Nature | MAPK–Wnt轴重塑结直肠癌上皮状态并决定靶向治疗耐药性

撰文 | 阿童木

结直肠癌的核心遗传框架在过去几十年间已逐步建立，包括 APC、KRAS、BRAF 等关键驱动基因的体细胞突变等【1】。近年来，随着单细胞转录组技术的发展，学界逐渐认识到结直肠癌的转录与细胞状态异质性远远超出经典癌基因模型所能解释。多个分子亚型之间的根本差异并不由突变负荷决定，而是与上皮细胞的命运状态密切相关【2】。越来越多的证据表明癌细胞可塑性不仅影响肿瘤发生，也贯穿转移、治疗应答与耐药的全过程。

对早期结直肠癌的分析显示，其发展大致沿两条主要路径进行：一类源自APC突变导致的Wnt激活，与LGR5⁺经典干细胞相关；另一类由KRAS/BRAF突变驱动，呈现明显的化生与再生特征【3, 4】。成熟肿瘤中通常保留这两类谱系，分别对应iCMS2（Wnt富集）与iCMS3（再生/化生）亚型。正常结肠稳态依赖LGR5⁺干细胞维持，损伤修复依赖不表达LGR5的再生样前体细胞，而肿瘤异常保留并扩展了这两种模式，使不同命运状态在同一肿瘤中长期共存。此外，突变构成会影响命运偏向：APC缺失将上皮推向Wnt主导的经典干细胞程序，KRAS或BRAF激活则增强再生样特征，但并不改变不同细胞群体共存的基本状态。

正常结肠、原发灶与转移灶的单细胞比较进一步说明，上皮可塑性还受微环境信号调控，包括炎症、基质与免疫因子等【5】。这种可塑性使肿瘤能够在多种压力下调整命运状态，是逃避免疫清除和化疗压力的关键机制之一。

近日，英国苏格兰癌症研究所Andrew D. Campbell实验室和Owen J. Sansom实验室等在

Nature

MAPK-driven epithelial cell plasticity drives colorectal cancer therapeutic resistance

作者首先发现CRC上皮存在两种主要干细胞命运：CBC（Lgr5⁺经典干细胞）和RSC（Anxa1⁺/Ly6a⁺再生样干细胞），可用“干细胞指数”（SCI）进行量化。仅激活KRAS-G12D/G12C即足以诱导MAPK信号增强、伴随RSC标志物升高与Lgr5下调；在APC缺失背景下叠加KRAS激活依然迅速推动RSC扩张，并在肿瘤形成全过程保持优势。晚期AKG12D/AKG12C肿瘤SCI评分上升，呈现显著再生特征，说明KRAS持续将CRC上皮的命运平衡偏向再生样状态。

单细胞分析显示，上皮细胞主要沿CBC–RSC轴分布。KRAS激活不改变细胞类型构成，也不增加增殖，而是减少Wnt高的Wnthi群体、扩增RSC特征的WntMapkhi 群体。KRAS抑制后，命运平衡迅速反转，说明驱动突变主要通过调节现有细胞状态的丰度来塑造肿瘤特征。另一方面，KRAS-G12D抑制剂处理仅4天即可使WntMapkhi下调、Wnthi上升，但未诱导凋亡或增殖停滞，提示适应性可塑性是主要耐药来源。MAPK靶向治疗在KRAS突变CRC中的主要作用并非阻断生长，而是触发适应性命运转换。

Xenium原位成像显示，AKG12D肿瘤中RSC特征的WntMapkhi细胞主要位于腔面区域，药物处理后迅速被Wnthi替代，而肿瘤整体结构几乎不变。PCA分析显示上皮细胞共同表达多类命运基因，主成分反映Wnthi与WntMapkhi的动态平衡。KRAS激活富集MAPK与再生标志物，而抑制剂治疗完全逆转这一模式并伴随Wnt靶基因的上调。即使遗传背景相对单一的肿瘤也表现出高度异质，MAPK靶向的主要作用是抑制ERK活性，快速调整Wnthi与WntMapkhi命运平衡，形成可被耐药利用的适应性状态。

在转移模型中，起初以 Wnthi 为主的类器官在肝内定植早期迅速转为再生状态，随后随着病灶扩大逐渐出现异质性。早期肝转移灶高度依赖MAPK信号，MEK或KRAS抑制可取得近完全缓解；但对原发结肠肿瘤则无效。说明转移早期存在短暂且明确的MAPK依赖性窗口，对微小残留病灶或新辅助治疗具有潜在价值。

有数据表明约10%的结直肠癌携带BRAF突变，MAPK激活强度更高【6】。BPNA模型高度模拟临床BRAF肿瘤，呈现Anxa1高表达、Lgr5缺失与Wnt关闭。BRAF+EGFR联合治疗虽能延长生存，但在三天内即诱导从再生状态转向Wnt主导的典型干细胞状态，伴随MAPK靶基因下降与Wnt靶基因上升。这一转变未引发细胞凋亡，也未降低增殖活性，表明耐药仍由可塑性驱动，而非MAPK重激活。

在RNF43缺失的BRAF模型（BPRNF）中，肿瘤仍表现明显再生特征，但具备大量 WntMapkhi细胞。联合治疗时，这类肿瘤无法完成向Wnthi状态的命运转换，SCI与各类 Wnt靶基因几乎不变，仅MAPK靶基因下降，肿瘤因基质结构塌陷而缩小，疾病进展显著放缓。而RNF43野生型肿瘤在治疗下仍能完成典型的命运切换并产生逃逸。RNF43 缺失通过增强对Wnt配体的依赖，使上皮难以完成再生到经典干细胞的命运切换，导致肿瘤无法利用命运重排应对治疗压力，解释了临床上BRAF/RNF43共突变患者对联合方案的深度和持续敏感表型。

综上所述，本研究建立了结直肠癌上皮可塑性的统一框架。MAPK激活持续推动上皮向再生样干细胞状态偏移，赋予肿瘤强大的命运转换能力。在多数模型中，MAPK抑制并非终止肿瘤，而是迅速诱导细胞转向Wnt主导的经典干细胞状态，使其在压力下继续存活。KRAS与BRAF驱动肿瘤均共享这一机制。此外，早期转移灶的高度均一性、RNF43缺失造成的可塑性受限等情境，为MAPK靶向治疗提供了敏感窗口。通过限制可塑性或在异质性扩展之前进行干预，有望提高KRAS/BRAF靶向治疗的持久效应，为未来的开发联合治疗策略提供了理论基础。

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09916-w

制版人： 十一

参考文献

1. Malla, S.B., et al., Pathway level subtyping identifies a slow-cycling biological phenotype associated with poor clinical outcomes in colorectal cancer.Nature Genetics, 2024. 56(3): p.458-472.

2. Joanito, I., et al., Single-cell and bulk transcriptome sequencing identifies two epithelial tumor cell states and refines the consensus molecular classification of colorectal cancer.Nature Genetics, 2022. 54(7): p. 963-975.

3. de Sousa e Melo, F., et al., A distinct role for Lgr5+ stem cells in primary and metastatic colon cancer.Nature, 2017. 543(7647): p. 676-680.

4. Gil Vazquez, E., et al., Dynamic and adaptive cancer stem cell population admixture in colorectal neoplasia.Cell Stem Cell, 2022. 29(8): p. 1213-1228.

5. Tape, C.J., Plastic persisters: revival stem cells in colorectal cancer.Trends in Cancer, 2023.

6. Barras D. BRAF mutation in colorectal cancer: an update: supplementary issue: biomarkers for colon cancer.Biomarkers in cancer, 2015, 7: BIC. S25248.

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