FGFR1驱动胶质母细胞瘤替莫唑胺耐药相关的代谢适应

《Cancer Letters》：FGFR1 drives metabolic adaptation associated with temozolomide resistance in glioblastoma

　　

治疗耐药性是限制胶质母细胞瘤（GBM）患者治疗效果的主要因素，使GBM成为致死率最高的肿瘤类型之一。本研究剖析了GBM的耐药机制，确定成纤维细胞生长因子受体1（FGFR1）信号通路是控制替莫唑胺（TMZ）耐药相关信号传导和代谢重构的主要调控因子。在FGFR1阳性、p53野生型（WT）GBM细胞中，FGFR1通过控制p53介导的细胞周期停滞以允许DNA修复来响应TMZ。FGFR1还调节完全的代谢重构，促进脂质分解代谢并防止脂质过氧化。事实上，抑制FGFR1可完全消除这种信号和代谢重编程，恢复对TMZ的敏感性。研究人员的结果还表明FGFR1与GBM患者的不良预后相关，并在FGFR1阳性、p53 WT的临床前动物GBM模型中验证了TMZ与FGFR1抑制剂联合治疗作为诱导肿瘤细胞死亡的有效策略。这些数据确立了FGFR1作为未来临床评估的候选靶点，以限制FGFR1阳性GBM患者对TMZ的治疗耐药性。

胶质母细胞瘤（Glioblastoma, GBM）是最具侵袭性的恶性原发性脑肿瘤，患者预后极差，中位生存期仅为8-14个月。尽管替莫唑胺（Temozolomide, TMZ）是标准化疗药物，但超过50%的患者表现出固有的或获得性耐药，导致肿瘤复发。现有研究表明信号通路和代谢重编程参与耐药机制，其中成纤维细胞生长因子受体1（Fibroblast Growth Factor Receptor 1, FGFR1）虽在其他研究中被证实与放疗及表皮生长因子受体（EGFR）抑制剂耐药相关，但其调控化疗耐药的具体机制仍不明确。为此，来自西班牙安达卢西亚分子生物学和再生医学中心（CABIMER）等机构的研究人员开展了此项研究，旨在阐明FGFR1在GBM对TMZ耐药中的作用及潜在机制。研究通过多组学分析和体内外实验发现，FGFR1通过协调p53介导的细胞周期停滞和特定的代谢重构程序来驱动TMZ耐药，而联合使用FGFR1抑制剂可有效逆转这一耐药表型。该研究成果发表在《Cancer Letters》上，为FGFR1阳性GBM患者的精准治疗提供了新的理论依据和策略。

研究人员主要采用以下关键技术方法：利用GEPIA2数据库分析TCGA和GTEx数据，结合27例人类原发GBM样本的免疫组织化学（IHC）评估FGFR1活化状态与患者预后的相关性；通过转录组测序（RNA-seq）、液相色谱-质谱联用（LC-MS）代谢组学和脂质组学进行多组学分析；使用无标记定量Seahorse能量代谢分析技术测量细胞外酸化率（ECAR）和耗氧率（OCR）；应用稳定同位素示踪技术（U-¹³C-谷氨酰胺、U-¹³C-棕榈酸盐、¹³C_1,2-葡萄糖）追踪碳源流向；建立皮下异种移植瘤小鼠模型验证联合治疗的体内疗效。

1. 结果

1.1 FGFR1和Notch2在人类GBM中的激活

研究人员通过分析公共癌症基因组数据库发现，与正常组织相比，人类GBM样本中FGFR1和Notch2的表达显著升高，且其他FGFR家族成员（FGFR2-4）未见升高。生存分析显示，FGFR1高表达与患者较差的总生存期相关，而Notch2表达水平未显示出显著的生存差异。通过对27例GBM患者样本的免疫组化分析，证实了磷酸化FGFR1（P-FGFR1）的活化状态，并将其分为阳性和阴性两组。进一步分析显示，FGFR1活化与患者无复发生存期缩短呈负相关。在GBM细胞系面板中，虽然MGMT阳性细胞对TMZ具有最高抗性，但研究人员观察到FGFR1活化程度与TMZ耐药性之间存在正相关趋势。值得注意的是，TMZ处理本身并不影响FGFR1或Notch2的表达或激活。细胞周期分析表明，在MGMT阴性细胞中，TMZ耐药与细胞周期停滞及p53磷酸化增加有关。

1.2 FGFR1抑制使p53野生型GBM细胞对TMZ敏感

通过使用γ-分泌酶抑制剂（DAPT）阻断Notch信号或用FGFR1抑制剂（PD173074、PD166866）处理，研究人员发现仅FGFR1抑制能够特异性地使FGFR1阳性、p53野生型（WT）细胞（如CCF、A172）恢复对TMZ的敏感性，表现为细胞凋亡显著增加。而在FGFR1阴性（U87）或p53突变（LN18）细胞中，联合治疗未显示出协同效应。流式细胞术和免疫印迹分析证实，FGFR1抑制下调了Notch2活性（N2ICD水平），并阻止了TMZ诱导的p53磷酸化及其下游细胞周期介质（如E2F1、Cyclin A1/B1/E2）的上调，从而消除了细胞周期停滞。使用原发性GBM细胞（G123和U3034）进行的验证实验进一步支持了上述结论，即FGFR1抑制仅在FGFR1阳性且p53有反应性的细胞中介导TMZ再敏化。

1.3 FGFR1控制参与TMZ耐药的转录程序

RNA-seq分析显示，FGFR1抑制剂（FGFR1i）处理引起了强烈的基因表达模式改变，而单独TMZ处理对基因表达影响甚微。基因集富集分析（GSEA）表明，TMZ处理倾向于上调p53通路相关基因，而联合FGFR1i处理后该趋势消失，并伴随G2/M检查点通路的富集减少。此外，转录组分析揭示了代谢相关基因的深刻变化，特别是脂肪酸代谢相关基因（如ACSL1、CH25H、GSTM2）的差异表达，这为后续的代谢机制研究提供了线索。

1.4 FGFR1抑制阻止与TMZ耐药相关的代谢适应

LC-MS代谢组学分析显示，TMZ处理增加了包括三羧酸循环（TCA）、核苷酸合成和氨基酸代谢在内的多种代谢物水平，而FGFR1抑制则特异性地改变了代谢谱。Seahorse分析表明，联合处理进一步增加了糖酵解水平（ECAR）和最大呼吸容量（OCR）。稳定同位素示踪实验揭示，TMZ促进了谷氨酰胺分解（glutaminolysis）和脂肪酸氧化（FAO）对TCA循环的供养，而FGFR1抑制则阻断了这一代谢流，转而增加了葡萄糖对TCA循环的贡献。尽管单独抑制谷氨酰胺酶或FAO未能诱导细胞死亡，但FGFR1i通过广泛调控代谢重构来逆转耐药。

1.5 FGFR1i介导的TMZ增敏影响脂质谱并增加GBM中的脂质过氧化

脂质组学分析发现，联合处理导致多不饱和脂肪酸（PUFAs）（如花生四烯酸20:4、二十二碳六烯酸22:6等）显著增加，这些PUFAs易发生脂质过氧化。使用脂质过氧化传感器Bodipy 581/591 C11的检测证实了联合处理组中氧化脂质物种的水平最高。转录组分析也显示铁死亡（ferroptosis）相关基因（如HMOX1、NOX4、ACSL1）的上调。重要的是，同时使用泛半胱天冬酶抑制剂（Q-VD-OPh）和铁死亡抑制剂（ferrostatin-1）才能完全阻断由联合治疗诱导的细胞死亡，表明细胞凋亡和铁死亡共同参与了这一过程。在原发性GBM细胞中，使用ACSL抑制剂Triacsin C处理也能恢复对TMZ的敏感性，进一步验证了脂质代谢在耐药中的关键作用。

1.6 FGFR1i与TMZ协同预防临床前体内模型中的肿瘤生长

在皮下异种移植瘤模型中，单独使用TMZ或FGFR1i均仅引起肿瘤生长的局部减缓，而联合治疗则导致了显著的肿瘤消退。在整个实验期间，联合治疗未引起小鼠体重下降或行为异常，且在原代星形胶质细胞中的体外实验证实了该治疗方案的安全性。组织学分析显示，联合治疗组肿瘤坏死区域增加，细胞增殖标志物Ki67染色降低，cleaved Caspase 3阳性细胞增多。免疫组化和免疫印迹分析进一步证实，联合治疗有效抑制了FGFR1磷酸化和ERK信号通路，降低了p53水平，并增加了体内肿瘤组织中的脂质过氧化标志物4-HNE的水平，同时降低了抗铁死亡蛋白GPX4的表达。

2. 讨论与结论

本研究通过多组学分析确定了GBM对TMZ耐药过程中深刻的代谢重塑，特别是脂质代谢的重编程，且该过程受FGFR1严格控制。FGFR1不仅通过p53介导的程序促进DNA修复，还通过促进脂解作用和防止脂质过氧化来维持细胞存活。抑制FGFR1能够打破这种代谢适应，导致脂质过氧化积累并引发铁死亡，从而恢复TMZ的杀伤效果。研究强调了FGFR1在协调信号传导和代谢适应中的核心地位，其抑制作用足以克服TMZ耐药。

研究结论指出，FGFR1抑制是一种有效的治疗策略，可用于预防携带活化FGFR1的GBM患者的TMZ耐药。然而，该策略的有效性严格依赖于FGFR1的活性水平和p53的基因背景（即FGFR1阳性且p53反应性）。因此，在临床转化中，必须对GBM患者进行基于FGFR1活化和p53状态的精确分层。鉴于超过60%的GBM患者携带未突变的TP53基因，且约22%的样本显示高FGFR1活性，这一联合治疗策略有望惠及更广泛的患者群体。目前，泛FGFR抑制剂已在复发性GBM的临床试验中显示出一定的血脑屏障穿透能力和可控的毒性，这为未来的临床应用奠定了基础。