RAS蛋白作为一种GTP结合蛋白分子开关调控细胞分化、增殖和存活。RAS家族中主要有HRAS、NRAS和KRAS三个成员,它们在肿瘤的发生发展中均具有重要的作用。RAS基因在三分之一的人类肿瘤中发生突变,其中KRAS是RAS家族中突变频率最高的成员,其在90%的胰腺癌、45%的结肠癌以及35%的肺癌中频发突变。KRAS突变肿瘤是最恶性、最难治疗的肿瘤之一。到目前为止临床上尚无靶向突变KRAS肿瘤的有效治疗方法。同时,越来越多的科学研究认为,KRAS是一个理想的肿瘤治疗靶点。最近研究显示,突变的KRAS蛋白能够调节肿瘤细胞的代谢过程,KRAS突变肿瘤细胞的生长也更依赖于这些改变了的代谢途径。因此,靶向异常的代谢通路是治疗KRAS突变肿瘤的新视角。通过检测KRAS同源细胞株的代谢组学改变,本研究发现,KRAS突变细胞中谷胱甘肽代谢途径存在显著异常,包括谷胱甘肽及其相关代谢产物量都明显高于野生型细胞。由于细胞内的半胱氨酸主要来自于细胞内的胱氨酸,因此,我们提出来假设:KRAS突变细胞对胱氨酸的高吸收率是其谷胱甘肽的含量明显高于野生型细胞的主要原因。为了验证这一假设,我们检测了两对KRAS同源细胞株对胱氨酸的吸收情况。结果显示,KRAS突变细胞对胱氨酸的吸收能力明显高于野生型细胞。细胞内的胱氨酸主要是经由System xc-(钠离子非依赖的半胱氨酸/谷氨酸逆向转运体)转运到细胞内,其活性主要取决于SLC7A11亚基。我们进而检测了 KRAS同源细胞中SLC7A11的转录表达水平,结果显示KRAS突变细胞高表达SLC7A11。为了验证KRAS突变细胞生长对SLC7A11的依赖性,我们利用siRNA干扰SLC7A11的转录表达,发现降低SLC7A11的表达能够选择性抑制KRAS突变细胞的生长。同样地,System xc-抑制剂柳氮吡啶(SAS)也能够选择性抑制KRAS突变细胞的生长,这一选择性抑制结果在其他同源细胞株和多种人源肿瘤细胞株中均得到证实。在Lox-STOP-Lox-KrasG12D小鼠模型中,SAS能够显著抑制小鼠肺部肿瘤的生长,同时延长小鼠的生存周期。以上实验结果说明,System xc-表达对KRAS突变肿瘤生长至关重要,高效的System xc-抑制剂可能是治疗KRAS突变肿瘤的重要手段。因此,本研究进一步利用靶向System xc-的细胞模型,筛选一系列化合物并进行化学结构优化,最终得到了新的System xc-小分子抑制剂HG106。HG106能够选择性抑制KRAS突变细胞的生长。分子机制研究发现,HG106通过抑制System xc-从而降低细胞内胱氨酸和谷胱甘肽水平,诱导细胞内氧化压力和内质网压力,同时降低线粒体的膜电势,最终导致细胞死亡。为了进一步探究HG106的体内抗肿瘤的效果,我们分别在KRAS突变肿瘤细胞异种移植模型、人肺癌原代皮下移植瘤模型以及Lox-STOP-Lox-KrasG12D小鼠自发性肺癌模型中对HG106的抗肿瘤活性进行了检测。实验结果显示,在上述三个动物模型中,HG106均表现出了比较好的抗肿瘤活性,抑制了肿瘤的生长同时延长了小鼠的生存时间。总结,本研究发现,KRAS突变肿瘤细胞中谷胱甘肽代谢存在异常,SLC7A11是突变KRAS的一个协同致死基因。在体外细胞模型及多种体内动物模型中,System xc-的小分子抑制剂HG106均能有效抑制KRAS突变肿瘤的生长。