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Cell子刊:晚期癌症治疗的最大挑战怎么破?

 美中嘉和 2022-08-16 发表于北京

肿瘤耐药可能是晚期癌症治疗的最大挑战。无论化疗、靶向治疗或免疫治疗,都可能面对耐药的结局。导致肿瘤耐药的原因是多方面的,大致可以分为以下几点:肿瘤内异质性、不可治疗靶点及药物治疗压力下的适应性、免疫原性及肿瘤微环境等[1]这些名词各自代表什么情况?有什么针对性的治疗方法?Cell子刊《癌细胞(Cacner Cell)》近期在论述肿瘤精准诊疗面临的挑战时进行了细致分析,下面我们就分别对以上几方面的机制及治疗前景进行阐述。

肿瘤内异质性

随着肿瘤的产生及发展,体细胞变异在时间及空间维度上均不断累积,这就是我们常说的基因多样性。基因多样性在多种肿瘤中均已观察到,即携带不同亚克隆变异的肿瘤细胞,构成了肿瘤内的异质性(Intratumor heterogeneity,ITH)。也就是说,患者体内的肿瘤并非一个单独个体,也不是一团一摸一样的细胞,而是由一团各自具有或多或少基因层面差异的细胞所组成的细胞群就好比是一个班集体,大家可能年龄相似(具有一定相似性),但是长相个性各有不同(存在异质性)

造成ITH的原因主要为基因组的不稳定性。基因组不稳定导致染色体结构变异及体细胞拷贝数变异,在细胞分裂的过程中,不同子代细胞得到了不同的遗传物质,进而不同的细胞亚群继续发生不同的变异,促进了肿瘤异质性的产生。多项研究均证实ITH与肿瘤预后差及药物耐药相关。识别基因组不稳定细胞并加以治疗有望一定程度上克服肿瘤异质性,比如微管相关蛋白KIF18A抑制剂。

此外,基因组不稳定导致的染色体外DNA亦是ITH的原因之一:正常细胞中DNA应当都是在染色体上的,有丝分裂时平均的分到子代细胞中,保证子代细胞中基因拷贝数正常。染色体外DNA携带的致癌基因在细胞中期则会随机分离,导致基因拷贝数变异及致癌基因过表达。对于染色体外DNA,已有研究证实其可以通过激活cGAS-STING通路从而促进转移,因此cGAS-STING可能是另一克服肿瘤异质性的潜在靶点

那么如何去直观地测量肿瘤的异质性呢?目前已有多项研究报道了对于肿瘤ITH的计算方法,包括使用亚克隆突变数量与总突变数量的比值作为ITH衡量方法可预测免疫治疗获益[2]、以突变丰度的绝对中位差及中位数作为计算依据的MATH方法[3]、使用克隆数量及克隆间多样性作为计算依据的SDI方法[4]

不可治疗靶点及药物治疗压力下的适应性

P53及KRAS是多种肿瘤常见的驱动变异,但是其药物研发进展缓慢,一般被认为是“不可用药靶点”。不过随着药物研究的不断发展,2021年5月,美国食药监局已经批准了KRAS基因G12C位点(第2号外显子上第12个氨基酸的变异)抑制剂sotorasib(AMG510)用于相关变异的成人非小细胞肺癌。

肿瘤靶向用药后的耐药往往涉及到的通路复杂多样,但是有研究发现大部分耐药通路集中在肿瘤驱动基因的下游通路。研究发现肿瘤在药物选择压力下,由表观遗传学驱动就是不改变DNA序列,而是通过一些机制如DNA修饰等等引起基因表达变化),进入持续性耐药状态(drug-tolerant persister state, DTP),停止分裂或延缓细胞周期的进行。而DTP状态的细胞正是后续耐药细胞的前体,也是肿瘤耐药产生的摇篮。有研究表明DTP状态的肿瘤细胞类似于昆虫及哺乳动物胚胎在不利环境条件下出现的发育休眠期。也就是说,当外界环境不利于肿瘤细胞生存时,肿瘤细胞会聪明的暂停发育,保存实力,伺机而动最终通过表观遗传学层面的转化,寻找到逃避不利生存环境(比如靶向治疗)的方法,形成耐药

目前我们利用常见靶向耐药的肿瘤细胞的进化路径(也就是常见的耐药突变出现的顺序),可以对患者进行合理监测,从而经济合理地减轻患者耐药的出现。比如目前在转移性结直肠癌研究较多的“Rechallenge治疗方式”,即在抗EGFR治疗(如西妥昔单抗)患者出现耐药后,若患者血液游离DNA中检出KRAS突变(常见的抗EGFR治疗耐药机制),暂停抗EGFR治疗后患者血液中KRAS突变会渐渐消失,此时患者再次进行抗EGFR治疗依然可以获益。这为我们延长患者治疗时间,延缓治疗耐药产生提供了可行方案。

免疫原性及肿瘤微环境

肿瘤细胞对于机体而言属于“异己”,在正常情况下机体免疫系统会发现并予以清除。然而肿瘤患者中的肿瘤细胞已聪明地学会了伪装自己,不让免疫系统发现,抑制免疫应答,从而形成免疫逃逸免疫检查点抑制剂(Checkpoint inhibitor,CPI)可以通过刺激肿瘤免疫应答从而对肿瘤进行治疗。简而言之,CPI可以帮助机体免疫系统识别异己细胞(肿瘤细胞),从而调动免疫系统对异己细胞进行攻击及清除。肿瘤微环境就是免疫系统对抗肿瘤细胞的战场,其可以分为三类:免疫排斥免疫抑制免疫炎症,三种微环境与不同的CPI疗效相关:免疫炎症性往往展现出来的特征为大量免疫细胞浸润于肿瘤细胞中(即士兵已达到战场,与敌人相遇,但是由于某种原因无法识别谁是敌人),大部分使用CPI治疗疗效较好。免疫排斥型的免疫细胞仅在肿瘤周边存在,肿瘤瘤灶内几乎没有(士兵达到战场周边,与敌人隔墙相望);免疫抑制型中几乎见不到免疫细胞(没见到抗敌士兵),这两种类型的肿瘤免疫治疗疗效相对较差。除此以外,已有研究证实肿瘤突变负荷(TMB)和CXCL2表达等与免疫治疗疗效相关;而CCND1扩增、JAK1/JAK2突变、RTK基因激活等与CPI治疗耐药相关。

重塑肿瘤微环境能够提高肿瘤免疫原性,从而提高CPI治疗疗效。比如TGF-β可以通过激活肿瘤相关纤维原细胞从而抑制抗肿瘤免疫应答,因此TGF-β抑制剂与PD-L1抑制剂的联合治疗可能能够提高免疫治疗疗效。然而目前这种设想仅在小鼠模型中得到了阳性的结果,需要在临床实验中进行进一步的验证。

另一种提高CPI治疗疗效的方法是生成新免疫原性突变,即让肿瘤细胞表达更多异于正常细胞的抗体,好让免疫系统进行识别。比如替莫唑胺能够通过对DNA的修饰(烷基化)造成肿瘤细胞DNA损伤,有研究表明替莫唑胺治疗可以引起肿瘤TMB的增高;再例如三阴性乳腺癌经蒽环类药物多柔比星诱导化疗后,PD-1、PD-L1及细胞毒性T细胞均上调表达,并且对免疫治疗反应更好。

除此以外,过继T细胞疗法(将改造后可以识别肿瘤细胞的T细胞输入患者体内,杀伤肿瘤细胞)是目前的研究热点,并在肿瘤中取得了很大成功,特别是嵌合抗原受体T细胞(CAR-T)免疫疗法。目前CAR-T疗法较多应用于血液疾病及淋巴瘤中,并逐渐向实体瘤应用发展。CAR-T疗法耐药主要可能原因包括靶抗原丢失(比如CD19剪切变异导致CD19胞外表位丢失,使得改造后的CAR-T无法识别这样的肿瘤细胞)及CAR-T细胞持续性损失。对于前者,我们可以通过靶向多抗原来减弱抗原丢失(即改造的T细胞不仅仅只依靠CD19来识别肿瘤细胞,这样CD19丢失的肿瘤细胞也不可以被改造T细胞识别);对于后者我们可以通过改变共刺激域或者免疫受体酪氨酸激活域来减轻CAR-T持续性损失。

随着高通量测序技术的不断发展,海量DNA、RNA数据以及肿瘤微环境分析将会辅助我们去破译每个患者耐药性和治疗失败的潜在原因。对于耐药性的探索需要结合临床需求,描述临床常用药物的耐药性,并相应地调整治疗策略。

参考文献

[1]Pich O, Bailey C, Watkins TBK, et al. The translational challenges of precision oncology. Cancer Cell 2022;40:458-478.

[2]. Fang W, Jin H, Zhou H, et al. Intratumoral heterogeneity as a predictive biomarker in anti-PD-(L)1 therapies for non-small cell lung cancer. Mol Cancer 2021;20:37.

[3]. Mroz EA, Rocco JW. MATH, a novel measure of intratumor genetic heterogeneity, is high in poor-outcome classes of head and neck squamous cell carcinoma. Oral Oncol 2013;49:211-5.

[4]. Wolf Y, Bartok O, Patkar S, et al. UVB-Induced Tumor Heterogeneity Diminishes Immune Response in Melanoma. Cell 2019;179:219-235 e21.

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