激活和抵抗突变表皮生长因子受体在非小细胞肺癌中：EGFR酪氨酸激酶抑制剂临床反应的作用

摘要

介绍

受体酪氨酸激酶（TK）的表皮生长因子受体（EGFR）家族被称为HER或ErbB家族，由四个成员组成，即EGFR（HER1/ErbB1）、HER2（ErbB2）、HER3（ErbB3）和HER4（ErbB4），调节许多发育、代谢和生理过程。EGFR的细胞内TK活性由于各种同源配体的结合而增加，这些配体包括EGF、转化生长因子-α、两调节蛋白和其他，导致两种EGFR的同源二聚或EGFR与其他家族成员的异二聚，最常见的是HER2(Bazley和Gullick，2005年). HER2在某些肿瘤中过度表达，与EGFR同二聚体相比，HER2异二聚体是EGFR-TK的一种更有效的激活剂。受体TK的激活导致EGFR胞内结构域的自磷酸化，形成的磷酸化酪氨酸残基充当各种适配器分子的对接位点，从而激活Ras/有丝分裂原激活的蛋白激酶途径，PI3K/Akt通路和转录信号通路的信号转导子和激活子(图1a) (古玛等。, 2008).

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图1

EGFR TK激活和表皮生长因子受体激酶结构域突变。(一)在细胞外配体结合后，EGFR受体二聚化，导致细胞质TK活性的激活。(b条)该外显子边界图显示了EGFR-TK结构域中的区域位置，其中突变通过配体依赖机制激活激酶活性。外显子19缺失和L858R点突变是常见的激活突变，这些“经典”突变与非小细胞肺癌患者对吉非替尼和埃洛替尼的敏感性有关。T790M是一种在肿瘤中发现的二级点突变，以前对这些药物有反应，但已产生获得性耐药性。改编自古玛等。, 2008.

在肿瘤细胞中，EGFR的TK活性可能受到各种致癌机制的失调，包括表皮生长因子受体基因突变、基因拷贝数增加和EGFR蛋白过度表达。(Ciardello和Tortora，2008年)EGFR-TK的不当激活导致恶性细胞生存、增殖、侵袭和转移增加。超过60%的转移性非小细胞肺癌（NSCLC）患者的肿瘤中观察到EGFR过度表达，并且与不良预后相关(沙尔马等。, 2007). 这些发现为针对EGFR的新型抗癌药物的开发提供了理论基础。

使用可逆EGFR-TK抑制剂（TKIs）、吉非替尼和厄洛替尼治疗，在一部分非小细胞肺癌患者中产生了显著的抗肿瘤活性：约10%的欧洲患者和30%的东亚患者取得了临床疗效(福冈等。, 2003;克里斯等。, 2003;Perez-Soler公司等。, 2004;牧羊人等。, 2005;撒切尔夫人等。, 2005;沙尔马等。, 2007). 的排序表皮生长因子受体基因显示，大多数对EGFR-TKIs有反应的肿瘤都含有表皮生长因子受体(林奇等。, 2004;佩兹等。, 2004;保罗等。, 2004). 总的来说表皮生长因子受体突变率为5–20%，取决于所研究的人群(里利等。, 2006). 对于肿瘤显示的患者表皮生长因子受体突变，对吉非替尼和厄洛替尼的反应率约为75%，这表明这些突变至少在一定程度上驱动了恶性转化(杰克曼等。, 2006;里利等。, 2006).

由于这些发现表皮生长因子受体非小细胞肺癌患者中发生的突变最近已成为可能。本文综述了激活和抵抗的类型表皮生长因子受体突变及其在非小细胞肺癌肿瘤对吉非替尼和厄洛替尼敏感性和耐药性中的关键作用。理解方面的进展表皮生长因子受体突变导致了新型EGFR TKI的策略，有望改善晚期非小细胞肺癌患者的临床结局。

激活表皮生长因子受体基因

表皮生长因子受体突变是非小细胞肺癌中最常见和最具特征的，因为它们与EGFR TKIs的临床反应有关。由于非小细胞肺癌EGFR突变的频率很高，这些体细胞突变被认为是导致肺癌发生的早期遗传事件(政治等。, 2006;Gazdar和Minna，2008年). 此外，对EGFR TKIs的敏感性证实了非小细胞肺癌对EGFR突变的基本依赖性，以维持恶性表型。所有的躯体激活表皮生长因子受体突变涉及受体TK域中的三磷酸腺苷（ATP）结合囊，TK域是TKIs埃洛替尼和吉非替尼的结合位点。激酶域突变表皮生长因子受体被称为“激活突变”，因为它们导致TK活性的配体依赖性激活。在一些肿瘤中，部分激活的突变体EGFRs可以完全独立于配体，因此通过第二次突变具有组成活性。

激活突变表皮生长因子受体在TK结构域的前四个外显子（18到21）中发现该基因(图1b) (Shigematsu和Gazdar，2006年;古玛等。, 2008). 这些突变分为三大类，大多数EGFR TKI敏化突变分为I类和II类。I类突变是外显子19的框内缺失；这些缺失几乎总是包括氨基酸残基亮氨酸-747到谷氨酸-749（ΔLRE），约占所有EGFR-TK突变的44%。II类突变是引起氨基酸改变的单核苷酸替换。主要的单点突变位于第21外显子，该外显子在密码子858（L858R）处用精氨酸替代亮氨酸。L858R是EGFR-TK中任何单点激活突变的最高流行率，约占所有EGFR-TK-激活突变的41%。其他II类激活突变导致甘氨酸-719（G719）转变为丝氨酸、丙氨酸或半胱氨酸（占所有EGFR TK激活突变的4%），其他错义突变占另外6%的EGFR突变。III类突变是外显子20的框内重复和/或插入。这些占EGFR-TK激活突变的剩余5%。在外显子20中检测到多种其他低频激活突变，包括V765A和T783A（<1%）(沙尔马等。, 2007). 药物应答者在肿瘤中检测到许多致敏突变。

总的来说，第19外显子的缺失和L858R的点突变约占所有EGFR激活突变的90%，被称为“经典”激活突变。尽管由于表皮生长因子受体突变还没有完全被理解，EGFR TK状态的“开-关”平衡已经被很好地确定(古玛等。, 2008). 具体来说，TK的活性和非活性状态之间发生平衡转移，有利于激活状态，导致激酶活性的净增加。因此，肿瘤细胞表皮生长因子受体存在激活突变，显示癌基因对EGFR成瘾，从而具有选择性生长和生存优势(Gazdar和Minna，2005年;沙尔马等。, 2007). 晶体学分析表明，这种平衡转移是由激活突变引起的结构改变的结果(古玛等。, 2008). 据推测，这些突变通过破坏通常在缺乏配体结合的情况下发现的自抑制构象，导致激酶的结构性激活(张等。, 2006;云等。, 2008).

对EGFR L858R和EGFR Del（746–750）胞内结构域的动力学分析表明，这两个突变体都很活跃，但表现出更高的活性K（K）_M（M）对于ATP和更低K（K）_我厄洛替尼相对于野生型受体(凯里等。, 2006). 因此，突变激酶对ATP的亲和力降低，这为埃洛替尼和吉非替尼敏感性增加提供了分子解释(凯里等。, 2006). 值得注意的是，当在不表达EGFR或其他ErbB受体的细胞系中表达时，这两种突变都激活下游EGFR信号通路并促进细胞周期进展。

虽然在临床前模型中已经对常见的EGFR突变进行了很好的研究(在体外和体内)并且在患者中观察到它们对TKIs反应的影响，相对而言，对罕见突变知之甚少。我们现在认识到，并非所有突变都在激活，一些激活突变可能与TKI耐药性有关(坎查语等。, 2009). 特别是，外显子20的插入突变与TKIs缺乏反应有关。

激活突变对临床反应的影响

尽管EGFR TKIs在晚期非小细胞肺癌患者中的反应率和总生存率较低，但在10-30%的患者中取得了显著的临床疗效。2004年，发表了两项独立研究，探讨了在一系列晚期非小细胞肺癌患者中观察到的对吉非替尼显著反应的分子基础(林奇等。, 2004;佩兹等。, 2004). 体内激活突变表皮生长因子受体在对吉非替尼有客观反应的14名患者中的13名患者的肿瘤标本中发现了TK结构域（外显子18、19和21）。这些突变在进行性疾病患者的肿瘤中不存在。另一项研究报告激活表皮生长因子受体对吉非替尼或埃洛替尼有反应的患者的肿瘤突变(保罗等。, 2004).表皮生长因子受体随后在未经选择的NSCLC肿瘤标本的几项研究中检测了这些突变。激活EGFR-TK突变在东亚人、女性、从不吸烟者和腺癌组织学患者中更为常见(表1) (Jänne and Johnson，2006年). 因此表皮生长因子受体突变反映了临床定义的患者亚群，这些患者最有可能对EGFR TKIs产生放射反应(Miller和Kris，2004年). 生殖系传播表皮生长因子受体在肺癌发病率高的家族中也有突变的描述(池田等。, 2008).

以下人员的在场表皮生长因子受体激活突变不仅影响接受EGFR TKIs治疗的非小细胞肺癌患者的缓解率，还影响无进展生存率和总生存率(表2) (博诺米等。, 2007). 在转移性非小细胞肺癌患者EGFR-TKIs的四项单臂研究中，观察到EGFR突变患者的总生存期明显更长(Cortez-Funes公司等。, 2005;汉族等。, 2005;Mitsudomi公司等。, 2005;高野等。, 2005). 在一项对接受吉非替尼250 mg/天治疗的非小细胞肺癌患者的研究中，疗效和进展时间与表皮生长因子受体突变，并且在携带这些突变的患者中，总生存期有延长的趋势(卡布佐等。, 2005). 当所有这些研究的数据结合起来时，EGFR突变患者的应答率(n个=110）为60%(博诺米等。, 2007). 然而，在一项比较厄洛替尼和安慰剂的试验中，EGFR突变与更长的生存时间没有显著相关性，在该试验中，经典激活突变、新突变和野生型患者的死亡风险比（HR）相似表皮生长因子受体（HR分别为0.65、0.67和0.73）(Shepherd and Tsao，2006年). 这些调查人员建议表皮生长因子受体激活突变可能是NSCLC的预后因素，而不是EGFR-TKI疗效的预测因素。埃洛替尼联合化疗与单独化疗的III期试验的子集分析支持了这种可能性，该分析显示表皮生长因子受体与野生型患者相比的突变表皮生长因子受体单独化疗时(埃伯哈德等。, 2005).

相反，在INTEREST研究中，EGFR突变确实显示了预测价值，该研究对化疗后进展或复发的非小细胞肺癌患者进行了多西紫杉醇和吉非替尼的比较。突变患者使用吉非替尼的无进展生存期（PFS）明显长于使用多西他赛的无进展存活期（7.0个月vs 4.1个月；HR，0.16；P（P）=0.001），而野生型EGFR患者的PFS倾向于多西他赛（1.7个月vs 2.6个月；HR 1.24；P（P）=0.135) (杜亚尔等。, 2008). I-PASS试验最近报告的结果也发现了类似的关联，该试验将一线吉非替尼与卡铂/紫杉醇在亚洲晚期非小细胞肺癌患者中进行比较，这些患者没有大量吸烟史。在这项研究中，携带EGFR突变的患者使用吉非替尼后PFS显著延长（HR，0.48；P（P）<0.001），而野生型EGFR患者化疗后的PFS更好（HR，2.85；P（P）<0.001) (莫（Mok）等。, 2008).

最近一项针对一线吉非替尼治疗的非小细胞肺癌患者的前瞻性研究报告称表皮生长因子受体与其他突变相比，激活突变是治疗失败时间最重要的独立预测因子，其中外显子19缺失和L858R突变是多变量分析中治疗失败时间更长的最佳预测因子(杨等。, 2008). 然而，还需要进一步的前瞻性研究来阐明表皮生长因子受体激活突变。

有趣的是，尽管表皮生长因子受体晚期非小细胞肺癌患者预后的突变，突变状态可能对早期非小细胞肝癌患者的预后没有显著影响。在一项针对277名接受过手术切除的日本早期肺癌患者的研究中，Kaplan–Meier分析排除了接受吉非替尼治疗的患者以及接受复发性或第二原发性癌症手术的患者，表明EGFR突变不会影响这些患者的生存(P（P）= 0.9933). 然而，值得注意的是，中位随访期较短（788天）(Kosaka等人，2004年).

并非所有激活突变都必然导致EGFR-TK的完全或组成活性。因此，非小细胞肺癌中EGFR突变的类型似乎会影响肿瘤对吉非替尼和厄洛替尼的敏感性。例如，表达L858R突变体的非小细胞肺癌细胞对吉非替尼的敏感性明显高于表达G719S突变体的细胞(江等。, 2005). 非小细胞肺癌患者对EGFR TKIs的应答率较高，其肿瘤有外显子19突变（70-100%），而外显子21突变（20-67%）(Mitsudomi公司等。, 2005;美国好施集团等。, 2006;杰克曼等。, 2006;里利等。, 2006). 这些不同的应答率转化为更长的生存期，即外显子19（ΔLRE）缺失突变的患者的中位总生存期为26-34个月，外显子21（L858R）的患者的中位总生存期为8-17个月(美国好施集团等。, 2006;杰克曼等。, 2006;帕兹·阿雷斯等。, 2006).

表皮生长因子受体EGFR TKIs的突变和耐药性

虽然EGFR激酶突变与吉非替尼和厄洛替尼敏感性增强有关，但并非所有具有激活突变的肿瘤都与增强反应有关。尽管存在激活突变，但对EGFR TKI没有反应的肿瘤可能会有额外的遗传损伤，从而减轻肿瘤对EGFR信号通路的依赖。非小细胞肺癌对EGFR TKIs不敏感的一个机制是在非小细胞淋巴瘤的第20外显子发生插入点突变表皮生长因子受体基因。其中包括外显子20插入突变体D770_N771（ins NPG）、D770_（ins SVQ）和D770_（ins G）N771T(润滑油等。, 2005;沙尔马等。, 2007). 在一个在体外模型系统，与外显子19和21的致敏突变相比，外显子20的插入突变使转化细胞对EGFR-TKIs的反应性降低(格鲁里奇等。, 2005). 然而，第20外显子突变相对罕见，这表明其他机制可能有助于转移性非小细胞肺癌的EGFR-TKI原发性耐药。对于许多罕见的点突变，对EGFR TKIs反应性的影响尚不清楚。

获得性耐药发生在几乎所有最初对EGFR-TKI治疗有反应的非小细胞肺癌肿瘤中。现在人们认识到，吉非替尼和厄洛替尼的疗效持续时间有限，这在很大程度上是由于TK域第二点突变产生耐药性。在EGFR TKI治疗获得性耐药时，大约50%的患者发现苏氨酸-790转蛋氨酸（T790M）点突变(小林寺等。, 2005;巴拉克等。, 2006;Kosaka等人。, 2006). 这种所谓的守门人突变被认为是通过治疗期间的选择性压力获得的，因为在未治疗患者的肿瘤中很少检测到这种突变(保罗等。2005年a). 有趣的是，使用高度敏感的等位基因特异性分析，马赫斯瓦兰等。(2008)最近在26名患者中的10名患者的预处理非小细胞肺癌肿瘤样本中检测到T790M的低水平。尽管EGFR TKI在这些患者中取得了显著疗效，但与未检测到T790M的TKI初治患者相比，治疗前出现T790M与无进展生存期显著缩短（7.7个月vs 16.5个月；P（P）< 0.001). 这些结果表明，T790M可能是一种有用的预处理生物标记物，用于识别那些不太可能使用可逆EGFR TKI（即厄洛替尼和吉非替尼）实现持久应答的患者。

临床前研究支持将T790M作为耐药机制的临床研究结果。它已经被证明了在体外这种突变可以显著抑制厄洛替尼和吉非替尼的抑制作用，而TK活性保持不变(小林寺等。, 2005;保罗等。2005年a). 类似地，将T790M引入吉非替尼敏感肿瘤细胞，显示激活表皮生长因子受体突变或增加表皮生长因子受体拷贝数也对吉非替尼治疗产生耐药性(格鲁里奇等。, 2005). 目前尚不清楚T790M如何对可逆EGFR TKI产生抗性。T790M突变导致ATP结合囊的拓扑结构改变(古玛等。, 2008). 有人认为，这种拓扑变化通过空间位阻阻止可逆EGFR-TKI的结合，从而导致电阻(小林寺等。, 2005;快克等。, 2005;保罗等。，2005年b). 然而，最近的一项研究提出了另一种机制，表明T790M增加了激酶结构域对ATP的亲和力(云等。, 2008). 作者认为，这种亲和力的增加会导致任何ATP竞争剂的效力降低。

据报道，其他抵抗点突变，如天冬氨酸-761对酪氨酸（D761Y），其中一些可能会削弱EGFR-TKI与其靶点的相互作用(巴拉克等。, 2006). 临床上，如何在有限数量的治疗后肿瘤样本上最好地检测T790M和其他耐药点突变的肿瘤仍是一个挑战。循环细胞的分子分析可能为监测肿瘤突变提供另一种方法(马赫斯瓦兰等。, 2008). 在最近的一份报告中，研究表明，使用一种名为微流控数字聚合酶链式反应的程序，可以检测NSCLC患者血浆中激活EGFR突变分子的实际数量，该程序能够检测单个输入模板分子(容光焕发等。, 2009). 此外，还发现序列测量中的突变序列浓度与治疗反应相关（即，浓度降低与临床反应相关，而突变序列的持续性与进展相关）。这些结果表明，当肿瘤组织无法用于确定治疗选择时，血浆检查可能是一种合适的替代试验。

优化EGFR TKI响应的策略

从使用吉非替尼和厄洛替尼治疗转移性非小细胞肺癌患者中获得的见解正在显著改变药物开发和治疗策略以及临床结果。由于二级耐药点突变T790M的获得降低了ATP-竞争性抑制剂的疗效，因此预防或克服EGFR TKI耐药性的一种策略是通过一种独特的非ATP竞争机制来识别结合和抑制EGFR的新型药物。第二种策略可能是使用不可逆而非可逆抑制剂不可逆转地抑制ATP与TK结构域的结合。作为一类，不可逆EGFR抑制剂，包括BIBW 2992、HKI-272和PF00299804，能够抑制EGFR磷酸化，并抑制吉非替尼耐药的NSCLC或Ba/F3细胞系的生长，这些细胞系含有表皮生长因子受体T790M突变(快克等., 2005;Wong，2007年;锂等。, 2008;恩格尔曼等。, 2008). 例如，不可逆EGFR/HER2抑制剂BIBW 2992抑制野生型并激活表皮生长因子受体和HER2突变体，包括表皮生长因子受体和HER2抑制剂耐药亚型(锂等。, 2008). 与第一代EGFR-TKIs相比，BIBW 2992与T790M耐药突变的EGFR结合的亲和力更高(表3) (锂等。, 2008)，并在L858R/T790M EGFR轮胎-驱动型肺癌模型。近期临床试验正在评估BIBW 2992和HKI-272对先前成功使用吉非替尼或埃洛替尼治疗后复发的非小细胞肺癌患者的治疗效果。

另一种克服对可逆EGFR TKI耐药性的方法是瞄准平行或收敛的信号通路。雷帕霉素（mTOR）信号通路的哺乳动物靶点整合营养素和有丝分裂原信号来调节细胞增殖、存活和血管生成途径，并与EGFR抑制剂的耐药性有关。在敏感和耐药肿瘤细胞系中，mTOR抑制剂伊维莫司可降低EGFR信号效应器的表达，并与吉非替尼合作克服耐药性(比安科等。, 2008). 对第一代EGFR TKIs产生耐药性的患者遇见扩增，不可逆EGFR抑制剂不太可能单独有效，但结合不可逆EGFR-抑制剂和mTOR抑制剂可能是克服耐药性的有效策略(锂等。, 2008). 这些假设提出了新的治疗策略，但尚未在临床研究中得到验证。

结论

各种临床特征和分子因素与EGFR TKIs敏感性和耐药性相关。发现和表征表皮生长因子受体激活突变及其与吉非替尼和厄洛替尼敏感性的关系为将非小细胞肺癌从传统联合化疗治疗的疾病转变为具有特定EGFR突变的患者亚群可以通过靶向治疗有效治疗的疾病奠定了基础。有理由建议，非小细胞肺癌患者的个性化治疗应包括对表皮生长因子受体个体患者的突变状态。当前的研究旨在优化表皮生长因子受体突变检测，以便将其引入常规临床实践。适当的角色表皮生长因子受体非小细胞肺癌患者治疗中的突变分析仍在继续发展，等待未来临床研究的充分记录表皮生长因子受体突变状态。

目前，针对晚期非小细胞肺癌患者的几种新型靶向治疗正在临床开发中。不可逆EGFR TKIs是一类可能有潜力预防和克服吉非替尼和埃洛替尼治疗期间出现的耐药性的药物。目前正在进行的关于厄洛替尼耐药非小细胞肺癌患者中这类化合物的第三阶段研究的结果尚在等待中。

致谢

脚注

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