基因组时代癌症的靶向治疗

20 年间化疗药物已从相对非特异性时代走向针对分子靶点的靶向治疗时代。分子靶向药物主要针对生长因子受体或相关激酶，改变了很多疾病的治疗现状，甚至完全颠覆了某些特殊癌症的治疗。分子靶向治疗虽然不断在进步，但也存在诸多限制，需要发展新的治疗手段。美国 Anosheh 博士在 The Cancer Journal 上发文，对癌症靶向治疗进行回顾并展望新的治疗方法。

靶向治疗的基础

自上世纪 90 年代起，对癌症生物学特点的了解促进了大量靶向治疗的发展。早期的成功包括伊马替尼治疗慢性粒细胞白血病（CML）、曲妥珠单抗治疗 HER2 阳性乳腺癌。治疗前提是预先鉴定出分子损害并检验其活性，然后研发药物抑制其功能，许多靶向药物就是针对癌细胞的癌基因途径进行治疗。

最负盛名的药物是酪氨酸激酶抑制剂（TKI）伊马替尼治疗 CML。CML 是骨髓增殖性肿瘤，其特征是异常调节导致成熟粒细胞过度增殖，与 BCR 和 ABL 基因产生的融合基因 BCR-ABL1 有关，异常融合基因产生 BCR-ABL1 融合蛋白，发生结构性活化导致 CML。

伊马替尼是一种口服 TKI，能竞争性地与 BCR-ABL 融合蛋白结合，抑制其活性，伊马替尼使得对 CML 的认识和治疗产生了革命性的变化。在伊马替尼的 III 期试验之前，首个伊马替尼试验就清楚地确立了其改变世界的地位，替代了毒性更多、较少可能实现的移植治疗。

几乎在发现伊马替尼的同时，革命性的针对 HER2 阳性乳腺癌的靶向治疗正在酝酿中。ErbB 蛋白受体家族是首个鉴定的经膜受体酪氨酸激酶，包括表皮生长因子受体（EGFR 或 ErbB1）、HER2（ErbB2）、HER3（ErbB3）和 HER4（ErbB4）。配体与 EGFR、HER3 和 HER4 的胞外区域结合，诱导激酶聚合活化，并顺序活化下游信号途径。

HER2 与 EGFR 或 HER3 异二聚体化，诱导磷酸化，刺激活化胞内重要信号如 RAS/RAF/MEK/ERK 和 PI3K/AKT/TOR。过去 10 年里越来越多证据表明 ErbB 家族在几种癌症的发生发展中起着重要作用，这促进了特异性 ErbB 抑制剂作为治疗药物的发展。

曲妥珠单抗是第一个人源化单克隆抗体，靶向 HER2 经膜受体，破坏配体依赖的胞内信号途径。Slamon 等第一次证实大约 20% 的乳腺癌存在 HER2 原癌基因扩增，导致患者预后很差。

首个 III 期试验证实曲妥珠单抗可使 HER2 阳性转移性乳腺癌患者生存获益，随后针对高危早期乳腺癌的多个 III 期临床试验迅速开展并完成。对多个试验的联合分析显示，辅助治疗中加入曲妥珠单抗增加 HER2 阳性乳腺癌患者总生存 37%，无病生存改善 40%。

针对 HER2 区域的治疗药物接连取得成功，帕妥珠单抗是另一个人源化抗体，阻滞配体依赖的 HER2 二聚体化，与多西他赛、曲妥珠单抗联合一线治疗 HER2 阳性转移性乳腺癌能明显改善总生存。最近发现非 HER2 扩增乳腺癌中存在 HER2 突变，它在肿瘤发生中的地位以及小分子 TKIs 对其作用正在临床试验中。

针对 HER2 区域的抗体与 CML 的 TKIs 一样，先证实癌症高度依赖某个特定的与生长相关的分子改变，鉴定出具有损害的人群，给予相应药物干预，通过临床试验验证疗效，这个过程非常重要，这是继伊马替尼和曲妥珠单抗后，近 10 年来新药发展的基础模式。

靶向其它 ErbB 家族经膜受体也获得了成功。自发现非小细胞肺癌（NSCLCs）中 EGFR 突变活化后，EGFR 在肿瘤发生中的地位已确立。NSCLC 的 EGFR 突变主要位于激酶区域（外显子 18-21），对 EGFR TKIs 高度敏感，RECIST 治疗反应 55% -75%。有趣的是这种活性突变在不同人群存在变化，美国约 15% 腺癌存在突变，易发于女性和非吸烟者，亚洲人群发生率更高，约 22%-62%。

靶向治疗不断进展，每年的 ASCO 和 AACR 都有新的报道，这些被肿瘤医师广泛使用的药物极为昂贵，而且几乎无一例外，与伊马替尼和曲妥珠单抗相比，疗效较差，且毒性较多。大多数靶向药物中位生存的改善是以月计算，而非以年计算，化疗所致的发热性中性粒细胞减少被疲劳、腹泻、皮肤异常、肺炎以及其它一系列毒性所替代。究竟哪里错了？

靶向治疗存在的问题

从效果讲，根据基因组学获得的信息看，许多靶向治疗的相对无效是可理解的。目前测序全癌症基因并不复杂，科学家可以评估不同类型肿瘤的突变负荷和分布，探讨是否存在类似于 HER2 或 EGFR 的基因改变，试图发现新的治疗靶点。

但现有所知让人对靶向治疗失去信心，几乎所有常见癌症都不是单一突变导致，许多癌症是基因组异常所致，如吸烟相关 NSCLC，BRCA 突变三阴乳腺癌或 UV 诱导的黑色素瘤，其最突出特征就是基因组异常，包括多个驱动突变、快速代偿性的耐药机制、天生对单一靶向治疗耐药。回顾性研究表明，上述改变导致靶向药物几个月后失败几乎是注定的。

现在基因组测序很方便，鉴定肿瘤驱动基因和过路基因是目前的主要任务。Miller 最近报告使用商业化下一代测序（NGS）鉴定常规福尔马林固定石蜡包埋实体瘤组织 DNA 中「与肿瘤有关的」突变。2112/2221 个肿瘤成功测序，85% 基因存在改变， 76% 的病例至少存在一种与肿瘤有关的突变，可能成为潜在的药物靶点。

究竟什么是「与肿瘤有关的」？共识指南中没有给出明确定义，但通常指遗传学改变，具有预后或诊断作用，而「可作为靶点的」和「可作为药物的」则意味着特殊的遗传学改变，药物可以作用于这种遗传学改变。

目前有试验正在试用商业化 NGS 方法发现肿瘤特异的遗传学改变，用于个体化癌症治疗。MATCH 试验就是采用上述研究方法，对超过 1000 余例一线标准治疗后进展的患者，根据肿瘤 DNA NGS 结果选择适合的治疗药物。

现在仍不清楚试验中患者是否会产生持续的客观反应，根据以往的经验，不知道靶向这些「与肿瘤有关的」基因是否会产生抗癌活性。特异性的 BCR-ABL 易位驱动 CML 发生发展，很容易成为药物靶点，而且看起来它是单一的决定性突变，其它突变的负荷很小。

然而癌症进展通常依赖肿瘤基因组的大量改变，基因组改变的相对复杂性决定了肿瘤药物治疗的有效性。CML 是一种相对简单的癌症，只是单一基因组水平改变就驱动了肿瘤发生，这样单药伊马替尼治疗就可以诱发持续的治疗反应。而且如果伊马替尼无效，转换为二代 TKI 如达沙替尼或尼洛替尼治疗，大部分患者对治疗有反应，而其它癌症则没有这么幸运。

问题是癌症基因组变化十分复杂，随着不同信号途径的一系列突变，大多数癌症不断进化。很小比例的癌症突变频度很高，大部分癌症基因突变为中等频度，在 2% 和 20% 之间。大部分基因改变都与癌症的标志性改变相关，如细胞增殖、凋亡、基因组稳定性、染色质调节、免疫逃避、RNA 加工和蛋白稳态。

基因组异常相关的癌症包括外源性致癌因素引起的癌症，如大部分恶性黑色素瘤、NSCLC 和头颈鳞癌（HNSCCs）。分析 HNSCCs 的全外显子组序列，发现某些肿瘤突变与烟草暴露突变一致，同乳头瘤状病毒引起的 HNSCCs 相比，这种肿瘤存在双重突变负荷，分别为 2.28 突变/Mb 和 4.83 突变/Mb。HNSCC 由烟草诱发的高突变负荷同其它烟草相关恶性肿瘤一致。

更重要的是高突变肿瘤负荷可能是单药小分子 TKIs 治疗有效性下降的预测标志。Wagle 等证实转移性黑色素瘤对 BRAF 抑制剂获得性耐药时，是由于靶激酶下游 MEK1 发生活化性突变，相似的继发耐药机制在曲妥珠单抗和拉帕替尼治疗 HER2 阳性乳腺癌时也存在，主要是活化了 PI3K 途径。

肿瘤内遗传学具有异质性，导致治疗失败和耐药。Gerlinger 等对肾细胞癌多处活检，发现基因组分析单个活检标本会低估肾细胞癌突变负荷，可能无法预测继发于预先存在的耐药细胞克隆导致的治疗拮抗。研究显示单个活检中有 70 个突变，只占所有突变的 55%，只有 34% 的突变存在于所有活检标本中，再一次说明单次活检并不能代表整个肿瘤的突变全貌。

无细胞肿瘤 DNA，也称作液体活检，Diaz 等采用该方法研究证实抗 EGFR 药物帕尼单抗治疗后，转移性 KRAS 野生型结直肠癌在经历药物选择后，预先存在的 KRAS 突变克隆突显，导致耐药。上述例子说明复杂基因组肿瘤，靶向药物治疗耐药与达尔文的进化压力选择有关，耐药机制的出现导致靶向治疗失败，特别是肿瘤包含多个驱动基因时。

基因组复杂性和癌症免疫治疗

许多癌症的基因组异常复杂，存在代偿性耐药机制，都可能导致靶向治疗失败。大多数癌症不象 CML 那样简单，抑制单一信号途径难以长期控制疾病。对驱动突变了解越多，就越意识到罕见癌症信号途径实际上很常见，存在一系列所谓的「孤儿疾病」。目前仍不清楚大部分新的癌症亚型对靶向治疗的反应，因为罕见突变影响的人群数量很小，难以开展大型临床试验。

现在举例说明「孤儿疾病」，如虽然缺乏 HER2 扩增，但却由 HER2 突变驱动癌症发生和转移的乳腺癌，通过基因组测序研究，这种活性突变在所有乳腺癌患者中不足 2%，突变位于 HER2 受体的不同区域内。有试验采用奈拉替尼治疗这种乳腺癌，目前试验进行中。奈拉替尼是不可逆 TKI，靶向 HER2/EGFR。

 「孤儿疾病」临床试验的最大挑战是试验资源与患者招募的不平衡，为了适应这种情况，出现了称作「篮子」或「雨伞」的临床试验，「篮子」试验评估一系列癌症中单一靶向药物对单一突变或途径的效应，NCI MATCH 试验包括多个 II 期临床试验，这就是「篮子」试验；「雨伞」试验是检测单一类型癌症中不同药物对不同突变的影响。

单纯基因组学驱动靶向治疗很困难，特别对那些基因组高度复杂的癌症，因此需要有不同于单药单突变的治疗方法。一种新方法就是操控免疫系统靶向癌症，特别是新出现的治疗模式-免疫节点阻滞，使操控免疫系统进行治疗成为可能。

易普利姆玛是针对细胞毒 T 淋巴细胞相关抗原 4（CTLA-4）的抗体，pembrolizumab 是针对 PD-1 抗体，美国 FDA 已批准二药治疗进展期黑色素瘤，nivolumab 也是 PD-1 抗体，获批治疗进展期鳞状 NSCLC。除了黑色素瘤和 NSCLC，pembrolizumab 和 nivolumab 在 I 期试验中证实对其它实体瘤也有持续治疗效果，且毒性小，肿瘤包括肾细胞癌和尿道上皮癌。

最近的研究重点是明确免疫节点抑制剂治疗有效的生物标志。没有单一免疫或肿瘤特征能确定免疫治疗反应，目前有研究证实突变负荷与治疗获益间存在关联。

Snyder 等报告进展期黑色素瘤患者对易普利姆玛的治疗反应与突变负荷间存在关联，长期获益和获益甚微患者间的突变负荷明显不同。有趣的是不是所有突变高负荷肿瘤都对易普利姆玛治疗有反应。

根据假说烟草诱导的肺癌具有更高的突变频度，对抗 PD-1 治疗反应良好，Rizvi 等对 NSCLC 外显子组测序明确突变负荷。和预测的一样，与 DNA 修复和复制相关基因的缺失性突变和具有烟草诱导的经典基因改变患者从 pembrolizumab 治疗中获益最多，说明可能存在选择肿瘤突变新表位作为新抗原。

突变负荷增加怎样影响肿瘤的免疫原性呢？对治疗有反应的肿瘤同无反应者相比，具有更高的新抗原负荷，说明存在针对特异性新抗原的抗肿瘤反应，免疫节点阻滞可以扩增治疗效应。

假设肿瘤突变负荷的增加能促进免疫治疗，目前有试验正在研究高突变负荷肿瘤中免疫治疗的作用。癌症免疫学的新发现将对癌症产生巨大影响，尤其是基因组异常、治疗困难的肿瘤。基因组时代靶向治疗带来了震撼发现，如伊马替尼、曲妥珠单抗和厄洛替尼，大大改善了患者的生存和生活质量，然而癌症基因组非常复杂，接下来的飞跃可能会是癌症免疫治疗。