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本研究表明，长期使用丝裂原活化蛋白激酶激酶（MEK）抑制剂治疗神经纤维瘤病I型相关的丛状神经纤维瘤（pNF1s），虽然抑制了肿瘤生长，但意外地增加了细胞外基质（ECM）的蛋白水解活性，并诱导了MEK和蛋白激酶B（AKT）的代偿性磷酸化。这些适应性反应可能削弱了MEK抑制剂的长期疗效，并为NF1相关肿瘤的联合治疗策略提供了新见解。
长期丝裂原活化蛋白激酶激酶（MEK）抑制诱导丛状神经纤维瘤细胞蛋白质降解增强及MEK与蛋白激酶B（AKT）代偿性磷酸化
丛状神经纤维瘤（pNF1s）是神经纤维瘤病I型（NF1）相关的一种良性周围神经鞘肿瘤，由NF1基因功能完全丧失所致。NF1基因编码的神经纤维蛋白是RAS/丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路的负调控因子。pNF1s有显著进展为恶性外周神经鞘瘤（MPNSTs）的风险，后者侵袭性强且基本无法治愈。FDA批准的MEK抑制剂司美替尼和米达美替尼已显示出临床活性，分别能使约70%和42%的pNF1患者肿瘤缩小约30%。然而，并非所有pNF1s都对MEK抑制有反应，且治疗常伴随皮肤和胃肠道毒性等不良反应，这凸显了开发副作用更小的改良治疗策略的必要性。
本研究旨在探究长期MEK抑制对pNF1肿瘤模型的影响。研究采用了三种不同的pNF1和MPNST细胞系，并利用三维培养模型和四种机制与化学结构不同的MEK抑制剂进行分析。
MEK抑制增强三维pNF1肿瘤结构中的蛋白水解活性
为了研究MEK抑制是否会增加pNF1肿瘤细胞的细胞外基质（ECM）蛋白水解活性，研究团队构建了三维肿瘤结构模型。他们将pNF1细胞（ipNF95.11bC或ipNF05.5）嵌入含有内部猝灭荧光胶原底物（DQTM-胶原I型和IV型）的重构基底膜中。这些底物在被ECM降解蛋白酶切割时会发出荧光。细胞在形成三维结构后，分别用FDA批准的MEK抑制剂司美替尼或比尼美替尼处理。
结果显示，经司美替尼处理后，三维培养的pNF1肿瘤结构中，存活肿瘤结构的数量虽减少，但每个结构中由DQTM-胶原降解产生的荧光信号显著增强。这表明，MEK抑制虽然减少了肿瘤存活结构，却增强了剩余肿瘤细胞的蛋白水解活性。
同样，使用比尼美替尼处理也得到了类似结果，进一步证实了MEK抑制与ECM蛋白水解活性增强的关联。这些发现表明，MEK抑制与pNF1肿瘤结构中ECM降解的增强相关，尽管其同时降低了肿瘤的整体活力。
长期MEK抑制抑制ERK磷酸化，但增加pNF1和MPNST细胞中MEK及AKT的磷酸化
研究进一步探讨了长期MEK抑制对信号通路的影响。用U0126、CI-1040或司美替尼等MEK抑制剂处理pNF1细胞和MPNST细胞48小时后，通过免疫印迹法检测MAPK和PI3K/AKT通路活性。
研究发现，在pNF1细胞系ipNF95.11bC中，长期处理显著抑制了下游MAPK信号关键效应因子ERK的磷酸化。然而，与此同时，上游信号分子MEK及其平行通路关键蛋白AKT的磷酸化水平却增加了。
在MPNST细胞系TRS462TY中也观察到了类似模式。无论是短期（30分钟）还是长期（48小时）的MEK抑制剂处理，都有效抑制了ERK磷酸化。但在长期处理后，MEK和AKT的磷酸化水平却升高了。
这表明，持续的MEK抑制在良性pNF1和恶性MPNST细胞中都引发了代偿性的信号通路激活。MEK的磷酸化是其催化激活及后续磷酸化ERK所必需的。在MEK抑制剂存在的情况下，MEK磷酸化的增加反映了上游信号通路的再激活，但由于抑制剂的存在，这并不会导致ERK的磷酸化和激活。
讨论：适应性反应与临床意义
这项研究揭示了NF1相关肿瘤模型中MEK抑制的适应性后果。研究发现，在三维NF1肿瘤模型中，司美替尼或比尼美替尼治疗在减少肿瘤总体活力的同时，显著增加了蛋白水解活性。机制上，长期的MEK抑制剂暴露导致pNF1和MPNST细胞中MEK和AKT的磷酸化增加，这与适应性反馈信号传导一致。
观察到的ECM降解增强现象，可能解释了为何MEK抑制剂在pNF1患者中虽能缩小肿瘤，但常常反应不完全，且在停止治疗后肿瘤容易再生。ECM降解是肿瘤细胞侵袭和组织浸润的关键步骤，MAPK和PI3K/AKT信号通路是基质金属蛋白酶（MMP）表达和蛋白酶活性的已知调节因子，这为观察到的适应性信号反应与蛋白水解活性增加之间提供了可能的机制联系。
从机制分析来看，长期MEK抑制破坏了RAS/MAPK网络内的反馈调节。虽然短期治疗能有效抑制ERK磷酸化，但长期处理揭示了不同的结果：ERK磷酸化被抑制，但同时诱导了MEK的适应性磷酸化。这提示，MAPK的抑制解除了对上游元件（如受体酪氨酸激酶）的负反馈，导致MEK和PI3K/AKT通路的代偿性激活。在pNF1和MPNST细胞中，这种信号重编程可能导致了蛋白水解活性增强，并可能限制治疗的持久性。
在临床上，这些结果表明MEK抑制剂单药治疗可能无意中促成了一个蛋白水解活性更强、可能更具侵袭性的肿瘤微环境。这种肿瘤缩小伴随ECM重塑增强的双重效应，可能使pNF1患者的长期结局复杂化。因此，同时阻断MAPK和PI3K/AKT通路，或直接靶向蛋白水解活性的联合治疗策略，可能会提高治疗效果，降低复发风险，并可能减轻与长期MEK抑制相关的一些副作用。
局限性
本研究存在一些局限性。首先，结论是在体外三维肿瘤结构模型中得出的，体内验证对于确认其临床相关性至关重要。其次，虽然观察到胶原降解增加，但未识别出具体的蛋白酶；未来的工作应剖析特定MMPs和其他蛋白酶家族的作用。最后，虽然研究了pNF1和MPNST细胞模型，但需要在更广泛的NF1肿瘤背景下进行进一步研究，以评估这些机制的普适性。
结论
在三维pNF1肿瘤模型中，MEK抑制剂暴露会增加ECM蛋白水解，并引发适应性信号反应，其特点是尽管ERK持续被抑制，但MEK和AKT的磷酸化增加。这些效应在pNF1和MPNST细胞系中均被观察到，代表了长期MEK抑制剂治疗期间出现的适应性变化。这些发现为MEK抑制剂在pNF1患者中治疗持久性有限以及停药后肿瘤再生提供了潜在解释。鉴于MEK抑制剂是目前FDA批准用于pNF1的唯一治疗方法，理解这些肿瘤适应性反应具有重要的临床意义。总之，研究结果强调了需要采取针对适应性生存信号和ECM蛋白水解的治疗策略，以改善NF1相关肿瘤的长期治疗结局。
