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目的:在肿瘤微环境的调控下,肿瘤的代谢网络在癌基因和抑癌基因的驱动下进行重编程。不同驱动基因、不同组织类型的肿瘤的代谢表型具有极大的异质性。KRAS突变型肺腺癌具有谷氨酰胺依赖性,利用谷氨酰胺对三羧酸循环进行回补、维持氧化还原稳态并为大分子物质的合成提供底物。谷氨酰胺酶1（kidney-type glutaminase,GLS1）是谷氨酰胺代谢的关键酶,GLS1的抑制剂CB839在多种肿瘤中具有抗增殖活性。司美替尼是一种高效、高选择性的MEK抑制剂,靶向突变型KRAS主要激活的MEK/ERK通路,由于KRAS下游存在多条协同激活通路,单药治疗效果不理想。基于此,本研究计划用CB839来增加KRAS突变型肺腺癌对司美替尼的敏感性,通过体内外实验确认联合治疗的效果,用分子影像学手段进行疗效监测,并对联合治疗的机制进行初步探索。研究方法:1.对裸鼠皮下荷瘤模型进行了18F-Gln和18F-FDG PET/MR显像;CCK8法检测谷氨酰胺剥夺对细胞增殖能力的影响,确认KRAS突变型肺腺癌细胞对谷氨酰胺存在依赖性;Western blot检测了不同KRAS突变状态肺腺癌细胞代谢关键酶的表达;在A549细胞中下调KRAS的表达,在H1299细胞中上调KRAS的表达,检测c-Myc和GLS的蛋白表达变化。2.用CCK8法检测司美替尼和CB839在不同药物浓度和药物组合下对KRAS突变型的A549、H23、H2122细胞以及KRAS野生型的H1299、H838细胞增殖能力的影响,并计算协同系数,检验在KRAS突变型的肺腺癌细胞中CB839和司美替尼是否起到协同作用;用EDU实验和细胞克隆实验分析联合用药对细胞短期和长期增殖能力的影响;建立荷瘤裸鼠模型,分为对照组、司美替尼单药组、CB839单药组和联合治疗组,给与不同药物治疗,在体验证疗效,并用18F-FDG micro-PET显像对疗效进行在体监测,并用免疫组化检测代谢酶GLS和GLUT1的表达变化。3.检测代谢底物葡萄糖的消耗、产物乳酸、谷氨酸、ATP的生成,评估联合治疗对细胞代谢的影响;检测线粒体膜电位的变化和细胞内活性氧的水平,评估联合治疗是否影响了肿瘤的氧化还原稳态;用Western blot和免疫组化检测体内外条件下KRAS的主要协同激活通路PI3K/AKT的磷酸化水平及自噬相关指标的表达水平,对协同增敏的机制进行初步的探索。结果:1.18F-Gln PET/MR显像中A549细胞的瘤体部位有明显的显像剂浓聚,瘤体的%ID/g高于H1299细胞;用无谷氨酰胺培养基或CB839抑制分解时,A549细胞的增殖受到明显抑制,而H1299细胞的增殖仅在完全剥夺培养基中的谷氨酰胺时受到抑制;A549细胞GLS的表达水平高于H1299和HBE细胞;在A549细胞中下调KRAS的表达时,GLS和c-Myc的表达下降;在H1299细胞上调KRAS的表达时,GLS和c-Myc的表达上升。2、对于KRAS突变型的A549、H23、H2122细胞,不同浓度下联合治疗组的增殖抑制率均大于司美替尼组和/或CB839组;对于KRAS野生型的H1299、H838细胞,联合治疗组与司美替尼单药组的增殖抑制率无差异。司美替尼和CB839在KRAS突变型的肺腺癌细胞中表现为中等或强协同,在KRAS野生型的肺腺癌细胞中表现为弱协同或者单纯的叠加作用。KRAS突变的肺腺癌细胞对CB839更敏感,联合使用时可使司美替尼的IC50显著下降。EDU和克隆实验同样证明联合治疗组A549细胞的增殖率低于两个单药治疗组。体内实验中,治疗组较治疗前瘤体体积均有缩小,A549模型中联合组治疗后/治疗前肿瘤体积的比值小于单药治疗组,H1299模型中两个单药组和联合组之间的结果无差异;18F-FDG micro-PET代谢显像中,A549模型联合治疗组治疗后/治疗前SUVmax的比值均小于单药治疗组,100%（5/5）达到了部分代谢缓解,GLS1和GLUT1的表达下降;H1299模型中联合组与司美替尼组治疗后/治疗前SUVmax的比值不存在差异。3.联合治疗时A549细胞的线粒体膜电位下降,胞内活性氧的水平上升,18F-FDG的摄取,乳酸、谷氨酸、ATP的生成均减少。Western blot和免疫组化的结果显示,司美替尼单药治疗时,A549细胞中AKT的磷酸化水平出现代偿性上升,联合治疗组ERK和AKT的磷酸化水平下降,自噬的正性调节因子ULK1的磷酸化水平上升,自噬底物p62的表达降低。结论:KRAS突变的肺腺癌细胞对谷氨酰胺存在依赖性。在KRAS突变的肺腺癌细胞中CB839与司美替尼存在协同作用,体外可抑制肿瘤细胞增殖,体内可抑制瘤体生长,相比司美替尼和CB839单药治疗均带来了额外的疗效增益,其在体疗效可由18F-FDG代谢显像进行监测。联合治疗增大了KRAS突变型肺腺癌细胞的氧化还原和能量应激压力,同时抑制了主要协同通路PI3K/AKT通路的磷酸化,诱导细胞自噬,造成肿瘤细胞死亡。双重抑制KRAS突变所活化的通路（MEK/ERK通路）和成瘾代谢（谷氨酰胺代谢）,并利用PET显像动态监测治疗效果,可能是KRAS突变型肺腺癌一种可行的治疗策略。