易點(diǎn)評(píng)

這篇文章利用了多平臺(tái)基因組學(xué)對(duì)大量不同類(lèi)型癌癥患者的臨床數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,，探究一些病人對(duì)癌癥治療產(chǎn)生特殊的積極反應(yīng)的原因。分析結(jié)果顯示,，在23%的病例中確定了取得治療成功與產(chǎn)生罕見(jiàn)反應(yīng)的可能分子機(jī)制,，并解釋了產(chǎn)生這種現(xiàn)象可能與合成致死性和癌基因成癮有關(guān)。盡管作者闡述了關(guān)于癌癥治療的特殊反應(yīng)的機(jī)制,，但在還存在著一些臨床上無(wú)法解釋的問(wèn)題,。這篇文章不但促進(jìn)了對(duì)ER病例的重新分析，還為未來(lái)針對(duì)這類(lèi)特殊的治療反應(yīng)更大規(guī)模的研究奠定了基礎(chǔ),，同時(shí)也為開(kāi)發(fā)基于表觀遺傳的新試驗(yàn),、新療法、新藥物的相關(guān)研究做出了貢獻(xiàn),。

摘要

一小部分晚期癌癥患者的存活時(shí)間明顯長(zhǎng)于一般的臨床腫瘤患者,。通過(guò)對(duì)個(gè)體患者腫瘤活檢組織的基因組分析，明確了出現(xiàn)治療異?，F(xiàn)象的分子機(jī)制,。在這里，作者分析了111名具有特殊治療反映的患者腫瘤樣本,，使用多種技術(shù)來(lái)探究遺傳和表觀遺傳變異以及腫瘤微環(huán)境,，揭示了近四分之一患者產(chǎn)生特殊治療反應(yīng)的可能機(jī)制。這些機(jī)制被分為四大類(lèi)：DNA損傷應(yīng)答,、細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),、免疫途徑的參與、以及具有良好預(yù)后特征的遺傳改變,，其中有一些腫瘤具有多個(gè)類(lèi)別的特征,。分析結(jié)果揭示了一種可用于治療的合成致死關(guān)系以及有助于治療的罕見(jiàn)遺傳損傷，同時(shí)還提供了大量關(guān)于可能影響癌癥治療反應(yīng)的致癌機(jī)制的可檢驗(yàn)假設(shè),。

背景

癌癥的治療效果往往取決于腫瘤不同特征的組合,，特征一般包括體細(xì)胞突變、表觀遺傳圖譜,、種系多態(tài)性和腫瘤微環(huán)境等,。通常情況下，癌癥治療只會(huì)對(duì)一小部分患者產(chǎn)生有意義的反應(yīng),，這些患者被稱為“特殊反應(yīng)者”(ERs),，然而這些治療成功的案例的分子機(jī)制還沒(méi)有得到系統(tǒng)的研究,。盡管如此，早期的研究表明,，對(duì)這類(lèi)患者的腫瘤進(jìn)行基因分析可以深入了解影響治療反應(yīng)的致癌過(guò)程,。癌癥的這種特殊反應(yīng)是罕見(jiàn)的，因此可能導(dǎo)致特殊反應(yīng)的遺傳損傷也將是罕見(jiàn)的,。與治療反應(yīng)相關(guān)的遺傳事件可分為兩類(lèi)：癌基因成癮和合成致死性,。癌基因成癮是指某些腫瘤的生成和發(fā)展依賴于某個(gè)致癌基因，并針對(duì)該蛋白質(zhì)或下游通路治療敏感的現(xiàn)象,。而合成致死性的概念是基于這樣一個(gè)事實(shí),，即哺乳動(dòng)物細(xì)胞對(duì)惡性腫瘤擁有有冗余的調(diào)節(jié)通路，如果腫瘤基因發(fā)生突變,，使控制細(xì)胞存活的兩條平行信號(hào)通路中的一條失活,，那么針對(duì)第二條信號(hào)通路的藥物就可能會(huì)對(duì)該腫瘤特別有效，這種反應(yīng)就可以被認(rèn)為是異常的,。另外,，免疫細(xì)胞罕見(jiàn)且隨機(jī)的“覺(jué)醒”也可能在癌癥治療的特殊反應(yīng)中發(fā)揮作用。

這些或其他假設(shè)是否能解釋癌癥治療中的異常反應(yīng)現(xiàn)象尚不明確,，因?yàn)榉肿铀椒治龅腅R病例數(shù)量有限,。因此，作者試圖使用多種技術(shù)對(duì)一大批ER患者腫瘤活檢組織的基因組進(jìn)行分析,，以探討癌癥患者對(duì)治療產(chǎn)生特殊反應(yīng)這種現(xiàn)象的分子機(jī)制,。

結(jié)果

DNA損傷應(yīng)答

在常規(guī)癌癥治療中會(huì)頻繁使用利用DNA損傷反應(yīng)機(jī)制與細(xì)胞毒性藥物化療相結(jié)合的治療方式。1例多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(GBM)患者(ER0366)先后接受手術(shù),、局部卡莫司汀和放射治療(圖1A),。并使用替莫唑胺預(yù)防復(fù)發(fā)，在治療的10余年間病情得到了很好的控制(圖1B),。替莫唑胺誘導(dǎo)的DNA甲基化有兩條平行的修復(fù)途徑：MGMT(O-6-甲基鳥(niǎo)嘌呤-DNA甲基轉(zhuǎn)移酶)對(duì)O6-甲基鳥(niǎo)嘌呤的直接修復(fù)(DR)以及更常見(jiàn)的N3-甲基腺嘌呤(N³mA)和N7-甲基鳥(niǎo)嘌呤(N⁷mG)加合物進(jìn)行的堿基切除修復(fù)(BER)(圖1C),。在ER0366腫瘤中，MGMT啟動(dòng)子甲基化導(dǎo)致MGMT mRNA相對(duì)于其他ER腫瘤的低表達(dá)(圖1D左側(cè)),，從而使DR途徑失活,。腫瘤還激活了BER通路，并沉默了APEX1 mRNA的表達(dá)(圖1C IV,；1D右側(cè),；1E)。作者將患者對(duì)替莫唑胺的特殊反應(yīng)歸因于一種罕見(jiàn)的遺傳易感能力,，這種能力能夠同時(shí)失活修復(fù)替莫唑胺誘導(dǎo)的DNA修飾的兩條主要途徑,，DR和BER。

另1例轉(zhuǎn)移性結(jié)腸腺癌患者(ER0474)在1期臨床試驗(yàn)中接受替莫唑胺聯(lián)合研究藥物TRC102治療后,，病情在持續(xù)45個(gè)月中得到了幾乎完全緩解(圖1F),。ER0474與ER0366一樣,，MGMT的表達(dá)被啟動(dòng)子甲基化抑制，但與ER0366不同的是,，BER途徑中沒(méi)有遺傳損傷。作者假設(shè)替莫唑胺和TRC102的聯(lián)合治療對(duì)該患者有效,，并將替莫唑胺加TRC102的臨床試驗(yàn)擴(kuò)大到另外16名結(jié)腸腺癌患者中,，采用免疫組織化學(xué)方法檢測(cè)其中11例患者活檢組織中MGMT的表達(dá)。檢測(cè)結(jié)果顯示部分對(duì)治療有反應(yīng)的腫瘤不表達(dá)MGMT,，而10個(gè)對(duì)治療沒(méi)有反應(yīng)的腫瘤強(qiáng)烈表達(dá)MGMT(圖1H),。這些研究結(jié)果表明這種聯(lián)合治療對(duì)缺乏MGMT表達(dá)的腫瘤患者最有效。

圖1.具有DNA損傷應(yīng)答通路中基因損壞特征的特殊反應(yīng)者

細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑

針對(duì)致癌信號(hào)通路最常見(jiàn)的藥物是曲妥珠單抗或貝伐珠單抗,。有1例轉(zhuǎn)移性雌激素受體陽(yáng)性乳腺癌(ER0512)患者在接受曲妥珠單抗治療后,，病情在2.4年期間得到部分控制(圖2A)。雖然患者在臨床上表現(xiàn)出HER2⁺,，但與完整的TCGA乳腺癌相比,，腫瘤中ERBB2 mRNA的表達(dá)非常低(圖2B)。使用阿那曲唑進(jìn)行治療是因?yàn)榇萍に厥荏w在腫瘤中的表達(dá),，阿那曲唑是一種芳香化酶抑制劑(CYP19A),，可以將睪酮轉(zhuǎn)化為雌二醇。在TCGA和ER乳腺癌隊(duì)列中,，CYP19A1在該患者腫瘤中的表達(dá)位于所有樣本的前1.5%(圖2B),。因此，該患者的異常反應(yīng)可能是由阿那曲唑引起的,。另一個(gè)患者ER0096的胃腸道間質(zhì)瘤有KIT外顯子11缺失,，導(dǎo)致KIT亞型具有結(jié)構(gòu)活性。這名患者對(duì)靶向藥物Sonitinib有著較明顯的反應(yīng)(圖2C),?；虮磉_(dá)分析顯示的KIT以及Sonitinib靶向的幾種酪氨酸激酶(KDR、FLT1和FLT3)高表達(dá)可能是導(dǎo)致異常反應(yīng)的原因(圖2D),。而在已有的研究中已經(jīng)將這些靶點(diǎn)的高表達(dá)與對(duì)Sonitinib的反應(yīng)聯(lián)系在了一起,。

圖2.具有信號(hào)通路中基因損壞特征的特殊反應(yīng)者

免疫微環(huán)境

考慮到免疫監(jiān)測(cè)在癌癥中的作用，作者使用免疫腫瘤學(xué)基因表達(dá)譜和免疫組織化學(xué)方法檢測(cè)了ER腫瘤中的免疫細(xì)胞浸潤(rùn),，使用TCGA腫瘤作為對(duì)照,。ER腫瘤中B細(xì)胞和激活的(CD56^dim)自然死亡(NK)細(xì)胞的特征高于TCGA腫瘤(圖3A)。值得注意的是,，新出現(xiàn)的研究已經(jīng)將治療反應(yīng)與腫瘤浸潤(rùn)性B細(xì)胞和激活的NK細(xì)胞的豐度增加聯(lián)系在一起,。

作者在研究一名轉(zhuǎn)移性尿路上皮癌患者(ER0401)的特殊反應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn)了一種不尋常的免疫機(jī)制，該患者在化療,、放療和手術(shù)失敗后接受了免疫檢查點(diǎn)抑制劑nivolumab的治療并產(chǎn)生了持續(xù)7個(gè)月的有效反應(yīng),，但是這種結(jié)果只有3%的膀胱癌患者出現(xiàn)了(圖3B),。該患者的腫瘤表達(dá)了高水平的PDCD1(編碼nivolumab靶標(biāo)PD-1)和CD274(編碼PD-1配體PD-L1)(圖3C)。它還含有大約32個(gè)包含MDM2和IFNG的擴(kuò)增子(編碼干擾素-g,；圖3D),，這兩個(gè)基因的表達(dá)水平都非常高(圖3E)。免疫組織化學(xué)染色顯示CD3⁺T細(xì)胞豐度相對(duì)較低(圖3F,，上圖),，但與其他ER和TCGA樣本中的腫瘤浸潤(rùn)性淋巴細(xì)胞相比比例適中(表S4)。CD3⁺T細(xì)胞通常會(huì)產(chǎn)生干擾素-g,。因此,，作者采用原位mRNA雜交的方法，研究高水平的IFNG擴(kuò)增是否可能導(dǎo)致惡性膀胱細(xì)胞高表達(dá)IFNG mRNA,。事實(shí)上,，IFNG mRNA在惡性膀胱癌細(xì)胞和稀疏的CD3+T細(xì)胞中都有很強(qiáng)的表達(dá)(圖3F，中圖,，放大的T細(xì)胞在圖3F,，下圖)。干擾素-g在促進(jìn)抗癌免疫方面發(fā)揮著重要而復(fù)雜的作用,，其表達(dá)與對(duì)檢查點(diǎn)封鎖的有利反應(yīng)有關(guān),，該特點(diǎn)為這種特殊反應(yīng)提供了一個(gè)潛在的解釋。

圖3.特殊反應(yīng)者的免疫微環(huán)境

預(yù)測(cè)遺傳學(xué)

作者定義了一個(gè)“預(yù)后遺傳學(xué)”類(lèi)別,，包括帶有基因損傷的ER腫瘤,，這些腫瘤的基因損傷目前尚不被認(rèn)為與良好的預(yù)后相關(guān)。盡管預(yù)后遺傳學(xué)類(lèi)別的ER患者在一線治療后也會(huì)復(fù)發(fā),，但他們?cè)趽尵戎委熀蟮奶厥獯婊盥士赡苁怯捎谒麄冾A(yù)后良好的基因組特征所推動(dòng)的,。

其中一個(gè)預(yù)后良好的遺傳病變是針對(duì)DNA復(fù)制聚合酶ε的突變，這些罕見(jiàn)突變出現(xiàn)在不到1%的膠質(zhì)瘤中(在398例TCGA卵巢漿液性癌中未檢測(cè)到),。ER患者的長(zhǎng)期生存可能反映了這種POLEs突變?cè)谄渌┌Y類(lèi)型中的良好預(yù)后,，可能涉及對(duì)突變新抗原的免疫識(shí)別.

復(fù)合ER機(jī)制

有16例(62%)1級(jí)病例發(fā)生了分子改變，具體可分為兩種或更多ER類(lèi)型,。其中一個(gè)樣本是IVb期子宮內(nèi)膜癌(ER0454),，使用紫杉醇、卡鉑和替西羅莫斯后病情得到控制,，在診斷5.8年后存活(圖4A),。外顯子組測(cè)序顯示，針對(duì)參與DNA修復(fù)的三種蛋白-BRCA2,、SLX4和WRN-的失活突變可能使腫瘤對(duì)卡鉑治療敏感,。此外，激活的PIK3CA突變和失活的PTEN突變可以促進(jìn)對(duì)PI3激酶/mTOR信號(hào)的依賴以及對(duì)mTORC1抑制劑temsirolimus的敏感性(圖4B)。腫瘤測(cè)序還顯示由于MLH1甲基化和沉默導(dǎo)致的微衛(wèi)星不穩(wěn)定性(MSI)(圖4C),。MSI子宮內(nèi)膜癌與相對(duì)良好的預(yù)后和豐富的微環(huán)境免疫細(xì)胞有關(guān),，像在這個(gè)ER瘤中觀察到的那樣可以歸因于它們突變負(fù)荷的增加(圖4D)。因此,，這個(gè)腫瘤表現(xiàn)出四種ER類(lèi)型的特征,，這可以單獨(dú)或共同解釋觀察到的良好預(yù)后的結(jié)果。

圖4.特殊反應(yīng)者表現(xiàn)出多個(gè)類(lèi)別的特征

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