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KRAS 突变型肺癌耐药性探索

  全球每年大约有 160 万人死于肺癌,肺癌是目前世界上死亡率最高的癌症之一。
  KRAS 是一种致癌基因,编码 KRAS 蛋白 (一种 small GTPase 转导蛋白)。KRAS 通过结合 GTP/GDP 控制其活跃状态,进而控制其信号传递和下游级联反应。致癌性 KRAS 突变会破坏 GTPase 活性,进而使 KRAS 蛋白锁定在活跃状态下,从而使启动和维持肿瘤发生的信号过度活跃。在此前的《“不可成药靶点” KRAS:关门才是大吉”》一推文中,我们介绍了 KRAS 的工作机制以及直接靶向 KRAS 蛋白的 AMG 510, MRTX849 等抑制剂。相对于风头正盛的“直接靶向”,靶向下游的效应因子仍占据 KRAS 突变肺癌靶向治疗的重要地位。
 
  KRAS 突变肺癌中,针对关键效应因子 (包括 MAPK 通路成分 RAF、MEK 和 ERK) 的策略,受其持续抑制的相关毒性和/或适应性耐药机制所阻碍。除了开发新的抑制剂和靶点之外,联合治疗成为了克服肿瘤适应性耐药的首要考虑之一。如何开发这种联治疗方案,纪念斯隆-凯特琳癌症中心 Scott W. Lowe 教授的团队在题为 “A combinatorial strategy for treating KRAS-mutant lung cancer” 的文章给我们做了一次经典的“示范”。
  靶向  KRAS 下游效应因子常由于代偿性或平行途径的激活而受阻,如 KRAS 突变型肺癌对 MEK 抑制的抗性 (耐药性) 是由受体酪氨酸激酶 (RTK) 信号的反馈激活引起的。该研究中,作者采用系统化的方法来确定 MEK 抑制剂的联合治疗目标。
  图 1. 间质样 KRAS 突变型肺癌中的 MAPK 反馈机制
  主要细胞系:KRASG12C 突变型肺癌细胞 (H23 和 H2030 细胞系)。
 
  动物模型:KRAS 突变患者来源异种移植小鼠 (A549, H2122 细胞系),KRASG12D 基因工程小鼠模型 (GEMM)。
 
  主要实验方法:shRNA 文库筛选,免疫印迹和 RAS-GTP 检测,qRT-PCR,micro-CT 技术,免疫组织化学。
  ■ shRNA 筛选鉴定 Trametinib 敏化剂 (Sensitizer)
 
  通过针对 536 种人类激酶的随机 shRNA 文库筛选,鉴定出 8 个目标 shRNA,通过 MEK 抑制剂 Trametinib (曲美替尼) 处理,排除 2 个,再通过细胞验证,确定了 BRAF、CRAF、ERK2 和 FGFR1 为最佳候选基因,这些基因的抑制作用使 KRAS 突变的肺癌细胞对 MEK 抑制剂 Trametinib 敏感。
  图 2. 筛选影响 Trametinib 敏感性的基因
 
  Trametinib 对 ERK 的反馈再激活有负面影响,但是 MAPK 通路的再激活还是会发生。抑制 ERK 能阻断 Trametinib 处理后 ERK 信号的反弹,说明了 KRAS 突变肿瘤对 MAPK 信号通路的显著依赖性。另外,用 Trametinib 处理的 KRAS 突变细胞也显示 PI3K 和 JAK/STAT 途径的代偿性激活。
 
  ■ 抑制 FGFR1 可增强 Trametinib 的作用
 
  已有报道表明,多种受体酪氨酸激酶 (RTKs) 涉及 RAS 通路拮抗剂适应性耐药。实验表明,FGFR1 shRNA 不能抑制 KRAS 突变型肺癌的增殖,但与 Trametinib 联合使用时表现出协同抑制作用。多重激酶抑制剂 Ponatinib (普纳替尼) 对 FGFR1 过表达的肺癌有抑制作用,它与 Trametinib  协同抑制细胞增殖,其抑制作用与 p-FRS2 诱导的程度相关。这种协同作用归功于 Ponatinib 影响 MAPK 和 PI3K 途径再激活的综合能力。
  图 4. Trametinib+Ponatinib 抑制 KRAS 突变肺细胞的增殖
 
  另外,抑制 FGFR1 对 Trametinib  的协同作用还具有特异性,例如,与 FGFR1/FRS2有关,而非 FGFR2 或者 FGFR3;对于 KRAS 突变型非癌细胞效果显著,而 KRAS 野生型肺癌细胞中效果不显著;在胰腺癌细胞系中具有协同作用,而在大肠癌细胞中无效。重要的是,这种基因型和组织特异性与 Trametinib 单一处理时触发 FRS2 磷酸化的能力有关。
 
  ■ 抑制 MEK/FGFR1 诱导 KRAS 突变的肿瘤消退
 
  KRAS 突变型人源肿瘤异体移植 (PDX) 和 GEMM 小鼠模型中进行验证,两种模型显示结果相似,Trametinib+Ponatinib 处理明显导致肿瘤消退。此外,他们还检测了 Trametinib 在 KRAS 突变型肿瘤中诱导 FGFR1 信号传导的能力。
  图 5. FGFR1 shRNA/Ponatinib+Trametinib 的抗肿瘤作用
 
  KRAS 突变的 PDX 模型显示,Trametinib 处理后 FRS2, ERK 和 AKT 磷酸化同时增加,但这种作用被 Ponatinib 消除了。
 
  总结:该研究是对解决靶向 KRAS 突变肿瘤耐药性的探索,从耐药性相关基因的筛选、细胞验证到体内小鼠实验验证,结合细胞信号通路,最终确定了 FGFR1 信号的反馈激活是 KRAS 突变型肺癌对 Trametinib 的适应性耐药的重要机制,为 Trametinib 与 FGFR1 抑制剂联合用于治疗 KRAS 突变型肺癌提供了有力的支持。也证明了靶向适应性耐药机制可以提高分子靶向疗法的疗效,并为开发治疗 KRAS 突变型肺癌的合理策略提供了一条途径。
 
  原文链接:DOI: 10.1038/nature18600
 
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