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本文聚焦小细胞肺癌（SCLC），发现 ATOH1 表达定义了一种转录上独特的 SCLC 分子亚型。该亚型在部分肿瘤中表达，ATOH1 可调节神经发生等过程，在体外维持细胞存活，体内促进转移。这一研究为 SCLC 的精准治疗提供了新方向。
小细胞肺癌研究背景
小细胞肺癌（SCLC）是一种侵袭性神经内分泌肿瘤，约占肺癌的 15%，每年全球有 25 万例诊断病例，是癌症相关死亡的第六大常见原因。大多数患者就诊时已处于广泛期，伴有广泛转移且对标准化疗耐药。SCLC 的标准治疗方案多年未变，直到最近免疫疗法的加入，才延长了少数患者的总生存期。
2019 年，根据主神经源性转录因子（TFs）如 ASCL1（SCLC-A）、NEUROD1（SCLC-N）、POU2F3（SCLC-P）的表达以及免疫相关基因，定义了 SCLC 的分子亚型，还有表达免疫特征但无这些 TFs 的 “炎症型（SCLC-I）”。临床前研究表明，不同亚型存在治疗敏感性差异，为分层治疗提供了潜在可能。
患者体内普遍存在循环肿瘤细胞（CTCs），研究人员建立了 CTCs 来源的患者外植体（CDX）模型，用于探索 SCLC 生物学和测试新疗法。此前研究发现，不同亚型的 CDX 模型存在细胞组成差异，如 ASCL1 和 / 或 NEUROD1 亚型主要由神经内分泌（NE）细胞和少数非 NE 细胞组成，POU2F3 表达的 CDX13 肿瘤则全为非 NE 细胞。
研究人员还发现了一种新的基于神经源性 TF ATOH1 表达的 SCLC 亚型。ATOH1 在果蝇胚胎感觉器官中首次被发现，在小鼠发育中对多种感觉细胞类型的分化至关重要，且在不同癌症中作用不同，在结直肠癌中是肿瘤抑制因子，在髓母细胞瘤中是致癌基因，但在 SCLC 中的功能未知。
ATOH1 与 SCLC 的关系研究
研究人员在部分 SCLC 的 CDX 模型、患者肿瘤和患者来源的异种移植（PDX）模型中检测到 ATOH1 表达。通过对 39 个 CDX 模型转录组数据的主成分分析（PCA），发现 ATOH1 模型与其他亚型模型转录程序不同。免疫组化（IHC）检测显示，ATOH1 蛋白仅在 ATOH1 亚型 CDXs 中呈核染色，且其表达模式与 ASCL1、POU2F3 相似，呈双峰分布。
对 ATOH1 CDX 模型进行体内化疗实验，采用改良的实体瘤临床前反应评估标准（pRECIST），结果显示 ATOH1 CDXs 比其他亚型更具侵袭性，对顺铂 / 依托泊苷化疗更耐药，这在临床数据和体外细胞系实验中也得到了证实。同时，ATOH1 表达与 MYCL 基因的局灶性扩增和高表达相关。
在临床标本检测中，研究人员在部分 SCLC 肿瘤、小细胞神经内分泌肺和肺外癌活检样本以及单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）的肿瘤中检测到 ATOH1。虽然 ATOH1 表达与患者总体生存或无进展生存无明显相关性，但因其在临床样本中相对较高的表达频率，值得进一步研究。
ATOH1 在 SCLC 中的作用机制研究
为探究 ATOH1 在 CDXs 中的生物学作用，研究人员构建了携带强力霉素（DOX）诱导的 ATOH1 敲低（KD）短发夹 RNA（shRNA）的稳定 CDX17P 细胞系。通过染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）分析发现，ATOH1 结合位点位于启动子和远端调控区域，且富含 E 盒基序，它能结合自身增强子。
对 ATOH1 敲低前后的 CDX17P 细胞进行 RNA 测序，结合 ChIP-seq 数据，发现 ATOH1 主要作为转录激活因子，调控神经发生、内耳毛细胞分化等相关基因的表达，且其直接靶点与已知的 ASCL1 和 NEUROD1 靶点重叠较少。此外，ATOH1 敲低会导致非 NE 基因表达增加，提示其可能参与 NE 向非 NE 的可塑性变化，但可能还需要其他因素共同作用才能实现完全转变。
在体外实验中，ATOH1 敲低导致 CDX17P、CDX30P 和 HCC33 细胞活力显著下降，细胞死亡增加，且这种细胞死亡不依赖于 caspase - 3，可能是通过坏死或一种未定义的程序性细胞死亡途径。在体内实验中，ATOH1 敲低显著延迟了皮下肿瘤的生长，延长了小鼠的生存时间，但由于部分细胞可能逃脱敲低，其抑制肿瘤生长的效果可能被削弱。
ATOH1 对 SCLC 转移影响的研究
研究人员通过皮下肿瘤切除和心脏内注射肿瘤细胞两种方式，研究 ATOH1 对 SCLC 转移的影响。在皮下肿瘤切除实验中，虽然对照组和 ATOH1 敲低组小鼠肝脏转移的频率相似，但敲低组肝脏转移瘤中 GFP 阴性且 ATOH1 表达水平与未诱导肿瘤相似，提示存在保留或重新表达 ATOH1 的选择性压力，间接表明 ATOH1 在促进肝脏转移中的作用。
在心脏内注射实验中，ATOH1 敲低组小鼠肝脏转移负担显著降低，生存时间延长。但研究无法确定 ATOH1 促进转移的具体机制，是仅通过其促生存作用，还是存在其他促转移行为。
研究结论与展望
本研究进一步明确了 SCLC 的 ATOH1 分子亚型，证实了其在 SCLC 中的促肿瘤生长和转移作用。ATOH1 通过结合靶基因的启动子和远端调控元件上的 E 盒基序，调控神经发生和神经元分化相关基因的表达。虽然 ATOH1 与其他神经源性 TFs（如 ASCL1、NEUROD1）有相似之处，但也存在差异，其在 SCLC 中的功能具有独特性。
研究还发现 ATOH1 与 MYCL 的表达相关，但 MYCL 并非 ATOH1 的直接靶点，表明还有其他因素参与调节 MYCL 在 ATOH1 阳性 SCLC 中的表达。此外，ATOH1 在 SCLC 中的作用与 MCC 有相似之处，两者在细胞起源和肿瘤异质性方面的关联值得进一步探索。
未来研究可进一步深入探究 ATOH1 驱动的 SCLC 的脆弱性，寻找潜在的治疗靶点，并开发预测性生物标志物，以实现 SCLC 的精准治疗，提高患者的生存率和治疗效果。
