随着现代癌症分子机制研究的不断深入,研究人员发现,一些基因突变、蛋白质异常和信号通路变化会持续刺激癌细胞的生长。因此,人们想通过干预与癌细胞生长、分裂和扩散有关的特定分子,来达到癌症治疗的效果。靶向治疗就应运而生。而且它还有一个好处,那就是可以结合生物标志物检测,排除部分可能无法发挥作用的治疗方案,从而减少无效治疗带来的时间和费用支出。但现实与我们想象中的一致吗?
其实不然。靶向治疗能否持续发挥作用,很大程度上取决于癌细胞是否继续依赖原来的靶点。如果这种依赖关系始终存在,药物也能持续抑制该靶点,原来的治疗方案就有可能长期发挥作用,帮助部分患者获得长期缓解。但事实上,治疗一段时间后,部分癌细胞可能会改变药物靶点,或者转而利用其他信号维持生长,最终产生耐药性。还有一些癌细胞并未形成稳定的遗传性耐药,却会通过降低增殖速度、调整基因表达和染色质状态,在药物作用下存活下来。这类细胞被称为药物耐受持留细胞,也就是DTP细胞。
DTP细胞在停药后可再次恢复增殖,并重新表现出接近治疗前的药物敏感性。因此,如果能了解这些细胞在耐药形成中的作用机制,有望为克服靶向治疗耐药问题提供新的思路。2026年4月发表于《Nature Communications》的一项研究,连续追踪了BRAF突变黑色素瘤细胞从药物敏感转向DTP状态的过程。
黑色素瘤细胞3D重构图(来源:Broad Institute / NCI)
一项追踪用药全过程的研究
在这项研究当中,研究人员选择了具有较强状态可塑性的BRAF突变黑色素瘤细胞,并使用靶向治疗药物维莫非尼持续处理。细胞先用药29天,随后一部分继续用药至59天,另一部分则停止用药并继续观察35天。研究团队在多个时间点收集样本,观察细胞从药物敏感到药物耐受,再到停药后恢复的完整过程。
随着用药时间延长,黑色素瘤细胞原有的分化特征逐渐减弱。细胞先转向神经嵴样状态,随后又进入分化程度更低的间充质样状态。维持黑色素细胞特征的MITF和SOX10表达不断下降,与药物耐受相关的基因则开始升高。
停止用药后,细胞的基因表达、细胞周期和药物敏感性逐步回到接近未处理细胞的水平。这种可逆变化说明,部分癌细胞可以在形成稳定的遗传性耐药之前,先通过调整基因表达和染色质状态进入DTP状态。
癌细胞如何进入DTP状态
为了找到这一状态转变的起点,研究人员比较了不同用药阶段的基因表达。
时间序列RNA-seq显示,用药早期发生改变的基因主要涉及应激反应和染色质调控。随着处理时间延长,与细胞分化有关的基因受到抑制。ATAC-seq还发现,部分调控区域在用药后开放程度下降,停药后又逐步恢复。
为了寻找引发细胞状态转变的上游因素,研究人员检测了细胞内的活性氧。BRAF抑制剂处理后,活性氧明显增加。免疫印迹和免疫荧光检测还发现,进入细胞核的转录因子RelA也随之增多。加入抗氧化剂NAC后,活性氧水平下降,RelA核转位也受到抑制。这说明药物引起的氧化应激可在用药早期促进RelA进入细胞核,RelA因而成为推动后续状态转变的候选调控因子。
然而,仅凭RelA进入细胞核,还无法确定它直接结合了哪些基因组区域,以及这些区域的组蛋白修饰是否随之改变。为回答这两个问题,研究人员接着开展了ChIP实验。
BRAF抑制引起氧化应激并通过RelA改变SOX10相关染色质状态的机制示意图
ChIP实验找到关键调控位置
为了寻找RelA可能直接调控的基因,研研究人员开展了RelA的ChIP-seq,在全基因组范围寻找RelA的结合位置。结果显示,SOX10启动子附近存在RelA结合信号。
随后,研究人员针对SOX10启动子开展ChIP-qPCR,并检测了RelA、KDM5B、HDAC1、H3K4me3和H3K27ac。其中,KDM5B和HDAC1分别是组蛋白去甲基化酶和去乙酰化酶,H3K4me3和H3K27ac则是与基因活跃表达有关的组蛋白修饰。结果显示,药物处理后,RelA、KDM5B和HDAC1在SOX10启动子区域的富集增加,H3K4me3和H3K27ac水平下降。
由此,一个完整的DTP状态形成机制被找到了:
BRAF抑制剂引起活性氧积累,促使RelA进入细胞核。RelA随后募集KDM5B和HDAC1,抑制SOX10表达,使黑色素瘤细胞失去原有的分化特征,最终进入DTP状态。而且这还不是个例,研究人员还在其他癌症模型中观察到类似的氧化应激和RelA激活。
结尾
在这项研究采用的交联ChIP流程中,研究人员通过物理超声将染色质处理至约200至1000bp,再进行免疫富集和后续分析,最终定位到了转录因子直接调控的基因,为找到DTP形成机制提供了最直接的证据。
针对类似的ChIP实验需求,达远辰光提供一系列非接触式聚焦超声设备,用于该实验中必备的前处理过程。实验人员可以调节声学能量和处理时间,并配合低温处理,根据不同细胞样本和试剂盒规定的片段范围优化超声条件,获得适合后续ChIP-seq和ChIP-qPCR分析的染色质样本。
达远辰光BoFU-1600非接触式聚焦超声设备及染色质剪切结果
参考文献:
Su Y, et al. Sequential transcriptional waves and NF-κB-driven chromatin remodeling direct drug-induced dedifferentiation in cancer. Nature Communications. 2026, 17, 3228. DOI: 10.1038/s41467-026-71349-4.