耐药机制“发现之路”——EGFR基因20外显子突变与非小细胞肺癌

免疫组化抗体神器

好评必备! 免费下载

——声明:仅供医疗专业人士参考
编者按:肺癌靶向治疗飞速发展,相关驱动基因的研究如火如荼。目前有关非小细胞肺癌( non-small cell lung carcinoma,NSCLC) 中 EGFR 突变研究最为广泛。EGFR-TKI的出现,给携带EGFR基因突变的NSCLC患者治疗带来了福音。遗憾的是,几乎所有EGFR-TKI治疗有效的患者都难以逃脱获得性耐药的厄运,使得靶向治疗效果大打折扣,也为临床工作带来了困难和挑战。EGFR-TKI耐药机制复杂多样,超过90%的突变位于19~21外显子。今天,91360智慧病理网邀请到重庆市渝北区人民医院病理科周洪亮副主任为大家梳理非小细胞肺癌中EGFR基因20外显子突变导致耐药的相关机制,进一步加深大家对EGFR 20外显子突变的认识。
周洪亮
副主任医师
重庆市渝北区人民医院病理科副主任
重庆市病理专业委员会细胞学组委员
原攀枝花市病理专委会委员
耐药机制“发现之路”——EGFR基因20外显子突变与非小细胞肺癌
  全球肺癌发病率及死亡率居全部恶性肿瘤的首位,与非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer, NSCLC)相关的治疗研究也是近年来的研究热点。表皮生长因子受体(Epidermal growth factor receptor, EGFR)为肺癌最常见的驱动基因,在中国NSCLC患者中约有50%存在EGFR基因突变。其最常见的突变是19外显子缺失突变(19del),以及21外显子L858R点突变,占所有EGFR突变人群的90%,20外显子插入突变,约占EGFR突变的1%~10%。第一、二代EGFR-TKIs在一定程度上极大地提高了非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer, NSCLC)患者的生存期及生活质量,但在TKIs的应用中,大多数患者会在一段时间的无进展生存期后发生耐药,这一现象的发生对患者治疗及预后产生了严重的影响。目前已发现T790M突变是非小细胞肺癌(NSCLC)应用EGFR-TKIs药物产生继发性耐药的最常见原因。虽然以奥希替尼为代表的第三代EGFR-TKI效果显著,然而仍不可避免的出现耐药性,耐药机制尚未完全阐明,除了EGFR的再突变,还包括更复杂的耐药机制如:MET、RAS等通路的活化。然而,只有阐明耐药机制,才有助于患者的选择性靶向治疗以及克制此类突变的新的靶向药物的研发。本文主要介绍非小细胞癌患者EGFR 基因20外显子突变的耐药机制。
EGFR突变
  EGFR 属于细胞表面酪氨酸激酶受体 ErbB 家族,参与控制信号转导通路、调节细胞增殖和凋亡[1]。EGFR基因由7号染色体上,包括28个外显子,20外显子翻译的氨基酸位点为762-823,其中包括由E762-M766氨基酸构成的C -螺旋以及由A767-V774氨基酸构成的环,插入突变的发生人群与经典EGFR突变类似,以女性、非吸烟者、腺癌者多见[2,3]。据报道,NSCLC中20外显子插入突变的频率从1% -10%不等,多数为4%[4]
EGFR 20外显子突变历史与机制
  EGFR 20外显子T790M突变是首个被发现的EGFR-TKI耐药机制,最为常见。早在2005年就有文献报道了EGFR基因的二次突变学说。2005年Kobayashi等[5]报道了一例71岁、男性、接受EGFR-TKI治疗的NSCLC患者,该患者经过吉非替尼治疗后达到完全缓解(complete response,CR),然后两年之后复发。研究者检测其活检标本发现,肿瘤组织除了原始存在的EGFR第19号外显子缺失之外,还存在EGFR 20号外显子T790M基因突变,即第790位密码子发生C-T转换,致使苏氨酸被甲硫氨酸所代替。研究者通过瞬时转染实验,将T790M基因突变质粒转染至肿瘤细胞,发现该肿瘤细胞对吉非替尼产生耐药。研究者进行结构建模也发现,EGFR的第二次突变导致吉非替尼耐药的发生。无独有偶,同年Pao等[6]对6例接受EGFR-TKI治疗后疾病进展的患者采样,检测其EGFR基因突变状态。结果发现,有3例标本中EGFR基因存在二次突变T790M。研究者进一步比较了同时携带EGFR基因21号外显子L858R基因突变和T790M基因突变的肿瘤细胞和单独携带L858R基因突变肿瘤细胞对TKI的耐药性,证实前者的耐药性是后者的100倍。基于上述研究结果,T790M成为第一个被发现的与EGFR-TKI耐药相关的基因。随后更多的报道证明,不同种族或不同地域EGFR-TKI耐药患者的肿瘤组织中都发现有新增加的T790M基因突变。
  2007年Sharma等[7]详细分析了EGFR的耐药基因突变20号外显子中第790氨基酸位点T790M,基因水平表现为ACG突变为ATG,在亚裔、女性、不吸烟、腺癌患者中EGFR基因突变率高,19Del和L858R约占突变总数的90%,T790M约为2.5%。目前研究发现T790M突变总是与其它类型EGFR基因突变共存,主要是19Del或L858R,目前未见任何报道显示T790M突变单独存在于肺癌组织中。由于一个庞大体积的蛋氨酸(M)替代苏氨酸(T),形成空间位阻,该空间位阻的形成影响酪氨酸激酶与EGFR-TKI之间氢键的形成,最终导致EGFR-TKI无法与酪氨酸激酶相结合,从而失去对肿瘤细胞的杀伤作用。第790位密码子的苏氨酸被誉为管家基因,是调节ATP结构域特异性抑制剂的重要物质,这种改变使得已有L858R突变的激酶结构域对ATP的亲和力较EGFR-TKI更强,竞争性抑制了EGFR-TKI与突变区域的结合,导致EGFR-TKI无法继续阻断相应的信号传导通路。即使在EGFR-TKI存在的情况下,EGFR信号通路仍然能激活,继而出现耐药或疾病进展。但T790M突变不仅存在于EGFR-TKI治疗后,也存在于EGFR-TKI治疗前,由此引起了T790M突变是“获得性”还是“选择性”的争议。获得性模式认为进展前的样本中不存在T790M突变,T790M突变由于EGFR-TKI治疗后发生的新突变。选择性模式认为EGFR-TKI治疗前的NSCLC患者即存在极低微T790M突变,EGFR-TKI治疗时敏感克隆被清除,而含有T790M突变的耐药克隆得以存活,发生增殖,进而产生耐药[8,9]
  虽然第三代EGFR-TKI在T790M突变患者的治疗中取得了良好的疗效,但耐药会无可避免的发生。EGFR-C797S是EGFR 20外显子797位点上丝氨酸取代了半胱氨酸的错义突变, C797S位于EGFR的酪氨酸激酶区。AZD9291主要通过与EGFR的ATP结合域中的第797位的半胱氨酸形成共价键,形成空间位阻,阻止EGFR的激活,从而达到治疗癌症的目的。2015年5月,Thress等[10]研究发现,奥希替尼治疗后的进展患者中约40%会出现获得性C797S耐药突变,这是导致明星药物AZD9291耐药的机制之一,相关研究结果发表在《Nature Medicine》杂志上。C797S的突变使得AZD9291无法在ATP结合域内继续形成共价键,从而失去抑制EGFR激活的效果,导致耐药的发生。随后的研究显示,C797S同样是HM61713和CO1686的耐药机制之一。但第三代EGFR-TKI耐药的C797S发生率不同,在AZD9291中占32%,而在CO1686中仅占2%,提示第三代TKI耐药机制可能不尽相同[11]
  S768I 突变属于 EGFR20 外显子罕见突变之一,发生率仅为1%~2%[12]。由于第768号密码子由疏水的异亮氨酸代替亲水的丝氨酸,使得空间阻力加大,周围邻近结构发生改变,且S768I突变还会影响S768与N700及Y764之间的氢键作用,导致间距增加,从而使TKI对EGFR的亲和力部分改变,造成疗效的差异[13]。从2006年开始,与S768I突变相关的EGFR-TKI治疗的个案报道和临床研究已经陆续报道,但治疗效果存在差异,目前尚无明确结论。且目前尚无EGFR-TKI治疗S768I突变的大样本临床研究,后续亟需开展大样本量的前瞻性或回顾性研究,进一步明确EGFR-TKI 对S768I突变的治疗效果以及明确不同突变之间的作用机制。
  2017年,Chabon等对43例来自TIGER-X和TIGER-2研究CO1686治疗后进展的NSCLC患者采用CAPP-Seq ctDNA分析,在65%的患者中发现了CO1686新的耐药突变EGFR L798I,研究者也通过细胞实验进一步证实L798I可导致第二、第三代EGFR-TKI耐药[11]
  2018年发表的一项研究利用NGS技术检测奥希替尼耐药患者93例,检测cfDNAs中的416个癌症相关基因,其中12例患者有治疗前标本。结果显示,EGFR G796/C797、L792和 L718/G719突变分别占24.7%、10.8%和9.7%。体外试验L792和 L718突变导致奥希替尼IC50值明显增加,L718Q突变对奥希替尼耐药性最强。与12例有治疗前标本匹配发现,这些EGFR突变是在奥希替尼治疗中获得的,所以除C797突变外,新的二次突变L718 和L792可导致奥希替尼耐药[14]
小结
  随着新的驱动基因的发现以及靶向药物的飞速发展,NSCLC的诊疗已经进入到了精准化的全程管理时代。随着EGFR基因突变耐药分子机制的逐渐明确,根据分子发生机制的不同而选择性治疗将是未来的研究热点。但目前缺乏 EGFR 20 外显子插入突变蛋白的分子结构、患者来源的细胞系和基因突变的遗传工程小鼠模型,阻碍了对 EGFR-TKIs 耐药机制的深入研究,任何一点方面的突破都将成为研究热点。EGFR-TKI耐药后再耐药使得再活检至关重要,组织活检无疑会带来创伤,因此侵袭性小的液体活检是未来的发展方向。
  参考文献
  1. Eck M J,Yun C H.Structural and mechanistic underpinnings of the differential drug sensitivity of EGFR mutations in non-small cell lung cancer[J].Biochim Biophys Acta,2010,1804( 3) : 559 - 66.
  2. 周文盛, 张伟, 韩宝惠. EGFR基因20外显子插入突变在非小细胞肺癌的研究及其进展[J]. Chinese Journal of Lung Cancer, 2020, 23(2).
  3. Improta G, Pettinato A, Gieri S, et al. Epidermal growth factor receptor exon 20 p.S768I mutation in non-small cell lung carcinoma: a case report combined with a review of the literature and investigation of clinical significance[J]. Oncol Letters, 2015, 11(1):393-398.
  4. Linardou H,Dahabreh I J,Bafaloukos D,et al.Somatic EGFR mutations and efficacy of tyrosine kinase inhibitors in NSCLC[J].Nat Rev Clin Oncol,2009,6( 6) : 352-66.
  5. Kobayashi S,Boggon TJ,Dayaram T,et al. EGFR mutation and resistance of non-small-cell lung cancer to gefitinib[J]. N Engl J Med,2005,352(8): 786-792.
  6. Pao W , Miller V , Politi K, et al. Acquired Resistance of Lung Adenocarcinomas to Gefitinib or Erlotinib Is Associated with a Second Mutation in the EGFR Kinase Domain.[J]. PLoS Med. 2005 ;2(3):e73.
  7. Sharma, Sreenath, V, et al. Epidermal growth factor receptor mutations in lung cancer[J]. Nature Reviews Cancer, 2007, 7(3):169-181.
  8. 李慧, 张爽. 非小细胞肺癌T790M基因突变研究进展[J]. 中国肺癌杂志, 2013, 016(006):314-320.
  9. Balak M, Gong Y, Riely G, et al. Novel D761Y and common secondary T790M mutations in epidermal growth factor receptor-mutant lung adenocarcinomas with acquired resistance to kinase inhibitors[J]. Clin Cancer Res. 2006 ;12(21):6494-501.
  10. Thress, Kenneth S,Paweletz, et al. Acquired EGFR C797S mutation mediates resistance to AZD9291 in non-small cell lung cancer harboring EGFR T790M[J]. Nature medicine,2015,21(6):560-2.
  11. 赵静, 张世佳, 周彩存. 精准医学背景下第三代表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂的应用策略[J]. 中华肿瘤杂志,2017,39( 2 ): 86-89.
  12. Kobayashi Y, Mitsudomi T. Not all epidermal growth factor receptor mutations in lung cancer are created equal: perspectives for individualized treatment strategy[J]. Cancer Science, 2016, 107(9):1179-1186.
  13. Li J, Huang JA. Advances of point mutation of exon 20 of EGFR gene in non-small cell lung cancer[J]. Natl Med J China, 2016, 96(48):3925-3928.
  14. Yang Z , Yang N , Ou Q , et al. Investigating novel resistance mechanisms to third-generation EGFR tyrosine kinase inhibitor osimertinib in non-small cell lung cancer patients[J]. Clinical Cancer Research An Official Journal of the American Association for Cancer Research, 2018:clincanres.2310.2017.
  
CN-71560
责任编辑: wangyiran
0 0 0