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【前沿进展】活细胞侵袭表型筛选揭示LKB1突变肺癌的潜在治疗靶点 ALK2

2024年12月05日

整理：肿瘤资讯

来源：肿瘤资讯

非小细胞肺癌（NSCLC）是全球最常见的恶性肿瘤之一，其中KRAS突变型NSCLC约占20-25%。尽管KRAS抑制剂的开发取得了突破性进展，但由于肿瘤抑制基因的异质性，如LKB1和TP53的突变，使得KRAS突变型NSCLC的治疗仍面临巨大挑战。特别是LKB1突变型NSCLC患者对标准治疗和免疫治疗的反应较差，亟需开发新的治疗策略。近期，美国佐治亚州亚特兰大埃默里大学医学院研究团队在Cancer Research发表的一篇研究通过创新的三维活细胞侵袭表型筛选方法，首次揭示了ALK2作为LKB1突变型NSCLC潜在治疗靶点的价值^[1]。【肿瘤资讯】整理主要结果，以飨读者。

研究简介

研究团队构建了一系列具有不同基因型的人支气管上皮细胞（HBEC）模型，包括对照组（C）、KRASG12D突变组（K）、KRASG12D/LKB1敲低组（KL）和KRASG12D/TP53敲低组（KP）。通过三维培养和活细胞成像技术，研究者观察到KL和KP细胞株表现出独特的侵袭性表型。随后，对这些细胞进行RNA测序分析，发现BMP6信号通路在KL细胞中显著上调。进一步的体内外实验证实，抑制BMP6受体ALK2可有效抑制LKB1突变型NSCLC的生长和侵袭。这一研究不仅揭示了LKB1调控BMP6/ALK2信号通路的新机制，还为LKB1突变型NSCLC患者提供了潜在的治疗靶点。

主要结果

LKB1缺失上调BMP6表达并激活ALK2信号通路

研究者首先在三维培养的HBEC模型中发现，与其他基因型相比，KL细胞表现出独特的集体侵袭性表型。转录组分析显示，BMP6在KL细胞中显著上调（图1）。这一结果在TCGA数据库中得到验证，LKB1突变型肺腺癌患者的BMP6表达水平显著高于其他分子亚型。进一步的实验证实，LKB1通过其激酶活性抑制BMP6-Smad1/5/8信号通路。在LKB1缺失的H157细胞中重新表达野生型LKB1可显著降低BMP6及其下游靶基因的表达，而激酶失活的LKB1（LKB1-K78I）则无法抑制该通路。

图1. BMP6在KL细胞中显著上调

为进一步探究LKB1与BMP6/ALK2信号通路的相互作用，研究者在H1299细胞中敲低LKB1，发现BMP6配体表达、Smad信号和p38激活均显著上升。这一结果与在HBEC模型中的观察一致，进一步支持了LKB1对BMP6信号通路的负调控作用。

ALK2抑制剂抑制LKB1突变型NSCLC的生长和侵袭

为验证BMP6/ALK2信号通路在LKB1突变型NSCLC中的功能作用，研究者使用BMP6中和抗体和ALK2抑制剂LDN214117处理多种LKB1缺失的细胞模型。结果显示，阻断BMP6或抑制ALK2均可显著抑制LKB1突变型NSCLC细胞的三维增殖和侵袭。在KL HBEC、A549和H157细胞中，BMP6中和抗体处理导致Smad1/5/8磷酸化水平降低，同时抑制了细胞的三维侵袭能力。

研究者还建立了源自KrasG12D/Lkb1fl/fl基因工程小鼠模型的原发肿瘤（JK43-P）和转移性淋巴结（JK43-M）细胞系。这些细胞对ALK2抑制剂表现出良好的敏感性，进一步支持了ALK2作为LKB1突变型NSCLC潜在治疗靶点的可行性。

ALK2抑制剂在体内抑制LKB1突变型NSCLC生长并调节铁代谢平衡

为了评估ALK2抑制剂的体内抗肿瘤活性，研究者建立了JK43-M细胞的同基因小鼠模型和A549细胞的异种移植模型。在这两个模型中，ALK2抑制剂LDN214117和LDN193189均显著抑制了肿瘤生长。在JK43-M同基因模型中，LDN214117处理（25 mg/kg，每日一次）显著降低了肿瘤体积和重量，而未观察到明显的毒性（图2）。在A549异种移植模型中，LDN214117和LDN193189均表现出显著的抗肿瘤活性。

图2. LDN214117和LDN193189均表现出显著的抗肿瘤活性

机制研究发现，ALK2抑制导致BMP6和Hepcidin表达下降，细胞内铁含量降低，细胞增殖减少，同时伴有细胞死亡增加。进一步的实验证实，LKB1通过其激酶活性调控铁稳态相关蛋白的表达，包括Hepcidin、TfR1、硬脂酰辅酶A去饱和酶1（SCD1）和醛酮还原酶1C2（AKR1C2）（图3）。在H157细胞中重新表达野生型LKB1可显著降低这些蛋白的表达，而激酶失活的LKB1则无法产生这种效应。这些结果揭示了LKB1-BMP6-ALK2轴在调控铁代谢和肿瘤生长中的重要作用。

图3. LKB1 突变肿瘤细胞中铁平衡信号改变机制的示意图

研究者还探讨了ALK2抑制与铁死亡之间的潜在联系。结果发现，铁死亡诱导剂MMRi62可以模拟ALK2抑制剂的效果，抑制LKB1突变型NSCLC细胞的三维侵袭。这一发现提示，ALK2抑制可能通过调节铁代谢和诱导铁死亡来发挥抗肿瘤作用，为未来的联合治疗策略提供了新的思路。

结语

本研究通过创新的三维活细胞侵袭表型筛选方法，首次揭示了ALK2作为LKB1突变型NSCLC潜在治疗靶点的价值。研究发现LKB1通过其激酶活性负调控BMP6/ALK2信号通路，而LKB1缺失导致该通路异常激活，促进肿瘤生长和侵袭。ALK2抑制剂在多个LKB1突变型NSCLC模型中展现出显著的抗肿瘤活性，为这一难治性NSCLC亚型提供了新的治疗策略。此外，本研究还揭示了LKB1-BMP6-ALK2轴在调控铁代谢中的作用，为深入理解LKB1突变型NSCLC的生物学特性提供了新的视角。鉴于ALK2抑制剂已进入临床试验阶段，这一发现有望快速转化为临床应用，为LKB1突变型NSCLC带来新的治疗希望。

参考文献

1.Koo, J., et al., Live-Cell Invasive Phenotyping Uncovers ALK2 as a Therapeutic Target in LKB1-Mutant Lung Cancer. Cancer Research, 2024.

声明：本材料由阿斯利康提供，仅供医疗卫生专业人士参考

审批编号：CN-147501 过期日期：2025-02-24

责任编辑：肿瘤资讯-Yuno
排版编辑：肿瘤资讯-Rex