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实验专题

非小细胞肺癌与它靶点的那些事儿


 COVID-19 疫情影响,一年一度的美国临床肿瘤学会 (ASCO) 会议也破天荒的改为线上举行。而肺癌作为全球最常见也最致命的癌症,自然少不了它的身影。



全球每年大约有 160 万人死于肺癌。根据细胞来源,约 80-85% 是非小细胞肺癌 (NSCLC)。组织学上,NSCLC 有几种亚型,包括肺腺癌 (LUAD)、肺鳞状细胞癌 (LUSC)、大细胞癌等。基因分型研究已经揭示了 NSCLC 各种亚型的遗传/分子异常,这些驱动致癌突变使癌细胞生长和存活。目前已经确定了几种驱动突变,包括 EGFR、ALK、KRAS、ROS1、BRAF、RET、MET、HER2 和 PIK3CA 等。此外,靶向免疫检查点也是近年来的研究热点。

图 1. LUAD 和 LUSC 常见的遗传突变[1]

EGFR 突变

EGFR (表皮生长因子受体) 是一种跨膜糖蛋白,具有细胞外配体结合结构域和细胞内酪氨酸激酶 (TK) 结构域。EGFR 在结合特异性配体 (例如表皮生长因子) 后,受体 TK 活性激活,导致 EGFR 细胞内结构域自磷酸化,从而触发下游信号级联转导,包括 Ras/Raf/MAPK、PI3K/AKT/mTOR 和 STAT 途径。在大多数 NSCLC 中,EGFR 存在过表达或者突变的现象,而 EGFR 突变又多发生在 EGFR TK 结构域中。在 TK 结构域突变中,85-90% 的突变是第 19 外显子的氨基酸缺失 (ex19del) 和第 21 外显子上 L858R 突变。这些发现为靶向 EGFR 提供了方向。

图 2. EGFR 突变与耐药机制 (I 代表与耐药相关的突变,II 代表与药物敏感性相关的突变)[4]

第一代 EGFR 酪氨酸激酶抑制剂 (EGFR-TKI) Gefitinib (吉非替尼)、Erlotinib (厄洛替尼) 能选择性、可逆地与 EGFR 结合,抑制 ATP 与 TK 结构域的结合,从而发挥作用。但很快就出现了对 Gefitinib 和 Erlotinib 耐药的情况,研究表明,EGFR 第 20 外显子上的 T790M 突变是主要的耐药原因。于是有了第二代 EGFR TKI,如 Afatinib (阿法替尼)。Afatinib 与 EGFR、HER2 和 ErbB4 共价结合,不可逆地抑制受体酪氨酸激酶活性。同时,Afatinib 对 EGFR ex19del 缺失和 L858R 常见突变有效,而对 T790M 获得性耐药突变的效果不理想。
靶向 EGFR 突变的 “战斗” 到这里似乎要结束了,但不可逆抑制剂的方向显示出了新的希望。第三代 EGFR TKI,如 Osimertinib (奥斯替尼) 出现了,并已开发成为不可逆的 T790M 抑制剂。Osimertinib 通过共价结合 EGFR 的半胱氨酸位点,不可逆地抑制 EGFR 的一些突变形式,包括 L858R、ex19del 和含有 T790M 的双重突变。但结果却是祸福难料,随后发生的 EGFR C797S 突变又对 Osimertinib 产生了抗性。 
尽管如此,“战斗”仍没有结束。第四代抑制剂 EAI045 是一种靶向 EGFR T790M 和 C797S  突变体的变构抑制剂,能够克服 T790M 和 C797S 的耐药性突变,不过目前只有与 Cetuximab 联合使用才有效,因此 EAI045 还需要进一步研究。
经典的 EGFR 抑制剂
第一代抑制剂
Gefitinib
选择性和有口服活性的 EGFR TKI,IC50 为 33 nM; FDA approved
Erlotinib
直接作用的 EGFR TKI,对人 EGFR 的 IC50 为 2 nM; FDA approved
Icotinib
选择性的 EGFR TKI,IC50 值为 5 nM;也抑制突变型 EGFR L858R,EGFR L858R/T790M,EGFR T790M 和 EGFR L861Q; NMPA approved
第二代抑制剂
Afatinib
是不可逆的 EGFR 家族抑制剂,抑制 EGFR WT,EGFR L858R,EGFR L858R/T790M 和 HER2的 IC50 分别为 0.5 nM,0.4 nM,10 nM 和 14 nM; FDA approved
Dacomitinib
特异的,不可逆的泛 ErbB TKI,作用于 EGFR,ErbB2 和 ErbB4 的 IC50 分别为 6 nM,45.7 nM 和 73.7 nM; FDA approved
第三代抑制剂
Osimertinib
不可逆和突变选择性的 EGFR TKI,抑制 EGFR L858R 和 EGFR L858R/T790M 的 IC50 分别为 12 和 1 nM; FDA approved
Olmutinib
具有口服活性的,不可逆的第三代 EGFR TKI,抑制 EGFR Exon 19 deletion (IC50=9.2 nM) 和 EGFR L858R/T790M (10 nM); MFDS approved
第四代抑制剂
EAI045
突变体 EGFR 的第四代 EGFR TKI,联合 Cetuximab 对 EGFR L858R/T790M 和 L858R/T790M/C797S 诱导的小鼠肺癌模型有效

另外,EGFR 获得性耐药突变的生物机制对发现新的生物标志物和药物靶标非常重要。除了上述提到的 EGFR 本身的基因修饰 (如 T790M、C797S) 外,还存在其他的耐药机制,如替代途径激活和组织学/表型转化。替代途径激活如 MET 扩增,HER2 扩增,PIK3CA 突变,BRAF 突变等。组织学转化如肺腺癌 (LUAD) 向鳞状细胞癌 (SCC) 或小细胞肺癌 (SCLC) 的组织学转化;表型转化如上皮间质转化 (EMT),下图是已知的 EGFR 获得性 Osimertinib 耐药的机制示意图。

图 3. 抗 Osimertinib 机制示意图[7]

ALK 重排

ALK (间变性淋巴瘤激酶) 是胰岛素受体酪氨酸激酶家族的成员,由 2 号染色体上 (2p23) 的 ALK 基因编码。ALK 的致癌激活发生在多种恶性肿瘤中。在大多数情况下,ALK 会由于染色体重排而异常激活。在 NSCLC 中,最常见的为 ALK 基因与 EML4 基因倒位形成 EML4-ALK 融合基因。这种融合导致 ALK 的异常表达以及 ALK 酪氨酸激酶和下游信号通路的组成性激活,最终发展成癌细胞不受控制的增殖和存活。另外,ALK 重排还具有排他性,如 ALK 发生重排时,EGFR 和 KRAS 一般不发生突变。

图 4. ALK 重排 NSCLC 中 ALK 的激活及下游信号转导[10]
Crizotinib (克唑替尼) 是一种具有口服活性的多靶点的 TKI,对 MET、ALK 和 ROS1 具有抑制作用。但不幸的是,随后也了出现对 Crizotinib 耐药性的情况。产生耐药机制的原因主要有两类,一类是通过靶标的基因突变介导的,让 Crizotinib 不能与对应的活性位点结合,如常见的 ALK “关守”(Gatekeeper) 突变 (L1196M 和 C1156Y);另一类机制是通过激活参与下游信号传导的替代途径 (或旁路) 介导的,即绕过了 ALK 信号传导途径。此外,研究表明 ALK 阳性复发通常涉及中枢神经系统,而 Crizotinib  CNS 渗透性较差,这可能也是其中的一个原因。

图 5. Crizotinib耐药机制[10]
因此,接下来开发的 ALK 抑制剂不仅需要增强抗 ALK 活性,还需要克服 Crizotinib 耐药突变并改善 CNS 渗透性。针对 ALK 的第二、三代抑制剂包括 CeritinibAlectinibBrigatinib Lorlatinib 

经典的 ALK 抑制剂
第一代抑制剂
Crizotinib
具有口服活性的,选择性的 ALK 和 c-Met 抑制剂,IC50 分别为 20 和 8 nM;也是 ROS1 抑制剂; FDA approved
第二代抑制剂
Ceritinib
选择性、有口服活性的, ATP 竞争性的 ALK TKI,IC50 为 200 pM; 有效地抑制 ROS1 融合; FDA approved
Alectinib
有效,选择性和口服的 ALK 抑制剂,其 IC50 为 1.9 nM,抑制 ALK F1174L 和 ALK R1275Q; FDA approved
Brigatinib
具有口服活性的 ALK 抑制剂,包括抑制一些对 ALK 产生抗性的突变体; FDA approved
第三代抑制剂
Lorlatinib
具有口服活性,选择性,脑渗透性的 ROS1/ALK 抑制剂;对于 ROS1,野生型 ALK 和 ALK L1196M 的 Ki 分别为 <0.025 nM,<0.07 nM 和 0.7 nM; FDA approved
KRAS 突变

前面我们曾在《不可成药靶点” KRAS: 关门才是大吉》一文中详细讲述了 KRAS 突变机制KRAS 是酪氨酸激酶受体 (包括 EGFR) 下游的信号转导因子。而突变的 KRAS 可以在没有 EGFR 信号传导的情况下,自动激活 Raf/MEK/ERK、PI3K/AKT/mTOR 和 RalGEF/Ral 途径,使恶性肿瘤进一步发展。反过来,突变的 KRAS 也就会使上游的 EGFR 靶向药物无效。在 NSCLC 中,KRAS 突变体最常见的突变是 G12C。而 KRAS 结构的复杂性阻碍了直接靶向 KRAS。当前的方法主要是基于抑制剂与靶点的共价结合,如 AMG 510、MRTX849、ARS-1620 和 ARS-853 等。另外可以靶向 KRAS 信号通路的下游效应子,如靶向 MEK 的 Trametinib (曲美替尼) 和 Selumetinib (司美替尼) 等。

ROS1 重排

ROS1 也称为 MCF3 或 c-ros-1,是一种胰岛素受体家族的受体酪氨酸激酶,位于 6 号染色体 (6q22) 上。多种癌症包括胆管癌、胶质母细胞瘤、卵巢癌、胃癌 和 NSCLC 中都观察到了 ROS1 基因重排,这些重排产生 ROS1 融合蛋白,导致 ROS1 激酶组成性激活,触发许多信号通路,如 JAK/STAT,PI3K/AKT/mTOR 和 MAPK/ERK,从而导致细胞分化,增殖,生长和存活发生改变。已经在 NSCLC 中鉴定出多种 ROS1 融合蛋白:SDC4、EZR、KDELR2、CCDC6、TPM3、LRIG3、FIG

靶向 ROS1 重排的抑制剂有 Crizotinib、Ceritinib (色瑞替尼)、Entrectinib (恩曲替尼) 等。

图 6. ROS1 融合蛋白示意图及下游信号通路激活[18]

质膜,高尔基体,细胞质中的 ROS1 融合蛋白变体不同,如 FIG-ROS1 融合仅在高尔基体中

经典的 ROS1 抑制剂
Crizotinib
具有口服活性的,选择性的 ALK 和 c-Met 抑制剂,IC50 分别为 20 和 8 nM;也是 ROS1 抑制剂; FDA approved
Ceritinib
选择性,有口服活性的,ATP 竞争性的 ALK TKI,IC50 为 200 pM; 有效地抑制 ROS1 融合; FDA approved
Lorlatinib
具有口服活性,选择性,脑渗透性的 ROS1/ALK 抑制剂;对于 ROS1,野生型 ALK 和 ALK L1196M 的 Ki 分别为 <0.025 nM,<0.07 nM 和 0.7 nM; FDA approved
Entrectinib
具有口服活性的,有效的 ROS1 抑制剂;对 TrkA, TrkB, TrkC, ROS1  ALK  IC50 值分别为 1, 3, 5, 12  7 nM; FDA approved
BRAF 突变
BRAF 基因位于 号染色体 (7q34上,编码丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶 BRAFBRAF 是 RAF 激酶家族的成员,也是 RAS/RAF/MAPK 下游的一部分,参与细胞生长、增殖和血管生成。MAPK 途径中的 BRAF 突变导致下游细胞信号的持续激活,导致细胞生长和增殖。在 NSCLC 中,BRAF V600E 点突变占据了 BRAF 突变的一半目前靶向 BRAF 突变体的药物有 Dabrafenib (达拉非尼)Vemurafenib (维罗非尼)、GDC-0879 等。
经典的 BRAF 抑制剂
Dabrafenib
ATP 竞争性的 RAF 抑制剂,抑制 CRAF 和 BRAF V600E 的 IC50 分别为 5 nM 和 0.6 nM; FDA approved
Vemurafenib
一线的有效的 BRAF 选择性抑制剂,能够抑制 BRAF V600E 和 c-RAF-1 的活性,IC50 分别为 31 nM 和 48 nM; FDA approved
GDC-0879
具有口服活性的,高效选择性 BRAF 抑制剂,对 BRAF V600E 作用的 IC50 为 0.13 nM
RET 重排
RET 位于 10 号染色体 (10q11.2) 上,编码具有原癌基因特性的跨膜受体酪氨酸激酶。在 NSCLC 中已经确定了四个不同的 RET 融合蛋白:KIF5B、CCDC6 (PTC)、TRIM33 (PTC7) 和 NCOA4 (PTC3)。KIF5B 是 NSCLC 中最常见的融合, 已经识别了七个不同的 KIF5B-RET 融合变体。RET 重排导致 RET 组成性激活和下游信号传导,致癌机理与 ALK 重排相似。靶向 RET 的抑制剂有Vandetanib (凡德他尼)、Cabozantinib (卡博替尼)、Lenvatinib (乐伐替尼)、Alectinib (艾乐替尼) 等。

图 7. RET 重排模型[17]
经典的 RET 抑制剂
Vandetanib
具有口服活性的多靶点 TKI,有效抑制 RET,EGFR 和 VEGFR 酪氨酸激酶活性; FDA approved
Cabozantinib
有效的多靶点 TKI,抑制 VEGFR2,c-Met,Kit,Axl 和 Flt3 的 IC50 分别为 0.035, 1.3, 4.6,  7 和 11.3 nM; FDA approved
Lenvatinib
具有口服活性的,多靶点 TKI,抑制 RET,VEGFR1-3,FGFR1-4,PDGFR,KIT,有抗癌活性; FDA approved
Alectinib
有效,选择性和有口服活性的 ALK 抑制剂,其 IC50 为 1.9 nM,抑制 ALK F1174L 和 ALK R1275Q。也是有效的 RET 抑制剂; FDA approved
MET 突变/扩增
MET 是位于 7 号染色体 (7q21-q31) 上的原癌基因,它编码 MET 受体酪氨酸激酶。MET 受体结合肝细胞生长因子 (HGF),引起几种下游信号通路的激活,包括 Ras/Raf/MAPK、PI3K/AKT/mTOR 和 Src/FAK 通路,这些途径根据细胞情况,驱动细胞增殖、存活、迁移、运动、侵袭、血管生成以及上皮间质转化。HGF/MET 信号通路中的异常是通过多种机制发生的,包括 MET 扩增、基因重排和突变,或者通过 HGF 或 MET 过表达。在 NSCLC 中通常发生 MET 外显子 14 (MET ex14)  突变或 MET 基因扩增 (也是 EGFR 获得性耐药突变的生物机制之一)。靶向 MET 的抑制剂有 Crizotinib、Cabozantinib 等。

图 8. MET ex14 基因突变与 MET 扩增示意图[22]
经典的 MET 抑制剂
Crizotinib
具有口服活性的,选择性的 ALK 和 c-Met 抑制剂,IC50 分别为 20 和 8 nM;也是 ROS1 抑制剂; FDA approved
Cabozantinib
有效的多靶点 TKI,抑制 VEGFR2,c-Met,Kit,Axl 和 Flt3 的 IC50 分别为 0.035, 1.3, 4.6,  7 和 11.3 nM; FDA approved
Capmatinib
有效的,具有口服活性的 c-Met 抑制剂,有效抑制 c-Met 依赖性肿瘤细胞的增殖和迁移,并有效诱导细胞凋亡; FDA approved
HER2 突变/扩增

HER2 (ErbB2/neu与 EGFR 一样,是酪氨酸激酶受体 ErbB 家族的成员,该酪氨酸激酶受体通过与其他 ErbB 受体进行同型或异型二聚化而被激活。在 NSCLC中,HER2 既可以是突变 (主要是外显子 20 框内插入也可以是扩增。但 HER2 扩增一般不被认为是致癌驱动基因突变,而是对 EGFR-TKIs 耐药的机制之一。靶向 HER2 的药物有 Afatinib、Lapatinib (拉帕替尼)Neratinib (来那替尼) 等。

经典的 HER2 抑制剂
Afatinib

是不可逆的 EGFR 家族抑制剂,抑制 EGFR WT,EGFR L858R,EGFR L858R/T790M 和 HER2 的 IC50 分别为 0.5 nM,0.4 nM,10 nM 和 14 nM; FDA approved

Lapatinib
HER2 和 EGFR 酪氨酸激酶结构域的有效抑制剂,对 EGFR  和 HER2 的 IC50 值分别为 10.2 和 9.8 nM; FDA approved
Neratinib
有口服活性的,不可逆的 ,能够抑制  HER2 和 EGFR 的活性,IC50 值分别为 59 nM 和 92 nM; FDA approved
Dacomitinib
特异的,不可逆的泛 ErbB TKI,作用于 EGFR,ErbB2 和 ErbB4 的 IC50 分别为 6 nM,45.7 nM 和 73.7 nM; FDA approved
PIK3CA 突变

编码 类 PI3K p110α 的 PIK3CA 基因突变通常在多种癌症中发现。在 NSCLC 中,PIK3CA 内的突变被认为是致癌的和可靶向的。靶向 PIK3CA 的抑制剂有 Buparlisib (布帕尼西)、Pictilisib 等。

免疫检查点

免疫系统对癌症预防和控制很重要。T 细胞是免疫应答的主要组成部分,该过程受一系列共刺激和抑制信号 (检查点) 的调节。细胞毒性 T 淋巴细胞抗原-4 受体 (CTLA-4) 和程序性死亡-1 受体 (PD-1) 是调节免疫应答的两种常见的检查点受体。CTLA-4 常见的抑制剂有 Ipilimumab;PD-1 抑制剂常见的有 Nivolumab (纳武利尤单抗/纳武单抗)、Cemiplimab、Pembrolizumab (帕博利珠单抗);PD-L1 抑制剂常见的有 Atezolizumab (阿特珠单抗)、Durvalumab (度伐单抗/度伐利尤单抗)、Avelumab (阿维鲁单抗) 等。

总结:

在 NSCLC 中,驱动基因检测,分子分型方面目前都有深入的研究和丰富的成果,而上述提到只是部分靶向驱动基因的抑制剂或抗体,MCE 还收录了更多的抗癌化合物,可参见抗癌症化合物库 (HY-L025)。相信随着分子靶向治疗和免疫疗法的进一步发展,NSCLC 会成为可控制的慢性疾病。