不有效,因为在第二种环境驱动的配制中,这种药物的效力可以降低100倍。此外,虽然研究人员可以开发出新方法来阻断ERK脉冲并预防持久性细胞的出现,MAPK通路则能被正常细胞用来促进其生长。研究人员还需要通过利用诸如研究MAPK信号的计算机模型等方法来理解持久性细胞的行为,这或许能作为一种新型框架来深入理解药物耐受性的额外机制。

最后研究者Sorger说道,本文研究和其它类似研究的一个显著的方面就是,在最重要的靶向性疗法被FDA批准的10年后,我们仍然并未完全理解药物的作用机制以及癌细胞如何对其产生反应。癌症会破坏细胞中某些最为复杂且微妙的调节性回路,而我们需要对其功能进行更多深入的了解,然而通过将对药物作用的基础性研究和临床研究相结合,未来研究人员或许有望开发出改善癌症患者治疗预后的新型策略。(生物谷Bioon.com)

参考资料:

【1】Luca Gerosa,Christopher Chidley,Fabian Frohlich, et al. Receptor-Driven ERK Pulses Reconfigure MAPK Signaling and Enable Persistence of Drug-Adapted BRAF-Mutant Melanoma Cells, Cell Systems (2020). DOI:10.1016/j.cels.2020.10.002

【2】New study reveals how melanoma cells survive targeted therapies

by Harvard Medical School



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