美研| 耐药模型的开发思路与构建策略

背景介绍

癌症是全球头号疾病之一。伴随人口老龄化趋势，在世界范围内，每年新增确诊癌症患者数量近两千万，且在逐年增长，以乳腺癌、肺癌、消化道癌症为最。随着对癌症研究的深入，以及如靶向疗法、免疫疗法、细胞疗法等治疗手段的革新，癌症患者的生存期被大大延长，生活质量也得到显著提升，使得癌症有“慢性病化”的发展趋势。而伴随这一趋势，肿瘤耐药问题显得越发重要。

肿瘤的耐药

肿瘤的耐药，是指病人在接受了一段时间的治疗，体内的肿瘤组织细胞对原有疗法产生耐受，使其治疗收益降低归零，引发疾病进展的现象过程。耐药性的产生可能是由于病人体内本身存在对原有疗法不敏感的肿瘤细胞群体，经治疗筛选后得以幸存壮大，造成复发，也可能是在治疗过程中，伴随基因组改变、表观遗传学调控、代谢及免疫调控等驱动因素作用，促使肿瘤细胞获得对药物疗法的耐受能力，引起疾病进展。

耐药的发生具有普遍性和个性化特点，即对于各类药物或疗法都有可能产生耐药问题，且造成耐药发生的机制原理因病人而异。目前经研究，造成肿瘤细胞产生耐药的机理包括但不限于以下方面：

图1. Mechanisms of Drug Resistance. (Vrinda Gote et al. International Journal of Molecular Sciences 20211)

美迪西的耐药模型开发

为了更好地研究了解不同类型药物耐药机理，并制定相应的应对策略，开发新型抗癌药物与疗法，耐药模型的开发构建显得至关重要。在美迪西，目前我们采用药物冲击诱导的方式，针对赫赛汀（Herceptin）、奥希替尼（Osimertinib）、阿贝西利（Abemaciclib）和索托拉西布（Sotorasib）这四款抗癌药物构建了相应的耐药模型。

所选药物简介

曲妥珠单抗（Trastuzumab），商用名称：赫赛汀（Herceptin®），由基因泰克（Genentech）公司开发，于1998年获得FDA审批，用于治疗人表皮生长因子受体2阳性（HER2+）的转移向乳腺癌患者，常与紫杉醇联用，是第一款被批准的酪氨酸激酶抑制剂，也是第一个成功以生物标志物为指导的癌症药物。

奥希替尼（Osimertinib），商用名称：泰瑞沙（TAGRISSO®），由阿斯利康（AstraZeneca）公司开发，于2015年获得FDA审批，是第三代表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂（EGFR-TKI），用于治疗具有EGFR^T790M突变特征的局部晚期或转移性非小细胞肺癌患者。

阿贝西利（Abemaciclib），商用名称：唯择（Verzenio®），由礼来（Eli Lilly）公司开发，于2017年获得FDA审批，作为新型靶向CDK4/6抑制剂，用于治疗激素受体阳性（HR+）、人表皮生长因子受体2阴性（HER2-）的局部晚期或转移型乳腺癌患者。

索托拉西布（Sotorasib，AMG510），商用名称：LUMAKRAS®，由安进（Amgen）公司开发，于2021年获得FDA审批，作为第一款靶向KRAS^G12C突变的RAS GTPase抑制剂，用于治疗高阶或转移性非小细胞肺癌患者，而此前KRAS^G12C一直被认为是无法成药的靶点。2023年12月，因在PFS关键指标上，未获得体现其相对于化疗单臂的显著性收益结果，FDA拒绝完全批准LUMAKRAS®用于治疗既往至少接受一次全身治疗的KRAS^G12C突变非小细胞肺癌患者。

耐药模型的构建策略

构建策略上，我们采用对体外细胞给予药物暴露冲击诱导的方式，来模拟临床病人接受治疗后的获得性耐药产生过程。

具体而言，我们结合了脉冲式（Pulsed）与连续式（Continuous）给药冲击方式：脉冲式给药采用单次4~6小时高浓度药物暴露，模拟临床病人接受治疗时的药物代谢与暴露情况；接受脉冲式药物冲击后，细胞将继续在低浓度的药物暴露条件下生长，以维持其产生的耐药性不丢失。经过多轮药物冲击后获得的耐药细胞模型，将与原始的野生型细胞进行对比，以其体外药敏检测的IC50值的比值，即RF值，为判断标准，来衡量耐药性的强弱，并以此作为耐药模型构建成功与否的评价标准。参考McDermott et al.2等同行工作，我们将RF值>5作为判定耐药模型构建成功的标准。

在成功构建体外耐药细胞系后，我们进一步在免疫缺陷小鼠身上构建耐药细胞系的移植瘤模型，研究评价成瘤情况以及其对受试药物的耐受表现。

构建成果

1. 赫赛汀

在赫赛汀耐药模型构建方面，我们选择了具有ER+/HER2+特征的BT-474人乳腺癌细胞系，通过药物冲击诱导的方式，成功构建了赫赛汀的耐药模型。体外药敏检测结果显示，原始野生型IC50值为0.693 μg/mL，耐药型IC50值提高到174.5 μg/mL，RF值为251.8（图2a）。在体内药效评价实验中，野生型移植瘤模型的肿瘤抑制率（%TGI）值为85.11，耐药型移植瘤的肿瘤抑制率降低为52.57（图2b）。

图2.BT-474_赫赛汀耐药模型实验结果: a) 体外药敏检测实验结果；b) 体内成瘤与药效实验结果.

2. 奥希替尼

在奥希替尼耐药模型构建方面，我们选择了具有EGFR^L858R/T790M突变特征的NCI-H1975人非小细胞肺癌细胞系，通过药物冲击诱导的方式，成功构建了奥希替尼的耐药模型。体外药敏检测结果显示，原始野生型IC50值为65.9 nM，耐药型IC50值提高到10940 nM，RF值为166（图3a）。在体内药效评价实验中，野生型移植瘤模型的肿瘤抑制率（%TGI）值为93.72，耐药型移植瘤的肿瘤抑制率降低为70.05（图3b）。

图3. NCI-H1975_奥希替尼耐药模型实验结果: a) 体外药敏检测实验结果；b) 体内成瘤与药效实验结果.

3. 阿贝西利

在阿贝西利耐药模型构建方面，我们选择了具有HER2-特征的MCF-7人乳腺癌细胞系，通过药物冲击诱导的方式，成功构建了阿贝西利的耐药细胞系模型。体外药敏检测结果显示，原始野生型IC50值为0.2536 μM，耐药型IC50值提高到1.649 μM，RF值为6.5（图4）。MCF-7的体内移植瘤模型在成瘤方面上表现不佳，因而体内数据未做展示。

图4. MCF-7_阿贝西利耐药细胞系体外药敏检测实验结果.

4. 索托拉西布

在索托拉西布耐药模型构建方面，我们选择了具有KRAS G12C突变特征的NCI-H358人非小细胞肺癌细胞系，通过药物冲击诱导的方式，成功构建了索托拉西布的耐药细胞系模型。体外药敏检测结果显示，原始野生型IC50值为19.99 nM，耐药型IC50值提高到350.2 nM，RF值为17.52（图5a）。NCI-H358体内耐药模型构建与验证实验尚在进行中。

另外，我们在Calu1小鼠细胞系移植瘤模型上，通过连续药物暴露冲击诱导的方式，构建了索托拉西布的Calu1移植瘤耐药模型，其耐药表现如图5b所示。

图5.索托拉西布耐药模型实验结果: a) NCI-H358_索托拉西布耐药细胞系体外药敏检测实验结果；b) Calu1耐药移植瘤模型体内药效实验结果.

参考文献：

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