肺癌是當今世界最主要的致死腫瘤疾病，約50%的患者存在EGFR基因突變[1, 2]。這部分患者初次接受第一代和第二代靶向EGFR的酪氨酸激酶抑制劑（TKI）治療有較好的應答，但不盡人意的是， 約50%的患者在治療9-14個月後會發生耐藥[3, 4]。
第三代EGFR TKI藥物osimertinib的出現將患者的中位無病生存期延長至18.9個月，然而，遺憾的是，已有研究表明，20%的患者會出現中樞神經系統腫瘤轉移，並最終影響患者的生活質量，甚至縮短生存期[5, 6]。因此，闡明使用osimertinib後患者出現中樞神經系統轉移復發的機制，就顯得至關重要。
近期，由來自 哥倫比亞大學的Anup Kumar Biswas和Swarnali Acharyya率領的研究團隊，利用免疫缺陷小鼠模擬osimertinib治療後肺癌腦轉移，發現 腦部轉移的肺癌細胞高表達S100A9，並通過ALDH1A1-RA軸促進細胞存活。他們還證實，敲低相關基因的表達或 使用RAR抑制劑均可有效抑制osimertinib耐受性肺癌細胞在腦部的生長[7]。
這一重要研究結果近期發表於著名期刊 Cancer Discovery 上。
論文首頁截圖
接下來，咱們就一起來看看Biswas團隊是如何開展這項研究的。
Biswas團隊首先利用含EGFR第19號外顯子缺失的人肺癌細胞系PC9-BrM3構建免疫缺陷小鼠腦轉移模型，儘管 osimertinib治療能夠有效延長無腦轉移生存期，但所有小鼠終究難逃腦轉移甚至死亡的厄運，這與臨床患者經治療後出現的情況是一致的。
osimertinib治療237天後肺癌細胞腦轉移（左圖）；
osimertinib治療後小鼠無腦轉移生存期（右圖）
為探索其中原因，Biswas團隊分離出上述經osimertinib治療的小鼠腦部轉移腫瘤細胞（PC9-Tr-BrM），並注射到新一批小鼠體內，隨後用osimertinib治療。結果他們發現，與注射PC9-BrM的小鼠相比，osimertinib治療反而會加快PC9-Tr-BrM小鼠的腦部腫瘤進展。這說明， osimertinib對於已轉移至腦部並出現耐藥的肺癌細胞束手無策。
為探究機制，Biswas團隊對PC9-BrM和PC9-Tr-BrM細胞進行了定量質譜和轉錄組學分析，結果顯示 S100A8和S100A9在PC9-Tr-BrM細胞中高水平表達。進一步的功能實驗表明， 高表達S100A9的肺癌細胞具備更強的腦轉移能力，初步表明了S100A9是促進EGFR突變肺癌細胞腦轉移的「反派頭目」身份。
腦轉移肺癌細胞（Tr-BrM）和肺癌細胞（BrM）的S100A9表達（左圖）；敲低S100A9的肺癌細胞與對照細胞注射於小鼠後腦部螢光檢測（右圖）
為進一步探究S100A9的角色，Biswas團隊先分選出高表達和低表達S100A9的肺癌細胞，然後將這些細胞分別注射給不同的小鼠。結果顯示，注射高表達S100A9肺癌細胞的小鼠出現更嚴重的腦部轉移現象，坐實了S100A9的「始作俑者」身份，同時提示osimertinib治療過程中， 高表達S100A9的肺癌細胞可以存活下來並為腦部轉移做準備。
為了探索S100A9是如何影響肺癌細胞存活增殖的，Biswas團隊敲低了肺癌細胞中S100A9的表達，並將其與對照細胞進行RNA測序分析。結果顯示，低表達S100A9的細胞中ALDH1A1表達也顯著降低。隨後，他們證實 S100A9是通過上調ALDH1A1的表達，進而促進肺癌細胞的存活和腦轉移。
分別於小鼠注射兩種肺癌細胞系（Tr-BrM）後用osimertinib和RAR抑制劑治療，腦轉移情況檢測
考慮到腫瘤實際發展過程中腫瘤細胞的異質性，Biswas團隊將未經分選的PC9-BrM細胞注射於小鼠構建腦轉移模型，並 聯合使用osimertinib和RAR抑制劑治療，結果不負眾望，與未經治療組或單一用藥組相比，二者聯合可達到最大程度清除腦部殘留腫瘤細胞的效果。
PC9-BrM小鼠體內成瘤後聯合應用osimertinib和RAR抑制劑治療，腦組織切片CK7染色
除上述結果外，Biswas團隊也通過實驗證明了S100A9-ALDH1A1軸對於肺癌細胞腦部轉移的特異性，即肺組織內以及轉移到骨組織的肺癌細胞的存活增殖並不依賴於S100A9-ALDH1A1軸。同時，他們收集了EGFR突變肺癌患者的肺癌組織樣本，並檢測S100A9的表達，結果發現 腫瘤細胞內S100A9表達水平與患者腦轉移和更短的無復發生存期存在正向相關性。
總的來說，Biswas團隊基於臨床中45%的EGFR突變肺癌患者出現腦轉移這一現象，以及目前第三代藥物osimertinib的應用情況，利用免疫缺陷小鼠構建肺癌腦轉移模型及一系列實驗揭示了， S100A9是osimertinib耐藥的肺癌細胞進行腦轉移的「特派聯絡員」，它通過調控ALDH1A1-RA軸從而促進腫瘤細胞在腦部的存活和增殖。
當然，這個研究也落實到了診斷和治療層面，提示了osimertinib治療前腫瘤細胞內S100A9的表達情況可預測治療後腦轉移發生的風險，osimertinib與RAR抑制劑的聯合應用能夠提升腦部轉移腫瘤細胞的清除效率。
參考文獻：
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6.Z. Piotrowska, H. Isozaki, J. K. Lennerz, J. F. Gainor, I. T. Lennes, V. W. Zhu, et al. Landscape of Acquired Resistance to Osimertinib in EGFR-Mutant NSCLC and Clinical Validation of Combined EGFR and RET Inhibition with Osimertinib and BLU-667 for Acquired RET Fusion. Cancer Discov. 2018;8(12):1529-39.
7.A. K. Biswas, S. Han, Y. Tai, W. Ma, C. Coker, S. A. Quinn, et al. Targeting S100A9-ALDH1A1-retinoic acid signaling to suppress brain relapse in EGFR-mutant lung cancer. Cancer Discov. 2022.