與進化的戰爭!當腫瘤也學會「百花齊放」,以精準著稱的靶向藥該如何破敵?| 奇點深度


與進化的戰爭!當腫瘤也學會「百花齊放」,以精準著稱的靶向藥該如何破敵?| 奇點深度

2020-11-19 奇點網

轉眼之間,新冠疫情肆虐人間已經有一年了。

在這一年之內,人類採用了很多辦法試圖阻斷新冠肺炎的傳播。不過新冠狀動脈疾病自身也處於不斷的進化之中,以更好的散播,其中最爲人所知的是D614G突變

攜帶D614G突變的新冠病毒毒株,自今年2月份出現以來,感染人數在全球範圍內(尤其是歐美國家)一路飆升,現在已經取代2019年的原始毒株成爲主流病毒株。

至於新毒株擴散的原因,其中最重要的一個是:基因組發生D614G突變的新冠病毒,感染人類細胞的能力提高了9倍左右[1,2]。

作爲一個病毒,新冠的突變肯定是多種多樣的,只有這樣才能保證自身在變化的環境中不斷適應性進化,最終存活下來

在進化的問題上,癌細胞和新冠病毒非常相似。

腫瘤和它適應性進化帶來的異質性

20世紀20年代,Rudolf Vichrov首次對腫瘤組織展開了病理學研究,從那時開始,人們終於認識到,原來單個腫瘤組織中的癌細胞長得並不都是一樣,而是在形態上表現出多樣性[3]。這也是人類首次察覺到癌組織具有異質性。

到了1976年,著名癌症病理學家Peter Nowell將進化生物學概念引進腫瘤領域,在《科學》上發表了一篇具有里程碑意義的論文[4]。在論文中,他提出一個假說:癌細胞會隨著時間的推移進化,並積累適應性突變。基於上述假設,Peter Nowell定義了克隆進化和腫瘤異質性的概念

Peter Nowell教授

通俗地講,癌症始於一個獲得致癌突變單細胞的不受控制地分裂[5]。在癌細胞的分裂過程中,它們還會不斷積累更多的突變,並獲得像抗凋亡性和侵襲性之類的新特性,從而讓腫瘤的生長速度更快,轉移能力更強[6]。

至於腫瘤內異質性的產生,其中一個重要原因是由於DNA在複製過程中出現的變異是隨機的,因此從理論上講,癌細胞可以分裂產生任何突變類型的子細胞。隨著細胞分裂的持續和新突變的產生,腫瘤內癌細胞的遺傳距離會越來越遠。俗話說「龍生九子,子子不同」,就是這個道理。

由於腫瘤的異質性會對患者的臨牀治療結局產生重要影響,例如耐藥性的出現等[7,8]。因此,深入了解腫瘤的異質性對制定新的治療策略具有重要意義

進入21世紀之後,隨著下一代測序技術的發展和進步,以此爲基礎的液體活檢及單細胞測序技術,讓我們對腫瘤的異質性有了更深入的認知。

以非小細胞肺癌(NSCLC)爲例,40%-55%的NSCLC患者的酪氨酸激酶型受體EGFR發生了突變[9],EGFR的突變會導致它過度激活,進而促進肺癌的發生和發展,這也促使EGFR成爲一個非常重要的治療靶點。

在臨牀上,人工合成的小分子酪氨酸激酶抑制劑(TKIs)已經成爲治療NSCLC的重要靶向藥物。然而, 由於EGFR突變異質性存在,患者最終會對靶向藥物產生耐藥性,導致疾病進展

正如下圖所示,靶向EGFR的一代TKI藥物的使用,只是殺死了攜帶敏感突變類型的細胞羣體,而攜帶耐藥突變的細胞羣體,在一代TKI的選擇壓力之下,很快就成長爲新的優勢癌細胞羣體,導致疾病進展[10]。換用新的二代或三代TKI之後,同樣的情況再次發生,甚至發生更加複雜的突變。

NSCLC的EGFR突變歷程

實際上,在其他癌種之中,也存在類似於NSCLC靶向治療面臨的腫瘤異質性和耐藥性問題。其中最明顯的一個例子就是第一個被靶向治療拿下的實體瘤——胃腸間質瘤(要旨)。

GIST發病機制和時空異質性

GIST是最常見的軟組織肉瘤,約占所有軟組織肉瘤病例的四分之一。

作爲一種由基因突變驅動的癌症,80%以上的確診患者體內存在KIT基因原發突變,最常見的突變出現在第11號外顯子(70%的病例)中,其次是第9號外顯子(10%-15%)[11]。此外,5%-10%的GIST患者攜帶PDGFRA突變,主要出現在第12、14或18外顯子,最常見的是18號外顯子的D842V,占到PDGFRA突變的60%左右[12-14]。

其他較爲罕見的基因突變包括BRAF突變、NF1基因突變、琥珀酸脫氫酶亞基(SDH)突變、RAS家族突變等等。

CTOS大會中INVICTUS研究中組織活檢發現的原發突變異質性

大量研究證實,90%對一線治療藥物伊馬替尼單藥治療出現耐藥的患者,原因依舊是KIT過度激活,只不過此時的KIT過度激活是繼發性KIT突變帶來的[15-18]。而且,這些繼發性KIT突變主要聚集在兩個區域:ATP結合口袋(外顯子13和14)和活化環開關(外顯子17和18)[19]。

如前文所述,GIST患者對靶向KIT和PDGFRA的TKIs耐藥,背後主要原因還是基因突變導致的腫瘤異質性。有很多研究表明,大多數轉移性GIST病例的不同轉移竈之間和同一轉移竈內同時存在多個不同的繼發性突變[20]。

CTOS大會中INVICTUS研究液體活檢發現的KIT繼發突變異質性

哈佛醫學院的科學家分析了14名經伊馬替尼或舒尼替尼治療後進展患者的53份腫瘤組織,以評估病竈間和病竈內的異質性對耐藥性的影響[21]。他們發現,在11名患者腫瘤組織中存在原發性KIT致癌突變。其中,6例在不同的轉移竈中出現2-5個不同的繼發性突變,3例在同一轉移竈中出現2個不同的繼發性KIT突變。這表明,臨牀進展期GIST患者的耐藥突變具有廣泛的病竈內和病竈間異質性

挪威奧斯陸大學醫院的研究人員利用NGS測序,分析了50名GIST患者ctDNA中基因突變的狀況[22],其中有一名47歲男性的檢測結果很能代表GIST的異質性特點。

這名男性患者確診GIST之後已無法手術,由於存在KIT外顯子11的p.W557_K558del突變,接受了8個月的伊馬替尼治療。後來由於疾病進展,醫生切除了患者的部分胃,並對切除的腫瘤和血漿分別進行了測序。

腫瘤組織檢測發現了原發性p.W557_K558del突變,以及KIT外顯子14的p.T670I繼發性耐藥突變。血漿ctDNA檢測也發現了上述兩個變異,此外還在17和18號外顯子中發現了三個組織樣本中沒有檢出的耐藥性突變:p.D816H、p.Y823D和p.A829P。

爲了驗證ctDNA中發現的突變確實存在於腫瘤組織中,研究人員又從同一腫瘤組織的10個不同部位採集了標本,並做了深度基因測序。結果10個樣本中都存在原發性KIT p.W557_K558del突變,其中6個樣本中發現了p.T670I耐藥性突變。在血漿中發現的p.D816H和p.A829P耐藥性突變也在不同的腫瘤組織中檢測到了,只不過p.Y823D突變在被檢測的腫瘤組織中仍沒有檢出。

同一病竈的不同部位可出現不同的繼發耐藥突變【上】,和不同治療時段可出現不同的繼發耐藥突變【下】

在這名患者對伊馬替尼耐藥後的治療過程中,連續的血液樣本檢測結果顯示:在舒尼替尼治療期間,p.T670I突變變得無法檢測,p.D816H和p.D816Y突變逐漸減少,而18號外顯子的p.A829P突變的等位基因頻率增加;後續經瑞戈非尼治療,p.A829P突變豐度明顯降低。

從以上病例中,我們不難看出,GIST在治療的過程中,不僅不同的轉移竈可出現不同的繼發耐藥突變,同一病竈的不同部位也可以出現不同的繼發耐藥突變,而且隨著治療的推進,不同治療時段也可以出現不同的繼發耐藥突變

已獲批的藥物對不同的變異敏感性差異較大

腫瘤的異質性帶來的一個大問題就是耐藥性。

目前獲得FDA批准用於GIST治療的靶向藥物有5種:一線治療的伊馬替尼,二線治療的舒尼替尼,三線治療的瑞戈非尼,四線治療的瑞派替尼,以及治療攜帶PDGFRA外顯子18突變(包括PDGFRA D842V突變)不可切除或轉移性GIST成人患者的阿泊替尼。

對於伊馬替尼而言,KIT的11號外顯子突變對它非常敏感,而KIT的9號外顯子突變,則獲益少的多[23]。

對於舒尼替尼而言,繼發性KIT外顯子13、14突變患者的治療療效優於繼發性KIT外顯子17、18突變患者[24,25]。

至於瑞戈非尼,目前的研究表明,繼發性KIT外顯子17突變患者接受瑞戈非尼治療會有較好的療效

此外,還有一個需要指出的是,PDGFRA D842V和D816V突變,這兩個突變可能對伊馬替尼、舒尼替尼與瑞戈非尼治療原發性耐藥[24,26-28]。

目前獲批的一二三線治療藥物對不同變異的敏感性

根據指南和共識的推薦,我們不難發現,對於初診GIST患者而言,至少需要做一次基因檢測,以明確診斷,找到合適的靶向治療藥物。而對於出現繼發耐藥的GIST患者而言,前後累計需要2次及以上的檢測。

雖然指南和共識這樣規定,但是在現實中接受基因檢測的GIST患者占比並不高。從第三方平台統計的數據來看,國內做過基因檢測的GIST患者在40%左右,而做過兩次基因檢測的患者,占比就更低了,僅10%左右

前不久,美國邁阿密大學醫學院的研究人員發表了一項涉及3866名GIST患者的回顧性研究,在這項研究中,做過KIT基因檢測的患者僅1033人,僅占比26.7%[29],這個比例真是低的有點兒讓人意外。這一方面可能是因爲分子診斷的重視度非常不夠,另一方面是復發後的患者難以獲取組織樣本。

近年來,在二代測序基礎上興起的液體活檢技術逐漸進入GIST的診療領域,但是應用前景仍不明朗。其中一個重要原因是GIST往血液中釋放DNA的可能性較小,這也導致GIST患者血液中ctDNA陽性率相對較低[30]。

例如,有研究表明,對於KIT外顯子11的突變,ctDNA檢出率只有組織檢測的64%;KIT外顯子9的突變,ctDNA檢出率只有組織檢測的38%;KIT外顯子17和18的突變,ctDNA檢出率只有組織檢測的三分之一[31]。

ctDNA檢出率低

總結以上內容,我們不難發現,雖然GIST的異質性極高,尤其是繼發性突變,且不同的突變類型對藥物敏感性差異較大,但是分子診斷卻重視的不夠,只有很少比例的患者接受了基因檢測。這在一定程度上也限制了患者的獲益。

由於90%對一線治療藥物伊馬替尼單藥治療出現耐藥的患者,原因在於繼發性突變導致的KIT過度激活。因此,如果能有一種靶藥能直達KIT的核心,而無懼繼發突變的話,或許能給患者帶來更大的獲益。

治療GIST的第一個廣譜TKI已經誕生

坐落在美國麻薩諸塞州的生物醫藥公司Deciphera專注於解決腫瘤耐藥,其科學家一直在關注酪氨酸激酶和TKI藥物的研發進展,他們在發現伊馬替尼耐藥現象之後,就轉變了GIST藥物的研發思路:從ATP結合位點競爭抑制劑轉到「開關口袋」抑制劑。

瑞派替尼就是Deciphera的研究人員基於上述研發思路,針對KIT和PDGFRA的「開關口袋」開發的新型廣譜TKI。

從作用機制上看,瑞派替尼抑制激酶的活性有兩招[32]:第一個是直接占據開關口袋,第二個是與活化環形成了穩定的結構。在這兩招的作用下,瑞派替尼一方面可以阻止活化環進入開關口袋,另一方面還起到穩定活化環的作用,將活化環穩定地鎖在非活化狀態。

瑞派替尼作用機制動圖

從目前的臨牀前基礎研究數據來看,即使KIT的9、11、13、14、17和18號外顯子發生突變,以及PDGFRA的12、14和18號外顯子發生突變,瑞派替尼依然高效結合到這兩個癌症驅動蛋白上,達到抗癌的目的[33]。

前不久,瑞派替尼治療四線及四線以上GIST患者的關鍵三期臨牀研究INVICTUS數據發表在頂級醫學期刊《柳葉刀·腫瘤學》上[34]。

在這項隨機、雙盲、安慰劑對照的國際多中心研究的三期臨牀研究中,共入組129例患者,試驗組與安慰劑對照組患者的比例爲2:1。結果表明,瑞派替尼組與安慰劑組的mPFS分別爲6.3個月(27.6周)和1個月(4.1周),瑞派替尼將患者疾病進展或死亡的風險降低85%。

2020年5月15日,瑞派替尼已經在美國獲得FDA批准上市,成爲四線及四線以上GIST患者的標準治療藥物,5月28日又獲得NCCN指南的推薦。

也正是基於INVICTUS研究數據,今年中國臨牀腫瘤學會(CSCO)發布的首個GIST診療指南明確指出[35]:在四線治療中,I級推薦瑞派替尼(1類證據)。此外,瑞派替尼對比舒尼替尼二線治療的國際多中心前瞻性臨牀試驗正在進行中。

此外,在今天開幕的2020年世界結締組織腫瘤大會(CTOS)上,研究人員對INVICTUS的數據做了進一步的分析發現:與對照組相比,瑞派替尼對所有KIT/PDGFRA都有效果,能延長所有KIT/PDGFRA基因類型患者的PFS[36]。

瑞派替尼能延長所有KIT/PDGFRA基因型患者的PFS

總的來說,GIST雖然是異質性極強的腫瘤,但絕大部分的耐藥性繼發性突變還是出現在KIT基因上。靶向激酶「開關口袋」的廣譜TKI瑞派替尼,有望給分子檢測不足的GIST患者帶來更好的獲益。

據了解,7月28日在海口舉行的「海南自由貿易港博鰲樂城首個特批帶離藥物暨胃腸間質瘤臨牀急需藥品項目啓動會」上,Deciphera在中國的合作企業再鼎醫藥與博鰲超級醫院、成美醫療合作,中國首例患者已經用上了瑞派替尼。

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本文作者| BioTalker