非小细胞肺癌酪氨酸激酶抑制剂原发性耐药机制研究进展

肺癌是世界范围内常见的恶性肿瘤,非小细胞肺癌(NSCLC)是肺癌的主要组织学类型,约占80%。晚期NSCLC 患者内科治疗获益有限。近些年来,针对表皮生长因子受体(EGFR)的小分子靶向药物酪氨酸激酶抑制剂(TKI)在晚期NSCLC 治疗中的地位得到了肯定。然而,并不是所有的NSCLC 患者对TKI 敏感。

非小细胞肺癌酪氨酸激酶抑制剂原发性耐药机制研究进展

姚云峰 王俊 王宝成

【作者单位】250031 济南军区总医院肿瘤科

【通信作者】姚云峰, Email: yaoyunfeng.1976@ 163.com

【DOI】 10.3760/ cma.j.issn.0253⁃3766.2016.11.001

【基金项目】国家自然科学基金(81572875、81272619)

【摘要】 目的 肺癌是世界范围内常见的恶性肿瘤,非小细胞肺癌(NSCLC)是肺癌的主要组织学类型,约占80%。晚期NSCLC 患者内科治疗获益有限。近些年来,针对表皮生长因子受体(EGFR)的小分子靶向药物酪氨酸激酶抑制剂(TKI)在晚期NSCLC 治疗中的地位得到了肯定。然而,并不是所有的NSCLC 患者对TKI 敏感。一方面,非EGFR 敏感突变的患者对TKI 原发耐药;另一方面,即使EGFR 敏感突变的患者,仍有20%~30%的患者对TKI 原发性耐药。文章对晚期NSCLC 患者TKI 原发性耐药的现状和机制进行了分析。

【主题词】 癌, 非小细胞肺; 酪氨酸激酶抑制剂; 表皮生长因子受体; 突变; 耐药性

肺癌是世界范围内常见的恶性肿瘤,致死率高。非小细胞肺癌( non⁃small cell lung cancer,NSCLC)是肺癌的主要组织学类型,约占80%。多数NSCLC患者初诊时已处于晚期,失去手术切除的机会,只能选择内科治疗,但获益有限,其化疗中位总生存时间(overall survival,OS)仅为10~12 个月^[1]。近年来,针对表皮生长因子受体( epidermal growth factor receptor, EGFR) 的靶向药物酪氨酸激酶抑制剂(tyrosine kinase inhibitors,TKI),在NSCLC 尤其是肺腺癌治疗中的地位获得了肯定。与化疗比较,TKI缓解时间长,毒性低,是携带EGFR 基因敏感突变的晚期NSCLC 患者治疗的一线选择^[2]。目前,初始对TKI 有效的患者,有效持续时间可达9~13 个月,但最终都会发展为获得性耐药,其相关机制已进行了广泛研究。然而,并不是所有NSCLC 患者均对TKI敏感,也存在原发性耐药的情况。一方面,非EGFR敏感突变的患者约占所有肺腺癌的50%,这部分患者对TKI 原发耐药;另一方面,即使EGFR 敏感突变的患者,仍有20%~30%的患者对TKI 原发不敏感。

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TKI 的作用机制和临床应用

EGFR 属于表皮生长因子受体家族,该家族包括人表皮生长因子受体1( human epidermal growth factor receptor⁃1, HER⁃1)、HER⁃2、HER⁃3 和HER-4。EGFR 信号通路在细胞生长、增殖和分化等生理过程中发挥着重要作用。虽然大量研究证实,EGFR在多种恶性肿瘤中高表达,但后续的研究显示,肿瘤生长依赖于EGFR 信号通路的激活而不依赖于EGFR 高表达或EGFR 基因拷贝数的增加。在肺癌中,如果EGFR 19 外显子及21 外显子发生缺失或点突变(占EGFR 所有突变的90%),将导致EGFR磷酸化,并持续激活其下游信号,诱导肿瘤细胞生长、分化,减少其凋亡,导致肿瘤生长。

TKI 可作为三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)与酪氨酸激酶结合的竞争性抑制剂,也可作为酪氨酸的类似物, 阻断酪氨酸激酶的活性, 阻止EGFR 磷酸化, 进而通过其下游的蛋白激酶B(protein kinase B,PKB,又称Akt) 和丝裂原活化蛋白激酶( mitogen activated protein kinase, MAPK) 途径,阻断参与肿瘤生长与转移的EGFR 信号转导通路^[3]。目前,针对EGFR 的TKI 已经在临床上获得了广泛应用,其代表药物包括第1 代TKI 吉非替尼、厄洛替尼和埃克替尼,以及第2 代TKI 阿法替尼。

亚洲人群相对于其他人群,EGFR 突变率高,TKI 有效率可达到50%。吉非替尼泛亚太临床研究(IressaPan⁃Asia Study,IPASS) 显示,吉非替尼一线治疗非选择性肺腺癌患者的疗效优于化疗(HR=0.74)。在EGFR 敏感突变亚组人群中,吉非替尼组和化疗组的中位无进展生存时间( progression⁃free survival,PFS)分别为9.5 和6.3 个月。随后的WJTOG3405研究显示,亚洲人群EGFR 敏感突变的NSCLC 患者中,一线应用吉非替尼与多西他赛 铂类药物为基础的化疗比较, 其PFS 分别为9. 2 和6. 3 个月。OPTIMAL 试验结果显示,亚洲EGFR 突变患者一线应用厄洛替尼与化疗比较,其PFS 分别为13.1 和4.6个月。EURTAC 试验显示,在欧洲人群中,厄洛替尼和化疗一线治疗NSCLC 患者的PFS 分别为9.7和5.2 个月^[4]。目前,TKI仅用于EGFR敏感突变的肺腺癌患者,那些非EGFR 敏感突变的NSCLC 患者只能选择化疗;在一线治疗前必须进行EGFR 突变检测。

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TKI 原发性耐药

(一) 非EGFR 敏感突变患者的原发性耐药

非EGFR 敏感突变患者的原发性耐药是指无EGFR 基因敏感突变的NSCLC 患者对TKI 天然不敏感。IPASS 研究显示,非EGFR 敏感突变的患者接受吉非替尼治疗,有效率只有1.1%, 显著低于EGFR 敏感突变患者的有效率(71.2%),甚至远远低于化疗组的有效率(47.3%)^[5]。另外,在欧洲进行的TOPICAL 试验,共纳入了670 例晚期不能手术与不愿接受化疗的肺癌患者,分别予以一线厄洛替尼或安慰剂治疗。结果显示,两组患者的OS 无明显差别(3.7 和3.6 个月)。随后对390 例NSCLC 患者进行EGFR 检测,发现其突变率仅为7%,且其中还有1/4 的患者为罕见突变,这也证明了非突变患者,尤其是非亚洲患者,应用TKI 治疗难以获益,更多地表现出原发耐药^[6]。

目前, 几乎所有的非EGFR 敏感突变患者对TKI 原发耐药,但相关机制尚不清楚。最近的研究显示,K⁃ras 突变参与了非EGFR 敏感突变肿瘤的TKI 耐药。首先,K⁃ras 突变和EGFR 敏感突变是相互排斥的;其次,K⁃ras 突变肿瘤中并未发现类似于EGFR 敏感突变的驱动基因,提示K⁃ras 突变引起的信号转导更加复杂。Dong 等^[7]研究显示,长链非编码RNA 生长停滞特异性基因5 ( growth arrest⁃specific 5,GAS5) 可引起胰岛素样生长因子1 受体(insulin⁃like growth factor⁃1 receptor,IGF⁃1R)表达下调,是携带K⁃ras 突变肺腺癌细胞发生TKI 耐药的机制之一。

(二)EGFR 敏感突变患者的原发性耐药

EGFR 敏感突变患者的原发性耐药是指部分携带EGFR 基因敏感突变的肺腺癌对TKI 天然不敏感。目前,有关继发性耐药大家普遍接受Jackman等^[8]给予的定义:连续应用TKI 治疗获得客观临床受益>6 个月,在此情况下出现疾病进展称之为继发性耐药。但目前关于原发性耐药没有统一的标准,有学者认为,TKI 连续应用<3 个月出现疾病进展即认定为原发性耐药。根据患者临床应用TKI 的疗效观察及分析,我们认为,EGFR 敏感突变患者初始给予TKI 治疗3 个月,如疾病未缓解可认为是原发性耐药。IPASS 研究显示,在EGFR 敏感突变患者中,仍有28.8% 的患者对吉非替尼治疗无效。在OPTIMAL 研究中,纳入的患者均为EGFR 敏感突变的肺腺癌,结果显示,厄洛替尼治疗组中仍有17%的患者对治疗无反应。近年来,大多数研究主要集中在EGFR 敏感突变患者的获得性耐药, 而对EGFR 敏感突变患者的原发性耐药研究相对滞后。

1. EGFR 基因原发非敏感性突变:EGFR基因原发非敏感性突变是NSCLC患者在接受TKI 治疗前的EGFR敏感突变。EGFR 19外显子及21外显子发生缺失或点突变占EGFR 所有突变的90%,这种类型突变的肿瘤对TKI敏感。然而,某些罕见类型的EGFR 敏感突变,如EGFR基因20外显子的插入突变及18外显子某些突变会影响TKI与EGFR 结合,继而导致原发耐药。有研究显示,当患者携带20外显子的插入突变及18外显子某些突变时,其对EGFR TKI的有效率仅有8%,但如果患者同时携带有EGFR 敏感性突变和稀有突变,其有效率可提高至57%。

EGFR T790M 二次突变是TKI 继发耐药的主要原因,约有60%接受TKI 治疗后的肿瘤患者中有T790M 突变,但在未接受EGFR TKI 治疗的患者很少发现。接受TKI 治疗前的EGFR T790M 突变大多与其他突变类型同时存在,如L858R 点突变及19外显子缺失突变等,称为复合型突变。Yu 等^[9]对2 774例肺癌患者采用直接测序法进行基因检测,仅有11 例患者存在TKI 治疗前的EGFR T790M 突变,发生率仅为0.5%,且所有存在T790M 突变的患者同时存在L858R 或19 外显子缺失突变。而后人们使用更灵敏的检测方法,如显微切割技术或质谱技术,EGFR T790M 突变检出率可高达65%^[10]。这些研究提示,EGFR T790M 原发突变可能仅存在少量肿瘤克隆中,常规检测方法灵敏度差,难以检测到它的低丰度。TKI 治疗前的EGFR T790M 突变患者对TKI 原发耐药,不仅有效率低,而且与携带有敏感性突变的患者比较,其PFS 更短,但与EGFR 野生型的患者比较,PFS 还是要长得多。

2. BIM 基因表达和多态性: BIM 基因( Bcl⁃2⁃like 11)是Bcl⁃2 家族促凋亡成员之一,其BH3 区域缺失引起凋亡受阻。BIM 基因表达缺失与肺癌、前列腺癌和乳腺癌等的发生有关。Costa 等^[10]报道,BIM mRNA 低表达可预测EGFR 敏感突变的NSCLC患者TKI 治疗的有效性。统计分析显示,将接受厄洛替尼治疗的患者分为BIM高表达组和BIM 低表达组,其PFS 分别为12.9 和7.2 个月, OS 分别为28.6 和22.1个月,差异有统计学意义(P<0.05)。因此,BIM 基因的表达状态与EGFR 敏感突变患者对TKI的疗效存在相关性。最近,Wu 等^[11]研究显示,Paxillin 蛋白通过调控ERK磷酸化, 影响BIM 和Mcl⁃1 蛋白的稳定性, 导致BIM蛋白表达下调而Mcl⁃1 表达上调,从而抑制细胞凋亡,诱发TKI 原发性耐药。

TKI 的疗效与BIM 基因缺失多态性相关。BIM基因缺失多态性位于BIM 基因的第2 内含子,使其剪切加工的对象由外显子4 变为外显子3,从而使编码的BIM 异构体蛋白缺少介导细胞凋亡的BH3区域;此时,EGFR 敏感突变的NSCLC 患者即不再对TKI 治疗敏感,因此导致患者对TKI耐药。在141 例EGFR 敏感突变的NSCLC 患者中,存在BIM基因多态性26例,其PFS小于EGFR 野生组(6.6和11.9 个月)。研究还发现,在EGFR 敏感突变的细胞中,无BIM 缺失突变的细胞含BH3 区域的BIM表达增高,导致细胞凋亡。而BIM 缺失突变的细胞含BH3 区域的BIM 表达降低, 细胞凋亡减少, 对TKI不敏感;当应用BH3 类似物时可重新诱导细胞凋亡^[12]。此后又有多个研究显示,BIM基因缺失突变参与TKI 耐药,但也有学者认为,BIM基因多态性与TKI的耐药无关。总之, BIM基因可能参与了TKI 的原发或继发性耐药,但究竟是在基因表达水平还是遗传学改变导致了耐药,尚需要进一步研究。

3. 人第10 号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源基因(phosphatase and tensin homolog deleted onchromosome ten,PTEN) 缺失:PTEN 为一种抑癌基因, 定位于10q23.3, 属于PTP 基因家族成员。PTEN 与PI3K 协调作用,使细胞中的磷脂酰肌醇⁃3,⁃4,⁃5⁃三磷酸( ptdins3,4,5ps, PIP3) 浓度处于适当水平,保持Akt 适中的活性。PTEN 的丢失使细胞中PIP3 积聚, PTEN⁃PI3K/Akt信号转导通路失衡,Akt 持续活化,从而使肿瘤细胞的细胞周期加速,抑制凋亡,促进细胞侵袭与转移。

Sos 等^[13]研究显示,在对厄洛替尼耐药的24 例EGFR 敏感突变的NSCLC 患者中,有1 例患者同时存在PTEN 基因突变。在对53 个NSCLC 细胞株的研究中, H1650 和HCC827 细胞均携带EGFR 19 外显子缺失突变,但仅H1650 细胞对厄洛替尼耐药。蛋白电泳证实,H1650 细胞存在Akt 持续激活。进一步的染色体分析显示,H1650 细胞存在PTEN 缺失突变。在H1650 细胞中转入野生PTEN 基因,可恢复细胞对厄洛替尼的敏感性;而在PTEN 野生并携带EGFR 敏感突变的PC9 细胞中,沉默PTEN 基因可诱导PC9 细胞对厄洛替尼耐药。因此,PTEN缺失可能是导致对TKI 原发耐药的一种重要机制。

4. 肝细胞生长因子( hepatocyte growth factor,HGF)与原发耐药:HGF 由728 个氨基酸构成,其活性形式是由一条69 000 重链和一条34 000 轻链组成的异二聚体。c⁃Met 是HGF 的特异性膜表面受体,表达于肿瘤组织中,HGF 与c⁃Met 结合后,使之酪氨酸残基磷酸化,并启动受体后信号传导过程。Yano 等^[14]研究显示,在45 例TKI 原发耐药肺癌患者组织标本中, HGF 高表达13 例( 28.9%),提示HGF 与TKI 原发耐药相关。HGF 与EGFR 敏感突变型NSCLC 的TKI 原发耐药及获得性耐药均相关,它可能是通过激活Met 通路、下游MAPK⁃ERK1/2和PI3K⁃Akt 通路而导致细胞增殖、分化等。另一种可能机制是由于HGF 高表达促进了原来存在Met扩增的肿瘤细胞亚克隆迅速增殖,导致对TKI 耐药。

5. 肿瘤相关成纤维细胞( cancer⁃associatedfibroblasts,CAF)与原发耐药: CAF 可以调控肿瘤细胞对治疗的敏感性。平足蛋白又称肾小球上皮细胞整合膜蛋白,在多种人类肿瘤中的表达增强,参与肿瘤淋巴管生成,促进肿瘤细胞侵袭、迁移和扩散。平足蛋白阳性的CAF 可影响TKI 的治疗效果,导致原发耐药。Yoshida 等^[15]研究显示,EGFR 敏感突变肺癌患者中,CAF 平足蛋白阳性患者TKI 治疗后的PFS(9.6 个月) 低于CAF 平足蛋白阴性患者(15.6个月)。进一步研究表明,平足蛋白阳性的CAF 可激活肿瘤细胞信号传导通路,如MAPK 通路,诱发肿瘤细胞增殖、生长。

6. 畸胎癌衍生生长因子1( Cripto⁃1) 与原发耐药:Cripto⁃1 属于表皮生长因子家族成员之一,为一种含188 个氨基酸的生长因子和( 或) 共受体样的胞外糖蛋白。Park 等^[16]对85 例EGFR 敏感突变的NSCLC 组织行免疫组化和逆转录聚合酶链式反应( reverse transcription⁃polymerase chain reaction, RT⁃PCR)检测,结果显示, 70% (49/70) 的TKI 敏感患者无Cripto⁃1 表达,而所有原发耐药患者表现出不同程度的Cripto⁃1 表达。细胞实验显示,Cripto⁃1 高表达可使EGFR 敏感突变的NSCLC 细胞产生TKI耐药性,而且具有特异性。对EGFR 敏感突变及野生型细胞进行Src 家族非受体型蛋白质酪氨酸激酶、Akt、丝裂原活化的细胞外信号调节激酶(mitogen⁃activated extracellular signal⁃regulated kinase,MEK)、上皮⁃间质转化(epithelial⁃mesenchymal transition,EMT)相关蛋白的检测,结果显示,Cripto⁃1 高表达的EGFR 敏感突变型细胞中, Src 家族非受体型蛋白质酪氨酸激酶和EMT 相关蛋白高表达,这也进一步说明了Cripto⁃1 通过激活Src 家族非受体型蛋白质酪氨酸激酶通路及EMT,使突变的肿瘤细胞增殖、转移,从而引起TKI 原发耐药。

7. 其他与原发耐药相关因素: 有研究显示,K⁃ras 突变与EGFR 敏感突变同时存在可导致患者TKI 原发耐药^[17⁃18]。一项Meta 分析显示,K⁃ras 突变与TKI 原发耐药相关。DDX3X 是含DEAD⁃box家族的RNA 解旋酶成员之一,是一种三磷酸腺苷(adenosine triphosphate, ATP)依赖的RNA 解旋酶,参与RNA 的各种代谢过程,如RNA 二级结构变换、转录起始、mRNA 降解以及维持mRNA 的稳定性等。Nozaki 等^[19]研究表明,DDX3X 可诱导肿瘤细胞向肿瘤干细胞表型转化,导致肿瘤组织内的表型多样性,从而引起原发耐药。也有研究表明,转化生长因子⁃β( transforming growth factor⁃β,TGF⁃β) 可通过改变MIG6/ miR200 比值,引起EGFR 活性下降,导致TKI 耐药^[20]。另外,MET 扩增、K⁃ras 突变等因素与TKI 原发耐药相关。但上述这些原因都无法解释大多数EGFR 敏感突变NSCLC 患者的原发耐药机制。

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展望

目前,针对EGFR 的TKI 在晚期NSCLC 治疗中的疗效得到了肯定,尤其是亚裔人群。TKI 的临床应用已覆盖二线、一线和维持阶段。目前,EGFR 敏感突变患者TKI 获得性耐药的问题越来越突出,已受到了人们广泛关注,人们也采取了一些措施来逆转TKI 获得性耐药,如应用不可逆性的TKI 制剂阿法替尼、针对EGFR T790M 突变的AZD9291 等。相对而言,TKI 原发性耐药问题关注不多,而TKI 原发性耐药患者约占EGFR 敏感突变人群的20% ~30%,患者基数仍然较大。况且,这部分人群缺乏有效的预测疗效指标,如果盲目使用TKI,不仅不能提高有效率,而且会延误其他治疗的时机,增加花费。因此,进一步探讨TKI 原发性耐药的机制,与TKI 获得性耐药研究同步发展,将有助于我们深度理解NSCLC 的生物学特性,进一步筛选优势人群,继而开发更有效、更持久的抗肿瘤药物,使更多患者获益。

利益冲突 无