综述：解决肺癌化疗耐药性的途径与治疗策略

　　本综述系统探讨了肺癌化疗耐药（Chemoresistance）的多机制成因与前沿应对策略，涵盖药物外排泵（如ABC转运蛋白）、表观遗传调控（DNA甲基化/HDAC）、肿瘤微环境（TME）及癌症干细胞（CSCs）等关键机制，并展望纳米药物递送、组合疗法及CRISPR/Cas9基因编辑等新型治疗方向，为克服耐药和改善患者预后提供重要见解。

　　

肺癌化疗耐药机制与治疗新策略

Abstract

肺癌治疗的主要障碍之一是化疗耐药性，它显著影响患者的生存率和生活质量。本综述深入探讨了化疗耐药背后的复杂生物学机制，包括细胞适应性变化如药物外排、DNA修复增强、代谢改变和凋亡逃逸。肿瘤微环境（TME）的作用尤为关键，其中缺氧、基质相互作用和免疫逃逸都能促进耐药。此外，肿瘤异质性也受到表观遗传变化、癌症干细胞（CSCs）和耐药持久性的影响。为应对这些挑战，研究人员已开发出多种创新治疗策略，如靶向药物外排泵、调节TME、应用表观遗传疗法等。基于纳米技术的药物递送系统正成为提高靶向性并减少系统毒性的有效手段。同时，化疗与靶向药物或免疫疗法相结合的联合治疗策略也日益受到重视，通过协同效应对抗耐药。本文还强调临床前和临床研究中的最新进展，并指出个性化治疗策略和生物标志物驱动的方法在预测和克服耐药中的必要性。未来方向包括整合单细胞测序和人工智能驱动的药物发现等新技术，以阐明耐药机制的动态特性并改善治疗结果。

Introduction

肺是人体最重要的器官之一，位于胸腔内心脏两侧，呈海绵状结构。癌症是全球第二大死因，每年导致约980万人死亡，而肺癌作为最常见和致命的癌症之一，在癌症相关死亡率中贡献显著。肺癌的年死亡人数超过乳腺癌、前列腺癌和结直肠癌的总和，其侵袭性强、死亡率高，五年生存率低于18%。晚期诊断是导致高死亡率的主要因素，限制了治愈性治疗的选择。肺癌中约85%为非小细胞肺癌（NSCLC），常于晚期确诊，影响治疗效果。尽管诊疗手段不断进步，肺癌仍对全球健康造成深远影响。除吸烟这一明确风险因素外，非吸烟者中的发病也凸显了该疾病的复杂性。肺癌主要分为NSCLC和小细胞肺癌（SCLC），前者包括肺腺癌（LUAD）、肺鳞状细胞癌（LUSC）和大细胞肺癌（LCLC）。化疗在肺癌治疗中扮演关键角色，尤其在晚期患者和无法接受靶向治疗或手术的患者中。然而，化疗效果常因癌细胞适应并存活而受阻，这种现象称为化疗耐药，是治疗成功和改善患者结局的重要障碍。肿瘤异质性和转化分化等因素进一步加剧了治疗难度。准确的肺癌亚型分类基于组织学和分子病理学分析，如免疫组化，对指导靶向治疗至关重要。驱动基因如NF1、KEAP1、TP53、KRAS、EGFR和STK11在LUAD中常见突变，而LUSC中TP53和CDKN2A频繁突变，SCLC则常见p53和RB1突变。MYC家族基因扩增也见于部分SCLC。治疗选项包括化疗、免疫治疗、放疗、靶向治疗和手术切除。近二十年来，肺癌治疗取得显著进展，免疫检查点抑制剂（ICIs）为患者管理开辟了新途径。尽管如此，对包括免疫疗法、放疗及化疗-免疫联合疗法的耐药仍是挑战，导致疾病复发和进展，降低患者生存率。化疗耐药严重削弱化疗效果，促使疾病进展，限制治疗选择，尤其在晚期肺癌中。它导致肿瘤复发、转移和预后不良，严重影响生活质量和生存率。因此，理解耐药分子机制对开发创新方法提高患者总生存率（OS）至关重要。本文旨在全面阐述肺癌化疗耐药的分子机制，并探讨应对策略，涵盖细胞、分子和环境因素，如凋亡逃逸、DNA修复增强、药物外排、代谢改变及TME、缺氧、CSCs和表观遗传修饰的作用。创新策略包括靶向药物外排系统、调节TME、表观遗传疗法、纳米药物递送和与免疫治疗的联合治疗。通过综合当前知识和探索未来方向，本综述为改进肺癌治疗提供了宝贵见解。

Mechanisms Underlying Chemoresistance in Lung Cancer

Cellular mechanisms

ATP-binding cassette transporters mediate drug efflux

三磷酸腺苷（ATP）结合盒（ABC）转运蛋白是利用能量跨生物膜转运多种底物的跨膜蛋白。关键ABC转运蛋白如ABCB1、ABCC1和ABCG2能将化疗药物从肺癌细胞中排出，降低药物有效性，导致多药耐药（MDR）。这些基因的过表达是肺癌化疗成功的主要障碍。ABC转运蛋白分为7个亚族（ABCA至ABCG），人类中共发现48种。最初在癌细胞系中发现，P-糖蛋白（P-gp）和多药耐药相关蛋白1（MRP1）等ABC转运蛋白的过表达与MDR相关，增强了对蒽环类、表鬼臼毒素和长春碱类药物的外排。MDR蛋白作为药物外排泵，降低治疗部位的细胞内药物浓度。MRP1和P-gp在NSCLC和SCLC中的表达已被广泛研究。ABC转运蛋白在几乎所有细胞中都有表达，在保护肺免受有害物质侵害中发挥关键作用，P-gp和MRP1的高表达即为证据。这些转运蛋白还有助于将肺部药物递送至靶点。Langmann等通过定量实时逆转录聚合酶链反应分析了47种ABC转运蛋白，发现在屏障组织如气管和肺中转录活性高。囊性纤维化相关转运蛋白CFTR是研究最深入的ABC转运蛋白。ABCA1突变导致Tangier病，ABCA3突变可致致命的新生儿表面活性物质生产障碍。然而，ABC转运蛋白功能改变在常见肺病如哮喘和慢性阻塞性肺病（COPD）中的作用尚未充分探索。

Altered drug metabolism by enzymes (e.g., cytochrome P450 and GST)

酶介导的药物代谢改变是肺癌化疗耐药的主要因素之一，重要代谢酶包括细胞色素P450（CYP）和谷胱甘肽S-转移酶（GST）。CYP酶家族，尤其是CYP3A4，代谢许多抗癌药物，常导致其失活或生物利用度降低。这些酶的过表达或失调可增强药物清除，削弱治疗效果。类似地，GST酶通过催化谷胱甘苷与化疗药物的结合，促进其解毒和清除，从而介导耐药。这一解毒过程保护癌细胞免受化疗的细胞毒性作用，使其得以增殖和存活。此外，这些酶的遗传多态性导致药物代谢的个体差异，影响治疗结局。理解药物代谢改变如何贡献于化疗耐药对优化治疗策略至关重要。目前，研究人员正尝试通过抑制这些酶或调节其活性来提高化疗药物效果并对抗耐药。

Enhanced DNA repair mechanisms (e.g., NER and HR)

在肺癌中，增强的DNA修复系统在化疗耐药中起关键作用，使癌细胞能够承受并增殖，尽管化疗对DNA造成损害。同源重组（HR）和核苷酸切除修复（NER）是这一过程中的两个重要修复路径。NER通路可清除庞大DNA损伤，如铂类化疗药物顺铂引起的损伤。当NER组件如切除修复交叉互补组1（ERCC1）过表达或过度激活时，癌细胞能有效修复药物诱导的DNA损伤，从而降低化疗诱导的细胞毒性。相比之下，HR是一种无误修复机制，解决DNA双链断裂（DSBs），常由拓扑异构酶抑制剂等药物诱导。HR通路中的关键蛋白如BRCA1/2和RAD51在耐药肺癌细胞中经常上调，增强其修复DSBs和逃逸凋亡的能力。这些增强的修复机制促进肿瘤存活和治疗失败。用抑制剂靶向这些通路，如用ERCC1抑制剂针对NER或用聚（ADP-核糖）聚合酶（PARP）抑制剂利用合成致死策略针对HR缺陷细胞，已成为克服化疗耐药的有前景策略。理解和破坏这些修复机制可为提高肺癌化疗效果提供重要见解。

Evasion of apoptosis through dysregulation of pathways (e.g., the BCL-2 family)

凋亡是一种程序性细胞死亡形式，通过消除受损或不必要细胞来维持组织稳态。这一严格调控的能量依赖过程在多种疾病中被破坏，癌症中以凋亡逃逸为特征，神经退行性疾病则以过度凋亡为特征。内在凋亡通路是癌细胞逃逸细胞死亡的关键机制，常通过前凋亡BH3蛋白的丢失和抗凋亡BCL-2蛋白的上调实现。BCL-2与滤泡淋巴瘤中的t(14,18)染色体易位有关，导致其与免疫球蛋白重链位点融合。BCL-2、BCL-xL和MCL-1水平升高与多种恶性肿瘤的致癌过程相关。MCL-1是一种不稳定蛋白，在癌细胞中通过特定机制稳定。另一策略涉及下调前凋亡蛋白如p53，其调控PUMA、BID和NOXA等BH3-only蛋白。BAX和BAK等前凋亡效应物的下调在癌症中也常见。尽管癌细胞逃逸凋亡，但由于微环境压力如缺氧、营养缺乏和治疗诱导应激，它们常更接近凋亡阈值。前凋亡BH3-only蛋白在癌症中常过表达，促使癌细胞上调抗凋亡BCL-2家族蛋白以隔离前凋亡因子并阻断线粒体外膜透化（MOMP）。这种癌细胞为凋亡“预备”的状态代表了一个关键脆弱性，可被治疗利用。

Tumor microenvironment

Role of hypoxia in chemoresistance

肿瘤微环境（TME）中的缺氧通过激活缺氧诱导因子（HIFs）促进肺癌治疗耐药，支持血管生成、生存通路和代谢适应。缺氧通过上皮-间质转化（EMT）、激活药物外排泵如P-gp和减少肿瘤灌注（限制药物递送）等机制贡献于耐药。缺氧还抑制抗肿瘤免疫，进一步促进肿瘤存活。用HIF抑制剂、缺氧激活前药和血管调节疗法靶向缺氧，提供了克服耐药和改善治疗结果的潜在策略。缺氧在治疗耐药中的作用已在多种癌症中得到广泛记录。Ryu等证明，灭活HIF-1提高了小鼠胚胎纤维母细胞对卡铂和依托泊苷的敏感性。HIF-1α在多种实体瘤如肺、乳腺、结肠、胃、卵巢、胰腺和肾癌中过表达，并与不良预后相关。例如，胰腺癌中HIF-1α高表达显著影响临床结局。免疫组化显示，58例胰腺癌患者中HIF-1α、血管内皮生长因子（VEGF）和葡萄糖转运蛋白1水平较正常对照升高。Cox回归分析将HIF-1α确定为独立预后标志物，特异性和敏感性分别为87.1%和55.6%，能有效预测短期和长期结局患者的生存。这些发现强调了HIF-1α在癌症进展和耐药中的关键作用，凸显其作为预后标志物和治疗靶点的潜力。定量数据加强了其在预后评估中的重要性，尤其在胰腺癌和其他实体瘤中。

Influence of stromal cells and extracellular matrix components

TME中的细胞外基质（ECM）和基质细胞在肺癌治疗耐药中起主要作用。基质细胞如癌症相关成纤维细胞（CAFs）分泌的生长因子、细胞因子和趋化因子刺激癌细胞生存通路，降低其对化疗的敏感性。这些细胞还有助于形成保护性生态位，保护癌细胞免受治疗药物影响。ECM由胶原蛋白、层粘连蛋白和纤维连接蛋白等蛋白质组成，提供结构支持和生化信号，增强肿瘤细胞存活和耐药。由基质金属蛋白酶（MMPs）等酶驱动的ECM重塑，形成致密坚硬的基质，阻碍药物渗透。此外，癌细胞与ECM之间的整合素介导相互作用触发信号通路如丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）和磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/AKT通路，增加存活和抗凋亡能力。靶向基质细胞和ECM成分，如使用CAF信号抑制剂或ECM调节药物，是克服化疗耐药和提高肺癌治疗效果的引人注目策略。

Immune evasion and its contribution to resistance

调节性T细胞（Tregs）、肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）和髓源性抑制细胞（MDSCs）共同营造免疫抑制性TME，促进癌症存活和转移。TAMs释放细胞因子如转化生长因子-β（TGF-β）和白介素-10（IL-10），刺激Treg细胞增殖，抑制T细胞活性，并助益肿瘤发展。Tregs通过消耗IL-2、分泌免疫抑制细胞因子和利用CTLA-4等分子抑制效应T细胞，阻碍抗肿瘤免疫反应。MDSCs通过产生活性氧（ROS）、消耗必需资源和上调PD-L1等免疫检查点进一步抑制T细胞功能。这些细胞共同帮助肿瘤逃避免疫系统，降低免疫反应，增加对免疫疗法和化疗的耐药。

Cancer stem cells

Role of CSCs in maintaining tumor heterogeneity

癌症干细胞（CSCs）在维持肿瘤异质性中扮演重要角色，这一癌症特征显著促进化疗耐药和疾病进展。CSCs是肿瘤细胞的一个亚群，具有自我更新和分化为多种谱系的非凡能力，维持肿瘤的多样生物学构成。这种变异性源于内在因素如遗传和表观遗传变化，以及TME中的外在因素。CSCs与免疫细胞、ECM成分和邻近基质细胞动态互动，进一步增加多样性。CSCs的可塑性使其能够根据外部刺激在干细胞样和分化状态之间转换，增强肿瘤适应性。通过驱动瘤内异质性，CSCs促进治疗耐药克隆的出现，助长肿瘤复发和转移。理解CSCs维持肿瘤异质性的机制对于开发靶向治疗有效消除这一顽强细胞群体并改善患者结局至关重要。

Mechanisms that confer chemoresistance in CSCs

肺癌中的CSCs采用多种机制赋予化疗耐药，使它们能够逃避治疗并导致肿瘤复发。它们通过Bcl-2等蛋白表现出增强的DNA修复和抗凋亡能力，处于静止状态以逃避针对增殖细胞的治疗，并过表达ATP结合盒（ABC）转运蛋白以泵出药物。CSCs能通过代谢重编程应对治疗诱导应激，并通过上皮-间质转化（EMT）增强干性和转移潜力。TME通过细胞因子、缺氧和PI3K/AKT、Wnt和Notch等信号通路支持CSCs。此外，自噬、外泌体介导的通信和表观遗传变化进一步强化了耐药。这些机制强调了对CSCs特异性治疗策略的需求，以改善肺癌患者的结局。

Epigenetic modifications

DNA methylation and histone modifications

DNA甲基化和组蛋白修饰是调控基因表达并助益癌症（包括CSCs行为）的两个重要表观遗传过程。DNA甲基化主要发生在CpG岛的胞嘧啶残基，可沉默肿瘤 suppressor基因或激活癌基因，从而促进肿瘤生长、转移和治疗耐药。在肺癌中，参与凋亡、DNA修复和细胞周期调控的基因常因启动子区域超甲基化而沉默。类似地，组蛋白修饰如乙酰化、甲基化、磷酸化和泛素化控制染色质结构和基因可及性。组蛋白去乙酰化酶（HDACs）逆转这一过程导致基因抑制，而组蛋白乙酰化（由组蛋白乙酰转移酶HATs控制）通常通过松弛染色质增强转录。异常的组蛋白甲基化模式如H3K27三甲基化增加与肺癌中关键调控基因的转录沉默相关。DNA甲基化和组蛋白修饰共同驱动CSCs可塑性，维持肿瘤异质性，并使适应性治疗耐药成为可能，表明它们作为表观遗传治疗靶点对抗癌症的潜力。

Roles of noncoding RNAs (e.g., miRNAs and lncRNAs)

非编码RNA（ncRNAs），如微小RNA（miRNAs）和长链非编码RNA（lncRNAs），在调控癌症扩散和维持CSCs特性中必不可少。miRNAs是小型RNA分子，结合靶标mRNA导致翻译抑制或mRNA降解，从而在转录后水平改变基因表达。失调的miRNAs如miR-34a、miR-21和miR-200影响肺癌中的重要过程，包括治疗耐药、转移、凋亡和细胞增殖。例如，miR-21通过靶向干细胞相关通路增强CSCs存活和化疗耐药，而miR-34a抑制干性。相反，lncRNAs是较长的RNA转录本，调控基因表达的转录、转录后和表观遗传方面。失调的lncRNAs如MALAT1和HOTAIR通过与染色质修饰复合物互动或作为miRNAs的分子海绵，增强干性、EMT和治疗耐药，有助于维持CSCs。总之，ncRNAs在调控CSCs可塑性、肿瘤异质性和适应性中扮演关键角色，使其成为旨在阻止肺癌扩散和治疗耐药的治疗方法的有吸引力靶点。

Signaling pathways

PI3K/AKT/mTOR, Wnt/β-catenin, and NF-κB pathways

PI3K/AKT/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）、Wnt/β-连环蛋白和核因子κB（NF-κB）信号通路是肺癌进展、治疗耐药和转移的重要调控者，也是CSCs行为的关键调节因子。PI3K/AKT/mTOR通路在肺癌中常见激活，促进CSCs存活、增殖和代谢适应性。该通路增强抗凋亡能力，并通过支持DNA修复和药物外排机制介导治疗逃避。在临床前研究中，靶向PI3K、AKT或mTOR的抑制剂通过干扰CSCs维持和减缓肿瘤进展显示出潜力。Wnt/β-连环蛋白通路驱动肿瘤异质性和CSCs自我更新，对维持干性至关重要。该通路在肺癌中异常激活时，β-连环蛋白在核内积累，触发支持转移、EMT和增殖的基因转录。此外，失调的Wnt信号贡献于对化疗和放疗的耐药，使其成为关键治疗靶点。NF-κB通路对炎症驱动的肿瘤生长和CSCs存活必不可少。在肺癌中，慢性NF-κB激活促进免疫逃避，增强CSCs自我更新，并触发促生存和抗凋亡基因表达。它还在TME内促进细胞因子和生长因子分泌，进一步维持CSCs活性和治疗耐药。总之，这些通路不仅维持CSCs特性，还创造了一种治疗耐药和侵袭性肿瘤表型，强调了在肺癌治疗中靶向这些信号网络的重要性。

Crosstalk between signaling pathways in fostering resistance

信号通路之间的交互在促进CSCs化疗耐药中是一个关键因素，使细胞能够适应和承受治疗压力。PI3K/AKT/mTOR、Wnt/β-连环蛋白、NF-κB、Notch和Hedgehog等通路动态互动，在肺癌中维持CSCs干性、存活和治疗耐药，而非独立作用。例如，Wnt/β-连环蛋白和PI3K/AKT/mTOR信号经常协同诱导EMT，助益转移和化疗耐药，并增强CSCs自我更新。类似地，NF-κB与Notch信号互动调控炎症驱动的肿瘤生长，促进免疫逃避并维持CSCs池。TME中的外部因素也影响这些互动。例如，缺氧触发HIFs，可同时增强Wnt/β-连环蛋白和Hedgehog信号，导致干细胞样表型和化疗耐药。此外，这些通路内的反馈环和补偿机制使CSCs能够逃避单一通路的抑制，使单一疗法效果降低。例如，抑制mTOR可激活补偿性Wnt信号，而阻断NF-κB可能上调Hedgehog或Notch通路。这种复杂相互作用构建了一个强大网络，维持肿瘤异质性、CSCs适应性和治疗耐药，强调了需要组合方法靶向多个通路以克服既往耐药并改善治疗结果。

Emerging Therapeutic Strategies to Target Chemoresistance

Targeting drug efflux mechanisms

开发和运用外排泵抑制剂是对抗CSCs介导的化疗耐药的关键策略。通过阻止ABC转运蛋白如ABCB1（P-gp）、ABCG2和ABCC1将化疗药物主动泵出CSCs，这些抑制剂降低细胞内药物浓度和有效性。药物转运蛋白可根据其药效学/药代动力学、ATP依赖性和作用机制分类。化疗耐药主要由ATP结合盒（ABC）超家族转运蛋白引起，其7个亚类包括ABCA至ABCG。对顺铂、甲氨蝶呤、紫杉烷类、蒽环类和长春碱类药物的化疗耐药可源于ABC转运蛋白的过表达，导致药物外排和细胞内积累减少。ABC家族蛋白，包括来自ABC