引言

NCI-H1781 細胞，亦稱為 H1781、H-1781 及 NCIH1781 （Cellosaurus 存取編號 CVCL_1494），是一種透過美國國家癌症研究所（NCI）肺癌細胞系計畫系統性建立的人類非小細胞肺癌（NSCLC）細胞系，並首次收錄於 NCI-海軍醫學腫瘤學分部細胞系資料庫中。[1] 該細胞系之所以成為非小細胞肺癌（NSCLC）研究的基石模型，是因為其攜帶一種 HER2 第 20 外顯子活化性插入突變（G776insV_G/C，即甘胺酸-776→纈胺酸/半胱胺酸缺失，亦寫作 A775insV，G776C），這是一種在約 2–3% 的肺腺癌中發現的驅動突變類別。這種獨特的遺傳背景使 NCI-H1781 成為評估 HER2 靶向激酶抑制劑、研究抗藥性機制以及闡明下游致癌訊號傳導的不可或缺工具。 包括「癌症細胞系百科全書」（CCLE）及「癌症依賴性地圖」計畫在內的大規模基因組計畫，已透過多組學數據集對該細胞系進行進一步註釋，使其應用範圍擴展至泛癌症藥物基因組學研究。[2]

重點摘要

• NCI-H1781 攜帶一種會激活 HER2 的第 20 外顯子插入突變（G776insV_G/C，亦寫作 A775insV,G776C），該突變會持續激活 HER2 和 EGFR 訊號傳導。
• 該細胞系是用於測試非小細胞肺癌（NSCLC）中不可逆與可逆 HER2 激酶抑制劑的主要體外模型。
• 除了 HER2 驅動基因突變外，還同時存在 TP53（p.Val157Phe）純合突變及 PTEN 移碼突變的雜合突變。
• 透過大型合作計畫，已可公開取得全面性的多組學註釋（全外顯子組定序、RNAseq、蛋白質體學、SNP 晶片、藥物篩選）。
• 該細胞系本身對吉非替尼和厄洛替尼等 EGFR 選擇性酪胺酸激酶抑制劑具有內在抗藥性，因此成為一個極具價值的抗藥性模型。

什麼是 NCI-H1781？

NCI-H1781 源自一名經診斷為微侵襲性肺腺癌的 66 歲女性患者的胸腔積液。 該細胞系的建立是美國國家癌症研究所（NCI）內部肺癌細胞系計畫的一部分，該計畫始於 1976 年，旨在建立具備全面註釋的人類癌症模型。[3] 其最具特徵的遺傳特徵為 HER2 第 20 外顯子的一種雜合性同框插入突變，該突變在激酶結構域的第 776 位點引入了額外的胺基酸殘基，從而形成一種持續活化的受體。 該細胞系還攜帶一種純合性 TP53 錯義突變（p.Val157Phe），此突變最初由 Mitsudomi 及其同事所發現，[4] 以及透過大規模外顯子組定序研究證實的 PTEN 雜合子移碼突變（p.Gln245fs*6）。[2] [8] 根據微衛星不穩定性分析，該血統被歸類為低微衛星不穩定性（MSI-low）；而祖源估算結果顯示，其遺傳背景主要源自北歐與南歐。[5] 關鍵在於，該細胞系中的 EGFR 本身為野生型，因此對藥物的敏感性完全取決於突變的 HER2 受體，這為解析 HER2 特異性致癌訊號傳導提供了純淨的模型。

細胞培養資訊

NCI-H1781 的優勢

NCI-H1781 的首要優勢在於，其具有在野生型 EGFR 背景上經基因鑑定確定的 HER2 第 20 外顯子插入突變。此組合使研究人員能夠明確將藥物反應歸因於 HER2 抑制作用，而非 EGFR 的交叉活性。 由於此類突變約佔所有肺腺癌患者的 2–3%，且歷來缺乏獲批的治療方案，NCI-H1781 填補了 EGFR 突變細胞系無法解決的關鍵空白。因此，該細胞系在 HER2 驅動的非小細胞肺癌（NSCLC）藥物研發中，作為最廣泛使用的細胞參考標準，佔據了獨特地位。

在大型合作聯盟框架下進行的多組學特徵分析，進一步提升了該細胞系的研究價值。NCI-H1781 已透過全外顯子定序、SNP 晶片、RNA 定序、微陣列、DNA 甲基化分析、反相蛋白質陣列以及藥物篩選面板進行了特徵分析。[2] [6] [7] [8] 如此詳盡的註解，使研究人員能夠將自身的藥理學發現與現有的多組學資料集整合，從而大幅加速假說建立的過程。極高的解凍後存活率（97.5%）以及始終維持在 97% 以上的傳代培養存活率，確保實驗結果在多次傳代過程中均具可重複性。

NCI-H1781 亦可作為 EGFR 標靶藥物的內部陰性對照。 由於其 EGFR 為野生型，且該細胞株本身對第一代 EGFR 酪胺酸激酶抑制劑（TKIs）不敏感，因此可與 EGFR 突變細胞株進行並行比較，從而更精確地闡明作用機制。將其納入全基因組極性基因刪除篩選中[9] 以及 KRAS 效應因子依賴性研究[10] 這顯示了該細胞系在哪些廣泛的研究情境中，除了其經典的 HER2 作用之外，還能提供有用的數據。

NCI-H1781 的限制

NCI-H1781 攜帶 TP53 與 PTEN 的共存突變，這可能導致對藥物反應數據的解讀產生混淆。TP53 p.Val157Phe 純合子替換會改變 p53 依賴性凋亡訊號傳導，進而可能影響藥物治療後觀察到的細胞死亡程度。 同樣地，PTEN 半合子功能不足可能在不依賴 HER2 的情況下激活 PI3K–AKT 訊號傳導，形成一種持續性的生存訊號背景，進而掩蓋或誇大抑制劑的作用。因此，研究人員在將表型特徵明確歸因於 HER2 時，應考慮在同源系統中進行平行實驗。

作為單一捐贈者來源且歷史悠久的細胞系，NCI-H1781 無法完整反映患者腫瘤中存在的腫瘤內異質性。在連續傳代過程中，克隆演化可能會引入原始腫瘤中原本不存在的額外遺傳變異。 透過短串聯重複序列分析進行真偽驗證，以及定期進行支原體檢測，仍是至關重要的品質控制措施；大型細胞系目錄已凸顯出這些做法對於維持數據可信度的關鍵重要性。[11]

此外，該細胞系在 HER2 第 20 外顯子插入型肺腺癌以外的應用情境中，其轉譯適用範圍亦有限。若研究需涉及 EGFR 活化突變、KRAS 驅動基因突變，或非小細胞肺癌（NSCLC）的其他組織學亞型，則需使用相應的輔助細胞系。 此外，作為二維單層模型，該細胞系無法重現體內存在的三維腫瘤微環境、血管化或免疫相互作用，這進一步凸顯了後續需進行異種移植或類器官驗證的必要性。

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應用領域

HER2 靶向激酶抑制劑評估

NCI-H1781 是用於評估非小細胞肺癌（NSCLC）中 HER2 靶向激酶抑制劑的基準細胞系。Shimamura、 Ji 及 Minami 所進行的開創性研究證實，不可逆性雙重 EGFR/HER2 抑制劑 HKI-272（neratinib）能強力抑制攜帶 G776insV_G/C 突變的 NCI-H1781 細胞增殖，並誘導 G1 期細胞週期停滯及凋亡。 [12] 關鍵的是，該研究還顯示 HKI-272 能抑制 HER2 和 EGFR 的自磷酸化，為使用不可逆抑制劑針對此類突變確立了機制基礎。[12]

在此基礎上，後續研究證實了其他不可逆性泛HER抑制劑的活性。 MP-412（AV-412）作為一種雙重 EGFR/ErbB2 抑制劑，在 NCI-H1781 異種移植模型中抑制了 ERBB2 的磷酸化及其下游訊號傳導，其體內抗腫瘤活性與體外研究結果一致。[13] 泛HER抑制劑塔洛克索替尼-E（tarloxotinib-E）作為一種缺氧活化的前藥，亦針對NCI-H1781細胞以及表達單一HER2突變的Ba/F3細胞進行了評估，並透過N-乙基-N-亞硝基脲致突變篩選，探討了對該藥物的耐藥機制。[14]

針對可逆性 HER2 抑制劑 sevabertinib 的研究指出，該藥物在攜帶 A775insV、G776C 外顯子 20 插入突變的 NCI-H1781 細胞中展現出強烈的抗增殖活性（_IC50 = 19.7 nmol/L），使塞瓦貝替尼躋身於該模型中測試過最強效的可逆性抑制劑之列。 研究人員在分析塞瓦貝替尼於 NCI-H1781 細胞中的活性特徵時，同時評估了下游信號通路的抑制作用，這凸顯了該細胞系在可逆性與不可逆性 HER2 抑制劑類別之間進行頭對頭比較時的實用價值。 同樣地，利用 NCI-H1781 並搭配野生型及 HER2 擴增的對照組，對奈拉替尼針對攜帶 HER2 致癌基因突變之肺癌細胞的抗腫瘤效果進行了表徵，進一步凸顯了該模型在此領域的核心作用。

EGFR TKI 抗藥性機制

NCI-H1781 的一項關鍵應用是建模對第一代 EGFR TKI 的內在耐藥性。 王及其同事證實，即使在 EGFR TKI 存在的情況下，HER2 YVMA 插入突變仍會使失活型和野生型 EGFR 發生跨磷酸化，這解釋了為何吉非替尼和厄洛替尼無法抑制該細胞系的訊號傳導。 [15] 在 H1781 細胞中敲低突變型 HER2，可恢復其對 EGFR TKI 的敏感性並增加凋亡，這證明了在這種情況下，HER2 是 TKI 抗藥性的主要驅動因子。[15]

Gadgeel 及其同事透過將 NCI-H1781（野生型 EGFR）與 EGFR 突變型非小細胞肺癌（NSCLC）細胞系進行雙重 EGFR 與 COX-2 阻斷實驗，證實了此種抗藥性表型。 [16] NCI-H1781 的數據顯示，在 EGFR 野生型細胞中，同時使用厄洛替尼和塞來昔布並未產生加乘效益，這強調了 EGFR 突變狀態決定了對 EGFR 靶向聯合治療策略的反應。 [16] 這些發現使 NCI-H1781 成為以 EGFR 為核心之組合療法的寶貴陰性對照。

針對 (-)-表沒食子兒茶素-3-沒食子酸酯衍生物與順鉑或紫杉醇聯合使用的研究，進一步將 NCI-H1781 作為野生型 EGFR 非小細胞肺癌（NSCLC）的對照組，以探討 EGFR 訊號傳導路徑中的磷酸化變化。 這些研究發現，即使在缺乏激活型 EGFR 突變的情況下，細胞毒性聯合療法仍能抑制下游的 EGFR 訊號傳導。這系列研究共同證實了該細胞株作為實驗對照組的價值，可將 HER2 特異性藥理效應與 EGFR 特異性藥理效應加以區分。

抗體-藥物偶聯物與聯合療法研究

NCI-H1781 已被用於研究針對 HER2 的抗體藥物偶聯物（ADC）在非小細胞肺癌（NSCLC）中的活性。Cretella 及其同事證實，曲妥珠單抗艾坦辛（T-DM1）， 一種由曲妥珠單抗與微管抑制劑 DM1 結合而成的 ADC，在 HER2 過度表達的非小細胞肺癌（NSCLC）細胞系中展現了抗增殖與促凋亡作用，並能在體外克服吉非替尼的抗藥性。 [17] 該研究是首批系統性探討 T-DM1 在肺癌（而非乳腺癌）中活性的研究之一，並以 NCI-H1781 細胞系作為 HER2 突變型肺腺癌的模型。[17]

王及其同事證實，包括拉帕替尼、曲妥珠單抗以及不可逆性泛HER抑制劑CI-1033在內的經典HER2靶向藥物，均能抑制NCI-H1781細胞的生長，這驗證了多種抑制HER2的機制途徑。 [15] 這些比較數據對於界定針對 HER2 第 20 外顯子插入突變具活性的藥物譜起到了關鍵作用。 網絡藥理學研究亦將 NCI-H1781 作為體外非小細胞肺癌（NSCLC）模型，用以評估新型植物來源化合物聯合治療後細胞存活率、凋亡及克隆形成能力，這顯示該模型在篩選多種治療模式方面具有廣泛適用性。

泛癌症基因組與蛋白質體學分析

NCI-H1781 是大型癌症細胞系資源庫中註釋最詳盡的細胞系之一。 《癌症細胞系百科全書》（Cancer Cell Line Encyclopedia）彙編了數百種細胞系的基因表達、染色體拷貝數及大規模平行定序數據，以實現藥物敏感性的預測建模，而 NCI-H1781 則作為經文獻記載的非小細胞肺癌（NSCLC）模型為此做出貢獻。 [2] CCLE 的下一代擴展版本新增了 RNA 剪接、DNA 甲基化、組蛋白 H3 修飾及 microRNA 表達層面，進一步深化了 NCI-H1781 的分子圖譜。[8]

蛋白質體學研究為 NCI-H1781 的基因組資料集提供了互補資訊。透過反相蛋白陣列分析，測量了 650 多個細胞系中約 230 種關鍵癌症相關蛋白質的表達水平，結果顯示磷酸化蛋白質譜能為藥物敏感性提供超越單純 mRNA 資料的預測能力。 [7] 透過質譜分析建立的涵蓋 949 個人類癌症細胞系的泛癌症蛋白質組圖譜，進一步量化了超過 8,000 種蛋白質，其中 NCI-H1781 作為非小細胞肺癌（NSCLC）的代表細胞系之一被納入其中。[18]

轉錄組學資源則進一步提升了解析度。一項針對 675 個人類癌症細胞系的全面性 RNA 定序研究，系統性地彙整了基因表達、突變及基因融合等資訊，為 NCI-H1781 提供了支持路徑分析的轉錄參考資料。 [6] TCLP 資源透過鑑定 HLA 類型、識別表達的病毒，以及預測包含 NCI-H1781 在內的 1,000 多個細胞系中的新抗原表位，對上述數據進行了補充，為免疫療法相關研究開闢了新途徑。 [19] 蛋白質體學分析研究亦闡明了小細胞肺癌（SCLC）與非小細胞肺癌（NSCLC）細胞系之間差異活化的路徑，其中 NCI-H1781 作為非小細胞肺癌的參考標準。[20]

新型化合物篩選與藥物基因組學

NCI-H1781 已被納入大規模藥物基因組學篩選計畫，用以將基因變異與藥物敏感性建立關聯。 一項涵蓋超過 1,000 種癌症細胞系的藥物基因組學交互作用全景分析，將體細胞突變、拷貝數變異、DNA 甲基化及基因表達與 265 種藥物的敏感性進行關聯分析，其中 NCI-H1781 提供了關於 HER2 驅動敏感性模式的數據。 [21] 一項「化學優先」的藥物發現範式，針對超過 100 種肺癌細胞模型篩選了 200,000 種化合物的化合物庫，並將 NCI-H1781 作為肺癌特徵性體細胞病變代表性面板的一部分。[22]

透過在 92 種細胞系中進行組合式 siRNA 篩選，建立 KRAS 效應子依賴性分析圖譜，其中納入 NCI-H1781 以闡明不同致癌基因型如何調動各異的效應子節點，有助於更全面地理解肺癌中的訊號傳導異質性。 [10] 針對超過 100 條非小細胞肺癌（NSCLC）細胞系的 RB 相關基因表達分析，證實 NCI-H1781 中 RB 基因表達完整，為細胞週期調控研究提供了背景參考。 [23] 此外，全基因組微缺失篩選在 684 種癌症細胞系中鑑定出極性複合體基因的破壞，其中 NCI-H1781 的數據有助於闡明潛在的新型腫瘤抑制機制。[9]

針對近 1,400 種癌症細胞系的祖源分析顯示，NCI-H1781 主要屬於歐洲遺傳背景，此分類對於詮釋特定族群的藥物基因組學發現，以及確保藥物篩選面板的多樣性具有重要意義。 [5] 綜上所述，這些藥物基因組學應用證明，NCI-H1781 在多細胞系藥物發現框架中提供了寶貴的 HER2 特異性數據點，使研究人員能夠大規模識別敏感性或抗藥性的遺傳預測因子。

結論

NCI-H1781（CVCL_1494）是 HER2 第 20 外顯子插入所致非小細胞肺癌（NSCLC）的首屈一指細胞模型，提供了一個遺傳特徵明確的平台，可用於評估靶向激酶抑制劑、闡明抗藥性機制，並為泛癌症多組學聯盟做出貢獻。 從 2006 年對 HKI-272 活性的里程碑式驗證 [12]，到當代關於可逆性 HER2 抑制劑和抗體藥物偶聯物的研究，該細胞系一再證明了其轉譯相關性。 該細胞系在基因組、轉錄組及蛋白質組層面均具備詳盡的註釋資料，使其應用價值遠超單一標靶藥理學範疇，成為現代癌症生物學工具箱中的一項多功能工具。 研究人員若需經驗證、經過嚴格品質控制且解凍後存活率確認高於 97% 的 NCI-H1781 庫存細胞，可直接於 cytion.com 訂購該細胞系或查詢相關規格。

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