敏感和耐药细胞共存延缓顺铂耐药性新策略的作用机制研究

Platinum-based drugs are commonly employed in the treatment of many advanced cancers and often lead to an initial therapeutic success associated with partial responses or disease stabilization, but eventually chemoresistant subclones will emerge and lead to therapeutic failure. Increasing evidences indicate the presence of resistant subclones prior to the initiation of therapy, and some theories proposed that there are competitions between cisplatin-sensitive and cisplatin-resistant clones. We have found that the consumption of glutamine in cisplatin-resistant cells was much greater than that in sensitive cells, and the growth of cisplatin-resistant cells was slower than that of sensitive cells in vivo. Our results provide direct experimental evidence that cisplatin-resistant cells are less fit than their parental cells in the absence of drug. We hypothesize that cisplatin-resistant cells growth will be suppressed when they coexist with sensitive cells, if we maintain a certain amount of sensitive cells to compete for nutrition and space with resistant cells during treatment, we can significantly suppress resistant cells growth and prolong patient overall survival time. This study aimed to explore the following contents: cisplatin-resistant cells are less fit that sensitive cells and its potential mechanism, if cisplatin-resistant cells growth could be suppressed by cisplatin-sensitive cells during cisplatin treatment. Our study can also enlighten other tumors treatment or dosing strategy of other chemotherapy drugs.

铂类药物目前仍在许多晚期癌症患者的治疗中占据重要地位，尽管在治疗的开始阶段常常是非常成功，但最终都会出现耐药细胞的优势扩增而导致治疗失败。越来越多的证据表明耐药细胞在治疗前已经存在，有研究提示耐药细胞和敏感细胞之间可能存在竞争关系。我们的前期研究发现顺铂耐药细胞对谷氨酰胺的消耗量明显增加，同时顺铂耐药细胞体内生长明显慢于敏感细胞，提示在没有药物时顺铂耐药细胞适应性显著降低。因此我们推测：顺铂敏感和顺铂耐药细胞共同存在于体内时，二者存在竞争关系，顺铂耐药细胞的生长会被敏感细胞所抑制，在顺铂化疗时保留一定量敏感细胞与顺铂耐药细胞竞争养分和空间，反而可以显著控制耐药细胞的发展，延长患者生存期。本研究拟通过一系列体外实验及裸鼠移植瘤模型明确：顺铂耐药细胞适应性降低的机制，化疗时保留一定量敏感细胞是否可以明显抑制耐药细胞的生长。这也能为其他肿瘤的治疗或者其他化疗药物的给药策略提供新思路。

为明确顺铂耐药肿瘤细胞和顺铂敏感肿瘤细胞之间的适应性差异及其潜在机制，通过建立基于实验数据的数学模型模拟分析各种治疗方案的优劣。我们发现顺铂耐药细胞正常生长对谷氨酰胺的消耗量明显增加，同时耐药细胞抗氧化应激能力明显增强，进一步研究发现耐药细胞通过快速谷氨酰胺分解代谢提高清除活性氧能力进而耐受顺铂，这一改变是由KRAS促进GOT1的表达和抑制GLUD1的表达所介导。细胞生长曲线和细胞活力实验证实快速的谷氨酰胺分解代谢是用来维持耐药机制正常运行的，但是对于耐药细胞在没有药物存在下的生长是不需要的，甚至变成生长的负担。随后在体外实验中，我们发现在谷氨酰胺充足的条件下，细胞生长曲线和集落形成实验均证实顺铂耐药细胞的生长显著慢于顺铂敏感细胞，进一步研究发现耐药细胞增殖减慢及凋亡率增加。裸鼠移植瘤模型中也发现耐药细胞生长明显慢于敏感细胞，且耐药细胞在体内生长时其增殖慢于敏感细胞而凋亡率高于敏感细胞，我们还观察到耐药细胞微血管密度明显升高，提示耐药细胞需要更多的血管去提供营养物质，特别是谷氨酰胺。进一步我们发现当耐药细胞和敏感细胞共存于体内时耐药细胞的生长被敏感细胞完全抑制。在裸鼠移植瘤模型中模仿顺铂化疗发现治疗时保留一定量敏感细胞的控制策略反而可以显著抑制顺铂耐药细胞的生长，延缓耐药的进展。我们基于体内实验参数所构建的数学模型发现一个比传统治疗频率更低的给药方案可以显著延长患者的生存期，而一个高频和低频切换的适应性治疗方案显著延长患者生存期的同时还可以维持一个较低的肿瘤负荷。顺铂耐药细胞由于增强的抗氧化应激能力导致其在没有药物选择性压力存在的情况下适应性显著差于顺铂敏感细胞，同时在体内实验中顺铂敏感细胞可以显著抑制顺铂耐药细胞的生长。和传统治疗策略相比，通过充分发挥顺铂耐药细胞和顺铂敏感细胞之间的竞争关系去控制或者减慢肿瘤生长是一个更好的肿瘤治疗策略。