KRASG12C突变肺腺癌分子分型新突破：揭示肿瘤异质性、微环境特征及精准治疗策略

本文系统解析了KRASG12C突变肺腺癌（LUAD）的三种分子亚型（KC1-KC3），揭示了其独特的基因组特征、肿瘤微环境（TME）差异及治疗响应规律，为靶向治疗（G12Ci）、免疫治疗（ICI）及联合策略提供精准分型框架和临床转化路径。

　　

1 背景

KRAS突变是非小细胞肺癌（NSCLC）中最常见的致癌驱动突变之一，其中KRAS^G12C占肺腺癌（LUAD）KRAS突变的40%。尽管KRAS^G12C选择性抑制剂（G12Ci）如sotorasib和adagrasib已获批用于临床，但患者响应率仅30%–40%，且耐药机制复杂。既往研究提示KRAS突变肿瘤存在高度异质性，其共突变模式（如STK11、KEAP1）、肿瘤微环境（TME）及代谢特征显著影响治疗响应。然而，针对KRAS^G12C突变LUAD的分子分型及其临床意义尚未系统阐明。

2 材料与方法

研究整合多组学数据与机器学习算法，对56例TCGA KRAS^G12C突变LUAD样本进行非负矩阵分解（NMF）聚类，识别共识分子亚型。通过差异表达分析、基因集富集分析（GSEA）、蛋白组学（RPPA）及单细胞核RNA测序（snRNA-seq）解析亚型特征。利用体外细胞模型、小鼠移植瘤实验及临床队列验证亚型特异性治疗响应。机器学习模型用于预测药物敏感性，CellChat算法分析细胞间通讯网络。

3 结果

3.1 NMF聚类识别三种KRAS^G12C突变LUAD亚型

NMF聚类明确区分三种分子亚型：KC1（23.2%）、KC2（25.0%）和KC3（51.8%）。生存分析显示KC2预后最差，KC3最佳。UMAP聚类与机器学习验证（SVM、随机森林、逻辑回归）证实分型稳健性。

3.2 亚型特异性分子特征

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  KC1：呈现神经内分泌（NE）表型，高表达ASCL1、NEUROD1、SYP等NE标志物；伴随STK11共突变和SMARCA4功能缺失；免疫微环境呈“冷肿瘤”特征，干扰素响应通路抑制。
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  KC2：增殖活性最高（Ki-67⁺、细胞周期通路激活），糖代谢亢进（GLUT1高表达、SUVmax与Ki-67正相关），EMT特征显著；免疫微环境富含T细胞和髓系细胞，干扰素响应活跃。
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  KC3：分化良好（肺泡标志物AGER、SFTPC高表达），PI3K-AKT-mTOR通路激活；微环境以癌症相关成纤维细胞（CAF）和免疫抑制性细胞为主。

3.3 蛋白基因组与共突变图谱

RPPA显示KC1高表达DNA修复蛋白（XRCC1、CHK2），KC2缺乏p16^INK4A、c-MYC激活，KC3呈现PI3K通路持续活化。共突变分析证实KC1富集STK11突变，KC2多见TP53突变或KRAS扩增。

3.4 亚型特异性G12Ci响应

基于转录组特征将细胞系分为KC1（H2122、H2030）、KC2（H358）和KC3（H1792）。KC2细胞对G12Ci敏感（IC50最低），KC1和KC3耐药。机器学习模型显示亚型特征基因比经典KRAS^G12C诱导基因更精准预测药物响应。耐药样本中KC1/KC3特征基因富集。

3.5 单细胞解析肿瘤微环境异质性

snRNA-seq（3例治疗 na?ve样本）揭示：

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  KC1：癌细胞主导，免疫细胞浸润极少，细胞通讯以CAF来源的SPP1/CRH信号为主。
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  KC2：免疫细胞富集（T细胞、M1/M2混合型巨噬细胞），IL-2信号通路活跃。
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  KC3：CAF大量浸润（尤其myCAF亚型），TGF-β、IL-10信号介导免疫抑制；CD8⁺ T细胞耗竭标志物高表达。

3.6 免疫治疗响应预测

临床队列验证：KC2对免疫检查点抑制剂（ICI）响应最佳（无进展生存期最长），KC1耐药，KC3响应中等。KC3的CAF-免疫细胞互作提示靶向CAF或联合免疫可能增效。

3.7 KC1亚型对MEK抑制剂敏感

KC1高表达DUSP4/6和ETV4（MEK抑制剂敏感性标志），体外实验证实KC1细胞（如H2122）对MEK抑制剂敏感，且与G12Ci联用呈现协同效应。机制上，SMARCA4缺失（非ASCL1）驱动NE分化（SYP上调）及G12Ci耐药，靶向SMARCA4可诱导NE表型并增强MEK抑制剂敏感性。

4 讨论

本研究首次建立KRAS^G12C突变LUAD的分子分型体系，揭示KC1–KC3亚型在基因组、微环境及治疗响应中的本质差异：

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  KC1：NE分化、免疫豁免，适合MEK抑制剂联合G12Ci；
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  KC2：增殖驱动、免疫激活，适宜G12Ci联合ICI；
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  KC3：基质富集、中度免疫抑制，需靶向CAF或联合免疫。
  研究挑战了KRAS突变肿瘤“一刀切”治疗范式，为临床试验设计及精准医疗提供理论依据。局限性包括样本量较小，需大队列验证亚型稳定性及转化价值。

作者贡献与资助

研究受国家自然科学基金及上海市胸科医院专项资助，无利益冲突。动物实验和临床样本使用经伦理委员会批准。