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癌症靶标研究现状
写论文的时候，我们经常会说自己研究的这个基因是一个潜在的靶点，也有时候我们需要把研究的基因和其他一些有潜力的基因联系起来，加深研究思路的深度和意义。这个时候如果有一篇综述能够为我们系统性地阐述关于癌症靶标的研究现状，无论是对于论文写作还是提升我们的研究思路都是一份宝藏。2021年3月4日，来自达纳-法伯癌症研究所肿瘤内科的William C. Hahn教授以第一作者和通讯作者在《Cell》正刊发表题为《An expanded universe of cancer targets》的宝藏综述。
参与这篇综述的还有美国国家癌症中心癌症基因组学办公室的癌症靶标发现与发展网络（the Cancer Target Discovery and Development Network）。
为了帮助大家更好的吸收综述的内容，榨干其每一滴精华，本工在阅读综述的时候，也给大家翻译了遍，希望能给大家带来有真正价值的“学术营养”。
Summary
癌症基因组的表征提供了对跨肿瘤的基因体细胞变化的见解，改变了我们对癌症生物学的理解，并使定制治疗策略成为可能。然而，大多数癌症等位基因的功能仍然是个谜，许多癌症特征超越了它们的基因组。因此，肿瘤基因组特征不会影响大多数患者的治疗。了解癌症基因功能和回路（circuitry）的方法为阐明癌基因和非癌基因的依赖性提供了另外的（complementary）方法。新出现的研究表明，非癌基因依赖性产生的治疗靶点多样性远远大于重复突变基因的清单。本文中，我们描述了这个癌症靶点扩展列表的框架，为临床转化提供了新的机会。
引言
最近批准的大多数癌症靶向药物分子的靶标是体细胞突变基因编码的癌蛋白。这些药物包括特定细胞系生存所必需的蛋白（如雌激素受体和雄激素受体），或抑制免疫反应的蛋白，如程序性细胞死亡蛋白1（PD-1）。由于这些基因与特定的肿瘤亚型或免疫学表型的高度关联，促使了靶向这些靶点的小分子和抗体的发现。虽然大规模癌症基因组测序工作促进了对反复发生癌基因体细胞突变的识别，但这些努力所带来的大量信息给癌症靶标的发现也带来了新的挑战。
在之前的工作中，癌症靶点发现和发展（CTD2）网络定义了评估那些支持特定靶点证据强度的标准，允许对在肿瘤起始、维持或转移中起直接作用的驱动因素进行优先排序（prioritization）。使用这一框架的网络工作促进了将实验模型中的发现转化为临床试验，这些试验旨在测试调节特定靶标的活动是否能产生临床反应（表1）。
此外，CTD2网络和其他机构进行的系统性功能研究已经确定了除被批准的抗癌药物所抑制的靶点外新类别的癌症靶标。事实上，这些推测的（putative）癌症靶点数量和多样性远远超过目前已确定的癌基因。这种扩展的靶标库可分为肿瘤细胞自主性（内在）或微环境介导（外源性）两种（图1）。肿瘤的内在因素包括癌基因突变、表观遗传学改变、转录和信号转导失调、异常通路和代谢活性以及DNA损伤反应（DDR）的改变。癌基因和细胞状态变化的共同作用可导致应激反应，这需要减轻策略才能使得肿瘤存活，这往往会引发癌基因依赖（oncogene dependency）。特别是，当这些癌基因诱导的信号消失时，有这些癌基因的肿瘤通常会出现细胞死亡，这一现象被称为癌基因上瘾（addiction）。
这些细胞状态的改变可能会导致治疗的脆弱性，这些脆弱性可以通过作为合成致死的策略以及由于调节、信号和代谢网络重排而产生的治疗机会来加以利用。肿瘤外在因素包括肿瘤微环境（TME）的改变和肿瘤浸润性基质细胞（如免疫细胞和成纤维细胞）分化状态和成分的改变。在生物体水平上，异常的内分泌信号和微生物群也可影响癌症的发病机制和治疗反应。内在因素和外在因素都会影响癌细胞的可塑性及其在治疗过程中的持久性。从这个角度来看，我们描述总结了越来越多内在和外在类型的靶点以及治疗机会。
肿瘤中的可塑性
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致癌基因上瘾
靶向致癌酪氨酸激酶的药物显示出显著的疗效。例如，伊马替尼（格列卫）改变了慢性粒细胞白血病（CML）的治疗，这是由于BCR-ABL是慢性粒细胞白血病（CML）的癌基因。其他成功的案例包括表皮生长因子受体（EGFR）、ALK或ROS1驱动的肺癌；KIT突变的胃肠道间质瘤；以及HER2+乳腺癌中的ERBB2。然而，实体肿瘤中的致癌信号在遗传上是很复杂的，经验表明，阻断实体肿瘤中异常表达的特定单个癌基因的大多数药物，其活性有限。
作为在实体瘤中驱动致癌信号遗传复杂性的一个例子，异常的致瘤蛋白功能是由编码基因中的有害事件所引起的，如点突变、融合、易位、拷贝数变化、甲基化和转录失调。
基因拷贝数变异是人类癌症中最常见的体细胞突变事件之一，是肿瘤发生和进化的基本驱动因素。染色体重排会产生有害的事件，包括产生具有新功能的融合基因，改变基因剂量（dosage）以驱动调节途径活动促进癌症进展，或者改变基因表达的生理性调控的易位。非整倍体变异也很常见，但它概括了大规模旁系同源基因导致的问题。这使得人们很难将与癌症或倾略性肿瘤形成无关的基因改变从在癌症病程中导致癌症或具侵袭性肿瘤形成的具有主导性的基因变化中区分出来。
信号转导失调是一种重要的保守性致癌机制。例如，RAS基因在大约19%的癌症中发生了突变。此外，RAS还可被酪氨酸激酶和RAS调节蛋白（NF1、SOS1、PTPN11）突变所激活。这一通路也可被下游介质（BRAF、RAF1）的突变所激活。RAS信号的治疗性抑制已被证明是很困难的，因为RAS本身所具有挑战性的生化特性以及下游信号的冗余。
然而，最近的研究工作重新燃起了人们对直接抑制RAS的热情，包括靶向RAS二聚体的方法，或者靶向与RAS G12C突变体的共价结合的药物，将其锁定在与鸟苷二磷酸（GDP）结合的非活性状态。相反，在RAS驱动的恶性肿瘤中，靶向RAS信号级联中的MEK和其他下游蛋白着只显示出了有限的疗效，可能是由于剂量限制的毒性和自动抑制反馈的缺失。
BRAF抑制剂在治疗BRAF突变的黑色素瘤方面显示出显著的疗效，尽管效果只能维持非常短的一段时间。酪氨酸激酶和RAS通路的突变也会导致其他下游可用于治疗的信号通路发生激活，如磷脂酰肌醇-3激酶（PI3K）。PI3K也可以被PIK3CA的直接突变所激活，PI3K的抑制剂或下游介质AKT或mTOR对带有PIK3CA或上游突变的癌症显示出不同的疗效。
癌基因扩增则已被证明是个具有挑战性的靶点。例如，转录因子MYC和MYCN在一组癌症中反复扩增或易位，而MYC网络在相当大比例的人类癌症中处于失调状态。由于缺乏酶活性或合适的药物结合位点，MYC的靶向治疗一直具有挑战性。通过抑制BRD4而间接靶向MYC，调节MYC的稳定性，抑制下游相互作用的激酶是研究的重要领域。其他逆转基因扩增的方法，如靶向蛋白质降解或使用CRISPR、小干扰RNA（siRNA）和反义治疗，仍然是临床和基础研究人员所感兴趣的方向。
表观遗传调节因子在癌症中也会经常突变。虽然作为一个单独分类的目标还具有挑战性，但其中越来越多的因子正变得容易被驾驭。例如，有两种DNA甲基转移酶（DNMT）抑制剂，氮胞苷和地西他滨，被批准用于治疗骨髓增生异常综合征。许多药物的开发工作都集中在其他经常突变的表观遗传调节因子上，要么是通过直接抑制酶活性（即EZH2），要么是通过直接下游的依赖（MLL-Menin或MLL-DOT1L）。然而，表观遗传调节剂对许多基因的广泛作用引发了关于这些抑制剂治疗指数（指产生治疗效果需要的剂量相对于会产生毒性的剂量的比例）的问题。
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抑癌基因的挽救（rescue）
抑癌基因的确实在癌症中很常见，目前正在开发几种针对这些功能丧失（loss-of-function）事件的方法。例如，泛素连接酶CBL的功能丧失突变会通过一些酪氨酸激酶来增强信号。同样，PTEN的突变会使磷酸酶活性失活，从而增加PI3K信号。在这些情况下，药物性地靶向激活通路有成功的希望，而不是靶向异常蛋白本身。以突变体TP53为靶点，稳定其三维结构并恢复其正常功能的药物也已成为一种有前途的方法。更普遍的是，变异导向的蛋白质-蛋白质相互作用诱导剂筛选出了可恢复由于抑癌基因突变而缺失相互作用的小分子。本研究鉴定了一种双吲哚马来酰亚胺衍生物，它恢复了突变的SMAD4和SMAD3之间的相互作用，并重新激活了SMAD4/SMAD3复合物抑制细胞生长的功能。总的来说，这些方法提供了多种策略来靶向许多抑癌基因的突变。
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致合成致死（Synthetic lethal）的靶标
酵母遗传学的实验方法已经筛选出了其活性对携带特定致癌基因突变的癌症至关重要的蛋白质。合成致死允许靶向那些含有不可成药（undruggable）蛋白突变的癌症，这些突变有可能提高治疗指数。例如，在BRCA1和BRCA2缺乏的情况下，PARP抑制剂的成功提供了重要的原理证明。PARP的抑制剂利用了BRCA1/2和其他同源重组DNA修复介质的缺失导致的DNA修复缺陷，导致有丝分裂灾难。抗PARP抑制的一个机制是BRCA1逆转产生野生型蛋白，证实了BRCA1突变与PARP抑制剂敏感性有直接关系。最近，基因组规模的遗传和小分子筛选发现了几种新的合成致死组合，包括发现SRC和BCL2家族抑制剂的相互作用，解旋酶WRN对于微卫星不稳定性肿瘤的生存是必要的，BET抑制与PARP抑制剂具有协同作用。
最近的研究定义了合成致死相互作用的新类别。正如Elledge和他同事们所预测的那样，这些合成致死基因中的一些需要用来抑制由特定癌基因诱导的细胞应激机制。例如，对于MYC扩增的肿瘤，CSNK1E是生存所必需的。当必需基因位于抑癌基因附近时，就会产生额外的合成致死机会。由于基因部分缺失而导致癌症的拷贝数改变（CYCLOPS）永远不会纯合缺失，并且基因表达与拷贝数紧密相关。在由于拷贝数丢失导致缺乏相应抑癌基因的细胞中，抑制CYCLOPS基因可诱导细胞死亡。例如，MTAP经常因为与常发生缺失的抑癌基因CDKN2A接近而丢失，因此失去MTAP的肿瘤的生存需要PRMT5。CYCLOPS基因是目前最常见的拷贝数相关的基因依赖，很可能代表了肿瘤合成依赖的一般范例。
最后，合成致死的重要性也表现在当一个旁系或家族成员发生删失而导致细胞依赖仅剩一个时。例如，含有ENO1缺失的肿瘤需要表达ENO2。最近对癌症基因组的研究确定了87个例子，其中一个同源（paralog）基因的功能丧失与对另一个同源基因的依赖有关。识别和表征同源依赖关系可能会揭示对表达量敏感的新基因，揭示新的靶向依赖关系。类似地，在癌细胞系中，ARID1A的突变增加了对同源基因ARID1B基因敲除的敏感性，而ARID1A突变细胞中ARID1B的叠加（superimposed）丢失增加了对辐射的敏感性。
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DNA损伤反应
未经修复的细胞DNA损伤会导致突变或染色质结构改变，这些事件会推动肿瘤的发生和发展。介导DDR的基因中的有害事件在多个肿瘤谱系中频繁发生。因此，了解DDR及其临床影响对于改善癌症预后至关重要。DDR中的缺陷会导致基因组的不稳定，从而促进肿瘤的发生，因此准确的注释有助于早期发现和癌症预防。DDR缺陷也可以使细胞对特定的癌症治疗方案敏感，并与对常规化疗和放射治疗的反应有关。如上所述，BRCA1/2基因突变可使PARP抑制剂产生合成致死的效应。
尽管系统地鉴定了对DDR功能和药物敏感性至关重要的基因，但许多观察到的突变尚未评估其功能、治疗和临床相关性。因此，很难预测突变是突出了严重的依赖性，还是缺乏治疗相关性。饱和突变（Saturation mutagenesis）是解决这一挑战的一种方法，现已发现BRCA1和PARP1突变分别导致蛋白功能丧失或对PARP抑制剂耐药。因此确定DDR造成的下游影响仍然是另一种有希望的方法。
新兴的癌症靶点
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蛋白质—蛋白质相互作用
致癌的错义突变可以改变蛋白质之间的相互作用，推动癌症的发展。因此，识别和表征癌症相关的蛋白-蛋白相互作用网络中控制致癌程序输出的关键节点和枢纽，可能会揭示治疗干预的独特机会。特别是，系统地研究由突变的癌蛋白所驱动的新的蛋白质-蛋白质相互作用也可能会揭示癌症特异性的新型癌症靶点。
例如，癌症相关的蛋白质-蛋白质相互作用网络（OncoPPI）专注于由实验产生的或可能参与癌症的蛋白质之间的相互作用。与免疫沉淀质谱等蛋白质组学方法建立的相互作用不同，OncoPPI提供来自邻近生物传感器的癌症相关蛋白的二元相互作用以反映直接相互作用，并结合基因组学、临床和药理学信息，促进对治疗性靶向的研究和应用。OncoPPI揭示了与新伙伴（partners）蛋白的显著性蛋白质相互作用中心，并为主要癌基因驱动因素提出了新的作用机制，例如与NSD3相互作用的MYC。重要的是，OncoPPI发现了非酶蛋白的相互作用，通过干扰它们的相互作用来瞄准那些曾经“无法下药”的蛋白质类别，以提供了潜在的干预策略。
同样，全面绘制人类细胞或特定致癌环境中蛋白质-蛋白质相互作用图谱的努力，也为识别与癌症表型有关的蛋白质-蛋白质相互作用和复合体提供了新的途径。对基于结构的蛋白质-蛋白质相互作用的预测，PrePPI算法和数据库为科学界提供了宝贵的资源。
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新陈代谢的弱点
癌细胞的快速增殖需要细胞分解代谢和合成代谢的广泛升级，以满足能量和结构需求。例如，人们早就认识到，核苷酸合成的增加会导致对核苷类似物（包括5-氟尿嘧啶（5-FU）、吉西他滨和阿糖胞苷）的敏感性，而葡萄糖摄取增加（Warburg效应的一部分）则使得用氟脱氧葡萄糖正电子发射断层扫描（FDG-PET）进行肿瘤成像成为可能。近年来，代谢组学和同位素示踪技术的显著进步推动了对癌症中许多其他代谢改变的发现。虽然大多数代谢变化是中性的，或者在压力下只略微改变癌细胞的适应性，但某些途径对于癌症的进展来说是必不可少的，且可以用于治疗。
尽管肿瘤对葡萄糖的摄取和消耗普遍增加，但使用葡萄糖模拟物或丙酮酸激酶抑制剂直接抑制有氧糖酵解的临床前和临床中仍十分受限。癌细胞除了依赖葡萄糖代谢外，还依赖于一系列氨基酸的摄取或从头合成，包括谷氨酰胺、甘氨酸、丝氨酸和天冬氨酸，这些氨基酸具有背景（context）依赖性、谱系依赖性和癌基因依赖性。这些氨基酸不仅参与蛋白质合成，还参与其他必需代谢物的生物合成，如嘧啶、嘌呤、磷脂、谷胱甘肽和NADPH的再生，以作为限制活性氧（ROS）毒性的途径。
某些肿瘤含有高水平的多不饱和脂质。由于在肝脏、脂肪组织和泌乳期乳腺以外的正常组织中的从头合成脂肪酸有限，因此肿瘤中的脂质代谢是治疗干预的一个潜在靶点，因为它可以调节脂肪酸的摄取、合成、去饱和和并入结构脂质。例如，卵巢癌干细胞的致瘤潜能依赖于SCD1，而转移起始细胞依赖于脂肪酸受体CD36所介导的脂肪酸摄取。虽然脂质通常可以通过常规饮食获得，但对脂肪酸合成的药理性抑制可能需要与饮食干预相结合，以产生治疗窗口。靶向脂质代谢的主要挑战之一是我们对癌症脂质组学的可塑性了解有限。
最近，异柠檬酸脱氢酶1和2（IDH1，IDH2）的突变在髓系恶性肿瘤、胶质瘤、软骨肉瘤、胆管肉瘤和肝细胞癌中非常常见，直接产生的肿瘤代谢物2-羟基戊二酸（2-HG）可抑制DNA的去甲基化，导致基因沉默。这种新的酶活性可以被那些可抑制2-HG产生的药物所阻断。
另外，人们很早就意识到一些肿瘤会异常表达特定的代谢物，如丝氨酸。在一些肿瘤中，丝氨酸合成酶磷酸甘油酸脱氢酶（PHGDH）的表达增加是由于染色体1p上的一个区域拷贝数增加，而另一些肿瘤表现出丝氨酸水平的增加则是由于致癌信号，包括NRF2和ATF4信号或缺氧反应。抑制这些肿瘤细胞中的丝氨酸代谢可使肿瘤消退。
有一类合成致死的基因可通过靶向癌细胞生存所必需的异常新陈代谢来发挥作用。例如，由于对天冬氨酸信号的依赖增加，含有PIK3CA突变的肿瘤其生存需要ODGH。尽管靶向肿瘤新陈代谢需要肿瘤和正常组织之间的治疗指数，但这类癌症靶点仍然很有希望。
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细胞状态
1.  细胞状态、原型和肿瘤检查点
代表系统生物学支柱的促成技术（enabling technologies），如分子相互作用网络和多元分析，自然而然地引出了“细胞状态”的概念。细胞状态代表变量的高维矢量，这些变量唯一性地决定细胞的表型。例如，肿瘤可能包含有多个具有不同药物敏感性、新陈代谢或干性特征的亚细胞群体。在这种情况下，细胞状态将是唯一标识细胞每个亚型的向量。因此，这个范例对于解释原发性肿瘤的异质性特别有用，因为它包含了多种，通常是高度可塑性的细胞和微环境状态（图2）。
识别肿瘤原性（oncogenic）细胞状态的一个范例是将它们建模为通路激活或抑制可复制配置，并由转录、依赖性或敏感性特征来定义。最常见和最具代表性的配置提供了可操作的“原型”或“肿瘤检查点模块”，有助于将癌症分类到功能分类中。原型定义了细胞状态本身，而肿瘤检查点定义了调控蛋白模块，该模块包含了负责机械实施（mechanistically implementing）和维持细胞状态的主调节蛋白（MR）。例如，胶质母细胞瘤的间质细胞状态，在单细胞水平上与等基因（isogenic）的原神经状态共存，被证明是由肿瘤检查点的异常激活所机械诱导的，该检查点包括三个协同MR蛋白-CEBPβ，CEBPδ和STAT3-其异常激活是由上游通路中的特定突变（包括STAT3焦点（focal）扩增和KLHL9纯合缺失）所机械诱导的。
细胞状态可以是稳定的、亚稳定的或瞬态的。稳定状态代表状态空间中的细胞被“困住”数天的区域--比如在谱系发育的末期。相比之下，亚稳定（metastable）状态对应于细胞在进入更稳定状态的过程中或在短暂的扰动之后被困的几个小时，而不是几天的区域。最后，瞬时状态代表状态空间中分布最稀疏的区域，并且由在状态之间快速转换的细胞填充。由于可以在单细胞水平上直接观察肿瘤发生、肿瘤可塑性和适应性抵抗的方法的出现，这一概念与癌症生物学和治疗学有了更大的相关性。然而，这些进展目前仍受到对基因表达测量依赖的限制。同样重要的是，提供一个框架来解释复杂的状态“图景”中的转化研究结果。
肿瘤进展（如转移）和对治疗药物的敏感性在很大程度上取决于特定的稳定和亚稳定细胞状态的存在，与肿瘤和微环境相关而不是肿瘤组织学、遗传学和肿瘤进化的自然历史。例如，乳腺癌患者的不良预后与混合上皮-间充质嵌合细胞状态有关。此外，在急性髓系白血病（AML）中发现了新的细胞状态，这些状态没有概括传统的细胞表面标记，但其基因表达特征可以预测患者的生存。神经内分泌肿瘤的细胞状态也可以预测对治疗的反应。最后，黑色素瘤细胞株和肿瘤显示了治疗诱导的可分为四个阶段的分化轨迹，其分化进程与铁依赖化合物诱导的氧化应激敏感性呈负相关。
2.  细胞状态和主控调节器
MR蛋白代表转录性细胞状态稳态的机械性调节。因此，MR活性分析可以识别稳定和亚稳定的癌症相关细胞状态和细胞状态转换，以及当异位表达时可以重编程细胞状态的蛋白质。例如，三个经计算推断的前列腺MRs（AR、FOXA1和NKX3.1）的异位共表达足以将成纤维细胞重编程为合格的前列腺上皮组织，而shRNA介导的共沉默计算推断的间充质GBM MRs（CEBPβ和STAT3）足以将间充质细胞重编程到原神经（proneural）状态，从而阻止体内肿瘤发生。
候选MR蛋白可以通过基于网络的mRNA图谱分析有效地识别，例如，通过VIPER算法，该算法类似于多路基因报告分析，测量在特定细胞状态下差异表达的基因中特定蛋白质转录靶标的富集。基于MR的研究已经确定了从淋巴瘤、神经母细胞瘤和胶质瘤到前列腺、乳腺和胃肠胰腺神经内分泌肿瘤等多种恶性肿瘤的新的、经过实验验证的驱动因素和机制。
通过阐明负责实现和维持癌细胞状态的细胞逻辑，已经确定了严格自我调节的模块化结构（肿瘤检查点），它由少量MR蛋白组成，通过整合上游通路中遗传和表观遗传变化的影响来共同维持癌细胞状态的动态平衡。事实上，肿瘤检查点MRs的遗传或药物抑制会导致它们在体外和体内的崩塌（collapse）和癌症生存能力（viability）的丧失，从而提供了一种消除多种基因改变的影响的方法。
3.  细胞状态的可塑性和阻力
肿瘤细胞的可塑性和对治疗应激的适应性反应在获得性耐药中起关键作用。耐药的癌症持续细胞（persister cell）就是一个很好的例子。在很多肿瘤类型中发现，持续细胞被认为是随机过程的结果，将瞬时的表型异质性引入到肿瘤细胞群体中。例如，细胞群体中的非遗传转录变异可能会识别黑色素瘤中可能抵抗药物治疗的细胞。总体而言，除了癌症治疗诱导的压力外，在应激条件下，持续细胞与肌成纤维性非癌症细胞的应激缓解通路有共同的特征（参见癌症相关成纤维细胞部分）。它们具有：
（1）明显的染色质状态，
（2）干性增加，
（3）脂肪含量从高度饱和和单不饱和转变为高度多不饱和脂质和磷脂。
持久细胞通常处于一种更静止的状态以逃避化疗压力，在某些情况下，停药后可能对治疗重新敏感，这也说明了药物耐受的非遗传机制。他们可以在几周到几个月的药物治疗中保持这种有利于生存的状态。然而，在一些患者中，由于基因或表观遗传改变的选择，部分持久细胞可以重新进入细胞周期，重新长出往往具有不可逆转的耐药性肿瘤。因此，靶向持久细胞在预防或延缓获得性耐药和肿瘤复发方面有很大希望。
持久细胞也呈现出特定的脆弱性。许多细胞的多不饱和磷脂水平升高，使得其对化学诱导剂所诱导的铁死亡非常敏感。铁死亡是一种caspase非依赖性的非凋亡性细胞死亡，由细胞膜内过度的多不饱和脂质过氧化所引起。抗氧化酶——谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）催化致命性的过氧化氢转化为相应的醇（其中许多醇调节癌症微环境中的造血细胞），保护它们免于铁死亡。
化学抑制或基因敲除/降（ablation）GPX4可选择性和有效地诱导多种实体肿瘤类型的持久细胞发生铁死亡，并防止小鼠异种移植瘤靶向治疗后的黑色素瘤复发。GPX4在发生了上皮-间充质转化（EMT）的上皮性肿瘤、在靶向治疗和免疫治疗中从高MITF向高AXL细胞状态转分化的黑色素瘤细胞、在雄激素缺乏状态下转分化为雄激素无关状态的前列腺癌细胞以及从肉瘤等固有高多不饱和脂质状态组织衍生的癌症中表现出脆弱性（vulnerability）。因此，GPX4和与铁死亡性细胞环路（circuitry）相关的靶点代表了一系列高多不饱和脂类肿瘤中有希望的非癌基因治疗靶点。
肿瘤微环境
TME是一个丰富的环境，各种非肿瘤细胞类型和细胞外基质蛋白在其中相互作用，调节癌细胞的生物学。对这些动态分子交换更深入的机制理解使治疗策略能够直接靶向TME对肿瘤功能至关重要的方面（图3）。靶向血管内皮生长因子（VEGF）的抗血管生成治疗，可抑制肿瘤的新血管募集，并利用健康器官中相对缺乏的新生血管，实现了针对TME的癌症治疗的原理证明。TME错综复杂的细胞结构包括免疫细胞、成纤维细胞、细胞外基质（ECM），甚至神经元成分，产生了许多潜在的靶点。
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适应性和先天免疫细胞
最近的TME靶向策略已经集中在免疫细胞上，包括适应性免疫和先天免疫，包括淋巴细胞、巨噬细胞、自然杀伤（NK）细胞、髓系来源的抑制细胞（MDSCs）、树突状细胞（DC）等。免疫系统受自分泌和旁分泌的细胞-细胞和细胞因子相互作用的调节，并在肿瘤浸润池和外周池之间表现出动态平衡。免疫功能的调节代表了癌症靶点鉴定和药物开发的高度优先项，策略是要么利用肿瘤细胞的免疫原性，要么刺激宿主免疫反应，或者两者兼而有之。
免疫治疗的进展已经改变了许多癌症的治疗格局，具体表现为基于抗体的免疫检查点抑制剂，如PD-1/PD-L1和CTLA-4，随着检查点抑制剂本身或与靶向治疗、化疗和放射治疗以及巨噬细胞等新免疫群体的结合而取得进展。同时，“过继”细胞的T细胞疗法包括输注对血液病有效的嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）或靶向肿瘤抗原的T细胞受体（TCR）-T细胞（前者对血液病有显著疗效），或大量输注体外扩增的肿瘤浸润性淋巴细胞或NK细胞。
新技术将高通量CRISPR筛查与体外和体内的肿瘤免疫学联系起来。对癌细胞的系统CRISPR干扰揭示了PTPN2、ADAR1和SWI/SNF复合物成员和其他肿瘤免疫治疗作用的基本调节因子。相反，T细胞或树突状细胞中的CRISPR筛查发现了与癌症免疫治疗相关的潜在新型免疫调节分子。未来的肿瘤免疫学筛查可能会结合类器官的方法来保存肿瘤细胞以及浸润的免疫成分，包括T、B、NK细胞和巨噬细胞，而不需要重建或微流控的方法。或者，肿瘤细胞系或类器官可以与外周血淋巴细胞群体重组，以识别肿瘤细胞的内在和外在免疫反应调节剂。
类似的方法也可以与NK细胞共培养，NK细胞是已知的对播散性癌细胞有早期反应的群体，可以直接调节或用作基于细胞的治疗。值得注意的是，在一组研究中，发现癌细胞“增选”（co-opt）并将NK细胞转化为另一种可促进转移生长的分子状态。对癌细胞和NK细胞之间受体-配体配对的分析确定了多个细胞表面受体（例如Klgr1和TIGIT），可以被抗体抑制以阻止转移定植，并可能具有临床意义。此外，NK细胞激活受体的配体通常在肿瘤细胞上或感染期间上调，这些配体的丢失降低了NK细胞的识别和杀伤。
值得注意的是，NK细胞激活配体MHC-I类多肽相关序列A/B（MICA/B）经常被多种肿瘤下调，包括白血病、前列腺癌、黑色素瘤以及乳腺癌、肺癌、卵巢癌和结肠癌，导致NK细胞激活受体NKG2D的结合减少，从而降低了其抗肿瘤活性。此外，肿瘤细胞可分泌NKG2D配体，导致NK细胞功能受损。在治疗方面，发现了一种新型抗体可以阻断NKG2D配体的脱落，从而提高NK细胞介导的抗肿瘤活性。但内皮细胞等非肿瘤细胞表达NKG2D配体也可导致NK细胞脱敏，降低抗肿瘤活性。
这类癌症靶点仍然很有希望。
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细癌症相关的成纤维细胞(Cancer-associated fibroblasts, CAF)
成纤维细胞在正常和恶性组织中是一种丰富的细胞类型，在胰腺癌中与纤维胶原一起积聚，表现为胰腺癌的纤维化反应。与基因不稳定的癌细胞相比，基因野生型的癌症相关成纤维细胞（CAF）获得对靶向药物的耐药性的可能性较低。在恶性进展过程中，CAF细胞的状态发生改变，通常转变为收缩的肌成纤维细胞或分泌表型，因此与上述耐药的持久癌细胞相关的高多不饱和脂质状态有相似之处。单细胞RNA测序（scRNAseq）已经在这个群体中发现了其他的表型多样性，包括那些具有收缩和分泌行为的个体。小鼠胰腺癌模型显示了特定背景下的促癌或抑癌CAF功能。这种复杂性突出了强大的生理性相关模型系统的重要性，该模型系统可以定义特定成纤维细胞表型的精确功能，使生物标志物的开发能够为筛选患者进行靶向治疗提供信息，并促成直接靶向CAF的治疗目的。这些研究极大地受益于CAF与癌细胞或类器官的共培养，然后这些细胞或类器官可以接触到候选疗法。或者，气液界面肿瘤类器官培养结合内源性CAF而不需要重建。
未来的机遇
确定不同癌症类型强有力的治疗靶点是一项高度优先的任务。研究人员巨大的努力促进了成功靶向发生体细胞突变的癌蛋白。然而，许多癌症并不表达激酶癌基因，并且对单一药物治疗的耐药性也经常迅速发生。因此，靶向这一视角中所描述的新兴癌症靶点来开发新的治疗药物可能会为更多患者提供靶向治疗的方法，但也可以提供附加药物来创建联合方案。新型癌症靶点的多样性提供了所有患者未来都将从精准医学指导的治疗中受益的希望。
同时，未来的努力必须考虑癌细胞本身和TME细胞的细胞状态异质性。通过发展重组或内在保存将成纤维细胞、免疫和血管合并在一起的复合类器官共培养技术，进一步模拟肿瘤微环境对细胞状态的影响。例如，原发肿瘤组织的3D培养保持了在体内才能观察到的一些细胞异质性和细胞状态转变。3D培养还可以分析肿瘤水平（tumor-level）的表型，如集体侵袭、免疫监视和器官定植，而这些在2D培养中很难建模。这些类型的方法还可以开发出更精确的人类癌症动物模型。
此外，scRNAseq分析还揭示了多种不同细胞状态对肿瘤复发的不同贡献。有选择地耗尽干细胞样祖细胞群体或可能导致肿瘤复发的部分持久细胞（persister cell）亚群，比完全消除所有残留肿瘤细胞更容易实现。此外，更深入地了解持久细胞在治疗压力下生存和再生的能力，可能会提出新的治疗方法。
为了改善患者的预后，不仅要单独（in isolation）靶向癌症，而且要将其作为更大生态系统的一部分，这一点至关重要。虽然TME的复杂成分和活性的去卷积还处于初级阶段，但值得注意的功能还包括靶向免疫和靶向血管治疗的临床疗效，以提高进一步识别靶点的可能性。有效破坏肿瘤生态系统的能力可能有助于解决一个重大的临床挑战，即必须靶向肿瘤和微环境中的多个异质细胞群体。
此外，由于TME成分在其他环境中发挥重要作用，例如在健康器官中，治疗性基质靶向的潜在毒性将需要深入的评估。细胞状态的概念可以极大地帮助这一过程，因为它将一个由可能的突变模式和TME所组成的令人望而生畏的、本质上却是无限的宇宙（universe）化解（collapsing）为一个不同肿瘤细胞状态非常有限的范围。
虽然我们最初定义标准来评估支持特定靶点其证据强度的框架集中在癌基因靶点上，但同样的原则也适用于这些癌症驱动因素新的类别。具体地说，来自几个不同实验室的体外和体内多个实验系统的实验证据为临床转化的优先靶标提供了一条明确的途径。由于在某些情况下，只有几个实验模型可以研究这里所描述的特定类别的癌症靶点，因此必须共同努力创建和表征更多的实验模型，这仍然是当务之急。
最后，非癌基因和TME靶点的发现和认证（credentialing）将伴随着定义标志或特征的需要，这些标志或特征允许对最有可能从这种癌症新疗法中受益的患者进行分层。对于某些靶点，免疫组化的方法或分子图谱或测序将足以对那些治疗可能有反应的患者进行分层。然而，对于其他靶点，确定对内在或外在聚焦疗法可能或无效的肿瘤将需要可应用于临床样本的新工具，例如评估肿瘤组织中多参数基因表达的能力。虽然少数诊断测试是基于基因表达的，但要将这些成果扩展到临床实践中，将需要对样本采集和测试进行重大改变。
尽管存在这些挑战，定义和认证更广泛的癌症靶标现在仍然是可能的。此外，未来的工作将需要开发强有力的方法来测试潜在的组合，特别是当靶向针对肿瘤和TME的时候。综合靶向肿瘤内在和外在因素的方法可产生合理的组合，有望提供稳健和持久的治疗结局。
—END—
撰文丨农民工
排版丨豨莶
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