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研究目的:明确顺铂耐药肿瘤细胞和顺铂敏感肿瘤细胞之间的适应性差异及其潜在机制,证实顺铂化疗时保留一定量顺铂敏感细胞可以显著抑制顺铂耐药细胞的生长,延长患者生存期。通过建立基于实验数据的数学模型模拟分析各种治疗方案的优劣。研究方法:诱导构建HeLa、HGC27和AGS三株细胞的顺铂耐药细胞株,通过细胞生长曲线实验分析耐药细胞和敏感细胞对谷氨酰胺的消耗量,细胞活力、集落形成实验和流式细胞术分析两种细胞的抗氧化应激能力。qRT-PCR和Western Blotting比较两种细胞KRAS、GLS、GOT1、GLUD1等信号分子的表达。体外和体内实验对比顺铂敏感细胞和顺铂耐药细胞生长的差异。HeLa细胞和HeLa顺铂耐药细胞混合接种的裸鼠移植瘤模型中分析顺铂化疗时保留适当敏感细胞是否可以显著延长生存获益。根据体内实验参数构建裸鼠移植瘤的生长模型,再根据生长模型构建肿瘤的治疗模型进一步分析比较各种化疗方案所带来的生存获益。研究结果:我们发现顺铂耐药细胞正常生长对谷氨酰胺的消耗量明显增加,同时耐药细胞抗氧化应激能力明显增强,进一步研究发现耐药细胞通过快速谷氨酰胺分解代谢提高清除活性氧能力进而耐受顺铂,这一改变是由KRAS促进GOT1的表达和抑制GLUD1的表达所介导。细胞生长曲线和细胞活力实验证实快速的谷氨酰胺分解代谢是用来维持耐药机制正常运行的,但是对于耐药细胞在没有药物存在下的生长是不需要的,甚至变成生长的负担。随后在体外实验中,我们发现在谷氨酰胺充足的条件下,细胞生长曲线和集落形成实验均证实顺铂耐药细胞的生长显著慢于顺铂敏感细胞,进一步研究发现耐药细胞增殖减慢及凋亡率增加。裸鼠移植瘤模型中也发现耐药细胞生长明显慢于敏感细胞,且耐药细胞在体内生长时其增殖慢于敏感细胞而凋亡率高于敏感细胞,我们还观察到耐药细胞微血管密度明显升高,提示耐药细胞需要更多的血管去提供营养物质,特别是谷氨酰胺。进一步我们发现当耐药细胞和敏感细胞共存于体内时耐药细胞的生长被敏感细胞完全抑制。在裸鼠移植瘤模型中模仿顺铂化疗发现治疗时保留一定量敏感细胞的控制策略反而可以显著抑制顺铂耐药细胞的生长,延缓耐药的进展。我们基于体内实验参数所构建的数学模型发现一个比传统治疗频率更低的给药方案可以显著延长患者的生存期,而一个高频和低频切换的适应性治疗方案显著延长患者生存期的同时还可以维持一个较低的肿瘤负荷。研究结论:顺铂耐药细胞由于增强的抗氧化应激能力导致其在没有药物选择性压力存在的情况下适应性显著差于顺铂敏感细胞,同时在体内实验中顺铂敏感细胞可以显著抑制顺铂耐药细胞的生长。和传统治疗策略相比,通过充分发挥顺铂耐药细胞和顺铂敏感细胞之间的竞争关系去控制或者减慢肿瘤生长是一个更好的肿瘤治疗策略。