NATURE大子刊：癌症中耐药持久存活细胞（DTP）

在化学药物治疗和靶向药物治疗过程中，少部分细胞可以通过进入缓慢增殖状态来逃避死亡，称为耐药持久性（drug tolerant persister，DTP）。这种状态可以使癌细胞在药物治疗过程中存活，而且此状态可逆，在药物作用消失后可再次恢复成增殖状态，从而导致疾病进展或复发。因此，DTP细胞常常借以特性在药物治疗后通过逃避凋亡来存活。

目前许多晚期癌症的标准治疗(SOC)疗法很少能治愈，尽管通常有良好的初始反应，然而获得性耐药仍然是一个未解决的临床挑战。过去十年的研究提高了人们对DTP细胞在癌症中的生物学作用的理解，尽管这些细胞在治疗耐药中的作用的临床知识仍然有限。尽管如此，针对这一人群有望提供新的治疗机会。文章旨在提出DTP表型的清晰定义，讨论这些细胞的基本特征、生物标记物及易感性，并呼吁研究人员进一步关注DTP细胞，开发出更有效的治疗方法。看到这里，是不是也想摩拳擦掌，小试牛刀了，小编也在文末为大家精心准备了彩蛋，先一起看看文章吧！

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背景  

耐药持久性的概念最初是从一份关于细菌持久性存活细胞的报告中借用的，1944年，Bigeer在发现一种不能用大剂量青霉素灭菌的金黄色葡萄球菌亚群后，首次提出了耐药持久性的概念。严格的假设是，细菌细胞的一个亚群能够在暴露于杀菌抗生素下存活，是因为它们缺乏生长，而不是因为任何遗传的抗性机制。即细菌亚群在最初未进行遗传传代的前提下，依旧有存活耐药株的产生，值得注意的是，持久细菌具有生长缓慢这一特点。目前，随着癌症的靶向治疗发展，临床中引入了全身化疗、免疫治疗、内分泌治疗、EGFR靶向治疗、TKI靶向治疗等抗癌手段，极大地改善了癌症患者的预后，然而，由于癌细胞基因组耐药表型的出现，耐药性的发生不可避免，耐药持久性细胞在常规肿瘤治疗和靶向治疗中通过逃避凋亡来保证存活。因此，临床上许多癌症患者晚期癌症标准治疗后很少痊愈，获得性耐药仍然是一个未解决的临床挑战。

普遍认为，癌症复发与肿瘤微小残留、肿瘤细胞休眠、肿瘤干细胞（CSCs）存在有关。休眠肿瘤细胞和CSCs通常以单细胞或多达20个细胞的小细胞簇的形式存在，这些细胞高度依赖于它们的微环境生态位，在微环境生态位中，它们的分裂可能会被局部免疫监视抑制不同的时间长度。这些细胞可能在完成治疗目的后几年甚至几十年重新进入细胞周期或进行分化。但是与肿瘤细胞休眠不同,耐药持久性细胞（DTP）在肿瘤治疗结束后可以重新进入增殖状态，与DTP细胞具有缓慢的细胞周期和增殖活性可逆的特性相关，即癌细胞在用药后进入DTP状态，生长速度缓慢，药物稀释后它的增殖活性再次提高。

从临床角度出发，与休眠肿瘤细胞或CSCs相比，对DTP细胞的理解往往在概念上令人困惑。这是因为关于DTP的两种假设，1）DTP细胞在用药前就已经存在，后选择性存活于药物暴露环境下，2）在药物诱导后产生，癌细胞发生表型转变产生DTP表型。

            

1.DTP概念的更新  

在发现细菌中存在抗生素耐药持久细胞60年后，Settleman研究团队发现癌细胞中，在用药间歇（drug-holiday），DTP细胞可以重新转化为药物敏感癌细胞，而没有伴随产生耐药性相关的继发性基因突变。从持续动力学角度看，细菌耐药持久细胞和DTP细胞具有相似的细胞死亡动力学。BOX1分别展示了暴露于抗生素和暴露于化疗后都表现出经典的双相细胞动力学。支持DTP细胞存在的证据已经在不同癌症类型中发现，黑色素瘤、基底细胞癌、结直肠癌、乳腺癌、胰腺导管腺癌、胶质母细胞瘤、急性髓系白血病中具有DTP的发现。

 

图1

DTP表型的清晰定义

DTP表型是一小部分肿瘤细胞对初始全身性抗癌治疗的反应所获得的一种暂时的耐受性状态，这种耐受性使残留的肿瘤细胞能够存活，直到建立起更永久的耐药机制。在定义DTP时必要素有：相互作用；随机性；进化性（图1）。严格地说，DTP细胞是通过在既定条件下药物相互作用产生，而不仅是特定细胞的内在特性。举例来说，DTP就像用筛子筛出的小米，只要小于筛孔的最大尺寸，它们就可以通过，但是米粒通过的速度则是由小米与筛子相互作用所决定的。在达尔文进化论的背景下，提出单个癌细胞的适应是由每个癌细胞和药物特定相互作用中的反应来定义的。考虑到这一层因素，在讨论DTP及其可逆表型时，考虑特定治疗的作用是必不可少的。例如，在局部手术切除后，没有全身性辅助化疗的干预下，癌症产生复发时，此时并不是产生DTP细胞，而是更多考虑是肿瘤休眠细胞或CSCs在复发中发挥主要作用。因此，特定治疗与癌细胞的相互作用必须作为DTP表型的基本组成部分；然而，这种包含关系引入了两个级别的可变性。首先，具有基本相同基因的群体中的所有癌细胞都有可能随机获得并产生耐受表型，尽管通常发病率很低。单细胞barcoding实验数据表明，每个条形码DTP谱系中存在不同比例的快速增殖和缓慢增殖细胞，这表明进入DTP状态是一个随机过程，此外，考虑到DTP作为通过筛孔前可随机改变自身大小的小米，即与药物相互作用前存在预备DTP状态，进一步增加了研究动态性。例如体外实验中，暴露在HER2酪氨酸激酶抑制剂环境下，HER2 ER-乳腺癌细胞中一类表达NRY1R和ABCC5的pre-DTP细胞更容易转化为真正的DTP细胞。同样在来源于BRAFV600E突变的患者黑色素瘤细胞中，一类亚群表达组蛋白去甲基化酶KDM5B暴露于激酶抑制剂药物威罗菲尼后易进入DTP状态。然而，这种pre-DTP细胞KDM5B 和KDM5B-细胞会发生状互相转变，反映了稳定的平衡状态。这一发现也说明，黑色素瘤DTP细胞的出现依赖于癌细胞与BRAF抑制剂之间的相互作用。

   

另一层随机性来源于癌细胞与特定药物治疗之间的相互作用，导致DTP细胞之间的表型异质性。根据特定的癌症类型和治疗策略，DTP细胞可以通过检测一种或多种其他特征来识别，包括不完全凋亡(complete apoptosis)、铁死亡(ferroptosis)、细胞焦亡(pyroptois)、基因组不稳定性(genomic instability)、静止(quiescence)、滞回样状态(dipause-like status)和表型转换(phenotype switching)。在DTP细胞群中仍然具备有异质性。来自体外实验分析表明，增殖DTP细胞需要平衡的细胞内氧化还原状态，该平衡与脂肪酸氧化增加相关，而非增殖的DTP细胞在EGFR突变的非小细胞肺癌、HER2 乳腺癌或BRAF突变的黑色素瘤细胞系中以Notch信号和I型干扰素相关基因上调为特征。此外，促进药物耐受的生物过程或途径似乎分布在不同的DTP细胞亚群中，而不是在单个DTP细胞中共存。在体外使用暴露于厄洛替尼的EGFR突变的非小细胞肺癌衍生细胞系证明了这种可变性，其中长时间暴露(11天)导致厄洛替尼耐受细胞和较大的DTP细胞亚群的出现，这些细胞具有独特的分子表型，如胆固醇代谢改变、上皮-间质转化(EMT)或表观遗传失调。因此，DTP细胞在暴露于抗癌治疗后可能利用的细胞可塑性景观与播散性肿瘤细胞或休眠或CSC表型具有一定的生物学相似性。

耐药持久性概念的提出完美解释了一个临床现象，患者在停药一段时间后，尽管先前的疾病在同一药物上有进展，但仍对重新引入相同的治疗有反应。证据还表明，在某些情况下，在疾病复发后继续治疗仍可提供肿瘤控制。根据肿瘤动力学、肿瘤异质性和对治疗反应的数据，DTP细胞在暴露于抗癌治疗后进化的能力是区分这些细胞与休眠肿瘤细胞或CSC的重要特征。在药物间歇期或再挑战的情况下，DTP细胞可以扩增并产生对相同治疗敏感的后代；然而，在继续或重新引入治疗后，这些细胞也可以恢复其DTP表型或发生突变，产生基因改变的、不可逆的抗治疗克隆。因此，不同的DTP状态或行为可能根据疾病类型和特定的治疗而存在，并且DTP群体很少由单一整体表型的细胞组成。因此，在其特定背景下仔细定义DTP特征，包括疾病环境、临床管理方法和相关组织的潜在生物学，在试图研究这种影响时显得至关重要。

DTP表型会骗人

如前所述，DTP细胞在表型上是异质的，通常表现为组织学上缓慢增殖或完全静止的细胞。这种生长缓慢或静止的表型经常引起争论，即DTP细胞是否实际上是休眠肿瘤细胞的同义词。休眠肿瘤细胞是指在经历G0-G1周期的恶性肿瘤细胞。然而，DTP细胞也可以是癌症中采取缓慢增长表型存活。一项基于TCGA数据的肿瘤细胞休眠程度的泛癌分析显示，休眠score有139个休眠相关基因。其中肾上腺皮质癌和胶质母细胞瘤得分最高，睾丸生殖细胞瘤和胸腺瘤得分最低。值得注意的是，在结直肠癌（CRC）患者来源的异种移植(PDX)模型中，暴露于5-氟尿嘧啶(5-FU)、亚叶酸钙和奥沙利铂(FOLFOX)后，残留的DTP细胞在很大程度上维持低水平的Ki67表达。这表明这些细胞倾向于保持增殖性表型，这与在这种癌症类型中报道的低水平肿瘤细胞休眠是一致的。对患者来源的CRC类器官对化疗反应的分析表明，50%由RNA结合蛋白MEX3A表达定义的DTP细胞位于细胞周期的G0期，38%位于细胞周期的G1期。然而，这些DTP细胞来源于表达LGR5的癌细胞，LGR5是小肠和结肠中干细胞的已知标记物。这一观察结果表明，MEX3A DTP细胞来源于先前存在的祖细胞群。相比之下，一项对胶质母细胞瘤DTP细胞的条形码研究显示出高水平的休眠，这与在胶质母细胞瘤TCGA数据中观察到的高水平的休眠特征一致，并部分归因于由DYRK1A激酶组装的二聚体、RB-like、E2F、DREAM复合物。DREAM复合物在G1/S和G2/M65期间介导细胞周期相关基因的抑制，并协调基因表达的周期性变化。已知这种复合物的扰动会改变静止和增殖之间的平衡。DREAM复合体已被认为是针对肿瘤细胞休眠的临床干预的可能治疗靶点。

与休眠肿瘤细胞的完全静止表型不同，暴露于治疗后DTP细胞的一个子集已准备好进入细胞周期，因此治疗结束后DTP细胞会促进疾病复发。例如，一项使用高复杂性监测系统追踪EGFR突变的NSCLC细胞系中单个细胞的克隆起源，同时追踪增殖和转录状态的研究表明，多达13%的barcoded DTP细胞形成群落，这代表是一个高度增殖表型。多达6%的细胞表现出DTP样特征。通过对特定谱系的DTP细胞进行纵向单细胞RNA测序，这些研究人员发现，增殖性DTP细胞需要平衡的细胞内氧化还原状态，例如与脂肪酸氧化增加相关的状态。

  

Pre-DTP具有记忆

2022年一项研究利用改进的Luria–Delbrück fluctuation-test框架在体外暴露于抗EGFR抗体-西妥昔单抗的人结直肠癌细胞中，探索DTP癌细胞动力学。这些研究人员使用数学模型来确定DTP细胞的稳定部分分数（f0）的预先存在，并发现这些细胞的丰度分布遵循泊松分布，从而支持药物诱导的情景。2022年发表的其他数据表明，在使用抗HER2抗体拉帕替尼治疗之前，随机增殖的HER2 乳腺癌细胞系随机维持了一群细胞，称为“pre-DTP”细胞，这些细胞具有G0样基因表达特征，并且在DTP中也表达了一组基因的差异表达。此外，这些pre-DTP细胞具有类似于滞育样和衰老样转录程序的基因表达模式，这也在源自CRC31的PDX模型和患者来源的类器官或乳腺癌或前列腺癌的PDX模型的DTP细胞中观察到。

从NeoALTTO试验中获得的HER2 乳腺癌患者肿瘤组织的大量RNA测序显示，与病理完全缓解的患者相比，对新辅助拉帕替尼没有病理完全缓解的患者的前DTP基因标记评分更高。这些发现表明，至少在HER2 乳腺癌中，治疗前可能不存在稳定的DTP细胞群，而是肿瘤细胞随机地通过G0进入启动前DTP状态，并在暴露于HER2靶向治疗后优先成为真正的DTP细胞。这些观察结果与PDX模型和在新辅助治疗中接受阿霉素和环磷酰胺治疗的三阴性乳腺癌(TNBC)患者中观察到的耐药细胞状态一致。这些研究人员发现，所有癌细胞亚克隆都同样能够采用一种以不同基质成分和癌细胞多形性为特征的DTP状态。癌细胞已被证明对EGFR抑制剂有高度稳定的持续反应的机会，这是由细胞系和PDX模型中胰岛素受体底物1 (IRS1)的磷酸化状态决定的。研究人员报告说，这种机制可能是治疗特异性的。早期研究的数据表明，磷酸化事件确实可以赋予长期记忆，正如神经长期增强所显示的那样。因此，DTP细胞在药物间歇期或引入不同治疗后持续存在并在药物再次挑战时产生耐药性的机会可能具有遗传基因组成分。这些观察结果提出了一个有趣的问题，即先前描述的pre-DTP状态是否会赋予导致癌症持续存在的长期记忆。DTP细胞的表观遗传改变是否在恢复到药物敏感状态的细胞中作为一种可遗传记忆保存下来，从而提供一种进化途径，使药物再挑战时持久性细胞的频率增加，仍有待研究。这种可能性已经在大肠杆菌DTP细胞中进行了探索，这种细胞在单细胞水平上遵循“后进先出”的规则，即在进入持续状态时最后停止新陈代谢的细胞，也是在对营养作出反应时第一个被重新激活的细胞。

   

To die  or not  to  die

在人群水平上，持续性几率的变化在决定治疗方面起着重要作用，主要是受根除癌细胞的比例和随时间的推移DTP细胞出现的频率影响。然而，在细胞水平上，DTP的出现是在抗癌治疗后，细胞死亡与存活状态的平衡。初始治疗后立即死亡的细胞百分比决定了在DTP细胞中观察到的死亡动力学曲线。

2022年发表的数据表明，在暴露于BH3模拟物的非小细胞肺癌细胞系和小鼠异种移植模型中，不完全MOMP和全细胞色素C释放可能在DTP细胞的产生中起关键作用。细胞色素C向细胞质的亚致死释放激活了血液调节的抑制剂激酶，导致eIF2α磷酸化和随后的atf4依赖的翻译重编程，对患者样本的分析表明，从几种实体肿瘤类型的患者中获得的样本中激活了这种信号通路。这种重编程导致随后的代谢重新布线，细胞周期抑制和EMT，潜在地促进了DTP细胞逃避抗癌治疗的能力。然而，基于这些失败的细胞凋亡对其他抗癌治疗的下游影响的实验研究数据来概括DTP细胞产生的机制目前是不可取的，因为DTP细胞的发育可能是特定于环境的。

值得注意的是，抗pd -1抗体诱导的CD8 T细胞依赖性癌细胞死亡已被证明与铁死亡相关，并且TCGA数据库中黑色素瘤患者铁死亡与生存率的提高有关，目前，有限的证据支持免疫治疗后的癌细胞存在DTP效应，免疫治疗方法包括免疫检查点抑制以及过继性细胞疗法。CD70已知与幼稚T细胞和记忆T细胞表面表达的CD27相互作用，研究人员证明，抗CD70抗体-药物偶联物和靶向CD70的CAR - T细胞或自然杀伤细胞能够消除这些可能表达CD70的DTP细胞。因此，这些数据为未来的研究开辟了一个有趣的领域。

条条大路通耐药

正如前文所述DTP癌细胞可以具有各种表型，使它们能够在接受全身治疗后存活，从而有助于DTP过渡到更永久的获得性耐药的能力，对微卫星稳定型结直肠癌患者样本的分析表明，在西妥昔单抗联合达菲尼或不联合达菲尼的PDX模型和接受西妥昔单抗加化疗的患者中，参与错配修复和同源重组的基因下调，同时易出错配DNA聚合酶上调。这些低保真DNA聚合酶的表达和活性增加导致DTP细胞的突变率比未接受治疗的亲本CRC细胞群高7-50倍，尽管在药物暴露期间复制较慢。在EGFR突变的NSCLC细胞中，AXL过表达增强了DTP细胞的存活，并加速了暴露于厄洛替尼的细胞中EGFRT790M(一种已建立的耐药突变)的出现。

未来研究的一个问题涉及癌症DTP细胞如何在药物暴露后产生DNA损伤而不发生细胞死亡。Schmitt等人提出肿瘤细胞之间的共生相互作用可能促进人类CRC中癌细胞存活和DNA损伤。5-FU暴露后，垂死癌细胞释放的ATP可触发P2X4受体激活，导致活性氧(ROS)的产生升高，随后在邻近癌细胞中积累DNA损伤。这种共生相互作用产生了对mTOR信号的新依赖，并促进了暴露于化疗的邻近应激细胞的存活。这种ROS介导的DNA损伤的积累是否适用于DTP细胞以及DTP细胞与敏感垂死癌细胞之间的相互作用，还需要进一步的研究。凋亡失败可能是dtp诱导DNA损伤的另一机制。事实上，神经胶质瘤细胞系的细胞在体外暴露于TRAIL后存活，会以caspase依赖性和cad依赖性的方式积累DNA损伤。此外，重复暴露于亚致死应激可以促进细胞转化和肿瘤发生以依赖于MOMP的方式。

翻译DTP细胞检测区

与细菌持久性细胞类似，评估涉及DTP细胞的治疗策略的主要挑战是如何检测及监视这一持久存在的群体。DTP细胞的特征是一种罕见的、缓慢分裂或静止的癌细胞亚群，其依赖于某些信号通路和/或其他特征的改变，包括代谢改变，这可能是构成性的或可诱导的。因此，在整个治疗过程中确定这些细胞的动力学是必要的。此外，DTP细胞表型在不同的癌症组织学和不同的治疗反应中可能存在很大差异，这使得鉴定一种或多种普遍适用的DTP细胞临床相关生物标志物具有挑战性。迄今为止，几乎所有关注这些细胞在癌症中的作用的研究都涉及体外或离体模型;因此，还没有金标准的临床生物标志物被建立起来，这仍然是一个需要解决的开放和重要的研究问题。   

作者提出DTP细胞在治疗期间的动力学可以通过代谢成像在临床上确定，以量化在最大治疗反应时存在的残余癌细胞群的比例。通过分析依次获得的血液样本中循环DTP细胞(cDTP)和DTP衍生的无细胞ctDNA的存在，可以进一步评估DTP细胞，这取决于它们的功能特征。此外，由于它们的稀缺性和DTP特异性生物标志物的缺乏，目前基于液体活检的技术将需要进一步改进，以便能够可靠地检测cdtp，并将它们与其他耐药残余肿瘤细胞区分开来。未来的比较研究需要评估使用这些不同方法可以检测到的DTP细胞的最小分数，以确定每种方法的灵敏度。

图2

DTP细胞的临床影像学    

在回顾性研究中，18F-FDG PET-CT已被用于预测放疗后的残留代谢活性；然而，这种方法可能不能有效地监测大多数DTP细胞，因为它们不一定依赖于糖酵解，来自多种癌症类型的DTP细胞被发现依赖于铁依赖性脂质过氧化物酶(图2a)和α-酮戊二酸(αKG)依赖性去甲基化酶，包括来自非小细胞肺癌细胞系或异种移植模型、乳腺癌细胞系和异种移植和表达KDM5B的黑色素瘤异种移植的DTP细胞。因此，68Ga-柠檬酸盐，一种仿生铁可能是一种有前途的替代放射性示踪剂，用于DTP细胞检测。68Ga-柠檬酸盐已被证明以转铁蛋白受体依赖的方式在胰腺导管腺癌小鼠模型中积累。临床研究数据表明，ga -柠檬酸盐PET-CT能够检测各种类型的癌症。包括胶质瘤、前列腺癌、肝细胞癌。其他代谢性放射性示踪剂，如11C醋酸盐，已被提议作为评估依赖于脂肪酸代谢而不是糖酵解代谢肿瘤的方法。在不同的癌症类型中，DTP细胞利用多种形式的脂肪酸代谢，因此，使用11C醋酸酯和18F-FDG进行双重成像可能是一种有趣的方法。新辅助疗法的试验为在手术切除前有限的时间内检测DTP靶向代谢示踪剂提供了宝贵的机会。考虑到这些优势，一项正在进行的临床试验(NCT04816838)正在使用单细胞RNA测序来研究DTP细胞在接受新辅助奥西替尼的可切除EGFR突变的NSCLC患者中的作用。该小组还注册了一项单臂，开放标签，II期试验(NCT05361564)，旨在招募可切除的非小细胞肺癌患者，这些患者携带ALK融合物与DTP细胞相关的无细胞生物标志物，在术前使用ALK抑制剂布加替尼治疗的背景下进行探索。

捕捉cDTPs

X线完全缓解意味着缺乏宏观可检测的肿瘤物质，这可能不能准确反映MRD的存在或不存在。然而，采用微创MRD检测和监测方法的纵向随访可能会克服这一临床挑战。循环肿瘤细胞(CTCs)的捕获和检测的进展提供了一种潜在的解决方案。循环肿瘤细胞的数量和性质提供了特定时间点肿瘤负荷的快照。然而，目前的CTC捕获技术依赖于物理或生物特性，而相关的物理特性，如更大的细胞尺寸、最低水平的可变形性、改变的细胞密度和细胞表面电荷，在cDTP细胞的高灵敏度检测中没有得到充分的研究。另一种方法是基于免疫亲和的CTC分离，有或没有基于特定生物特征的成像进行细胞选择或不选择。将这些技术应用于假定的DTP特异性生物标志物，如脂肪酸代谢相关的脂质转运蛋白CD36，将有助于捕获和监测cDTP细胞，从而能够早期发现能够耐受抗癌治疗的残余细胞群。cDTP细胞检测的另一个潜在特性可能涉及与EMT相关的细胞表面标记的整合，如CD109。转化为基于免疫亲和的cDTP分离。相关的标记物也可以在一些CSC中表达，这可能导致cDTP分离的困难。将替代放射性示踪剂与纵向cDTP监测相结合，可能会提高临床环境中肺结核检测和监测的灵敏度水平。DTP细胞是一种高度异质性的癌细胞亚群，其特征是各种不同的进化状态和不同的增殖水平，导致非增殖性或最低增殖性DTP细胞与增殖性DTP细胞的亚分类，这也可以被称为耐药扩展持久者，反映了独特的治疗脆性和耐药机制。在这种情况下，确定cDTP细胞与CTCs的比例有助于表征耐药轨迹。此外，是否所有的CTC都保留了DTP特异性特征仍不清楚，特别是如果CTC暴露于不同的应激源，这些应激源赋予了一种独特的表型，这种表型可能被归类为DTP特异性特征，也可能不被归类为DTP特异性特征。

DTP释放的ctDNA

与CTC分离相关的复杂技术要求相比，ctDNA具有更容易在血浆中检测的优势。下一代测序灵敏度的提高和分析错误纠正(例如，消除CHIP突变)大大提高了ctDNA检测的灵敏度。测试ctDNA导向为治疗的临床试验表明，ctDNA水平与放射学特征相关，并且在转移情况下具有独立的预后价值。表观遗传改变被认为是DTP细胞的一个标志。因此，将DTP特异性染色质修饰整合到ctDNA检测和分析方案中，可以提供一种追踪治疗期间DTP细胞群动态变化的重要方法。例如，暴露于厄洛替尼的EGFR突变的NSCLC细胞系中维持DTP细胞存活必须需要H3K9me3甲基化。

另外，来自TNBC细胞系的DTP细胞被发现含有h3k27me3介导的几种持久性相关基因的抑制，这种抑制可以通过EZH2抑制来逆转，从而导致5- FU耐受表型的发生。通过无细胞染色质免疫沉淀等方法，分析ctDNA中的DNA甲基化和染色质重塑正变得可行，这些方法可用于检测DTP特异性改变。

DTP细胞是一种高度异质性的癌细胞子集，通常具有独特的脆弱性和耐受性。。因此，对CTC群体中存在的DTP细胞亚群的监测可以与DTP细胞衍生的ctDNA的特异性检测相结合，并与来自非持久性群体的ctDNA进行比较。尽管非侵入性DTP细胞检测和监测策略有希望，但仍然需要开发足够特异性、敏感性和临床适用的DTP细胞检测分析，并且需要大量的研究和开发工作。

图3

DTP细胞的治疗景观

DTP细胞是癌症细胞的一个亚群，它出现在大多数治疗敏感的群体中，在初始治疗中存活下来，导致MRD，通常无法通过常规临床评估检测到。

 

在过去的十年中，大量离体的研究数据揭示了DTP细胞发育和功能的生物学机制。尽管如此，这些细胞与反应、稳定疾病或疾病进展的传统临床定义的相关性仍然知之甚少。因此，确定不完全反应是否反映了原发性耐药、残余DTP细胞的存在或其他获得性耐药机制，对于制定治疗策略至关重要，这些策略可以导致更深入、更持久的反应，并避免治疗失败。然而，选择具有治疗抗性的亚克隆，其中包含预先存在的赋予耐药性的基因组改变，可能不是对抗癌治疗产生耐药性的唯一机制。短暂效应可能提供最初的持久性，允许一小部分肿瘤细胞亚群逃脱适应度阈值并存活，直到一些获得性继发性突变出现，尽管这种效应的有力临床证据尚未建立。在临床前模型中已经报道了多种促进癌细胞持续存在的机制，包括表观遗传、转录和翻译过程，这些过程并不相互排斥，而且经常共存。这些观察结果也可能是DTP细胞表型异质性的基础，如细胞增殖缓慢或缺失，不同的代谢改变，或与肿瘤微环境的可变相互作用。开发直接针对这些DTP相关特征的策略，以抑制DTP细胞的作用为目标，可能会产生更有效的治疗方法，改善癌症耐药性。

通过瞄准DTP细胞弱点消灭它

DTP细胞获得的各种特性可能是以牺牲某些其他特性为代价的，导致了一种被称为“附带敏感性”的权衡，至少在某些情况下是这样。这种效应可以创造一个治疗机会，在特定治疗的情况下，可以利用新出现的脆弱性(图3a)。可以使用各种策略来针对DTP细胞的弱点。例如，铁依赖性代谢是DTP细胞的一个标志性特征，这使得它们对铁死亡具有间接敏感性。临床前实验数据表明，诱导铁死亡能够杀死癌细胞，虽然这样的策略还没有经过临床试验。Erastin是研究最多的铁凋亡诱导剂之一，它抑制由SLC7A11和SLC3A2氨基酸转运体组成的半胱氨酸-谷氨酸转运体。该系统的抑制导致谷胱甘肽合成水平降低，而谷胱甘肽是谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)活性的重要辅助因子，导致细胞抗氧化能力降低，ROS水平升高，最终导致细胞铁死亡。该诱导剂已经在多种癌细胞系中证实可以诱导铁死亡。然而，Erastin蛋白及其相关化合物具有有限的溶解度，因此限制了对其进一步临床开发的兴趣。另一种半胱氨酸-谷氨酸转运抑制剂磺胺氮嗪已被证明通过上调MES1(一种细胞质内NADPH磷酸酶)诱导铁死亡。MESH1的抑制导致NADPH耗竭，从而使依赖铁代谢的细胞对铁死亡敏感。磺胺嘧啶已被FDA批准用于类风湿性关节炎患者，鉴于其已确定的安全性，该药物将成为DTP相关临床前模型和临床试验的进一步评估候选药物。另一种铁死亡诱导剂RSL3抑制谷胱甘肽过氧化物酶GPX4，导致特异性根除DTP细胞。然而，与Erastin蛋白类似，这种化合物仍处于临床前开发状态，需要进一步的研究来确定这些药物在临床环境中治疗性调节DTP细胞的潜力。

 

靶向获得性表观遗传改变提供了另一种潜在的治疗DTP细胞调节策略。例如，靶向H3K4去甲基化酶KDM5已被证明可以根除来自黑色素瘤、非小细胞肺癌和乳腺癌的细胞系中的持久性细胞。高通量筛选发现先导化合物CPI-455在这些临床前模型中增加H3K4me3水平并减少DTP细胞数量。调节KDM5活性可能会潜在地降低癌细胞的转录组异质性，这可能会损害DTP细胞的出现，并改善乳腺癌细胞系对内分泌治疗的反应。相反，组蛋白去乙酰化酶(HDAC)抑制可以潜在地去抑制长穿插重复1元件(约占基因组的20%)，导致非小细胞肺癌PDX模型中的DTP细胞被根除。

HDAC抑制剂是一种T细胞淋巴瘤FDA认证的药物，正在研究它与其他药物联合作为各种涉及实体肿瘤患者的一线治疗临床试验。然而，这些试验的基本原理是基于增加癌细胞的免疫原性或刺激免疫细胞的抗癌活性。这些试验都不是专门针对DTP细胞设计的。来自EGFR突变的NSCLC细胞系的DTP细胞增加了核YAP定位和在染色质可及性中增加了动态改变。药物筛选数据表明，这些残留的肿瘤细胞对MEK、AURKB、BRD4和TEAD抑制剂敏感。此外，Notch信号抑制剂与组蛋白去甲基化酶KDM6A和KDM6AB联合应用已被证明可以消除体外暴露于酪氨酸激酶抑制剂后进入干样DTP状态的胶质母细胞瘤细胞。

避免DTP细胞重新激活

与直觉相反的是，将DTP细胞维持在缓慢增殖或潜在静止状态一段较长的时间可以延迟耐药性的发生，并增加靶向根除DTP细胞的时间。要么利用特定的弱点，要么激活抗肿瘤免疫，都是可行的。例如，来自EGFR突变型NSCLC临床前模型的DTP细胞在持续暴露于奥西替尼并联合MEK抑制剂曲美替尼抑制下游信号传导后，可以进入衰老样状态。暴露于这种组合导致促凋亡蛋白BMF的转录抑制，衰老相关基因的表达增加，几种衰老相关分泌表型因子的分泌增加。然而，药物诱导的与衰老相关的分泌表型相关的许可微环境可同时对残余癌细胞产生积极和消极的影响，包括促进DTP相关的细胞表型和DTP细胞存活，同时也促进肺癌和胰腺癌临床前模型的抗肿瘤免疫。这种微环境也可能是年龄和器官特异性的。例如，WNT5A信号使残留的黑色素瘤细胞处于休眠状态，直到年龄相关的sFRP1蛋白抑制WNT5A信号轴，导致老年小鼠模型肺组织中残留的癌细胞重新激活。抑制CDC7也可以诱导衰老样生长停滞。例如，在肝癌细胞系中，CDC7的药理抑制抑制了同源重组修复，延迟了DNA损伤的恢复，使残余细胞处于休眠状态。这种方法也使细胞对化疗或mTOR抑制敏感。

 

适应性治疗含有DTP细胞

同时针对治疗敏感癌细胞和DTP细胞的联合治疗有可能显著提高生存结果。适应性治疗最初利用获得性耐药机制，这种机制往往伴随着某些权衡，例如减少增殖，使药物敏感群体在无药物环境中胜过耐药群体。然而，在出现放射学可检测到的疾病进展之前，以最大耐受剂量施用细胞毒性药物强烈地选择了耐药克隆，导致耐药种群的快速增殖。理想情况下，适当的间歇治疗可以使残余的DTP细胞重新进入增殖的细胞状态，并保持治疗敏感性。来自临床前研究的数据表明，间歇性治疗反应可以改善肿瘤控制。适应性治疗是交替治疗的一种方式，这里涉及到两个时间点，杀伤药物敏感细胞的时间点，与停药DTP细胞再次增殖活跃时间点，交替治疗选择在这两个时间点的中间。通过这种方式，DTP细胞可能重新进入治疗敏感状态，这可能对间歇性计划的有效性具有重要意义。另一项研究测试了一种间歇治疗方法，该方法旨在通过患者特异性肿瘤动力学的数学模型来避免治疗耐药细胞的出现，这似乎在延迟疾病进展方面是有效的。考虑到个体肿瘤的耐药动态和DTP细胞的动态，未来的个性化间歇治疗可能是一种有效的未来治疗策略。

开展针对DTPs的临床试验

为了开展设计良好的临床试验，评估针对DTP细胞的干预措施，研究人员需要重新考虑目前使用的临床终点。终点的放射学评价，如客观反应率或PFS，可能不能准确反映最佳反应时的残留疾病状态。结合针对增殖癌细胞和DTP细胞的治疗将需要替代放射成像方法或对纵向获得的液体活检样本进行分析，从而能够检测和监测残留疾病。对DTP特异性终点和评估它们的新方法的需求对于对DTP细胞感兴趣的研究人员和医学肿瘤学家来说是一个至关重要的挑战。如果成功，准确的DTP细胞检测和监测方法的可用性将大大提高我们对治疗耐受性和耐药性的理解。只有通过体外和体内癌症模型的研究，并利用这些数据为临床试验设计提供信息，测试DTP细胞相关干预措施，我们才能将生物学机制的知识转化为临床进展。

总结

晚期实体瘤患者对SOC治疗的完全和持久的反应仍然罕见。无论是微生物还是人类，DTP细胞都是细胞进化的储存库，具有稳定的耐药机制，使其成为新的治疗疗法的有吸引力的靶点。然而，目前实验与临床数据的可用性差距阻碍了DTP细胞靶向干预从实验室到床边的转化。未来在这一领域的工作应该优先考虑研究人员、医学肿瘤学家和其他临床专业在纵向样本的收集和解释方面的合作，这将使我们对临床环境中持久性生物学的理解得到改善。DTP细胞导向的临床干预试验，结合单细胞测序、组织和液体活检分析以及基于质谱的评估等尖端分析技术，有望在临床样本中广泛表征DTP细胞及其相关肿瘤微环境。对癌症DTP细胞生物学的更深入了解将有助于开发新的治疗方法，以对抗这些致命耐药持久细胞的影响，从而诱导持久的反应。