【高分综述 059】小细胞肺癌：新兴亚型、信号通路与治疗脆弱性

• 小细胞肺癌（SCLC）占所有肺癌病例的11%，与烟草暴露密切相关，是一种早期转移、肿瘤生长迅速且预后较差的难治性肿瘤。

• 尽管对SCLC的流行病学、启动和突变特征以及异常信号通路进行了广泛研究，但获批用于SCLC的药物有限。

• 多组学研究的进展揭示了SCLC的不同亚型，这些亚型具有独特的特征和治疗脆弱性。

• 本文总结了SCLC的流行病学、风险因素、突变特征、分类、相关分子通路和治疗方法，希望促进SCLC分子亚型从理论到临床应用的转化。

流行病学

普遍性和预后：

• 全球每年新发肺癌病例约2.2百万，其中小细胞肺癌（SCLC）占11%，约23.2万例。SCLC是导致全球每年约25万人死亡的主要癌种之一。

• SCLC患者中约70%在初次确诊时已发生远处转移。

• 早期患者可能接受手术治疗，随后进行铂类化疗，但大多数晚期SCLC患者接受同步放化疗。

风险因素：

• SCLC的发生与烟草暴露密切相关，烟草烟雾中含有70多种已知致癌物。SCLC患者中94%有吸烟史，这一比例在所有肺癌亚型中最高。

• 吸烟强度与SCLC风险呈显著剂量-反应关系，戒烟与SCLC发病率降低相关。

• 二手烟也是SCLC的一个强烈风险因素，暴露于二手烟的个体比不吸烟者更容易发展为SCLC。

• 非吸烟者中，住宅氡是导致肺癌的主要原因，空气污染物如NO2和PM10的年住宅暴露与SCLC发病率正相关。

• 职业致癌物，如氯甲基甲基醚、柴油机排气、多环芳烃（PAHs）、砷、硅石棉等，也与肺癌发生有关。

• 慢性阻塞性肺病（COPD）等呼吸系统共病被确定为SCLC的独立风险因素。

• 遗传易感性在SCLC的发病中也起着重要作用，但具体关系细节将在后续部分进一步描述。

SCLC的起源

• SCLC的快速生长通常导致在首次诊断时已处于晚期，因此关于SCLC细胞起源的研究较少。

• 基因组和转录组测序技术的进步，以及CRISPR-Cas9技术在SCLC研究中的应用，增进了学界对SCLC起源的理解。

• TP53和RB1基因的普遍失活在人类SCLC中是肿瘤产生所必需的。早期小鼠模型显示，肺上皮细胞中Rb1和Trp53的失活可以导致神经内分泌型SCLC的形成。

• 三重敲除的GEMM或带有Myc、Nfib或Fgfr1扩增的Rb1/Trp53敲除GEMM可以加速SCLC的启动和进展。

• 特定细胞类型的Adeno-Cre病毒在Rb1和Trp53失活的GEMM中的研究表明，NE细胞和AT2细胞有助于SCLC的形成。

• 近期研究显示，AT2、棒状和NE细胞可以通过Myc扩增和Rb1及Trp53的失活在小鼠模型中转化为SCLC细胞。

• 在Rb1fl/flTrp53fl/fl GEMM中，带有Fgfr1扩增的SCLC可能起源于表达K14的气管支气管基底细胞。

• 抑制NOTCH、RB1和TP53在人胚胎干细胞中可以产生肺神经内分泌细胞，并形成类似SCLC的细胞。

• 一种SCLC变异形式可能起源于主支气管和次级支气管的化学感觉上皮细胞。

• 一些SCLC可能从带有特定基因突变的肺腺癌转化而来，或者在NSCLC患者接受免疫疗法后发生转变。

• 对于混合型SCLC（CSCLC），研究表明可能存在相同的多能克隆，随后发生不同的肿瘤变化，导致CSCLC的不同成分。

图2. 小细胞肺癌（SCLC）的细胞起源。小细胞肺癌可能起源于AT2细胞、神经内分泌细胞、棒状细胞和基底细胞，也可能从非小细胞肺癌（NSCLC）细胞转化而来。

小细胞肺癌亚型的精准治疗脆弱性

• 在临床研究中，识别了三种潜在的遗传亚型。其中，缺乏TP53/RB1改变的亚型可能受益于病毒靶向或TP53功能恢复；STK11突变的亚型可能不适用于免疫检查点抑制剂（ICI）；由非小细胞肺癌（NSCLC）转化的亚型可以通过更好的治疗避免转化。此外，具有ZFHX3突变的亚型可能对免疫治疗有响应。

• 转录因子（TFs）驱动的SCLC亚型异质性加强了探索精准治疗选项的动力。染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）揭示了ASCL1和NEUROD1的特定下游靶标，为相关治疗提供了初步见解。ASCL1在SCLC中靶向的功能致癌基因包括BCL2、NFIB、SOX2、RET、MYCL1和DLL3。

• ASCL1亚型的SCLC可以通过BCL2抑制剂诱导细胞凋亡，显示出BCL2抑制剂在ASCL1亚型治疗中的潜在有效性。此外，尽管DLL3靶向药物Rova-T在SCLC中的尝试失败，但DLL3作为NOTCH通路的抑制性配体，仍可能是ASCL1亚型的前景靶点。

• 研究还发现，CREBBP编码的组蛋白乙酰转移酶在SCLC中频繁发生突变，尤其在ASCL1亚型中，CREBBP的缺失可能促进SCLC的发展，并对组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制剂有特别的反应。

• 在NEUROD1亚型中，MYC扩增或过表达与较差的预后和治疗抵抗相关。Aurora激酶A/B（AURKA/AURKB）抑制剂在MYC高表达的患者中具有治疗潜力。此外，IMPDH抑制剂、精氨酸剥夺和mTOR抑制剂与CHK1抑制剂联合使用对MYC驱动的SCLC可能有较好的抑制作用。

图4. 特定小细胞肺癌（SCLC）亚群的治疗弱点。从基因组学、转录组学和多组学的角度展示了SCLC亚群，并讨论了它们潜在的可用治疗弱点。

SCLC中的突变特征

SCLC的基因组表现出广泛的染色体异常和改变，这些特征与高肿瘤突变负担（TMB）有关，对SCLC的发展和进展起到关键作用。

• 在SCLC小鼠模型中观察到多个染色体的DNA拷贝数改变。

• 人类SCLC样本中也发现了类似的染色体扩增和缺失模式。

• SCLC的全面基因组分析揭示了TP53和RB1基因的双等位基因失活，这是SCLC的特征性突变。

TP53和RB1的突变率在不同研究中有所不同，可能与种族差异有关，也可能涉及其他机制如DNA删除、染色体重排和表观遗传改变。

除了TP53和RB1外，SCLC中还观察到其他基因的突变，包括MYC家族基因、ZFHX3、PTEN和NOTCH家族基因，以及KMT2D、CREBBP和EP300等。

• MYC家族基因在SCLC中的扩增与肿瘤的侵袭性和预后不良相关。

• ZFHX3作为一个转录因子，其突变在SCLC中的频率较高，可能作为免疫治疗反应的生物标志物。

• NOTCH信号通路的突变在SCLC中也较为常见，激活NOTCH信号通路可以抑制肿瘤生长并增加生存率。

• PTEN的丢失与SCLC的肿瘤潜伏期和总生存期缩短有关。

• KMT2D的突变可能导致细胞类型特异性基因表达和细胞分化的缺陷。

• CREBBP和EP300的突变在SCLC中频繁发现，可能影响组蛋白乙酰化，从而影响基因表达。

SCLC亚型的进化动态

• SCLC的临床治疗策略一直基于其作为一种单一疾病实体的分类，但这种分类可能未能涵盖SCLC的复杂性和异质性，导致治疗药物的失败。

• 通过整合人类肿瘤样本、细胞系和不同小鼠模型的数据，研究人员已经能够区分出具有不同治疗脆弱性的SCLC亚型，为精准治疗提供了可能。

• SCLC的传统分类方法主要基于组织学特征，将其分为经典和变异亚型，但这种方法未能充分揭示SCLC的分子层面异质性。

• 基因组学研究揭示了TP53和RB1的普遍突变，但除此之外，SCLC的遗传亚型和特定治疗脆弱性尚未明确，限制了新疗法的发展。

• 通过大规模分析人类SCLC肿瘤，研究者发现了三种潜在的遗传亚型，这些亚型可能对治疗有不同的反应，为精准医疗提供了新的方向。

• 转录因子ASCL1和NEUROD1在SCLC的神经内分泌分化中起着关键作用，而INSM1和YAP1的表达模式则定义了另外两种SCLC亚型，这些发现为SCLC的分子分类提供了新的视角。

• POU2F3在特定SCLC亚型中的特异性表达揭示了SCLC的分子多样性，这种亚型可能起源于表达K14的气管支气管基底细胞，为SCLC的起源提供了新的见解。

• SCLC的动态进化可能不仅仅是不同亚型的存在，而是肿瘤发展过程中的不同阶段，这一观点挑战了传统的SCLC分类，并为未来的治疗策略提供了新的视角。

• 这些亚型的特征和治疗脆弱性的认识，为开发更有效和个性化的治疗策略提供了基础，但需要进一步的研究来验证这些亚型在临床上的应用价值。

细胞周期和DNA损伤与修复

多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶，PARP：

• PARP在DNA损伤响应中起着关键作用，其抑制剂通过阻断DNA修复机制，增强了DNA损伤剂的抗肿瘤效果。

• PARP抑制剂与多种治疗策略的联合使用正在临床试验中进行评估，包括与化疗、放疗和免疫治疗的组合。

• PARP抑制剂能够显著增加PD-L1的表达，这一发现表明它们可能与免疫检查点抑制剂（ICI）协同作用，增强SCLC的免疫反应。

• 多项临床试验正在探索PARP抑制剂在SCLC中的潜力，包括作为一线治疗、维持治疗以及在复发或难治性SCLC中的应用。

• PARP抑制剂作为单药治疗在维持治疗中的疗效有限，因此研究者正在寻找可能从这种治疗中受益的患者亚群。

• 特定的生物标志物，如SLFN11的表达水平，可能有助于预测患者对PARP抑制剂的反应。

• 在复发性SCLC患者中，PARP抑制剂与化疗药物如替莫唑胺（TMZ）的联合使用显示出协同效应，但目前尚未观察到显著的总生存期（OS）获益。

• 正在进行的临床试验正在评估PARP抑制剂与其他药物联合治疗的安全性和有效性，以期为SCLC患者提供更多的治疗选择。

共济失调毛细血管扩张和Rad3相关蛋白，ATR：

• ATR是DNA损伤响应中的关键蛋白，其抑制剂能够增强DNA损伤药物的抗肿瘤效果，尤其是在SCLC中。

• ATR抑制剂通过阻止细胞在G2阶段的进展，增加细胞对DNA损伤的敏感性，从而抑制肿瘤细胞的增殖。

• 伯佐塞替尼（M6620）是一种ATR抑制剂，与拓扑异构酶I抑制剂联合使用时，能够增强抗肿瘤效果，并可能改善SCLC患者对免疫治疗的反应。

• 在复发性铂耐药SCLC患者中，伯佐塞替尼与拓扑替康的联合治疗显示出良好的耐受性和临床效益，但最近的临床试验显示，虽然总生存期有所延长，无进展生存期并未显著改善。

• 正在进行的临床试验正在评估ATR抑制剂与其他药物联合治疗的安全性和有效性，以期为SCLC患者提供更多的治疗选择。

• ATR抑制剂的临床应用前景广阔，但需要进一步的研究来确定其在SCLC治疗中的最佳应用策略，以及可能预测治疗反应的生物标志物。

检查点激酶1，CHK1：

• CHK1在DNA损伤诱导的细胞周期停滞中起关键作用，其抑制剂可能克服对化疗或PARP抑制剂的耐药性。

• CHK1抑制剂通过增强DNA损伤修复抑制效果，导致形成复制压力和诱导癌细胞凋亡。

• 在SCLC细胞和动物模型中，CHK1抑制剂单药治疗或与化疗或PARP抑制联合治疗显示出有前途的抗肿瘤效果。

• CHK1抑制剂能够激活通过STING途径的细胞毒性T淋巴细胞功能，增强免疫检查点抑制剂的抗肿瘤效果。

• 临床试验中，CHK1抑制剂LY2606368单药治疗在复发性铂耐药SCLC患者中未能达到预期疗效，但与其他药物联合使用可能提高治疗效果。

• 口服CHK1抑制剂SRA-737与低剂量吉西他滨联合治疗在SCLC患者中显示出部分反应，且与PD-L1阻断联合使用时可能具有协同效应。

• 尽管CHK1抑制剂在SCLC中的疗效尚未达到预期，但过度表达的MYC被认为是CHK1抑制剂的候选生物标志物，表明特定亚型的SCLC可能从这种治疗中受益。

WEE1：

• WEE1是一种蛋白酪氨酸激酶，在细胞周期中起着至关重要的作用，通过调节CDK1/2的活性来保护细胞免受DNA复制压力。

• WEE1抑制剂与PARP抑制剂的联合使用在SCLC治疗中展现出了有前途的抗肿瘤效果，尤其是在CTC衍生的SCLC模型中。

• 抑制WEE1可以促进通过STING-TBK1-IRF3途径的免疫反应，增强PD-L1抗体的抗肿瘤效果，为SCLC的免疫治疗提供了新的策略。

• 在复发性SCLC患者中，WEE1抑制剂AZD1775与卡铂的联合治疗显示出潜在的疗效，其中中位总生存期为4.67个月。

• 正在进行的临床试验正在评估新型WEE1抑制剂Debio-0123与依托泊苷和卡铂联合治疗复发性SCLC患者的安全性和有效性。

• WEE1抑制剂通过促进DNA损伤反应，增强了SCLC对DNA损伤剂的敏感性，为SCLC的治疗提供了新的治疗选择。

Aurora激酶A/B，AURKA/B：

• Aurora激酶家族在细胞周期调控中发挥关键作用，尤其是在G2/M过渡和纺锤体组装检查点中。

• 在SCLC中，RB1基因突变和MYC的过度表达或扩增使得肿瘤对Aurora激酶A/B抑制剂高度敏感。

• AURKA/B抑制剂通过抑制细胞周期进程，导致肿瘤细胞在有丝分裂期间的停滞，从而增加细胞对化疗的敏感性。

• 研究表明，AURKA/B抑制剂能够增强PD-L1的表达，可能通过恢复炎症基因的表达来实现抗肿瘤效果。

• 在临床前模型中，AURKA/B抑制剂与PD-L1阻断剂联合使用，显示出显著的抗肿瘤活性，提示其在SCLC治疗中的潜在应用。

• AURKA/B抑制剂的开发为SCLC患者提供了新的治疗选择，尤其是对于那些具有特定基因突变的患者群体。

细胞周期依赖性激酶4/6，CDK4/6：

• CDK4/6抑制剂通过抑制CDK4/6的活性，阻止Rb蛋白的过度磷酸化，从而调控细胞周期的G1/S转换，抑制肿瘤细胞的增殖。

• 这些抑制剂在SCLC治疗中显示出潜力，尤其是在预防化疗引起的骨髓抑制（CIM）方面，为患者提供了保护作用。

• CDK4/6抑制剂能够暂时和可逆地将造血干细胞和祖细胞（HSPC）在G1阶段阻断，减少化疗引起的骨髓抑制。

• Trilaciclib是CDK4/6抑制剂的一种，已被美国食品药品监督管理局（FDA）批准用于缓解ES-SCLC患者的CIM。

• 临床试验表明，Trilaciclib在化疗引起的骨髓抑制中具有保护效果，目前正在进行的临床试验评估其在ES-SCLC患者中与拓扑替康联合化疗的进展和生存情况。

• CDK4/6抑制剂与化疗和免疫检查点抑制剂联合使用，在临床前模型中增强了抗肿瘤反应，显示出在SCLC治疗中的潜在协同效应。

• 尽管CDK4/6抑制剂并不针对特定的SCLC亚型，但它们作为保护剂，减轻化疗的副作用，为SCLC患者的治疗提供了重要的治疗选择。

表观遗传学

赖氨酸特异性去甲基化酶1 , LSD1：

• 作为一种组蛋白修饰形式，组蛋白甲基化是小细胞肺癌（SCLC）的关键表观遗传标志之一。LSD1由KDM1A基因编码，具有组蛋白去甲基化酶的功能，选择性去除组蛋白H3K4和H3K9位点的单甲基和双甲基基团，从而影响基因的转录调控。

• LSD1通过与含有SNAG结构域的蛋白质（例如INSM1和GFI1B）的相互作用，促进与神经内分泌（NE）表型相关基因的转录激活，增强SCLC细胞的增殖。

• LSD1与其结合蛋白的相互作用被破坏时，ASCL1等关键基因的表达会减少，导致肿瘤细胞增殖的抑制。

• LSD1还与靶基因ZFP36L1相关，该靶基因通过结合并不稳定化SOX2和INSM1，调节SCLC细胞的神经内分泌分化。

• 研究发现，LSD1抑制可以激活NOTCH信号通路，进而降低ASCL1在SCLC中的表达。这一发现表明LSD1可能是SCLC治疗的重要靶点。

• 目前，多个针对LSD1的药物已被鉴定，包括GSK2879552、CC-90011和bomedemstat（IMG-7289）。其中，CC-90011正在结合顺铂/依托泊苷以及/或nivolumab进行临床试验，用于未治疗的广泛期SCLC患者（NCT03850067）。

• 此外，LSD1抑制剂与免疫疗法结合使用，也展示了增强免疫检查点抑制疗法抗肿瘤功效的潜力。

组蛋白去乙酰化酶, HDAC:

• 除了组蛋白甲基化之外，组蛋白乙酰化也是小细胞肺癌（SCLC）中的另一种关键表观遗传标志。组蛋白乙酰化/去乙酰化通过改变染色质的可及性来调控与SCLC的发生、发展和转移相关的基因转录。

• 癌细胞中HDAC的过度表达会导致去乙酰化的增加，这会不利于肿瘤抑制基因的表达。

• 在小鼠模型中，HDAC抑制剂被发现通过减弱RE1抑制转录因子-共抑制因子-HDAC复合物的活性，上调YAP的表达，从而抑制转移并改善SCLC的存活率。

• 研究表明，HDAC抑制剂能够增强传统化疗方案的疗效，这种协同作用可能是通过诱导S期停滞和减少碱基切除修复所介导的。

• 目前，已有四种HDAC抑制剂（vorinostat、belinostat、panobinostat和romidepsin）获得FDA批准用于治疗某些癌症，并且SCLC相关的研究也在进行中。例如，进行了一项多中心、非随机的II期临床试验，评估了panobinostat在先前接受过治疗的SCLC患者中的抗肿瘤活性，初步评估显示部分患者的肿瘤缩小超过30%。

增效子同源物2, EZH2：

• EZH2是一个关键的致癌基因，与SCLC中的甲基化过程密切相关。EZH2是多梳抑制复合物2 (PRC2) 的核心成分，是一种组蛋白甲基转移酶，负责对组蛋白H3第27位赖氨酸（H3K27）进行甲基化，这一过程对于维持表观遗传基因沉默至关重要。

• EZH2的表达通常由于RB1基因的突变而在SCLC中增强。这种增强通过调节细胞凋亡和细胞周期促进了SCLC的肿瘤发生。

• EZH2介导的表观遗传修饰导致了TWIST1的上调和SLFN11的抑制，从而促使SCLC细胞对化疗产生耐药性。

• 基于EZH2的化疗耐药性研究，EZH2抑制剂有望成为SCLC的潜在治疗靶点。目前，EZH2抑制剂PF-06821497正在临床试验中，作为单药治疗复发或难治性SCLC的患者（NCT03460977）。

• 此外，EZH2的过表达还可能导致对放疗的耐受性，提示EZH2抑制剂也可能对放疗耐受的SCLC患者有益。研究还发现，在多种癌症中，EZH2的表达与免疫治疗的反应之间存在相关性，这表明将EZH2抑制剂与免疫疗法结合使用可能会增强治疗效果。

其他途径