NGS可筛选出部分化疗疗效不佳、预后较差的肺腺癌患者

2019-08-05 求臻医学企宣

摘要




KEAP1/NFE2L2通路与细胞保护反应相关,其突变在非小细胞肺癌(NSCLC)中高频发生,可导致肿瘤细胞对化疗和放疗拮抗。本研究通过对KEAP1/NFE2L2及DNA损伤反应通路的突变情况进行分析发现,KEAP1-NFE2L2通路突变的肺腺癌疾病进展迅速,患者接受化疗疗效及预后较差,可能需要从免疫治疗等手段进行尝试。




研究背景




NGS时代揭示了非小细胞肺癌(NSCLC)的分子图谱存在显著差异,如TP53突变虽是NSCLC的重要突变,但在肺鳞癌(LSCC)发生率几乎是肺腺癌(LAC)的2倍,然二者亦有相似之处,如应激反应通路(SRP)的两个主要组分,Kelch样ECH相关蛋白1(KEAP1)和核因子红细胞2相关因子2(NFE2L2,又称NRF2)的基因突变在LAC和LSCC中分别为23%和31%,LAC中KEAP1突变发生率明显高于LSCC,NFE2L2改变在LSCC中略高,鉴于SRP在NSCLC中的高频改变而引起广泛关注。




当细胞处于稳态时,KEAP1通过蛋白酶体机制介导NFE2L2降解;而当细胞处于氧化应激时,KEAP1灭活导致NFE2L2释放、累积和核易位,细胞核中,NFE2L2介导解毒酶、抗氧化蛋白和多药耐药蛋白基因转录,上述过程是细胞保护反应的重要环节。临床前研究显示, NFE2L2活化导致肿瘤细胞对化疗和放疗拮抗,其通路突变与EGFR靶向治疗耐药相关。




既往研究提示,NFE2L2和NFE2L2相关转录蛋白的免疫组化表达似与NSCLC较短生存相关,然而KEAP1/NFE2L2通路突变的临床意义仍有待明确,Rizvi等认为,KEAP1突变与免疫检查点抑制剂有效性相关,Frank等注意到30例KEAP1突变NSCLC化疗后缺乏肿瘤客观反应。总体而言,KEAP1/NFE2L2通路基因改变与转移性NSCLC生存关系的证据仍然很少。本研究通过分析SRP基因(KEAP1、NFE2L2和CUL3)突变以及DNA损伤反应(DDR)通路(TP53、ATM、ATR)等基因突变与其对NSCLC生存的影响。




研究方法




通过NGS对接受一线化疗的转移性NSCLC(IRE队列,N=88)患者的SRP通路进行研究,同时分析DNA损伤反应通路(TP53、ATM和ATR)的突变情况。LAC患者还检测了pATR(磷酸化ATR) 和pATM(磷酸化ATM)的表达。两个独立队列(MSKCC、TCGA)共包含超过1400例进展期LAC的数据,用于评估结果的可重复性。




研究结果




IRE队列中,携带KEAP1/NFE2L2通路突变患者(图1)的无进展生存(PFS)和总生存(OS)明显短于野生型患者(log-rank p=0.006和p=0.018)(图2),这一关联主要由LAC中的疾病快速进展者(FPs)的KEAP1/NFE2L2突变高表达驱动,与疾病进展和死亡风险增加相关。携带KEAP1/NFE2L2突变的LACs表现为pATR和pATM高表达,与TP53改变具有排他性(图3,4,5)。KEAP1/NFE2L2突变与患者生存期较差的关系在MSKCC队列(log-rank p<0.001)及TCGA队列(N=162, log-rank p=0.039)中得到验证(图6)。


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图1 IRE 队列中的突变分布(A),LAC(B)和LSCC(C)突变分布


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图2 KEAP1/NFE2L2突变和野生型患者的PFS(A)和OS(B)的Kaplan-Meier 生存曲线,(C)森林图显示了多变量Cox回归分析的PFS和OS


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图3 全队列(A)、LSCC(B)和LAC(C)中,不同疾病进展模式下的突变分布(FPs快速进展,绿色;CPs传统进展,蓝色;SPs缓慢进展,桔色)



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图4 森林图显示了LAC中多变量Cox回归分析的PFS和OS(A),LSCC中KEAP1/NFE2L2突变和野生型患者的PFS(B)和OS(C)的Kaplan-Meier 生存曲线



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图5 LAC 中核pATM 和pATR (3+) 病例(A),LAC中三种疾病进展模式下KEAP1/NFE2L2突变分布、pATM 和 pATR表达(B),热图显示了LAC中的排他性/共存突变(C)


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图6 MSKCC LAC和EGFR/ALK野生型LAC中,KEAP1/NFE2L2阳性和阴性患者OS的Kaplan-Meier生存曲线(A和B),KEAP1/NFE2L2突变和野生型标本在MSKCC队列(Q1-4)OS四分位条形图中的分布(C),森林图显示了MSKCC LAC中多变量Cox回归分析的OS(D),TCGA LAC中KEAP1/NFE2L2阳性和阴性患者OS的Kaplan-Meier生存曲线(E)




讨论




这项研究评估了IRE队列中SRP及DDR通路基因与患者的预后关联,然后在两个独立队列中验证了结论,使得研究结果更为可信,而且这项研究结果与最近发表的其他两份研究结果一致。




这项研究结果有望开辟新的治疗,主要源于(1)KEAP1/NFE2L2突变与转移性LAC的不良生存相关,这部分患者接受治疗更易出现快速进展,因此KEAP1/NFE2L2突变可定义一种新的分子亚型,其特征是化疗耐药和疾病快速进展;(2)KEAP1/NFE2L2突变与EGFR突变/ALK重排具有排他性,表示KEAP1/NFE2L2突变LAC可能代表了一种独特的分子亚型,EGFR和ALK靶向治疗并无用武之地,因此需要加紧研发能够选择性靶向SRP通路的新药;(3)携带KEAP1/NFE2L2突变的LAC似乎具有高效的DNA保护机制,以应对代谢需求增加、癌基因突变产生的复制应激以及与某些化疗药物暴露。本研究认为,SRP突变与DNA保护机制联合会产生一种“超级适应”状态,其特征是极度耐药和快速进展。如前所述,NFE2L2驱动了增强细胞保护的转录程序,SRP突变与DDR的关联表明,KEAP1/NFE2L2突变LAC能有效处理DNA损伤。此外NFE2L2诱导代谢重组促进过度活化的PI3K-Akt信号通路维持细胞增殖,因此KEAP1/NFE2L2通路异常调节使得癌细胞快速增殖且对化疗耐药。这些特征合理地解释了KEAP1/NFE2L2突变导致的预后较差以及为什么这些基因突变在快速进展LAC中更多见。




同时明确SRP和DDR通路的变化很有意义,因为DDR的主要调控基因突变很可能对SRP的异常调节有促进作用。但在评估生存结果时,未观察到这两个通路间的潜在相互作用,然而转移性LAC中,发现KEAP1/NFE2L2突变与pATR和pATM核表达间存在显著关联。这种共存现象以及KEAP1/NFE2L2和TP53突变的相互排他性,提出假说:两种分子通路(SRP和DDR)协同产生耐药和快速增殖特征的混合表型。




点评




当前阶段,分子层面的研究促进了研究者对疾病本质的认识,也驱动了以此为基础的精准治疗。作为走在分子靶向治疗最前沿的NSCLC,虽然取得了不俗成绩,然仍有部分患者未能得到有针对性的治疗。本研究发现KEAP1/NFE2L2突变的NSCLC可能成为新的亚型之一,提示此类患者接受化疗的疗效及预后极差,对于这部分患者暂时还研发新的治疗策略,也有研究提示这部分患者可能从免疫治疗有一定获益概率,待临床阶段加以验证。




参考文献:Mutations in the KEAP1-NFE2L2 pathway define a molecular subset of rapidly progressing lung adenocarcinoma. J Thorac Oncol.