IF50.5｜MAPK驱动上皮可塑性导致结直肠癌靶向耐药

MAPK抑制迫使肿瘤细胞切换干细胞命运，绕过靶点杀伤。

这篇按生信解读号的读法拆：先看背景和问题，再看作者怎么做、做出了哪几条硬发现，最后把数据和代码收走。

研究背景

结直肠癌（CRC）中KRAS（40–50%）和BRAF（10%）突变常见，但MAPK通路抑制剂在临床上普遍快速耐药。近年单细胞转录组研究揭示CRC存在少数几种上皮细胞状态，包括LGR5+经典隐窝基底柱状细胞（CBC）和再生干细胞（RSC）样状态，且肿瘤内同时存在多种状态。这些状态受驱动突变影响：APC突变倾向WNT高/CBC状态，MAPK突变倾向RSC状态。上皮可塑性被认为与治疗耐药相关，但具体机制尚不清楚。

科学问题

卡在哪里： 此前研究已描述CRC上皮细胞状态及其与突变的关系，但缺乏在体内模型中直接证明MAPK信号驱动状态转换、以及MAPK抑制剂治疗如何诱导状态重塑并导致耐药的证据。

本文要回答： 在多种临床前CRC模型中，明确MAPK信号如何影响上皮细胞状态，以及MAPK靶向治疗是否通过诱导状态转换导致耐药。

技术路线

作者主要用了：scRNA-seq、空间转录组、RNA-seq、Xenium原位成像、基因工程小鼠模型。

作者利用多种基因工程小鼠模型（Kras或Braf突变，部分合并Apc缺失）诱导结肠或小肠肿瘤，结合scRNA-seq、空间转录组（Xenium）和bulk RNA-seq，系统比较不同基因型和治疗前后的上皮细胞状态。首先在体内验证MAPK激活对RSC状态的驱动，然后通过单细胞和空间分析解析肿瘤内细胞异质性，最后在早期肝转移模型和Braf突变模型中测试MAPK抑制剂的疗效与状态转换的关系。

图 1　Fig. 1。图1展示了CRC上皮细胞状态的概念模型（CBC、RSC和SCI），以及Kras突变小鼠结肠中Anxa1/Ly6a升高、Lgr5降低、pERK升高的原位杂交和免疫组化结果，证明MAPK激活在体内驱动RSC状态。

核心亮点

亮点 1｜KRAS突变驱动RSC状态

在VillinCreERT2 KrasG12D/+和KrasG12C/+小鼠结肠中，MAPK激活伴随Anxa1和Ly6a（RSC标志物）表达升高，Lgr5（CBC标志物）降低。在Apc缺失背景下，Kras突变进一步促进RSC状态扩张，且不依赖增殖增加。scRNA-seq显示AKG12D肿瘤中WntMapkhi细胞比例显著高于APC肿瘤，而Wnthi比例降低。

图 2　Fig. 2。图2通过UMAP和冲积图展示APC、AKG12D及MRTX1133处理后的scRNA-seq数据，显示KRAS突变增加WntMapkhi群体，抑制后Wnthi群体恢复；空间转录组和PCA分析进一步证实状态转换。

亮点 2｜MAPK抑制诱导状态转换

用MRTX1133（KRAS G12D抑制剂）处理AKG12D肿瘤4天后，WntMapkhi群体减少，Wnthi群体增加，细胞状态分布接近APC肿瘤。MAPK靶基因（Dusp5/6、Spry2/4）被抑制，但增殖和凋亡无变化，表明状态转换是快速适应性反应，而非获得性耐药。空间转录组证实了同样的状态变化，且残余WntMapkhi细胞局限于管腔表面。

图 3　Fig. 3。图3展示AKPT和KPN类器官的scRNA-seq、早期肝转移的时间进程原位杂交、空间转录组以及药物治疗结果，表明早期转移灶为单一MAPK状态且对MAPK抑制剂敏感。

亮点 3｜早期肝转移存在治疗窗口

通过脾内移植AKPT和KPN类器官建立肝转移模型，发现早期（4-7天）转移灶几乎全部表达Anxa1，缺乏Lgr5，呈单一MAPK驱动状态；随着时间推移，转移灶出现异质性。在移植后7天开始给予MEK抑制剂或KRAS抑制剂，可显著减少肝转移，几乎完全清除。但在已建立的原发结肠肿瘤中，同样治疗无效。

图 4　Fig. 4。图4展示BRAF驱动肿瘤的SCI、生存曲线、治疗前后Lgr5/Anxa1表达变化以及scRNA-seq结果，显示BRAF+EGFR抑制剂诱导Wnthi状态并延长生存，但最终仍耐药。

亮点 4｜BRAF突变肿瘤同样依赖状态转换

在BrafV600E驱动的BPNA模型中，肿瘤以Mapkhi状态为主，缺乏Wnthi。用dabrafenib+erlotinib治疗3天后，肿瘤从Anxa1hi/Lgr5low转变为Anxa1low/Lgr5hi，并伴随WNT通路激活。scRNA-seq显示Mapkhi减少，Wnthi和WntMapkhi增加。这种状态转换与治疗耐药相关，且不依赖MAPK再激活。

图 5　Fig. 5。图5展示BP和BPRNF肿瘤的SCI、WNT靶基因热图、生存曲线以及治疗前后状态变化，显示RNF43缺失限制状态转换并显著增强BRAF+EGFR抑制剂疗效。

亮点 5｜RNF43缺失限制可塑性并增敏

在Braf突变基础上敲除Rnf43（BPRNF模型），肿瘤呈现WntMapkhi状态，且对BRAF+EGFR抑制剂治疗反应显著优于BP模型。治疗3天后肿瘤负荷大幅减少，但上皮状态无变化，表明RNF43缺失限制了治疗诱导的状态转换，从而增强疗效。这解释了临床上BRAF/RNF43共突变患者对BRAF+EGFR抑制剂的超常反应。

生信可带走

这一块是给做分析的人用的，不是科普点缀。

• 方法栈： scRNA-seq、空间转录组、RNA-seq、Xenium原位成像、基因工程小鼠模型
• 公开数据： 原文未给出公开组学登录号
• 代码： 原文未给出公开 GitHub/GitLab 仓库
• 谁该点开原文： 研究结直肠癌耐药机制、肿瘤异质性和靶向治疗的生信与实验人员。

带走一句

做肿瘤转录组分析时，不要只看突变，要关注上皮细胞状态构成及其在治疗压力下的动态变化，这可能是耐药的关键。