Cancer Cell :张则达等发现前列腺肿瘤耐药性“生存信号”

肿瘤的靶向治疗在过去的20年里取得了令人瞩目的突破性进展。通过对肿瘤样本的高通量测序以及大规模功能基因组学的手段寻找驱动肿瘤的关键基因，并对其进行精确的“打靶“，进而以较小的毒副作用，有选择性的杀死肿瘤细胞已经逐渐成为大多数癌症治疗的标准化手段。靶向治疗的效应和有效时间往往受限于肿瘤自身的异质性以及与肿瘤细胞与其周围微环境的复杂相互作用，肿瘤微环境常常作为滋养肿瘤生长的”土壤“，通过为肿瘤细胞提供营养物质以及生存信号进一步助纣为虐。

前列腺癌是男性高发的肿瘤之一，世界范围内每年有超过100万的成年男性确诊（WHO CancerReport 2020）， 在进展性的前列腺癌症中，大约10-20%会进一步发展成为对传统激素疗法耐药的去势抵抗性前列腺癌，而其中84%在确诊时已经转移。尽管基于第二代雄激素受体抑制剂的激素治疗手段大大提高了患者的无进展生存期和总体中位生存期，晚期前列腺癌的5年生存率依然不足30%。近年来，大规模的临床数据表明，目前最强力的激素治疗组合仍然不能杀死所有的肿瘤细胞。仅有极少数患者在接受激素治疗后能获得彻底的治愈。绝大部分患者仍然带有剩余病灶，而这些带有剩余病灶的患者的肿瘤几乎无一例外的会进一步发展成为去势抵抗性前列腺癌，最终成为不治之症。找到并阻断维持肿瘤细胞存活的信号对于完全缓解并治愈局部进展期的前列腺癌症患者具有至关重要的临床意义。

纪念斯隆凯特琳癌症研究中心Charles Sawyers教授、姜学军教授以及Philip Watson博士合作（第一作者为博士生张则达）在Cancer Cell 杂志上发表文章Tumor Microenvironment-Derived NRG1 Promotes AntiandrogenResistance in Prostate Cancer，鉴定出前列腺肿瘤微环境中成纤维细胞所分泌的生长因子作为一种“生存信号“，保护了前列腺肿瘤细胞，增加了患者对靶向治疗的耐药性，从而降低了前列腺癌症激素治疗的效果。

激素治疗过程中的前列腺肿瘤微环境中的成纤维细胞分泌的NRG1分子增加前列腺肿瘤细胞的耐药性，临床效价的中和抗体可以有效的阻断该生存信号，进而提高激素治疗的效果。

该研究成果的灵感来自于一次意外的发现，作者在患者衍生的小鼠异植体肿瘤中分离出一株混有成间质细胞的表皮肿瘤细胞株，意外的发现在去除混入的间质细胞后，癌症细胞对于雄激素受体抑制剂的敏感程度显着提高。提示着间质细胞的存在可能能够保护肿瘤细胞免受雄激素受体抑制剂的杀伤。随后作者通过一系列的实验手段，运用多种肿瘤细胞，类器官（organoid）以及小鼠异植体模型证明了间质细胞，尤其是肿瘤周围的成纤维细胞的存在能够极大的促进前列腺肿瘤对于激素治疗的抗药性。

异植体肿瘤分离出的细胞株中混有间质细胞，去除间质细胞后肿瘤细胞对药物耐受性降低。作者为了找到成纤维细胞促进肿瘤细胞抗药性的原因，进行了一系列的实验探索。首先，作者发现将培养过成纤维细胞的培养液上清加入癌细胞的培养环境中同样可以保护癌细胞免受雄激素受体抑制剂的杀伤。这暗示着成纤维细胞分泌到环境中的某种“生存信号”可以促进促进肿瘤细胞对于药物的耐受性。随后作者在斯隆癌症研究中心姜学军教授的指导与帮助下，通过一系列生物化学，蛋白纯化以及蛋白质组学的手段对成纤维细胞培养液上清进行了逐一细分并分析，最终将目标锁定在了一个叫做Neuregulin 1 （NRG1）的生长因子上。NRG1是一种表皮生长因子类似家族的成员，通过结合细胞表面的受体蛋白络氨酸激酶HER2/HER3，从而激活细胞内的生长和增殖信号。NRG家族在神经发育以及心脏的再生中具有重要的功能，但在前列腺肿瘤中的作用此前并未被报道过。

随后，作者针对NRG1运用遗传学和药理学的手段进行了一系列的功能性实验，证实由间质细胞分泌的NRG1在多种不同的细胞，类器官（organoid）以及小鼠模型中均具有促进肿瘤细胞耐药性的作用。值得一提的是NRG1-HER3所介导的生存信号通路可以有效的被具有临床效价的中和抗体(YW538.24.71)有效的切断，大幅度降低小鼠体内肿瘤细胞对于激素治疗的耐受性。进而为后续的临床研究提供了可行的方案。

为了研究NRG1分子促进肿瘤细胞耐药性的分子机制，作者对经过Vehicle，雄激素受体抑制剂(恩杂鲁胺)，NRG1重组蛋白，以及恩杂鲁胺+NRG1处理过后的癌细胞进行了转录组分析，发现被NRG1激活过的癌细胞尽管提升了对雄激素受体抑制剂的抗性，但细胞内的绝大部分雄激素信号依然处于阻断状态。这个发现表明NRG1促进肿瘤细胞耐药性的机制并非通过全局性的雄激素信号重新激活，而可能存在新的机制。进一步的转录组分析发现NRG1能够有选择的重新激活少部分雄激素调控的下游基因，而这些基因无一例外都在氨基酸及叶酸代谢通路中起到重要作用。

随后，作者与纪念斯隆凯特琳癌症医院的病理医生合作建立了临床规格的NRG1免疫组化检测技术，用于检测患者肿瘤样本中的NRG1。通过这个技术，他们发现在接受过新辅助激素治疗的前列腺癌症患者样本中，NRG1的阳性率显着增高，暗示着激素治疗可能是部分患者肿瘤微环境中NRG1的上调的原因。这一猜想在从患者肿瘤内分离的多株原代成纤维细胞内得到了证实，在体外培养环境中雄激素信号的抑制可以显着上调NRG1在成纤维细胞内的表达。而对晚期前列腺癌症数据库（SU2C）的生物信息学分析表明肿瘤内NRG1的活性与患者的无进展治疗时长呈显着负相关，进一步揭示了肿瘤内NRG1活性高的患者会更快的对激素治疗产生耐药性。

最后，作者通过对TCGA数据库及实验模型发现肿瘤细胞内抑癌基因PTEN的状态是NRG1促进耐药性的生物标志物，NRG1的表达在PTEN野生型的患者肿瘤样本中显着高于PTEN突变/缺失的肿瘤样本。且NRG1能选择性的促进PTEN野生型肿瘤细胞耐药性，这一作用能有效地被NRG1-HER2/3抑制剂所阻断。这一发现揭示了在NRG1信号高度激活的PTEN野生型肿瘤中，切断该“生存信号”可以有效地降低肿瘤细胞的抗药性，从而提高激素治疗的效果。

原始出处：

Zeda Zhang, Wouter R Karthaus, Young Sun Lee, et al.Tumor Microenvironment-Derived NRG1 Promotes Antiandrogen Resistance in Prostate Cancer.Cancer Cell. 2020 Jun 23;S1535-6108(20)30309-3. doi: 10.1016/j.ccell.2020.06.005.