撰文 | 阿童木

結(jié)直腸癌的核心遺傳框架在過去幾十年間已逐步建立，包括 APC、KRAS、BRAF 等關(guān)鍵驅(qū)動基因的體細胞突變等【1】。近年來，隨著單細胞轉(zhuǎn)錄組技術(shù)的發(fā)展，學(xué)界逐漸認識到結(jié)直腸癌的轉(zhuǎn)錄與細胞狀態(tài)異質(zhì)性遠遠超出經(jīng)典癌基因模型所能解釋。多個分子亞型之間的根本差異并不由突變負荷決定，而是與上皮細胞的命運狀態(tài)密切相關(guān)【2】。越來越多的證據(jù)表明癌細胞可塑性不僅影響腫瘤發(fā)生，也貫穿轉(zhuǎn)移、治療應(yīng)答與耐藥的全過程。

對早期結(jié)直腸癌的分析顯示，其發(fā)展大致沿兩條主要路徑進行：一類源自APC突變導(dǎo)致的Wnt激活，與LGR5?經(jīng)典干細胞相關(guān)；另一類由KRAS/BRAF突變驅(qū)動，呈現(xiàn)明顯的化生與再生特征【3, 4】。成熟腫瘤中通常保留這兩類譜系，分別對應(yīng)iCMS2（Wnt富集）與iCMS3（再生/化生）亞型。正常結(jié)腸穩(wěn)態(tài)依賴LGR5?干細胞維持，損傷修復(fù)依賴不表達LGR5的再生樣前體細胞，而腫瘤異常保留并擴展了這兩種模式，使不同命運狀態(tài)在同一腫瘤中長期共存。此外，突變構(gòu)成會影響命運偏向：APC缺失將上皮推向Wnt主導(dǎo)的經(jīng)典干細胞程序，KRAS或BRAF激活則增強再生樣特征，但并不改變不同細胞群體共存的基本狀態(tài)。

正常結(jié)腸、原發(fā)灶與轉(zhuǎn)移灶的單細胞比較進一步說明，上皮可塑性還受微環(huán)境信號調(diào)控，包括炎癥、基質(zhì)與免疫因子等【5】。這種可塑性使腫瘤能夠在多種壓力下調(diào)整命運狀態(tài)，是逃避免疫清除和化療壓力的關(guān)鍵機制之一。

近日，英國蘇格蘭癌癥研究所Andrew D. Campbell實驗室和Owen J. Sansom實驗室等在

Nature

MAPK-driven epithelial cell plasticity drives colorectal cancer therapeutic resistance

作者首先發(fā)現(xiàn)CRC上皮存在兩種主要干細胞命運：CBC（Lgr5?經(jīng)典干細胞）和RSC（Anxa1?/Ly6a?再生樣干細胞），可用“干細胞指數(shù)”（SCI）進行量化。僅激活KRAS-G12D/G12C即足以誘導(dǎo)MAPK信號增強、伴隨RSC標志物升高與Lgr5下調(diào)；在APC缺失背景下疊加KRAS激活依然迅速推動RSC擴張，并在腫瘤形成全過程保持優(yōu)勢。晚期AKG12D/AKG12C腫瘤SCI評分上升，呈現(xiàn)顯著再生特征，說明KRAS持續(xù)將CRC上皮的命運平衡偏向再生樣狀態(tài)。

單細胞分析顯示，上皮細胞主要沿CBC–RSC軸分布。KRAS激活不改變細胞類型構(gòu)成，也不增加增殖，而是減少Wnt高的Wnthi群體、擴增RSC特征的WntMapkhi 群體。KRAS抑制后，命運平衡迅速反轉(zhuǎn)，說明驅(qū)動突變主要通過調(diào)節(jié)現(xiàn)有細胞狀態(tài)的豐度來塑造腫瘤特征。另一方面，KRAS-G12D抑制劑處理僅4天即可使WntMapkhi下調(diào)、Wnthi上升，但未誘導(dǎo)凋亡或增殖停滯，提示適應(yīng)性可塑性是主要耐藥來源。MAPK靶向治療在KRAS突變CRC中的主要作用并非阻斷生長，而是觸發(fā)適應(yīng)性命運轉(zhuǎn)換。

Xenium原位成像顯示，AKG12D腫瘤中RSC特征的WntMapkhi細胞主要位于腔面區(qū)域，藥物處理后迅速被Wnthi替代，而腫瘤整體結(jié)構(gòu)幾乎不變。PCA分析顯示上皮細胞共同表達多類命運基因，主成分反映Wnthi與WntMapkhi的動態(tài)平衡。KRAS激活富集MAPK與再生標志物，而抑制劑治療完全逆轉(zhuǎn)這一模式并伴隨Wnt靶基因的上調(diào)。即使遺傳背景相對單一的腫瘤也表現(xiàn)出高度異質(zhì)，MAPK靶向的主要作用是抑制ERK活性，快速調(diào)整Wnthi與WntMapkhi命運平衡，形成可被耐藥利用的適應(yīng)性狀態(tài)。

在轉(zhuǎn)移模型中，起初以 Wnthi 為主的類器官在肝內(nèi)定植早期迅速轉(zhuǎn)為再生狀態(tài)，隨后隨著病灶擴大逐漸出現(xiàn)異質(zhì)性。早期肝轉(zhuǎn)移灶高度依賴MAPK信號，MEK或KRAS抑制可取得近完全緩解；但對原發(fā)結(jié)腸腫瘤則無效。說明轉(zhuǎn)移早期存在短暫且明確的MAPK依賴性窗口，對微小殘留病灶或新輔助治療具有潛在價值。

有數(shù)據(jù)表明約10%的結(jié)直腸癌攜帶BRAF突變，MAPK激活強度更高【6】。BPNA模型高度模擬臨床BRAF腫瘤，呈現(xiàn)Anxa1高表達、Lgr5缺失與Wnt關(guān)閉。BRAF+EGFR聯(lián)合治療雖能延長生存，但在三天內(nèi)即誘導(dǎo)從再生狀態(tài)轉(zhuǎn)向Wnt主導(dǎo)的典型干細胞狀態(tài)，伴隨MAPK靶基因下降與Wnt靶基因上升。這一轉(zhuǎn)變未引發(fā)細胞凋亡，也未降低增殖活性，表明耐藥仍由可塑性驅(qū)動，而非MAPK重激活。

在RNF43缺失的BRAF模型（BPRNF）中，腫瘤仍表現(xiàn)明顯再生特征，但具備大量 WntMapkhi細胞。聯(lián)合治療時，這類腫瘤無法完成向Wnthi狀態(tài)的命運轉(zhuǎn)換，SCI與各類 Wnt靶基因幾乎不變，僅MAPK靶基因下降，腫瘤因基質(zhì)結(jié)構(gòu)塌陷而縮小，疾病進展顯著放緩。而RNF43野生型腫瘤在治療下仍能完成典型的命運切換并產(chǎn)生逃逸。RNF43 缺失通過增強對Wnt配體的依賴，使上皮難以完成再生到經(jīng)典干細胞的命運切換，導(dǎo)致腫瘤無法利用命運重排應(yīng)對治療壓力，解釋了臨床上BRAF/RNF43共突變患者對聯(lián)合方案的深度和持續(xù)敏感表型。

綜上所述，本研究建立了結(jié)直腸癌上皮可塑性的統(tǒng)一框架。MAPK激活持續(xù)推動上皮向再生樣干細胞狀態(tài)偏移，賦予腫瘤強大的命運轉(zhuǎn)換能力。在多數(shù)模型中，MAPK抑制并非終止腫瘤，而是迅速誘導(dǎo)細胞轉(zhuǎn)向Wnt主導(dǎo)的經(jīng)典干細胞狀態(tài)，使其在壓力下繼續(xù)存活。KRAS與BRAF驅(qū)動腫瘤均共享這一機制。此外，早期轉(zhuǎn)移灶的高度均一性、RNF43缺失造成的可塑性受限等情境，為MAPK靶向治療提供了敏感窗口。通過限制可塑性或在異質(zhì)性擴展之前進行干預(yù)，有望提高KRAS/BRAF靶向治療的持久效應(yīng)，為未來的開發(fā)聯(lián)合治療策略提供了理論基礎(chǔ)。

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09916-w

制版人： 十一

參考文獻

1. Malla, S.B., et al., Pathway level subtyping identifies a slow-cycling biological phenotype associated with poor clinical outcomes in colorectal cancer.Nature Genetics, 2024. 56(3): p.458-472.

2. Joanito, I., et al., Single-cell and bulk transcriptome sequencing identifies two epithelial tumor cell states and refines the consensus molecular classification of colorectal cancer.Nature Genetics, 2022. 54(7): p. 963-975.

3. de Sousa e Melo, F., et al., A distinct role for Lgr5+ stem cells in primary and metastatic colon cancer.Nature, 2017. 543(7647): p. 676-680.

4. Gil Vazquez, E., et al., Dynamic and adaptive cancer stem cell population admixture in colorectal neoplasia.Cell Stem Cell, 2022. 29(8): p. 1213-1228.

5. Tape, C.J., Plastic persisters: revival stem cells in colorectal cancer.Trends in Cancer, 2023.

6. Barras D. BRAF mutation in colorectal cancer: an update: supplementary issue: biomarkers for colon cancer.Biomarkers in cancer, 2015, 7: BIC. S25248.

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