|
2022年11月4日 理化学研究所 肝癌的分子分型及治疗药物选择-癌症蛋白质/基因组整合分析成果- 理化学研究所(理研)生命医科学研究中心癌症基因组研究小组高级研究员藤田征志(研究当时，现客座研究员)、中川英刀小组组长、岩手医科大学医齿药综合研究所医疗开发研究部门特任教授西冢哲等国际共同研究小组通过蛋白质组学分析[1]，明确了肝癌可以分为三类，找到了最适合每个肝癌的药物疗法。 本研究成果有望为肝癌的免疫疗法、分子靶向药物的选择以及新治疗药物的开发做出贡献。 此次，国际联合研究小组对迄今为止在理研中进行了全基因组序列分析[2]的259例肝癌，采用RPPA法[3]获取功能性蛋白质表达信息，综合分析全基因组和RNA表达信息，进行肝癌的功能性分子分类 ，结果发现可以分为三组( R1、R2、R3 )，从理论上确定了各组的最佳药物疗法。 肿瘤免疫活动较强的R1组采用免疫检查点抑制剂[4]，预后最差、增殖能力强的R2组采用免疫检查点抑制剂与血管生成抑制剂[5]复合免疫治疗，一般认为肿瘤免疫活动弱的R3组适合用mTOR抑制剂[6]或RTK抑制剂[7]治疗。本研究刊登在网络科学杂志《Nature Communications》( 10月29日)上。  肝癌三种基于功能蛋白表达的分型( R1、R2、R3 )及最佳治疗药物 背景肝癌在日本按部位分类的癌症死亡人数中，男性排名第4，女性排名第6。 每年约有4万人被诊断为肝癌，2万7000多人( 2018年)死亡。注1 )。 主要原因是肝炎病毒的持续感染，全世界约75%的肝癌患者估计是乙型肝炎病毒( HBV )或丙型肝炎病毒( HCV )感染引起的，一旦感染肝炎病毒，从慢性肝炎发病经过肝硬化后，肝癌发病的概率很高。现在有各种各样的方法来治疗肝癌。 外科切除、穿刺局部疗法、肝动脉化学栓塞疗法、全身药物疗法、肝移植等，是在评价癌症发展程度和肝脏功能的基础上选择的。 针对高度进展期肝癌和复发性肝癌，推荐药物疗法，各种各样的治疗药物正在被开发。 作为分子靶向药物，以参与新生血管的形成的VEGF/VEGFR2[5]、与癌细胞的增殖相关的激酶(蛋白质磷酸化酶) [8]为靶向的多激酶抑制剂( MKI ) [8]被广泛使用，最近，免疫检查点抑制剂和血管生成抑制剂的复合免疫疗法被证实显示出了很好的效果，被用作主要的治疗方法。癌症是由于基因组异常的积累而发病、发展的“基因组疾病”。 国际共同研究小组迄今为止，以肝炎病毒相关的肝癌为中心，通过基于全基因组序列分析注2 )的基因组变异、RNA序列分析，推进了肝癌的肿瘤免疫注3 )的研究。 鉴定了各种各样的基因组异常，阐明了基因组异常·肿瘤免疫和肝癌发病的关系。 但是，在癌症中发现的许多变异信息的意义仍然不明确，直接关系到肝癌的治疗方针和新治疗方法的开发的例子并不多。 其原因可能是，基因组是设计图，而实际上对癌症发生和增殖起作用的是蛋白质，分子靶向治疗药物也是抑制激酶等蛋白质功能的药物。 因此，这次通过获得癌症的治疗目标和因癌症而活化的功能蛋白质的表达信息，或许可以与更合适的治疗方针建立关联，从而推进了研究。
研究方法和成果国际共同研究小组从至今为止在理研中进行了全基因组测序分析的日本人的300多例肝癌中，残留的259例冻结标本中提取蛋白质，由美国MD安德森癌症中心和岩手医科大学的西冢哲特任教授等开发，通过高精度及再现性的包罗性蛋白质测定方法RPPA法进行了大规模蛋白质分析(图1左)。 以成为癌症治疗目标的信号分子、激酶、激酶的磷酸化蛋白质为主体，使用293个抗体制作了蛋白质表达曲线。 RPPA法是迄今为止在美国大规模癌症基因组数据库TCGA[9]中采用的分析技术，拥有500例左右使用同一平台的肝癌蛋白质表达数据，该数据也在此次分析中进行了比较研究。 此外，我们还测量了承担血管生成因子核心功能的磷酸化VEGFR2的量。 根据这些数据进行聚类分析后，可以将这次日本人的肝癌分为三组( R1、R2、R3 ) (图1右)。 从TCGA的肝癌数据中也确认了同样的3种分类，再现性也得到了证明。  图1 RPPA法肝癌的分子分型及最佳治疗药物选择 采用约300种抗体的RPPA法，建立肝癌功能蛋白表达图谱，进行三个分子分型( R1、R2、R3 )。 蛋白质表达概况中红色显示高表达或激活，蓝色显示低表达或低活性。 右下是最适合各组的治疗药物选择结果。 首先，R1群( 53例)多含有胆管分化型肝癌，免疫细胞瘤内浸润也多，为免疫学热点肿瘤[10] (图2 )。 R2组( 100例)是细胞增殖功能高，含有很多预后不良的肝癌，细胞周期相关及血管新生相关蛋白质的表达和活性高的肿瘤。 我们观察到了很多抑癌基因TP53基因的变异，在免疫学上也是HOT肿瘤，另外VGFR2和磷酸化VGFR2的表达也有较高的趋势(图2 )。 并且，R3组( 106例)含有较多的免疫细胞瘤内浸润少的免疫学COLD肿瘤[10]，观察到较多的CTNNB1基因[11]变异。 有趣的是，R3群中含有大量非病毒肝癌，观察到RTK/RAS/MAPK信号转导通路[7]和TSC/mTOR信号[6]转导通路以及激素相关和磷酸化蛋白的高表达(图2 )。 图2~3组肿瘤内免疫、血管生成相关等功能蛋白的表达及活性 红色表现为高表达或激活，蓝色表现为低表达或低活性。 (上段)在免疫相关表达中，R1组和R2组高表达。 在(中段)血管新生中，R2组活化较高。 在(下段)功能分子、信号类别中，R3群中RTK、RAS/MAPK、TSC/mTOR信号活化。 然后，针对这三个分子分类群分别尝试了最佳药物治疗的选择。 因为R1群在免疫学上是HOT的肿瘤，所以免疫检查点抑制剂是首选。 除了免疫检查点抑制剂外，R2组还建议使用对血管生成抑制作用的药物、VEGF抑制抗体或VEGFR2有较强抑制作用的MKI治疗。 而且，免疫COLD的R3群，由于TSC/mTOR及RTK和RAS/MAPK信号转导通路被激活，推荐使用mTOR抑制剂或RTK抑制剂，或者对它们有较强抑制作用的MKI。 实际上，对20种肝癌细胞株收集了同样的RPPA法蛋白质表达信息、基因变异信息、以及各种分子标的敏感性(增殖抑制效果)的信息，证实了属于R3群的肝癌细胞株对mTOR抑制剂的敏感性很高(图3 )。  图3 mTOR相关蛋白在肝癌细胞株的表达及mtor抑制剂的敏感性
今后的期待根据本研究，可以进行基于肝癌功能蛋白质的分子分类。 针对高度恶化的肝癌和复发性肝癌，免疫疗法和分子靶向药物等各种各样的治疗药物被开发出来，但可以期待通过这次的分类来恰当地选择治疗药物。 另外，通过更加详细地分析这些成为治疗目标的功能性蛋白质信息，也可以期待对肝癌的新治疗药物的开发做出贡献。
补充说明蛋白质组学分析 蛋白质组学分析主要使用与特异性抗体的结合性、质谱法、分析蛋白质相互作用等技术，从而获得蛋白质的结构、表达、功能性动态等信息。 这些蛋白质组学分析的成果与分子功能直接相关，因此可用于新医药品的有效开发和疾病机制的阐明等。 2 .全基因组序列分析 使用新一代序列发生器，解读约30亿碱基组成的个人正常细胞和癌细胞的全部基因组信息，鉴定序列的差异和变化。 由于数据大量，一般使用超级计算机进行信息分析。 全基因组序列分析时，不仅可以检测编码蛋白质的1~2%范围的外显子，还可以检测控制基因表达的基因组区域的变异和各种结构异常(大的基因组序列异常)，可以说是终极的基因组分析方法。 3.RPPA法 也称为反相蛋白质阵列法。 将组织和细胞提取液微阵列化(数千点/滑动)，使用蛋白质和磷酸化特异性抗体，可以掌握数百~数千个试样中约200~400个信号传递的关键蛋白质的表达和磷酸化状态。 到目前为止，RPPA法已被美国最大规模的癌症基因组数据库TCGA采用，可以获得精巧且重复性高的蛋白质表达数据。 RPPA是Reverse Phase Protein Arrays的缩写。 4 .免疫检查点抑制剂 给予与抑制免疫反应相关的PD-1、PD-L1特异性抗体，激活肿瘤免疫，发挥较好的抗肿瘤效果。 以PD-1为目标的抗体药，针对恶性黑色素瘤和肺癌，2014年在美国被批准，2019年针对肝癌，也在日本被批准。 而且，对于肾癌、胃癌、头颈癌、食道癌等也已被批准，对于恶化、复发肺癌和肝癌，逐渐成为首选药物。 5 .血管生成抑制剂，VEGF/VEGFR2 肝癌、肾癌肿瘤内血流十分丰富，增殖转移时，称为“血管新生”的营养血管形成十分盛行。 血管生成抑制剂是指通过抑制血管生成不可缺少的因子血管内皮细胞生长因子( VEGF )与血管内皮细胞生长因子受体( VEGFR2)结合并活化，从而抑制新生血管的形成，使肿瘤内血流正常化。 作为血管生成抑制剂，抗VEGF抗体贝伐昔布被用于肝癌和大肠癌。 大多数多激酶抑制剂( MKI )也持有VEGFR2激酶的抑制效果，发挥血管新生抑制的效果。 6.mTOR抑制剂，TSC/mTOR信号 mTOR (丝氨酸/苏氨酸激酶)与多种蛋白质结合，调节生长因子、营养、能量代谢、氧化还原状态、细胞自噬等蛋白质的合成降解等细胞内外环境，在细胞分裂和存活中起重要作用。 TSC是负责mTOR信号中心的抑癌基因。 阻碍mTOR的药剂被开发出了很多，发挥免疫抑制和抗肿瘤活性。 目前，针对肾癌，苯甲醚和白纹菌素已被批准。 7.RTK抑制剂、RTK/RAS/MAPK信号转导通路 来自EGFR和HER2等受体酪氨酸激酶( RTK )的信号刺激，经过RAS和RAF等多阶段过程诱发MAPK (映射激酶)的活化，促进细胞分裂。 此RTK/RAS/MAPK信号转导通路涉及许多磷酸化和激酶，包括RTK抑制剂(如EGFR抑制剂、HER2抑制剂等RTK抑制剂，以及BRAF抑制剂、MAPK抑制剂等各种抑制剂被用作癌症的分子靶向药物。8 .激酶(蛋白质磷酸化酶)、多激酶抑制剂( MKI ) 激酶利用ATP大致分为磷酸化蛋白质丝氨酸残基和苏氨酸残基的丝氨酸/苏氨酸激酶( STK )和磷酸化酪氨酸残基的酪氨酸激酶( TK )。 人类存在500多种，负责信号转导。 在癌细胞中，激酶的作用异常的情况很多，对其进行抑制会抑制细胞增殖，因此成为抗癌剂的目标。 多激酶抑制剂抑制癌细胞增殖和血管新生相关的血管生成因子受体VEGFR、血小板衍生生长因子受体( PDGFR )、干细胞因子受体( KIT )、成纤维细胞生长因子FDGFR、Raf等多种激酶，抑制肿瘤细胞增殖，抑制血管 对于肝癌，伦巴第、索拉非尼、瑞戈非尼得到认可，各自阻碍的激酶不同。 9.TCGA 2006年开始在美国开展的大型癌症基因组项目。 对20多种癌症种类进行了基因组RNA表达、DNA甲基化、蛋白质表达异常的全面分析。 这些数据被广泛公开，成为世界癌症研究的重要数据基础。 MD安德森癌症中心是TCGA蛋白质表达分析的核心实验室，正在利用RPPA法进行大规模分析。 TCGA是The Cancer Genome Atlas的缩写。 10 .免疫学热/冷肿瘤 在肿瘤组织内，能观察到很多识别并攻击t细胞等肿瘤细胞的免疫细胞的肿瘤，在免疫学上被认为是HOT。 在这个肿瘤中，通过免疫检查点分子的活动，免疫细胞对肿瘤的攻击被抑制，免疫检查点阻碍，肿瘤免疫被激活，肿瘤缩小。 相反，免疫学上COLD的肿瘤，因为攻击肿瘤细胞的免疫细胞不在肿瘤内，所以没有免疫检查点阻碍的效果。 11.CTNNB1基因 编码Wnt/β-连环蛋白信号转导通路核心分子β连环蛋白的基因。 β-连环蛋白转移到细胞核，激活下游基因的转录。 在肝癌中，约30%观察到CTNNB1基因变异，该变异激活Wnt/β-连环蛋白信号，也发挥肿瘤免疫抑制效果。国际联合研究组理化研究所生命医生科学研究中心癌症基因组研究小组 高级研究员(研究时，现客座研究员)藤田征志 研究员笹川翔太 队长中川英刀 岩手医科大学医齿药综合研究所医疗开发研究部门 特任教授西冢哲 广岛大学研究生院医齿药保健学研究院应用生命科学部门消化系统代谢内科学 助教大野淳 教授(研究当时)茶山一彰 广岛大学医院病理诊断科 教授有广光司 和歌山县立医科大学第2外科 教授(研究当时)山上裕机 MD安德森癌症中心(美国) 研究生梅玉成( Mei-Ju May Chen ) 高级研究员多丽丝·里耶可西瓦克( Doris Rieko Siwak ) 韩廉教授 研究支援本研究得到文部科学省科学研究费以及日本医疗研究开发机构新一代癌症医疗创生研究事业研究领域e“基于癌症基因组分析的新型免疫疗法及复合免疫疗法开发的系列探索(研究代表者:中川英刀)”的资助。 原論文情報
発表者理化研究所 生命医学科学研究中心癌症基因组研究小组 高级研究员(研究时，现客座研究员)藤田征志 队长中川英刀 岩手医科大学医齿药综合研究所医疗开发研究部门 特任教授西冢哲 報道担当理化研究所宣传室新闻发言人 将在新选项卡中打开咨询表单 岩手医科大学法人事务部总务科宣传系 Tel: 019-651-5111 (电话分机: 5452 ) /传真: 019-907-2448 email:kou Hou [ at ] j.Iwate-med.AC.jp ※请将※[at]替换为@。 |
|
|
