揭开小细胞肺癌的能量奥秘：ASCL1 驱动型代谢特征与治疗新方向

为解决小细胞肺癌（SCLC）临床治疗困境及明确不同分子亚型代谢特征问题，研究人员开展 SCLC 代谢表型研究。结果发现 ASCL1 驱动的 SCLC-A 亚型线粒体数量多、氧化磷酸化（OXPHOS）活性高，不同亚型代谢脆弱性不同。这为亚型特异性治疗提供方向。

　　肺癌，这个 “癌症杀手”，多年来一直稳居癌症相关死亡原因的榜首，其中小细胞肺癌（Small Cell Lung Cancer，SCLC）虽占肺癌病例的 13 - 15%，却因其极高的增殖速度和早期转移特性，让患者预后极差。当前，SCLC 的治疗主要依赖铂类化疗和依托泊苷联合方案，尽管免疫检查点抑制剂（ICIs）如阿替利珠单抗和度伐利尤单抗已获批用于治疗，但整体临床效果仍不理想。而且，SCLC 在分子层面存在 TP53 和 RB1 基因同时失活的情况，可这两个失活的肿瘤抑制基因至今无法被精准靶向治疗。在分类方面，虽然基于转录调节因子提出了一些分类方案，但临床治疗却仍仅依据疾病阶段进行，并未考虑分子特征。代谢重编程作为癌症的重要标志之一，在 SCLC 中也起着关键作用，不同 SCLC 分子亚型的代谢特征差异或许能为治疗带来新的突破点。因此，深入探究 SCLC 各亚型的代谢表型，寻找潜在的治疗靶点，对改善 SCLC 患者的预后意义重大。

来自奥地利维也纳医科大学、匈牙利塞梅维什大学等研究机构的研究人员开展了相关研究。他们发现不同 SCLC 亚型具有独特的代谢特征，其中 ASCL1 驱动的 SCLC - A 亚型线粒体数量较多，氧化磷酸化（OXPHOS）活性增强；而非 ASCL1 驱动的 SCLCs 对谷氨酰胺分解抑制更为敏感。这一研究成果发表在《Cancer & Metabolism》上，为 SCLC 的亚型特异性治疗提供了重要依据，有望推动 SCLC 个性化治疗的发展。

研究人员采用了多种技术方法。在细胞和组织样本方面，使用了人类 SCLC 细胞系（来自合作者或 ATCC）和患者肿瘤组织（取自匈牙利国家科兰伊肺病研究所的快速研究尸检） 。通过蛋白质组学数据分析代谢改变；运用 qPCR、流式细胞术、共聚焦成像、透射电子显微镜和海马体分析等技术，探究线粒体的结构和功能差异；利用 MTT 法和克隆形成实验测试多种代谢抑制剂；还对细胞系和患者肿瘤组织样本进行单细胞酶活性测定。

研究结果如下：

• SCLC - A 亚型与高氧化磷酸化及代谢改变相关：重新分析蛋白质组数据，将细胞按转录因子分为 SCLC - A（n = 8）和非 SCLC - A（n = 18）。ToppCluster 分析显示 SCLC - A 亚型在 OXPHOS 和其他核心呼吸机制方面富集，该亚型的 COX4I₁、COX5B 和 NDUFA5 等蛋白显著上调，基因集富集分析（GSEA）表明其线粒体代谢相关过程富集，包括氧化磷酸化（NES = 1.82，p = 0.02）等。
• SCLC - A 与更高的线粒体含量相关：选取 6 种 SCLC 细胞系，根据 NDUFA5、COX4I₁和 COX5B 蛋白表达分为 OXPHOS^high（如 DMS53 等）和 OXPHOS^low（如 H372 等）组。qPCR 和流式细胞术检测发现 OXPHOS^high组线粒体含量更高，JC - 1 检测显示两组线粒体膜电位无显著差异，共聚焦成像和透射电子显微镜也证实了 OXPHOS^high组线粒体数量更多。
• OXPHOS^high和 OXPHOS^low细胞线粒体大小和形状不同：通过共聚焦成像和透射电子显微镜观察，OXPHOS^high细胞系（如 DMS53）线粒体呈细长形，OXPHOS^low细胞系（如 H372）线粒体呈圆形且增大。深度学习神经网络分析量化了两者在大小和形状上的差异。
• OXPHOS^high细胞更小且细胞内脂质储存更少：透射电子显微镜和油红染色结果表明，OXPHOS^low细胞系 H372 的脂质滴更大，细胞内脂质积累更多，而 OXPHOS^high细胞系脂质水平较低。细胞大小与脂质储存呈正相关，但线粒体含量与细胞大小的比值在两组间差异显著。
• OXPHOS 活性决定对脂质或谷氨酰胺代谢的依赖：用多种代谢抑制剂处理细胞，发现 OXPHOS^high细胞对抑制 β - 氧化的药物（如培昔利福明）更敏感，而 OXPHOS^low细胞对抑制谷氨酰胺分解的药物（如 BPTES）更敏感。在不同培养条件下，OXPHOS^low细胞在无谷氨酰胺时生长受抑制。
• OXPHOS^high细胞更具需氧性且依赖脂肪酸合成：Seahorse 实验表明，OXPHOS^high的 DMS53 细胞和 OXPHOS^low的 H372 细胞在氧消耗率（OCR）和细胞外酸化率（ECAR）上存在显著差异，DMS53 细胞更倾向于有氧代谢，且对脂肪酸的依赖更高。
• OXPHOS^low细胞谷氨酸脱氢酶活性和谷胱甘肽水平增加：酶活性测定显示，OXPHOS^low的 H372 细胞中谷氨酸脱氢酶（GDH）活性显著高于 DMS53 细胞，且 H372 细胞中谷胱甘肽（GSH）水平也略高。在患者来源的样本中也观察到类似结果，非 SCLC - A 肿瘤中 GDH 和异柠檬酸脱氢酶（IDH）水平更高。

研究结论表明，SCLC 存在两种亚型特异性代谢脆弱性。ASCL1 驱动的 SCLCs 对线粒体呼吸链复合物 I 和肉碱棕榈酰转移酶 1（CPT1）抑制更敏感；非 ASCL1 驱动的 SCLCs 对谷氨酰胺消耗和谷氨酰胺分解抑制更脆弱 。这些发现为 SCLC 的精准治疗提供了潜在的靶点，有助于开发更有效的亚型特异性治疗策略。然而，仍需进一步研究来验证 SCLC - A 肿瘤对 OXPHOS 抑制的敏感性，以及非 SCLC - A 肿瘤对谷氨酰胺分解抑制的优越性，为 SCLC 患者带来新的希望。