图注：专注于罕见遗传病基因疗法研发的Genethon公司与欧洲人工智能龙头企业泰雷兹（Thales）正合作开发数字化模型，以提升基因疗法的生物生产收率。[图片来源：Yin Yang/盖蒂图片社]
抗癌药物可使快速生长的肿瘤缩小，但有时仍会有少量肿瘤细胞存活下来。这类“持留（persister）”细胞可作为种子形成新的肿瘤，迫使癌症患者进入反复检测与治疗的痛苦循环。问题在于持留细胞占比极低——仅为千分之一的肿瘤细胞比例，且其遗传背景与原发肿瘤完全一致，因此极难识别。此外，持留细胞的耐药特性具有瞬时性，当科研人员成功将其分离至培养皿中时，赋予其存活能力的特殊性状可能已经消失。
为探索清除持留细胞的策略，加州大学旧金山分校（UCSF）的研究人员构建了一套机器人系统，可在实验室中同时对数千个微型肿瘤进行药物处理。基于该系统开发的ResMap平台可支持科研人员系统性识别、追踪并处理存活的持留细胞。该平台揭示了持留细胞的共有特征，可解释肿瘤复发的潜在机制，这些特征也可作为未来药物疗法的靶点以清除持留细胞。“数年前，学界还在争论持留细胞是否真实存在，”加州大学旧金山分校药物化学系助理研究员孙晓晓（Vany Sun）博士表示，“现在我们不仅可以识别这类细胞，还能测试不同的清除方案。”
孙晓晓是该团队发表在《科学·进展》（Science Advances）上的论文第一作者，论文题为《ResMap：跨场景系统性绘制耐受治疗的残留癌细胞依赖性靶点的公共资源库》，文中指出：“ResMap为学界协同加速靶向持留细胞的合理联合治疗方案向临床转化奠定了基础。”
在致癌基因驱动的癌症中，靶向治疗后的残留病灶是实现持久治疗应答的核心障碍。耐药持留细胞被定义为“无需稳定遗传耐药突变即可在初始治疗中存活的细胞亚群”，是残留病灶形成与肿瘤复发的重要诱因。“靶向耐药持留细胞已成为致癌基因靶向治疗的重要补充方向，但目前该领域缺乏统一的框架用于评估并优先级排序候选靶点，”研究人员写道，“解析并靶向这类细胞是实现持久治疗获益的极具前景的策略。”
研究人员介绍，癌细胞持留现象于2010年被首次报道，后续研究已将持留细胞的存活机制与多种生物学过程关联，形成了不断扩充的候选治疗靶点清单。但他们同时指出：“尽管经过了十余年的研究，目前尚无任何一款靶向持留细胞的疗法获批临床应用。”
在本研究中，团队收集了94种被其他实验室标注为潜在持留细胞治疗药物的候选化合物，拟在接受标准治疗的两种肺癌来源的持留细胞中，测试不同剂量下各药物的作用效果。“作为测试体系，我们选择了四种肺癌模型：两种为接受表皮生长因子受体（EGFR）抑制剂奥希替尼（osimertinib）处理的EGFR突变（EGFRmut）细胞系（PC9和MGH134），另外两种为接受KRAS抑制剂索托拉西布（sotorasib）处理的KRAS G12C突变（KRASG12C）细胞系（LU65和MGH1138-1）”，研究人员在摘要中写道。所有模型均在常氧与低氧条件下完成筛选。
该筛选需要完成1万次耗时一周的精细实验，因此团队构建了一套机器人平台，避免了手动操作的人力成本与结果异质性。
数千个微型肿瘤被放置于层叠的384孔板中，置于可控培养箱内。与药物筛选领域所用机械臂类似的自动化机械臂可在不同实验工作站之间转移孔板：一个工作站利用声波将微量精准剂量的药物递送至每个微型肿瘤（首先给予肺癌标准治疗药物，后续给予实验性持留细胞治疗药物）；其他工作站完成肿瘤的抗体染色，并对每个微型肿瘤或持留细胞团进行显微成像。
研究团队表示，ResMap平台整合了四大核心组件：自动化高通量工作流、基于机器学习的标准化校正、持留特性特异性评价指标，以及经过验证的分析框架。
研究结果显示，在所有测试药物中，有9种可稳定抑制持留细胞活性。该结果提示，即便在不同治疗条件下产生的持留细胞，也可能存在共同的脆弱性靶点。“初筛共识别到12个在不同基因型与氧环境下均具有保守抗持留细胞活性的靶点；后续验证实验复现了其中9个靶点的作用，并揭示了不同靶点相对于普通细胞毒性的持留细胞特异性程度存在差异。”研究者认为：“总体而言，上述结果提示尽管持留细胞的生物学特性涉及多种适应性程序，靶向单个经过验证的关键存活通路即可有效降低残留病灶负荷。”
加州大学旧金山分校药物化学教授、论文共同通讯作者Steve Altschuler博士表示：“我们此前预期不同肿瘤的持留特性会存在高度异质性，但我们在多个不同样本中发现了共有的规律，提示可能存在底层的通用规则，可用于预测最具潜力的治疗方案。”
研究团队计划进一步扩展该平台的适用范围，纳入更多肿瘤类型与治疗条件。他们希望最终形成的数据集能够作为公共资源，支持科研人员在持留细胞进化出耐药性之前将其清除。“ResMap为学界提供了一个公共资源，可用于协同开展验证工作与合理联合疗法设计，目标是最大程度降低抗癌治疗后的残留病灶风险”，研究人员表示。
专业注释
- 持留细胞（persister cell）：无稳定耐药突变仍可耐受治疗的肿瘤细胞亚群
- ResMap：本研究开发的持留细胞靶点筛选与分析公共平台