引言

NCI-H1781 细胞，又名 H1781、H-1781 和 NCIH1781 （Cellosaurus 登录号 CVCL_1494），是一株通过美国国家癌症研究所（NCI）肺癌细胞系计划系统建立的人类非小细胞肺癌（NSCLC）细胞系，最初收录于 NCI-海军医学肿瘤学分部细胞系数据库中。[1] 该细胞系之所以成为非小细胞肺癌（NSCLC）研究中的基石模型，是因为其携带一种HER2外显子20激活性插入突变（G776insV_G/C，即甘氨酸-776→缬氨酸/半胱氨酸缺失，也写作A775insV，G776C），这是一种驱动突变类型，约见于2–3%的肺腺癌中。这种独特的遗传背景使得NCI-H1781在评估HER2靶向激酶抑制剂、研究耐药机制以及表征下游致癌信号通路方面不可或缺。 包括“癌症细胞系百科全书”（CCLE）和“癌症依赖性图谱”项目在内的大规模基因组学计划，已利用多组学数据集对该细胞系进行了进一步注释，将其应用范围扩展至泛癌药理遗传学研究。[2]

要点总结

• NCI-H1781携带一种激活型HER2外显子20插入突变（G776insV_G/C，亦写作A775insV,G776C），该突变会持续激活HER2和EGFR信号通路。
• 该细胞系是用于测试非小细胞肺癌（NSCLC）中不可逆和可逆HER2激酶抑制剂的主要体外模型。
• 除HER2驱动基因突变外，还存在TP53（p.Val157Phe）纯合突变和PTEN杂合移码突变。
• 通过大型联合研究项目，综合多组学注释（全外显子组测序、RNA测序、蛋白质组学、SNP芯片、药物筛选）已向公众开放。
• 该细胞系对吉非替尼和厄洛替尼等EGFR选择性酪氨酸激酶抑制剂具有固有耐药性，因此成为一种有价值的耐药模型。

什么是 NCI-H1781？

NCI-H1781 源自一名被诊断为微侵袭性肺腺癌的 66 岁女性患者的胸腔积液。 该细胞系的建立是美国国家癌症研究所（NCI）内部肺癌细胞系计划的一部分，该计划始于1976年，旨在建立具有全面注释的人类癌症模型。[3] 其特征性的遗传特征是HER2外显子20的杂合性框内插入，该插入在激酶域的776位点引入了额外的氨基酸残基，从而形成了一个持续活化的受体。 该细胞系还携带一个纯合的TP53错义突变（p.Val157Phe），该突变最初由Mitsudomi及其同事鉴定，[4] 以及通过大规模外显子组测序研究证实的PTEN杂合子移码突变（p.Gln245fs*6）。[2] [8] 微卫星不稳定性分析将该谱系归类为低微卫星不稳定性（MSI-low），而祖源推断结果显示，其遗传背景主要源自北欧和南欧。[5] 关键的是，该细胞系中的EGFR本身为野生型，因此对药物的敏感性完全由突变型HER2受体决定，这为解析HER2特异性致癌信号传导提供了一个纯净的模型。

细胞培养信息

NCI-H1781的优势

NCI-H1781 的首要优势在于，它在野生型 EGFR 背景下具有经基因鉴定确认的 HER2 第 20 外显子插入突变。这种组合使研究人员能够明确将药物反应归因于 HER2 抑制，而非 EGFR 的交叉活性。 由于该突变类型约占所有肺腺癌患者的2%至3%，且历史上一直缺乏获批的治疗方案，NCI-H1781填补了EGFR突变细胞系无法满足的关键需求。因此，该细胞系作为HER2驱动型非小细胞肺癌（NSCLC）药物研发中最广泛使用的细胞参考标准，占据着独特的地位。

在大型合作联盟框架内进行的多组学特征分析，进一步提升了该细胞系的研究价值。NCI-H1781 细胞系已通过全外显子组测序、SNP 芯片、RNA 测序、微阵列、DNA 甲基化分析、反相蛋白质芯片以及药物筛选面板进行了特征分析。[2] [6] [7] [8] 如此详尽的注释使研究人员能够将自身的药理学发现与现有的多组学数据集相结合，从而大幅加快假设的提出。较高的解冻后存活率（97.5%）以及始终保持在97%以上的传代存活率，确保了实验结果在多次传代过程中具有可重复性。

NCI-H1781 也可作为 EGFR 靶向药物的内部阴性对照。 由于该细胞系携带野生型 EGFR，且其本身对第一代 EGFR 酪氨酸激酶抑制剂（TKIs）不敏感，因此可与 EGFR 突变细胞系进行并行比较，从而更清晰地阐明作用机制。将其纳入全基因组极性基因缺失筛选中[9] 以及KRAS效应子依赖性研究[10] 这说明了该细胞系在除其经典的HER2作用之外，还能为广泛的研究领域提供有价值的数据。

NCI-H1781的局限性

NCI-H1781 携带 TP53 和 PTEN 的共存突变，这可能会干扰对药物反应数据的解读。TP53 p.Val157Phe 纯合子替换会改变 p53 依赖性凋亡信号传导，从而可能影响药物治疗后观察到的细胞死亡程度。 同样，PTEN 半合子功能不足可能在不依赖 HER2 的情况下激活 PI3K–AKT 信号通路，从而形成一种持续存在的生存信号背景，这种背景可能会掩盖或夸大抑制剂的作用。因此，研究人员在将表型特异性地归因于 HER2 时，应考虑在同源系统中进行平行实验。

作为一种源自单一供体的、历史悠久的细胞系，NCI-H1781 无法完全反映患者肿瘤中存在的肿瘤内异质性。在连续传代过程中，克隆演化可能会引入原始肿瘤中不存在的额外遗传变化。 通过短串联重复序列分析进行鉴定以及定期进行支原体检测，仍是至关重要的质量控制措施；大型细胞系目录已凸显出这些做法对于维护数据可信度的重要性。[11]

此外，该细胞系在HER2外显子20插入突变型肺腺癌以外的其他情境中，其转化研究范围也较为有限。对于需要EGFR激活突变、KRAS驱动基因突变或非小细胞肺癌（NSCLC）其他组织学亚型的研究，则需要使用相应的补充细胞系。 此外，作为一种二维单层模型，它无法再现体内存在的三维肿瘤微环境、血管化或免疫相互作用，这突显了后续进行异种移植或类器官验证的必要性。

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应用

HER2靶向激酶抑制剂评估

NCI-H1781是评估非小细胞肺癌（NSCLC）中HER2靶向激酶抑制剂的基准细胞系。Shimamura、 Ji 和 Minami 开展的开创性研究表明，不可逆的双重 EGFR/HER2 抑制剂 HKI-272（奈拉替尼）能强效抑制携带 G776insV_G/C 突变的 NCI-H1781 细胞的增殖，诱导 G1 期细胞周期阻滞和凋亡。 [12] 至关重要的是，该研究还表明HKI-272可抑制HER2和EGFR的自身磷酸化，从而为使用不可逆抑制剂针对此类突变确立了机制基础。[12]

在此基础上，后续研究证实了其他不可逆泛HER抑制剂的活性。 MP-412（AV-412）作为一种双重EGFR/ErbB2抑制剂，在NCI-H1781异种移植模型中抑制了ERBB2的磷酸化及其下游信号传导，其体内抗肿瘤活性与体外研究结果一致。[13] 泛HER抑制剂塔洛克替尼-E（tarloxotinib-E）作为一种缺氧激活的前药，也针对NCI-H1781细胞以及表达单个HER2突变的Ba/F3细胞进行了评估，并通过N-乙基-N-亚硝基脲诱变筛选探索了该药物产生的耐药机制。[14]

针对可逆性HER2抑制剂塞瓦贝替尼的研究表明，该药物在携带A775insV、G776C外显子20插入突变的NCI-H1781细胞中表现出强烈的抗增殖活性（_IC50 = 19.7 nmol/L），使塞瓦贝替尼跻身于该模型中测试过的效力最强的可逆性抑制剂之列。 在对NCI-H1781细胞中塞瓦贝替尼活性特征进行表征的同时，还对其下游信号通路的抑制作用进行了分析，这突显了该细胞系在可逆与不可逆HER2抑制剂类别之间进行头对头比较方面的实用价值。 同样，利用NCI-H1781细胞系，结合野生型和HER2扩增的对照组，对内拉替尼针对携带HER2致癌基因突变的肺癌细胞的抗肿瘤效应进行了表征，这进一步凸显了该模型在该领域中的核心作用。

EGFR TKI 耐药机制

NCI-H1781 的一项关键应用是模拟对第一代 EGFR TKI 的内在耐药性。 Wang 及其同事证明，即使在存在 EGFR TKI 的情况下，HER2 YVMA 插入突变也会使激酶失活型和野生型 EGFR 发生交叉磷酸化，这解释了为何吉非替尼和厄洛替尼无法抑制该细胞系的信号传导。 [15] 在 H1781 细胞中敲低突变型 HER2 可恢复其对 EGFR TKI 的敏感性并增强凋亡，这表明在此背景下，HER2 是 TKI 耐药性的主要驱动因素。[15]

Gadgeel及其同事通过将NCI-H1781（野生型EGFR）与EGFR突变型非小细胞肺癌（NSCLC）细胞系进行比较，并在双重EGFR和COX-2阻断实验中，证实了这一耐药表型。 [16] NCI-H1781的数据表明，在EGFR野生型细胞中，厄洛替尼与塞来昔布的联合治疗未产生协同获益，这强调了EGFR突变状态决定了对EGFR靶向联合治疗策略的反应。 [16] 这些发现使NCI-H1781成为EGFR为中心的联合治疗研究中一个有价值的阴性对照。

利用(-)-表没食子儿茶素-3-没食子酸酯衍生物与顺铂或紫杉醇联合治疗的研究，进一步将NCI-H1781用作野生型EGFR非小细胞肺癌的对照组，以考察EGFR信号通路中的磷酸化变化。 这些研究发现，即使在缺乏EGFR激活突变的情况下，细胞毒性联合用药仍能抑制下游EGFR信号传导。这一系列研究共同证明了该细胞系作为实验对照的价值，可将HER2特异性药理效应与EGFR特异性药理效应区分开来。

抗体药物偶联物与联合治疗研究

NCI-H1781已被用于研究针对HER2的抗体药物偶联物（ADCs）在非小细胞肺癌中的活性。Cretella及其同事证明，曲妥珠单抗艾坦辛（T-DM1）， 一种由曲妥珠单抗与微管抑制剂DM1偶联而成的ADC，在HER2过表达的非小细胞肺癌细胞系中具有抗增殖和促凋亡作用，并在体外克服了吉非替尼耐药性。 [17] 该研究是首批系统探索T-DM1在肺癌（而非乳腺癌）中活性的研究之一，其中NCI-H1781细胞系提供了HER2突变型肺腺癌的模型。[17]

Wang及其同事证明，包括拉帕替尼、曲妥珠单抗以及不可逆性泛HER抑制剂CI-1033在内的经典HER2靶向药物均能抑制NCI-H1781细胞的生长，这验证了多种抑制HER2的机制途径。 [15] 这些比较数据对于界定针对HER2外显子20插入突变具有活性的药物谱起到了关键作用。 网络药理学研究也利用NCI-H1781作为体外非小细胞肺癌（NSCLC）模型，评估了新型植物来源化合物联合治疗后细胞的存活率、凋亡和克隆形成能力，这说明该模型在筛选多种治疗方式方面具有广泛适用性。

泛癌种基因组和蛋白质组学分析

NCI-H1781是大型癌症细胞系资源库中注释最为详尽的细胞系之一。 《癌症细胞系百科全书》（Cancer Cell Line Encyclopedia）汇编了数百个细胞系的基因表达、染色体拷贝数及大规模并行测序数据，以实现药物敏感性的预测建模，其中 NCI-H1781 作为经证实的非小细胞肺癌（NSCLC）模型做出了贡献。 [2] 下一代 CCLE 扩展版增加了 RNA 剪接、DNA 甲基化、组蛋白 H3 修饰和微 RNA 表达层，进一步深化了 NCI-H1781 的分子图谱。[8]

蛋白质组学研究对NCI-H1781的基因组数据集进行了补充。通过反相蛋白质芯片表征，测定了650余种细胞系中约230种关键癌症相关蛋白的表达水平，结果表明，磷酸化蛋白谱在预测药物敏感性方面具有超越单纯mRNA数据的预测能力。 [7] 通过质谱技术生成的涵盖949个人类癌细胞系的泛癌蛋白组图谱，进一步定量分析了8,000余种蛋白质，其中NCI-H1781作为非小细胞肺癌（NSCLC）的代表样本被纳入其中。[18]

转录组学资源进一步提高了研究的分辨率。一项针对675个人类癌细胞系的全面RNA测序研究，系统地整理了基因表达、突变和基因融合情况，为NCI-H1781提供了转录参考，支持基于信号通路的分析。 [6] TCLP资源通过测定HLA分型、鉴定表达的病毒以及预测包括NCI-H1781在内的1,000余条细胞系中的新表位，对上述数据进行了补充，为免疫疗法相关研究开辟了新途径。 [19] 蛋白质组学分析还鉴定出小细胞肺癌（SCLC）与非小细胞肺癌（NSCLC）细胞系之间差异激活的信号通路，其中NCI-H1781作为NSCLC的参考细胞系。[20]

新化合物筛选与药物基因组学

NCI-H1781已被纳入大规模药物基因组学筛选项目，用于将基因改变与药物敏感性建立关联。 一项涵盖 1,000 多种癌细胞系的药物基因组学相互作用全景研究，将体细胞突变、拷贝数变异、DNA 甲基化和基因表达与 265 种药物的敏感性相关联，其中 NCI-H1781 为 HER2 驱动的敏感性模式提供了数据支持。 [21] 一种“化学优先”的药物发现范式对包含20万种化合物的化合物库进行了筛选，覆盖了100多种肺癌细胞模型，其中NCI-H1781作为肺癌特征性体细胞病变代表性面板的一部分被纳入其中。[22]

在92条细胞系中，利用组合式siRNA筛选进行KRAS效应子依赖性分析，其中纳入了NCI-H1781，以阐明不同致癌基因型如何激活不同的效应子节点，从而有助于更全面地理解肺癌中信号传导的异质性。 [10] 对100余条非小细胞肺癌（NSCLC）细胞系的RB相关基因表达分析证实，NCI-H1781中RB表达完整，为细胞周期调控研究提供了背景信息。 [23] 此外，全基因组微缺失筛选在684个癌细胞系中发现了极性复合体基因的破坏，其中NCI-H1781的数据有助于表征潜在的新型肿瘤抑制机制。[9]

针对近1,400条癌细胞系的祖源分析将NCI-H1781归类为以欧洲遗传背景为主的群体，这一分类对于解读特定人群的药物基因组学研究结果以及确保药物筛选面板的多样性具有重要意义。 [5] 总体而言，这些药物基因组学应用表明，NCI-H1781 在多细胞系药物发现框架内提供了宝贵的 HER2 特异性数据点，使研究人员能够大规模识别敏感性或耐药性的遗传预测因子。

结论

NCI-H1781（CVCL_1494）是HER2外显子20插入驱动型非小细胞肺癌（NSCLC）的首要细胞模型，为评估靶向激酶抑制剂、表征耐药机制以及参与泛癌种多组学联盟提供了遗传特征明确的平台。 从 2006 年对 HKI-272 活性的里程碑式验证 [12]，到当代关于可逆性 HER2 抑制剂和抗体药物偶联物的研究，该细胞系一再证明了其转化医学的相关性。 该细胞系在基因组、转录组和蛋白质组层面的广泛注释，使其应用价值远超单一靶点药理学范畴，使其成为现代癌症生物学工具箱中一款多功能工具。 寻求经过验证、严格质量控制且解冻后存活率确认高于97%的NCI-H1781库存细胞的研究人员，可直接访问cytion.com订购该细胞系或咨询相关规格。

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