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RCC1、EGFR与K-ras在NSCLC治疗中的进展

2011-03-31张晶晶吕喜英

承德医学院学报 2011年4期
关键词:外显子基因突变腺癌

张晶晶,吕喜英

(承德医学院,河北承德 067000)

肺癌居癌相关性死因首位,非小细胞肺癌(NSCLC)占肺癌的80%-85%,非小细胞肺癌的发病率和死亡率呈上升趋势,化疗仍是晚期NSCLC最重要的治疗方式,而其标准一线化疗方案(含铂的第三代二联化疗方案)的有效率仅为25%-35%。总体而言,肺癌患者的预后仍较差。当今,NSCLC患者个体化治疗中,利用分子标志物预测预后和指导治疗成为研究热点,通过检测分子标志物指导个体化治疗,能够选择最有效的治疗策略,使疗效最大化,最大程度降低毒性,从而改善预后。本文就核苷酸切除交叉互补基因1(ERCC1)、表皮生长因子受体(,EGFR)、原癌基因Kirsten-Rous肉瘤病毒(K-ras)与NSCLC的相关性研究进展作一综述。

1 ERCC1

ERCC1基因在胞内DNA复制及损伤修复环路中起关键作用,是被人类首个克隆而得的DNA损伤修复基因[1],位于19q13.2-13.3,全长15kb,含10个外显子,被转录加工为1.0kb mRNA和1.1kb mRNA,仅后者编码含297个氨基酸的蛋白质,ERCC1-XPF异二聚体具有5,DNA核酸内切酶活性,具有损伤识别和切除5,端的双重作用,在核苷酸切除修复系统(NER)中起到限速或调节的作用[2],其活性高低可反映NER修复活性水平[3]。核苷酸切除修复是最重要的DNA修复途径,是一种无误性修复方式,是维持体内DNA结构完整和稳定的主要方式。在人类细胞中,由化学药物造成的DNA损伤主要通过NER途径修复,而ERCC1在NER途径中起关键作用。铂类药物抗肿瘤作用的主要靶点为DNA,其细胞毒性主要在于与细胞内亲核DNA结合,形成铂-DNA加合物,影响DNA复制转录,导致其致命损伤。NER是DNA修复机制中最全面性的,该系统被认为是引起顺铂耐药的主要原因之一,而ERCC1基因在NER过程中起着关键作用。ERCC1可较好反映对顺铂、卡铂、奥沙利铂等类化疗药物的耐药情况,最初研究发现在胃癌、食管癌中ERCC1与顺铂耐药相关,随后该现象同样存在于NSCLC中。铂类可使快速增殖细胞停滞于细胞周期某一阶段,而ERCC1过表达可使停滞在G2/M期的损伤的DNA迅速修复,导致其对铂类耐药。

1.1 ERCC1与NSCLC 肺癌高居恶性肿瘤首位,并且全球肺癌发病及死亡人数呈逐年上升趋势,其死亡率已占癌症死亡率之首,其中非小细胞肺癌(NSCLC)占肺癌85%。早期NSCLC患者一般手术切除,但30%-60%的患者仍会复发并可能死亡。临床研究已验证,顺铂辅助化疗可以提高术后NSCLC的生存期。对NSCLC患者术后行辅助化疗目前已为标准,但总生存率仅能提高4.1%左右,可见多数患者并未得益于术后化疗。筛选出可能从中获益者以使多数未获益者免受化疗带来的副作用,这将是当今肺癌研究的热点。目前,以铂类为基础联合第三代新药(异长春新碱、紫杉醇、吉西他滨、培美曲塞)的化疗方案是非小细胞肺癌(NSCLC)的标准一线方案,其有效率仅为25%-35%,NSCLC化疗疗效进入尴尬的“瓶颈”阶段,因此,对于不同特点的患者群予以针对性的治疗,使疗效达到最大化的个体化治疗是突破目前疗效“瓶颈”的根本所在,这必将是一项任重而道远的任务。

顺铂药物的毒性来自于cisplatin与DNA的结合。Cisplatin-DNA共价复合物影响细胞的基本过程,包括DNA修复、细胞周期阻滞及细胞凋亡。ERCC1基因在胞内DNA复制及损伤修复环路中起关键作用,较早在一些肿瘤细胞中的研究表明[4]:ERCC1 mRNA表达显著减弱,提示核苷酸切除修复能力降低,增加细胞癌变几率。同理,ERCC1低表达促进肺癌的发生发展,吕嘉春[5]与张增利等[6]通过检测ERCC1基因mRNA和其基因多态性分布,结果均显示ERCC1低表达可作为肺癌易感性标志。

Simon等[7]根据ERCC1和RRM1基因表达水平对晚期NSCLC进行选择性用药的前瞻性Ⅱ期研究,结果证明ERCC1低表达者用铂类治疗,ERCC1高表达者用非铂治疗,提高肺癌治疗的有效率。Cobo等[8]的研究是第一次根据ERCC1 mRNA表达水平进行选择性应用铂类药物的多中心、随机Ⅲ期对照试验,结果提示,依据ERCC1 mRNA表达水平对铂类进行选择性用药好于非选择铂二联的传统治疗模式。Olaussen等[9]应用标准免疫组化法检测IALT研究患者的ERCC1蛋白表达和铂类疗效的关系,显示仅ERCC1蛋白低表达者才受益于顺铂辅助化疗,ERCC1蛋白高表达提示对铂类耐药。Reynolds等[10]针对晚期NSCLC的Ⅲ期试验回顾性研究发现,用定量荧光免疫组化法检测的ERCC1蛋白表达与铂类方案疗效呈负相关。上述研究均提示ERCC1蛋白表达水平也能够预测铂类方案的疗效。

Zheng等[11]研究了187例早期NSCLC病人的手术标本和患者预后的关系,发现ERCC1高表达病人生存期长,并可作为早期NSCLC手术后预后决定因子。Simon等[12]采用RT-PCR法检测了51例完全手术切除的Ia-Ⅲb期NSCLC瘤内ERCC1 mRNA相对表达水平,结果发现ERCC1表达与患者预后呈正相关,Cox分析示ERCC1高表达是NSCLC术后生存良好的独立预后因素。Ceppi等[13]用PCR方法检测进展期NSCLC病人的ERCC1 mRNA表达水平,Cox分析明确ERCC1可作为独立预后因素。上海市胸科医院韩宝惠等采用免疫组化方法检测了152例根治性手术后有长期随访I-Ⅲa期NSCLC患者手术标本ERCC1的表达水平[14]。认为:①I期NSCLC患者存在ERCC1高表达,是术后预后良好的独立指标。②ERCC1表达对I期和Ⅱ-Ⅲ期NSCLC术后生存具有双重效应:ERCC1高表达减少了术后肿瘤复发的危险但同时对DDP耐药,I期NSCLC术后ERCC1高表达发挥更多的是其保护的一面,而Ⅱ-Ⅲ期以铂类耐药或抵抗为主。

1.2 NSCLC的分子靶向治疗 肺癌分子靶向治疗是指在分子生物学基础上,将与肺癌发生、发展、预后等密切相关的特异分子作为靶点[15],利用靶分子特异制剂或药物进行治疗的方法。靶向治疗可特异性杀伤肿瘤细胞,对正常细胞几乎无损伤作用,与传统治疗相比对机体损伤小,患者耐受力好,是理想的治疗方法。KRAS和EGFR基因突变是肺癌中最常见的突变。KRAS密码子12和13的突变在肺腺癌中的突变率为20%-25%,在其它NSCLC中突变率较低;EGFR在40%-80%的NSCLC中过表达,尤其在非吸烟女性肺腺癌中高发。

近年肺腺癌领域出现的重要分子事件:EGFR突变是晚期肺腺癌一线EGFR-TKI治疗的疗效预测因子;EGFR突变的肿瘤演变有惰性缓慢的特征;EGFR突变和K-ras突变在同一肿瘤中互斥(几乎不会同时出现);对于EGFR和K-ras突变均为阴性的患者,其携带EML4-ALK融合基因的可能性很大。NSCLC治疗的分子靶向药物主要有两类,一类是作用于肿瘤细胞内的小分子TKIs,包括Gefitinib(吉非替尼)和Elrotinib(厄洛替尼);另一类是作用于细胞外的单克隆抗体,主要是Cetuximab(西妥昔单抗),均作用于肿瘤细胞的EGFR信号传导通道,而EGFR信号系统参与肿瘤侵袭、血管生成、凋亡障碍和化放疗抗拒[16]。

2 EGFR

EGFR基因位于7p12-14区,由28个外显子组成。EGFR由1186个氨基酸残基组成,是一种分子量为170kDa的膜蛋白,由1个胞外配体结合区、跨膜区和1个具有酪氨酸激酶(TK)活性的胞内区组成。是跨膜受体酪氨酸激酶ErbB家族的一员,属于I型生长因子受体家族。EGFR家族包括:ErbB1(EGFR)、ErbB2(HER2)、ErbB3(HER3)、ErbB4(HER4),同属于受体酪氨酸激酶(RTKS)。EGFR与相应配体表皮生长因子(EGF)、转化生长因子α(TGF-α)等结合后,自身发生磷酸化而激活,并启动下游一系列级联酶促信号转导通路,其中最重要的两条通路分别是Ras-MAPK(丝裂原激活蛋白激酶)通路和PI3K(磷脂酰肌醇-3-激酶)/Akt通路,与细胞增殖、细胞凋亡等密切相关。据报道:肺癌细胞以自分泌方式分泌TGF及GF,可与EGFR结合发生作用,并且EGFR的表达与肺癌患者预后密切相关。

2.1 EGFR突变 目前有3种方法用于明确肿瘤细胞的EGFR状态,包括分析基因突变、检测基因拷贝数和EGFR表达水平。敏感相关性突变:最常见的为外显子19缺失(E19 de1)和外显子21 L858R突变,激活酪氨酸激酶结构域,且都与肿瘤对小分子TKIs的敏感度高度相关。这些突变见于18.4%-36.8%的亚洲NSCLC患者,远高于欧美地区[17]。①外显子19碱基缺失,突变主要发生在以LREA为中心的第746-752位密码子的碱基缺失,突变的EGFR蛋白改变了受体ATP结合囊(ABP)角度,显著增强了肿瘤细胞的敏感性;②外显子2l的点突变,主要是第858位密码子出现T-G转换,该位点编码的氨基酸由亮氨酸转变为精氨酸(L858R),位于DGF序列附近,其作用使A-loop的稳定性增强,提高了肿瘤细胞对EGFR-TKIs的敏感性。DEAL-1和DEAL-2两项临床试验发现,吉非替尼治疗亚洲非吸烟的女性肺腺癌患者效果较好,主要原因与这些妇女出现敏感相关基因突变频率较高密切相关,89%的突变集中在l9外显子的缺失和21外显子的L858R点突变[18]。

耐药相关性突变与TKI耐药有关,分为原发耐药和获得性耐药,前者与K-ras突变、EML4-ALK融合基因相关。后者的主要相关因素为T790M二次突变及c-MET基因扩增,二者所占比例分别为50%及20%左右。近期研究表明,还可能与MET配体肝细胞生长因子(HGF)高表达有关。对于因T790M突变导致TKI耐药的NSCLC,可给予不可逆性的多靶点抑制剂。期待新型选择性c-MET抑制剂的临床研究,需进一步证实HGF与TKI耐药相关性的临床研究。①外显子20点突变,主要是第790位密码子出现C-T转换,该位点的氨基酸由苏氨酸转变为甲硫氨酸(T790M),T790M突变可发生在治疗前、中和后。研究发现,患者治疗前检测出对药物敏感的EGFR基因突变,但在吉非替尼治疗一段时间后,病情恶化,通过对治疗后的肿瘤组织分析证实,患者出现了“获得性”T790M突变。②外显子20碱基插入突变发生在第770-775位密码子,在GACAACCCCCACGTGTGC序列间(主要在CCCCC序列两侧)存在8种不同的插入方式,插入的片段为3-9个碱基。提示存在EGFR-TKIs敏感相关突变基因的患者,在药物治疗过程中也可能产生耐药突变基因的亚克隆,对这些耐药基因突变的检测有助于及时判断疗效,选择最佳治疗方案。部分患者在治疗前肿瘤组织中就存在T790M突变,这可能导致对吉非替尼的“先天性”耐受。因此,在治疗前和治疗中检测EGFR T790M突变状态可以预测TKIs的治疗效果。药物活性选择性基因突变,主要指基因突变后对某一类药物敏感,但对另外一类药物产生耐药。常见的药物活性选择性基因突变发生在EGFR外显子22,当外显子22出现E884K突变时,患者对吉非替尼敏感,但对另一种EGFR-TKI厄罗替尼耐药;当同时伴有L858R突变时,患者对吉非替尼和厄罗替尼敏感度都有所增加[18]。

棘皮动物微管相关蛋白样4(EML4)编码蛋白N-末端部分融合至间变淋巴瘤激酶(ALK)的细胞内酪氨酸激酶结构域,重排为EML4-ALK,导致异常酪氨酸激酶表达。2007年,Soda[19]首次在NSCLC患者术后标本中检测到EML4-ALK重排融合。此后相继有报道,如果不吸烟或仅少量吸烟者,或不伴有EGFR基因突变者,EML4-ALK阳性率分别高达22%和33%。EML4-ALK阳性者的某些特征与EGFR突变者相似,阳性几乎出现在不吸烟或轻度吸烟及腺癌患者中,不能从EGFR-TKI靶向治疗中获益。Crizotinib(PF02341006)是针对ALK基因的小分子抑制剂,Bang等[20]在2010年ASCO年会上报告了Crizotinib治疗晚期NSCLC的临床研究结果,研究者认为,对于携带EML4-ALK融合基因的NSCLC患者,Crizotinib治疗的缓解率高且安全性良好,或可成为首选标准治疗用药。

2.2 EGFR抑制剂 Cetuximab是一种人鼠嵌合抗EGFR的单抗,竞争性抑制EGFR与EGF和TGF-α结合,阻断EGFR的激活和其下游信号通路蛋白的磷酸化,并下调胞膜表达水平,此外可激活抗体依赖的细胞毒作用(ADCC),产生细胞杀伤效应;EGFR-TKI包括厄洛替尼(Erlotinib)和吉非替尼(Gefitinib),通过与(adenosine triphosphate, ATP)竞争性结合EGFR的胞内区直接抑制EGFR-TK并间接降低周期抑制蛋白p27的表达,使癌细胞阻滞于G1期并诱导凋亡等,达到延长肿瘤患者生存期的目的[21]。对于未检测EGFR突变状态的群体,亚裔非吸烟的女性肺腺癌患者是EGFR-TKI治疗的优势人群。而对于EGFR突变的高选择群体,IPASS、SLCG、NEJGSG 002、WJTOG3405 等研究显示,一线接受TKI治疗有效率为70.6%-74.5%,中位生存期(PFS)为10.6-14.0个月。由于最终几乎所有的患者都会对EGFR-TKI产生耐药,限制了其长期疗效。EGFR-TKI联合标准含铂一线化疗方案亦不能额外改善患者生存率[22]。

2.3 K-ras K-Ras基因属于Ras原癌基因家族,位于染色体12p11.2,其家族还包括H-Ras和N-R as,每个基因各有4个外显子。K-Ras基因突变主要集中于外显子1中第l2、13位密码子和外显子2中第61位密码子,最常发生在第l2位密码子,K-Ras基因l2位密码子野生型为GGT,突变型常为TGT、GTT、GAT三种,基因突变产生具有致癌活性的p21蛋白。K-ras基因是EGFR通路下游的效应子,突变型K-ras促进肿瘤细胞生长扩散,且不受上游EGFR信号影响。K-ras基因突变是靶向药物原发性耐药的重要预测指标,是EGFR-TKI治疗的负性预测因子[18]。Meta分析总结1008例NSCLC患者的TKI治疗效果,结果NSCLC患者K-ras突变为16.4%-21%,有吸烟史者远高于无或少量吸烟者(25%vs 6%),腺癌高于其它组织学类型(26%vs16%)。K-ras突变患者接受TKI治疗的有效率约3%,而K-ras野生型患者其有效率近26%[23]。故2009年版NCCN指南推荐:存在K-ras突变的患者建议选择厄洛替尼以外的其它治疗,推荐级别为2B类。

3 EGFR、K-ras与NSCLC

国际肺癌研究学会、美国胸科学会和欧洲呼吸学会(IASLC、ATS、ERS)联合推出了肺腺癌的国际多学科分类新标准。该标准推荐,应对晚期肺腺癌患者进行EGFR突变的分子检测,这是基于包括IPASS、OPTIMAL等多项临床试验的高级别证据。EGFR突变筛选出的肺腺癌患者一线接受EGFR-TKI治疗,有效率>70%,而未经EGFR突变筛选者的总体治疗有效率仅为30%。总之,对于EGFR敏感突变的患者,使用EGFR-TKI治疗是合理的选择,而对于无敏感突变的患者,采用EGFR -TKI治疗是有害的。EGFR突变和K-ras突变在同一肿瘤中互斥(几乎不会同时出现),K-ras基因突变是靶向药物原发性耐药的重要预测指标,是EGFR-TKI治疗的负性预测因子。2010年ASCO年会报道了BATILE研究的初步结果,提示K-ras基因突变型或EGFR基因野生型的患者可能从索拉非尼治疗中获益,而EGFR基因突变阳性及EGFR基因拷贝数扩增的患者其接受索拉非尼治疗效果可能欠佳[24]。该研究为K-ras突变及野生型、EGFR野生型患者提供了治疗机会,但此研究仅为小样本Ⅱ期临床研究,尚待大规模的临床研究验证。随后研究得到对于EGFR和K-ras突变均为阴性的患者,其携带EML4-ALK融合基因的可能性很大,Crizotinib(PF02341006)是针对ALK基因的小分子抑制剂,其缓解率高且安全性良好,或可成为首选标准治疗用药。

4 ERCC1、EGFR、K-ras与NSCLC

ECOG1594研究显示:NSCLC的标准一线化疗方案以铂类为基础,联合第三代新药。而对于ERCC1高表达患者预示对铂类耐药,此类患者应用铂类化疗弊远大于利,故对于NSCLC尤其肺腺癌患者,检测EGFR突变状态指导EGFR-TKI治疗尤为重要,不能仅根据优势人群选择TKI治疗。若EGFR突变阳性且无论ERCC1高低表达,提示可一线选择EGFR-TKI治疗,然而对于K-ras突变型肺腺癌患者,往往提示EGFR-TKI治疗效果欠佳。由于EGFR与K-ras几乎不会出现在同一肿瘤组织中,故结合ERCC1,可选择合适的化疗方案(EGFR-TKI联合标准含铂一线化疗方案亦不能额外改善患者生存率)。对于早期NSCLC患者,ERCC1阳性未化疗组生存期较ERCC1阴性未化疗组长;对于晚期NSCLC患者,ERCC1阳性化疗组(含铂方案)生存期较ERCC1阳性未化疗组短;ERCC1阴性化疗组(含铂方案)生存期较ERCC1阴性未化疗组长;ERCC1阴性化疗组(含铂方案)生存期较ERCC1阳性化疗组(含铂方案)长;对于EGFR突变阳性,尤其是K-ras突变阴性且ERCC1阳性的晚期病例,EGFR-TKI靶向药物是一线治疗方案,能够显著提高疗效及延长生存期;对于EGFR突变阴性,K-ras阳性,若ERCC1阳性则选择不含铂方案,若ERCC1阴性则可选择含铂方案。JMDB研究奠定了培美曲塞在肺腺癌中的化疗地位。ECOG4599研究显示:对于未检测EGFR突变状态或非突变的腺癌患者,贝伐珠单抗联合化疗是目前最具疗效优势的方案。

5 亟待解决的问题

21世纪,基于生物标志物与遗传学特征的肿瘤个体化治疗及研究方兴未艾,尤其在NSCLC治疗中显示良好应用前景,然而存在以下问题:(1)多数研究仍为回顾性分析,由于临床基线情况不均衡而影响试验结果,需高级别多中心、随机对照前瞻性临床试验验证;(2)检测技术的准确性、先进性、可行性,即标准化,检测的敏感性,设定合适分子标志物高低表达划分点,标本处理等是确保其临床应用的前提;(3)常选用组织标本,但对于晚期患者,经穿刺得标本量少,信息不完整,IPASS、FLEX等研究显示组织标本检测有效率仅为30%-40%。另外,肿瘤生物学特性在治疗中发生改变,而实时获取组织标本难上加难。需寻找其替代品,外周血能否替代组织标本尚不明确,存在的问题:首先血液与组织标本检测结果的一致性报道不一,待多中心、大样本、前瞻性研究证实;其次肿瘤细胞或游离DNA能否代表原发灶DNA水平,需进一步研究。

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