Cell Metab | BRAF-V600E靶向治疗耐药机制：转硫代谢的重编程

摘要：黑色素瘤是一种高度侵袭性的皮肤癌，约50%的患者携带BRAF-V600E突变，该突变导致MAPK/ERK信号通路异常激活，促进癌细胞增殖【1】。BRAF-V600E抑制剂（如vemurafenib和dabrafenib）已成为治疗这一突变黑色素瘤的主要靶向治疗

撰文 | 染色体

黑色素瘤是一种高度侵袭性的皮肤癌，约50%的患者携带BRAF-V600E突变，该突变导致MAPK/ERK信号通路异常激活，促进癌细胞增殖【1】。BRAF-V600E抑制剂（如vemurafenib和dabrafenib）已成为治疗这一突变黑色素瘤的主要靶向治疗手段【2】。然而，尽管初期治疗效果显著，大多数患者最终会出现耐药性，导致疾病复发【3】。

近日，来自匈牙利国家肿瘤生物学实验室的Péter Nagy团队在Cell Metabolism期刊发表题为Realigned transsulfuration drives BRAF-V600E-targeted therapy resistance in melanoma（转硫通路驱动黑色素瘤中BRAF-V600E靶向治疗耐药性的研究）的文章。研究表明，在BRAF抑制剂（BRAFi）治疗下，胱硫醚γ裂合酶（CSE）的上调和胱硫醚β-合成酶（CBS）的抑制在耐药黑色素瘤细胞中发挥了关键作用，促进了细胞存活和肿瘤生长。研究还发现，联合使用CSE抑制剂D,L-丙炔基甘氨酸（PAG）与BRAFi，可以有效延缓耐药的出现，为BRAF V600E突变患者的耐药治疗提供了新的策略。

BRAF-V600E抑制剂通过促使黑色素瘤细胞代谢从有氧糖酵解转向线粒体呼吸，导致活性氧（ROS）水平升高并改变氧化还原环境，这一变化在耐药性形成过程中发挥了关键作用【4】。

耐药性中的氧化还原适应机制

首先，研究人员发现，BRAF-V600E突变的黑色素瘤细胞在接受BRAF和MEK抑制剂（DT治疗）治疗后，会经历显著的氧化还原变化，并通过代谢重编程适应治疗压力。DT治疗通过抑制BRAF/MEK/ERK信号通路，导致ROS水平升高，从而引发细胞氧化损伤。为了应对这一压力，黑色素瘤细胞通过上调抗氧化酶如超氧化物歧化酶（SOD2）、硫氧还蛋白还原酶（TrxR1）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPX1、GPX4），来维持氧化还原稳态。然而，这种适应机制有限，DT治疗的细胞对外源性过氧化氢（H2O2）变得更为敏感，表明抗氧化储备已经大量消耗，导致细胞更容易受到进一步氧化应激的损伤。与此同时，DT治疗还促使细胞代谢发生重塑，从糖酵解转向线粒体氧化磷酸化，增强了三羧酸循环和电子传递链的活性，提升了ATP的生成，但也加剧了ROS的积累。因此，细胞必须通过激活磷酸戊糖途径增加NADPH的供应，以增强抗氧化能力。这种代谢调整有助于细胞应对DT引发的氧化应激，维持生存并提高耐药性。在耐药细胞（DTR）中，这一适应机制进一步优化，糖酵解活性恢复，ROS积累减少，细胞重新进入增殖状态。DTR细胞的代谢重编程表明，尽管DT治疗初期能够有效抑制细胞增殖，但随着抗氧化和代谢调节的持续进行，癌细胞最终克服了DT带来的压力，恢复了生长，并形成了耐药性。

转硫通路在耐药性中的作用

除了氧化还原适应，研究人员发现转硫通路在耐药性形成中起着关键作用。该通路通过CBS和CSE调节半胱氨酸（Cys）的代谢。DT治疗下，黑色素瘤细胞显著上调CSE的表达，增强了硫化氢（H2S）和多硫化物（Cys-SSH）的生成。这些活性硫化物（RSS）通过调节氧化还原状态、增强线粒体代谢并抑制氧化损伤，帮助细胞适应DT治疗带来的压力，提升存活能力。研究还发现，DT处理的细胞摄取更多的半胱氨酸，并将其用于合成GSH和H2S。然而，细胞内游离半胱氨酸的水平却下降，表明它们迅速进入抗氧化和能量代谢通路。在DTR细胞中，CSE表达下降，CBS水平恢复，表明耐药细胞可能不再依赖CSE生成的RSS，而是通过其他途径维持生存。例如，DTR细胞表现出更高的GSH水平和抗氧化能力，以防止铁死亡（ferroptosis），同时恢复糖酵解活性，增强能量供给。H2S在黑色素瘤细胞中的作用较为复杂，外源性H2S可抑制Akt和ERK通路，诱导细胞周期停滞并促使细胞凋亡，而内源性H2S及其多硫化物则具有促瘤作用。H2S通过增强线粒体代谢、调节氧化还原状态和抑制铁死亡，帮助细胞提高对DT治疗的耐受性。

靶向CSE的联合治疗策略

由于CSE在DT耐药性形成中的关键作用，研究人员认为抑制CSE是一种潜在的联合治疗策略。研究显示，在BRAF-V600E抑制剂的基础上联合CSE抑制剂PAG，可以显著降低耐药细胞的存活率，并有效延缓耐药性的形成。在黑色素瘤小鼠模型中，联合治疗显著延长了无进展生存期（PFS），并抑制了肿瘤的生长。临床研究也进一步验证了这一机制，发现DT治疗期间患者的CSE表达显著升高，表明CSE上调可能是癌细胞应对压力的适应机制。因此，联合CSE抑制剂可能成为提高BRAF-V600E靶向治疗效果的重要策略。

综上所述，该研究揭示了黑色素瘤细胞在DT治疗压力下，通过氧化还原适应和转硫通路的调节，成功适应了治疗环境，并最终发展出耐药性。深入理解这些机制不仅有助于揭示DT耐药的本质，还为开发更有效的联合治疗策略提供了新的思路。

制版人：十一

参考文献

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[2] Sosman, J.A., Kim, K.B., Schuchter, L., Gonzalez, R., Pavlick, A.C., Weber, J.S., McArthur, G.A., Hutson, T.E., Moschos, S.J., Flaherty, K.T., et al. (2012). Survival in BRAF V600-mutant advanced melanoma treated with vemurafenib.N. Engl. J. Med.366, 707-714. https://doi.org/10.1056/NEJMoa1112302.

[3] Prahallad, A., Sun, C., Huang, S., Di Nicolantonio, F., Salazar, R., Zecchin, D., Beijersbergen, R.L., Bardelli, A., and Bernards, R. (2012). Unresponsiveness of colon cancer to BRAF(V600E) inhibition through feedback activation of EGFR.Nature483, 100-103. https://doi.org/10.1038/nature10868.

[4] Featherston, T., Paumann-Page, M., and Hampton, M.B. (2024). Melanoma redox biology and the emergence of drug resistance. Adv. Cancer Res. 162, 145-171. https://doi.org/10.1016/bs.acr.2024.06.004.

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