癌症，作为全球性的健康挑战，其治疗手段在过去几十年中取得了显著进步，使得患者的五年生存率大幅提升。然而，肿瘤细胞的持续遗传和表型进化，导致了获得性耐药性的产生、治疗失败和疾病复发，这成为晚期癌症治疗中的关键障碍。肿瘤内部高度异质的基因组景观以及表观遗传特征的克隆和亚克隆细胞群，共同推动了疾病的进展和耐药性的形成。因此，深入理解癌症耐药性的复杂机制，并制定有效的应对策略，是当前癌症精准治疗的核心命题。
深入剖析：获得性耐药的复杂机制
广义而言，获得性耐药的机制可分为由突变产生的遗传性耐药，或由癌症基因表达变化引起的非遗传性耐药。
肿瘤遗传异质性
肿瘤细胞在进化的早期便获得了遗传不稳定性，这些事件触发了突变过程，在肿瘤内部产生了空间遗传多样性，最终导致了高度异质的晚期癌症。这种肿瘤内部的异质性不仅在空间上存在，也随时间动态变化。肿瘤异质性是一个重要的临床挑战，因为它提供了遗传多样性，从而促进了耐药变体的出现。
表观遗传调控
癌症的表观遗传学调节与正常发育类似，具有环境依赖性，并受癌症细胞类型、组织环境和治疗压力的影响。表观遗传机制能够影响广泛的生物现象，包括信号网络、代谢途径、非编码RNA和染色质状态等。尽管各种表观遗传机制如何导致获得性治疗耐药性尚不完全清楚，但驱动获得性耐药性的表观遗传改变也提供了潜在的治疗机会，因为与遗传改变不同，表观遗传变化具有潜在的可逆性。
代谢重编程与肿瘤微环境
在调节获得性耐药性的非遗传机制中，代谢重编程和微环境改变扮演着至关重要的角色。肿瘤细胞代谢的变化可以促进干细胞样状态，从而形成耐药细胞群。通过氧化还原平衡以及脂质、氨基酸和核苷酸代谢的变化，代谢灵活性和应激适应可以直接促进抗性机制。例如，在胰腺癌中，脂质生物合成的上调有助于干性以及对胞苷核苷类似物吉西他滨的内在和获得性耐药。此外，基质细胞如巨噬细胞和癌症相关成纤维细胞（CAFs）也可以促进间质核苷池，这些核苷池容易被肿瘤细胞吸收并赋予对吉西他滨的耐药性。
肿瘤与其微环境之间的相互作用在调节治疗耐药性方面也起着关键作用。肿瘤微环境（TME）内的缺氧是众所周知的耐药性驱动因素，它促进代谢重编程，将肿瘤细胞的依赖性转移到其他途径，如糖酵解和多胺代谢。靶向这种缺氧诱导的代谢重编程可以降低癌细胞的适应性并克服治疗抵抗。
肿瘤细胞可塑性
由非遗传机制介导的细胞可塑性是获得性耐药日益受到重视的驱动因素。这一过程对正常发育和组织稳态至关重要，癌细胞参与了这一过程，以快速探索广泛的表型范围，促进适应和治疗耐药性。例如，上皮间质转化（EMT）或向神经内分泌细胞类型的转变，这一过程可能是前列腺癌某些病例对雄激素受体（AR）靶向治疗产生耐药性的基础。此外，肿瘤细胞获得内皮样特性以形成血管，这称为血管生成拟态，也是获得抗血管生成治疗耐药性的机制。
不同治疗模式下的耐药特点
癌症耐药性在不同治疗模式下表现出独特的特点。
化疗耐药
常规化疗仍然是实体瘤多模式治疗的关键组成部分。无论是作为单药或多药方案使用，还是与免疫检查点抑制剂（ICI）或靶向药物联合使用，大多数实体瘤患者都需要在新辅助、放疗同时或巩固（放疗后、手术后）环境中进行某种形式的化疗。
当患者接受化疗时，化疗通常以周期性给药以促进患者康复，不连续的治疗可能会导致罕见的预先存在的耐药细胞的选择和存活，这些细胞会作为最小的残留疾病持续存在。随着时间的推移，这些幸存的克隆经历了恢复和随后的扩张。在这里，获得性耐药性的机制可能包括遗传改变、蛋白质外排变化或其他未知因素。
靶向治疗耐药
当患者接受靶向治疗时，持续治疗通过遗传和非遗传机制诱导获得性耐药性。遗传进化可能涉及治疗靶点的突变，如表皮生长因子受体（EGFR），或由主要癌症调节基因（如TP53和RB1）突变驱动的生存机制。非遗传适应性包括表型变化，如上皮间质转化（EMT）或转分化、靶向依赖性的丧失（如雄激素受体（AR）信号传导）和转录启动的药物耐受持久细胞。
免疫治疗耐药
当患者接受免疫治疗时，治疗时间表可能因药物、治疗方案或临床试验设计而异。获得性耐药性是通过肿瘤内在和肿瘤外在机制出现的。肿瘤的内在因素包括遗传改变，如β2-微球蛋白（β2m）的突变，以及表观遗传变化，如干扰素（IFN）信号通路的缺陷。肿瘤外源性耐药性涉及肿瘤免疫微环境（TIME）成分的变化，包括髓系衍生抑制细胞（MDSC）的扩增和免疫衰竭，这些因素共同损害了有效的抗肿瘤免疫反应。
破局之道：前瞻性策略克服耐药
克服癌症治疗中获得性耐药性的策略聚焦于预测性干预和动态管理，核心策略如下：
下一代建模与研究平台
能够诱导或影响耐药性发展的一系列因素需要能够捕捉到这种增加的复杂性的模型。患者样本越来越多地用于帮助减轻哺乳动物细胞系或非人类模型的许多缺点，揭示了各种恶性肿瘤的新药物敏感性和耐药机制。患者来源的类器官（PDO）在分子特征和治疗敏感性方面一直对临床肿瘤表现出高保真度，现在越来越多地用于药物开发和精准医学研究。
PDO非常适合研究罕见肿瘤人群的肿瘤异质性和耐药性，特别是在与单一类器官成像技术结合使用时。PDO还可用于生成获得性耐药性模型，通常是通过延长和重复治疗，或通过连续采样研究临床发生的耐药性。例如，通过长期（32周）暴露于药物，从一名患有治疗性胰腺癌的患者中建立了曲美替尼耐药性PDO。PDO能够通过编码β-catenin蛋白的CTNNB1基因的罕见突变或更常见的转录改变来确定对WNT-β-catenmin途径激活的获得性抗性。
患者来源的异种移植物（PDX）是将接受手术切除或活检的患者的肿瘤组织植入免疫功能低下或人源化小鼠的模型。通过将PDX的分子特征与原始标本进行比较，可以确定肿瘤的起源。然而PDX通常在免疫反应有限的免疫功能低下的小鼠中建立，这阻碍了使用此类模型来测试免疫疗法的疗效和耐药性。最近的技术进步促进了人源化小鼠模型的开发，如表达人CTLA4和Fcγ受体的小鼠模型表明，FcγRIIB在大部分肿瘤浸润免疫细胞上的表达限制了TME中调节性T细胞靶向抗体的活性。
空间与时间分辨技术
传统和新兴的高通量单细胞组学技术和生物计算工具可以以单细胞分辨率表征肿瘤的异质性，从而可以分析具有获得性耐药性的癌细胞的基因组、转录组、表观基因组、蛋白质组和代谢。新兴的空间分辨单细胞多组学技术为检测TME内稀有细胞群的抗性机制提供了强大的工具。通过将多层分子数据（如基因表达和蛋白质标记）整合到其原生空间环境中，这些方法可以揭示特定的细胞状态和局部微环境线索如何导致获得性治疗耐药性。
基因组高通量筛查
RNA干扰和各种CRISPR系统能够确定功能丧失事件，而开放阅读框或CRISPR介导的转录激活（CRISPRa）方法能够识别功能获得事件，它们在获得性耐药性中的应用具有相当大的潜力。如已建立的细胞系中使用CRISPR碱基编辑突变，在编码药物靶标的11个癌症基因中系统地产生了32000多个变体，并在细胞系最初敏感的10种靶向疗法的存在下筛选了这些变体。与scRNA-seq结合，这使他们能够确定四类对药物敏感性和获得性耐药性有不同影响的变体。
谱系追踪方法
谱系可塑性是指细胞状态从一种细胞类型到另一种的改变，可以通过组织学、形态学和谱系特异性标记的表达来检测。如果有足够的可塑性，癌症细胞可以重新编程为各种谱系状态，其中一些不再依赖于治疗靶点，从而使其具有耐药性。
单细胞和空间转录谱分析技术的出现大大增强了癌症谱系可塑性的检测和研究。这些方法可以追踪细胞克隆在不同细胞状态下的进化过程。尽管谱系追踪目前主要局限于实验模型，但可以从癌症患者样本中的乘客突变、拷贝数改变或线粒体DNA突变中回顾性地推断谱系关系。从而前瞻性地研究癌症克隆和亚克隆群体或谱系如何随着时间的推移进化，以及克隆组分如何在获得治疗耐药性后变化。
时间分辨生物标志物
将原发性肿瘤的全面分子和表型分析与通过液体或固体活检的纵向取样相结合，以及使用患者衍生模型生成的药物反应景观，可以支持识别随时间演变的耐药机制，从而开发预测性生物标志物来指导治疗选择。
除了基于测序的方法外，其他检测方法的临床开发为纵向评估肿瘤生物学提供了重要机会。例如，美国食品药品监督管理局批准的胸苷激酶活性（TKa）检测是一种替代检测，用于监测激素受体阳性绝经后转移性乳腺癌患者的肿瘤增殖和疾病进展。这些生物标志物可以早期预测获得性耐药性，并为差异化治疗策略提供更多机会。此外，人工智能和机器学习方法可以进一步促进通过活组织检查和使用患者衍生模型进行药物反应调查将综合分析与纵向抽样相结合。总之，这些分子、功能和成像方法的组合有望提供具有时间、空间和生物深度的可操作生物标志物，以追踪实体肿瘤和一些血液学癌症的获得性耐药性。
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结语：迈向精准抗癌新纪元
获得性耐药是肿瘤细胞、微环境与治疗压力动态博弈的结果。随着单细胞技术、时空组学与人工智能的融合，我们正从“被动应对耐药”转向“主动预防耐药”。通过合理设计、数据驱动、适应性的治疗策略，将有望实现更多的治愈，或将癌症转变为可控制的慢性病，为广大癌症患者带来新的希望。
参考资料：
1.The landscape for radioligand therapies in oncology. Nat Rev Drug Discov.2025 Jun 3.
