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《自然》子刊:中国科学家揭示胃癌响应化疗及靶向治疗的特征!

来源:奇点糕 2022-12-09 17:03

该研究描述了胃癌一线化疗和靶向治疗的蛋白组学图谱,确定了与临床结果相关的蛋白亚型,为化疗及靶向治疗提供了预测指标,以帮助制定治疗决策。

胃癌消化系统最常见的恶性肿瘤之一,也是全球癌症相关死亡的第二大原因[1]。

 

70-90%的胃癌患者在确诊时已为进展期,预后较差。术前化疗或联合抗HER2治疗是进展期胃癌的标准治疗方案[2,3],但是80%的患者对化疗或靶向治疗存在耐药性。

 

因此,探索这些疗法的耐药机制和识别其预测性生物标志物,对于提高胃癌患者的治疗效果具有重要意义。

 

近日,由复旦大学附属中山医院丁琛、侯英勇、沈坤堂和刘天舒,和上海交通大学医学院附属新华医院赵健元领衔的研究团队,在Nature Communications杂志上发表重要研究成果[4]。他们通过全面的蛋白组学分析,描述了4种具有不同临床和分子特征的蛋白亚型与胃癌化疗或靶向治疗的相关性,并探索了胃癌对化疗和靶向治疗的耐药机制。

 

他们发现微卫星不稳定基因表达特征评分(MSI-sig)高的胃癌患者可以从多西他赛联合治疗中获益,并伴有抗癌免疫反应。在靶向治疗研究上,他们发现具有高TCR信号传导的患者对基于抗HER2的治疗有响应,而细胞外基质/PI3K-AKT通路的激活会削弱曲妥珠单抗的抗肿瘤效果。从机制上来讲,他们发现组织蛋白酶E(CTSE)增强了胃癌对多西他赛(DOC)的敏感性,而转酮酶样蛋白-1(TKTL1)则抑制了胃癌对DOC的敏感性。

 

另外,他们开发了一种高灵敏度和高特异度的预测模型,用于预测患者对化疗和靶向治疗是否敏感,对临床实践有重要意义。复旦大学附属中山医院李艳博士、徐晨博士、徐富江博士和马发含博士,以及河南师范大学王冰博士为论文的共同第一作者。

 

论文首页截图

 

我们一起来看看这个研究是如何开展的。

 

研究纳入206例初治胃癌患者,并收集了患者的活检肿瘤组织样本。这些患者中44例接受S-1、奥沙利铂联合多西他赛方案化疗(DOS亚群,21.4%),70例接受卡培他滨联合奥沙利铂方案化疗(XELOX亚群,34.0%),71例接受基于抗HER2疗法(HER2亚群,34.5%),另外21例接受其他治疗(其他亚群,10.1%,其中3例接受阿帕替尼或多西他赛治疗,18例无化疗信息)。

 

为了评估治疗响应情况,研究人员将所有样本分为四组:完全缓解(CR)、部分缓解(PR)、疾病稳定(SD)或疾病进展(PD)。此外,他们还将CR和PR定义为敏感组,SD和PD定义为非敏感组。

 

研究过程

 

根据1000个最易变的蛋白质(即绝对中位差前10%的蛋白质),研究人员对206例样本进行一致性聚类分析,确定了四种具有不同临床结果和分子特征的蛋白组亚型:G-I(N=29)、G-II(N=60)、G-III(N=97)和G-IV(N=20)。其中,G-I亚型内吞作用占优势,G-II亚型以糖酵解/糖异生、泛酸/辅酶A生物合成为特征,G-III亚型以溶酶体为主要特征,而G-IV亚型以细胞外基质(ECM)-受体相互作用等为特征。

 

进一步研究发现蛋白组亚型与生存率明显相关,G-IV亚型预后最差,而且,化疗和靶向治疗响应从G-I到G-IV呈现逐渐耐药现象,敏感患者的比例从G-I的60%急剧下降到G-IV的20%,非敏感患者的比例则从G-I的40%增加到G-IV的80%。另外,他们还发现蛋白组亚型与治疗亚组或TNM分期之间有明显相关性。这表明,蛋白组亚型与治疗响应和预后密切相关。

 

于是研究人员进行了蛋白组学分析,结果显示G-I亚型内吞作用的激活与药物敏感性有关;而G-IV亚型中ECM的高表达与耐药性有关。

 

a蛋白组亚型

b蛋白组亚型与治疗亚组、TNM分期、分级、Lauren分型、原发部位或肿瘤纯度的相关性

c蛋白组亚型与生存率相关,G-IV亚型预后最差

 

为了研究蛋白质表达与治疗耐药性的相关性,研究人员使用胃癌细胞系数据,分析G-IV亚型中显著上调的ECM蛋白(如THSD4等)与药物敏感性之间的关系。结果显示,THSD4的过表达与预后不良显著相关;体外实验进一步验证了THSD4过表达可降低多西他赛、奥沙利铂和5-FU等化疗药物的抗肿瘤作用。

 

为了明确胃癌微卫星稳定/微卫星不稳定(MSS/MSI)状态与肿瘤免疫微环境和治疗耐药性是否相关,研究人员发现微卫星不稳定/微卫星稳定基因表达特征评分(MSI/MSS-sig)高的胃癌以氧化磷酸化为特征;低MSI/MSS-sig的胃癌显示出ECM蛋白的高表达,可能与耐药相关。

 

研究人员发现,在复旦胃癌(FDGC)队列和亚洲癌症研究小组(ACRG)队列中,低MSI/MSS-sig与不良临床结果显著相关,为了进一步探索其分子机制,他们评估了四种蛋白组亚型的肿瘤免疫微环境。

 

他们发现巨噬细胞M1在G-II亚型中富集,前体单核细胞在G-IV亚型中富集,且MSI/MSS-sig评分与单核细胞呈负相关,与巨噬细胞M1呈正相关。进一步分析显示,单核细胞/巨噬细胞M1的评分与IV期胃癌患者的预后明显相关,单核细胞评分高预后差;与之相反,巨噬细胞M1评分低预后差。

 

于是,他们提出以单核细胞聚集和少数巨噬细胞M1为特征的微卫星稳定肿瘤细胞容易产生耐药性并且预后不良。

 

MSI/MSS特征与临床结果的相关性

 

接着,研究人员检查了接受不同化疗方案胃癌患者的MSI/MSS-sig水平与临床结果的相关性。他们观察到DOS亚群敏感组(DSG)的MSI-sig水平高于DOS亚群非敏感组(DNSG)(P=0.02),而XELOX亚群敏感组(XSG)和XELOX亚群非敏感组(XNSG)之间没有明显差异(P>0.05)。结果表明MSI-sig高的胃癌患者可以从DOS治疗中受益,但不能从XELOX治疗中受益。

 

为了研究不同治疗方案的敏感性和耐药机制,研究人员比较了DSG、DNSG、XSG和XNSG的蛋白质组。GSEA分析显示TCR信号通路富含DSG,该通路的高度激活代表DOS亚群的预后较好(P=0.015;HR=0.18);相反,在XELOX亚群中,TCR信号通路富含XNSG,其高表达代表预后不良(P=0.013;HR=5.19)。

 

进一步研究发现免疫细胞CD8+Tcm与TCR信号通路呈正相关,也就是说,免疫调节对DOS和XELOX化疗可产生不同的影响。而这种不同主要在于DOC,研究表明DOC诱导免疫原性细胞死亡的能力更高。

 

a MSI/MSS-sig水平与临床结果的相关性;

b TCR信号通路与不同治疗方案敏感性的关系

 

研究人员还发现,ERBB2(即HER2)是XELOX亚群中的不良预后因素,进一步研究证实,曲妥珠单抗可以增加HER2扩增的人胃癌细胞对XELOX治疗的敏感性,与XELOX方案有协同抗肿瘤作用。

 

针对HER2亚群,研究人员发现ECM可以激活PI3K-AKT途径并抑制细胞凋亡,从而削弱曲妥珠单抗的抗肿瘤作用。PI3K-AKT抑制剂联合抗HER2治疗可能是HER2阳性胃癌患者未来治疗的方向。

 

基于上述研究,研究人员提出了胃癌个性化化疗和靶向治疗指导的决策树。具有MSS状态的胃癌患者,可能无法从化疗和靶向治疗中受益;具有MSI状态的胃癌患者以TCR激活为特征,可以从多西他赛或曲妥珠单抗联合XELOX化疗中受益;具有高免疫激活的胃癌患者对XELOX治疗不敏感;具有高ECM水平的胃癌患者对抗HER2治疗耐药。

 

于是,研究人员根据DOS、XELOX和HER2亚群的敏感组和非敏感组中明显差异表达的蛋白,采用多元逻辑回归分析构建治疗反应预测模型。经研究,在三个亚群中产生了三个具有高灵敏度(≥89%)和特异性(≥88%)的预测模型。应用到测试集,三个预测模型分别达到89%、93%和100%的高准确率。

 

随后,研究人员应用XSG/XNSG模型进行外部验证,也获得了较高的预测敏感性和特异性。

 

胃癌治疗预测模型的构建与验证

 

最后,研究人员探索了胃癌的可能耐药机制。研究结果表明,CTSE过表达通过稳定微管协同增强DOC的敏感性;而TKTL1通过诱导异常染色体分离和增加DNA非整倍体促进耐药。

 

总之,该研究描述了胃癌一线化疗和靶向治疗的蛋白组学图谱,确定了与临床结果相关的蛋白亚型,为化疗及靶向治疗提供了预测指标,以帮助制定治疗决策。

 

该研究还构建了预测模型,用于区分对胃癌化疗或抗HER2治疗敏感或不敏感的患者,这在一定程度上有助于制定个性化的化疗和靶向治疗方案,从而使我们走向蛋白质组驱动的精准医疗时代。

参考文献:

[1] Ferlay J, Colombet M, Soerjomataram I, et al. Estimating the global cancer incidence and mortality in 2018: GLOBOCAN sources and methods. Int J Cancer. 2019;144(8):1941-1953. doi:10.1002/ijc.31937

[2] Ychou M, Boige V, Pignon JP, et al. Perioperative chemotherapy compared with surgery alone for resectable gastroesophageal adenocarcinoma: an FNCLCC and FFCD multicenter phase III trial. J Clin Oncol. 2011;29(13):1715-1721. doi:10.1200/JCO.2010.33.0597

[3] Bang YJ, Van Cutsem E, Feyereislova A, et al. Trastuzumab in combination with chemotherapy versus chemotherapy alone for treatment of HER2-positive advanced gastric or gastro-oesophageal junction cancer (ToGA): a phase 3, open-label, randomised controlled trial [published correction appears in Lancet. 2010 Oct 16;376(9749):1302]. Lancet. 2010;376(9742):687-697. doi:10.1016/S0140-6736(10)61121-X

[4] Li Y, Xu C, Wang B, et al. Proteomic characterization of gastric cancer response to chemotherapy and targeted therapy reveals new therapeutic strategies [published correction appears in Nat Commun. 2022 Nov 8;13(1):6749]. Nat Commun. 2022;13(1):5723. Published 2022 Sep 29. doi:10.1038/s41467-022-33282-0

 

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