腫瘤異質性與分子靶向藥物治療效果不佳的相關性研究進展

梁 杰，劉 柱，楊盼盼 綜述，王彤敏△ 審校

(1.云南省第一人民醫院普外二科，昆明 650032；2.昆明理工大學臨床醫學院，昆明 650504)

近年研究顯示，腫瘤是由腫瘤細胞亞群構成的多克隆性(或異質性)新生物，其在空間和時間上均處于不斷變化的狀態。在腫瘤疾病的治療過程中，雖然分子靶向治療已被廣泛應用，但更多依賴分子病理學檢查，且由于腫瘤異質性，導致病理學檢查無法涵蓋腫瘤的全部信息，因而通過病理學方法決定分子靶向治療藥物的應用便不一定能取得預期效果。現對腫瘤的異質性及腫瘤分子靶向治療失敗之間存在的關聯性進行綜述。

1 腫瘤的異質性

1.1異質性起源假說 自從1976年NOWELL[1]提出腫瘤發展的概念，越來越多的研究提示腫瘤并非由單一細胞群體所組成，而是隨著時間逐漸演化出不同的腫瘤亞群。腫瘤異質性是一個廣泛的概念,可粗略地分為時間異質性、空間異質性、結構異質性、細胞異質性、蛋白異質性、基因異質性、功能異質性等[2]。目前針對腫瘤細胞異質性的發生原因存在兩種假說，即腫瘤干細胞假說和克隆發展模型假說[3]。兩種假說都認為腫瘤起源于獲得多次分子學轉變的單細胞，后發展出無限的增殖潛能，且都認為微環境對腫瘤的構成有一定的影響。然而，這兩個理論仍然存在一些基本的差異，見表1。

腫瘤干細胞假說認為腫瘤的異質性由突變導致，且腫瘤細胞的組成是具有階級層次的。克隆發展模型假說認為腫瘤內部異質性的出現就像生物受到自然選擇的結果一樣，它們之間并不存在等級分明的體系。更為重要的差別是，腫瘤干細胞假說認為只有小部分的腫瘤細胞能夠推動腫瘤的進程并導致腫瘤產生可遺傳的耐藥性。而對于克隆發展模型來說，腫瘤疾病的進程是根據達爾文進化論的原則來發展，腫瘤細胞系發展成耐藥株的能力取決于細胞群的形態、突變率(即基因的不穩定性)、增殖率及腫瘤局部微環境施加的選擇壓力(如外界治療)[4]。

1.2腫瘤體的異質性 腫瘤的異質性可歸因于遺傳、表觀遺傳及一些非遺傳的因素所導致，如針對腫瘤局部微環境的適應性應答，或是信號轉導通路的變動。在針對腫瘤的大規模并行測序(MPS)、FISH、免疫組織化學分析等研究已經提示，腎透明細胞癌、乳腺癌、慢性淋巴細胞型白血病、胃癌及結直腸癌等多種腫瘤均表現出空間異質性和時間異質性[5-12]。

表1 腫瘤干細胞假說和腫瘤克隆發展模型

1.2.1空間異質性 腫瘤的空間異質性表現在腫瘤原發灶內或原發灶與轉移灶之間。國外有研究小組通過對兩例原發性及其轉移性腎癌的多區域進行基因測序，確定了63%～69%的突變基因，但并不是在每個腫瘤區域均可檢測到這些突變，在腫瘤體的不同部位，一些抑癌基因表現出相差巨大的失活突變率，在腫瘤內不同的區域，可以同時檢測到代表預后良好或預后差的基因表達[13]。在腫瘤原發灶與轉移灶之間同樣存在空間異質性，DUPONT等[14]在對乳腺癌研究過程中發現，PIK3CA基因突變可能在乳腺癌原發灶和相應的轉移灶之間也并不一致。VAKIANI等[15]在對結直腸腫瘤的研究中發現，TP53基因的突變率在原發灶與轉移灶之間呈現穩步上升趨勢，其在結直腸原發灶腺癌的突變率為8%，而在轉移灶中的突變率則上升到53%。CHEN等[16]在對肺腺癌原發灶和其轉移灶的EGFR突變體的研究中也發現，兩者間的不一致率為13.9%，由此提示大多數腫瘤均存在空間異質性，因此根據原發腫瘤中的相關基因表達情況來治療轉移灶可能并不是最佳的方法。

1.2.2時間異質性 腫瘤的時間異質性表現為腫瘤的多克隆性質會隨時間發展，呈現出明顯的動態性。SHAH等[9]對1例晚期侵襲性乳腺癌進行基因組測序，結果提示轉移灶中存在19組最初診斷時并不存在的非同義基因突變。HOEFNAGEL等[17]在乳腺癌細胞表面受體的研究中發現，很大比例的乳腺癌患者中的雌激素受體、孕激素受體、人表皮生長因子受體-2(EGFR-2)會發生轉變，雌激素受體α和孕激素受體的轉化主要是從陽性轉為陰性，而EGFR-2轉化則表現出既可由陰性轉化為陽性，也可從陽性轉化為陰性，這些腫瘤異質性的表現可能導致患者的治療抵抗及無效的藥物應用。這些研究提示腫瘤并非一成不變，而是會隨著時間發展，表現出不同的生物特性。

2 分子靶向藥物應用

2.1靶向藥物實施靶點的檢測 目前臨床上腫瘤的分子靶向治療依賴分子病理診斷[18]。而分子靶向藥物治療位點的檢測主要包含以下幾個方面：免疫組織化學法、FISH、CISH、PCR擴增技術、基因序列測定及分析，在腫瘤組織病理學檢查過程中，無論應用何種分子病理分析手段，均需對腫瘤局部組織進行切片，由于腫瘤具有空間及時間異質性等特點，腫瘤局部組織的切片將會造成其他腫瘤分子病理信息的遺漏，導致分子靶向治療的選擇并不能針對患者體內全部腫瘤細胞，并且可能造成部分腫瘤細胞亞群獲得更大的生存及擴張的機會，進而導致分子靶向治療藥物的抵抗和失敗，見圖1。

圖1 靶向藥物實施靶點的檢測

2.2腫瘤分子靶向藥物治療情況 隨著曲妥珠單抗的臨床應用，開啟了針對晚期腫瘤分子靶向治療的新時代。分子靶向治療主要是針對惡性腫瘤細胞內外各種信號轉導通路進行干預，從而抑制腫瘤細胞的生長、分化等，以提高臨床治療效果。目前針對腫瘤的靶向治療位點主要從酪氨酸激酶受體(ErbB)家族、抗血管生成及其相關的細胞內外信號通路等方面入手，但大多靶向治療未能明顯地改善晚期腫瘤患者的生存期。靶向治療在某些腫瘤患者臨床應用中提示，雖然在早期應用具有良好效果，但在后期應用過程中，會逐漸出現腫瘤耐藥性或藥物抵抗等問題。多個靶點靶向治療的聯合應用也只能是延緩腫瘤耐藥的發生時間而已，對改善腫瘤的總生存期仍然很不理想。

2.2.1酪氨酸激酶受體家族抑制劑 酪氨酸激酶受體家族由4個酪氨酸激酶受體組成，分別是ErbB1(HER1或EGFR)，ErbB2(HER2或neu)，ErbB3和ErbB4[19-20]。

EGFR在與相應配體結合后活化，繼而激活一系列下游信號轉導途徑，包括RAS/RAF/MAP激酶和PI3K/Akt/mTOR信號網。每條信號通路在腫瘤細胞的增殖、生長、存活、活動和組織浸潤方面均發揮著至關重要的作用[20-21]。在臨床應用上皮生長因子受體-酪氨酸激酶抑制劑(EGFR-TKIs)的過程中發現，一部分患者雖最初檢測出EGFR突變陽性，但表現出對抑制劑無效，而大部分初治有效的患者隨著治療時間的延長對TKIs發生了耐藥，其中針對HER2的抑制劑，如曲妥珠單抗在HER2陽性的胃癌及乳腺癌患者中的應用取得了一定的成功。盡管在HER2強陽性的晚期胃癌、乳腺癌患者中，應用HER2單克隆抗體具有明顯生存優勢，但隨時間流逝，耐藥性的腫瘤細胞亞群便會逐漸出現，從而嚴重影響腫瘤患者后續治療效果，縮短患者的總體生存期。同樣在肺腺癌的相關研究中，以EGFR-TKIs為代表的靶向藥物在肺腺癌治療中取得了較大進展，推動了腫瘤個體化治療的發展。但耐藥問題的出現嚴重影響了治療效果，成為當前肺腺癌EGFR靶向治療面臨的主要難題。以上結果提示在分子靶向藥物的應用過程中，腫瘤細胞會隨著分子靶向藥物的應用而發展，進而影響后續治療效果。

2.2.2PI3K相關激酶家族抑制劑 磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(PKB/AKT)/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)通路在細胞的許多活動(如細胞生長增殖、運動、自噬、凋亡血管生成的過程)中起重要作用，它是人類癌癥最常見的活化信號通路之一[22]。目前，針對PI3K/Akt/mTOR通路抗癌藥物可分為PI3K抑制劑、mTOR抑制劑、PI3K/mTOR抑制劑和Akt抑制劑。MATULONIS等[23]在研究PI3K抑制劑XL147在子宮內膜癌中的治療效果時，通過一項Ⅱ期臨床試驗發現，XL147在晚期或復發性子宮內膜癌的治療中抗腫瘤作用較弱。mTOR屬于PI3K相關激酶家族，mTOR磷酸化是胃癌預后差的因素。依維莫司可以阻止mTOR調節的下游信號p70S6K和4E-BP1的磷酸化，導致細胞分裂G0/G1期停止[24]。然而，一項Ⅲ期臨床(GRANITE-1)研究表明依維莫司對晚期胃癌無明顯療效(總體生存時間：5.4個月vs. 4.3個月，P=0.124；無瘤生存時間：1.7個月vs. 1.4個月)[25]。DE等[26]在對肺癌腫瘤基因突變的研究中報道，針對PI3K/Akt/mTOR信號通路抑制劑的應用可觀察到非Akt或mTOR依賴的PI3K信號旁路的代償性激活，從而失去對下游效應分子原有的抑制作用，甚至產生其他不利影響。以上研究提示，腫瘤的時間異質性和空間異質性均會明顯影響腫瘤的整體治療效果。

2.2.3抗血管生成靶向治療 腫瘤的血管生成是從預先存在的血管基礎上逐漸多步驟形成的。血管內皮生長因子(VEGF)介導的信號轉導在血管的生成和血管通透性方面發揮著重要的作用。除了這些作用外，在腫瘤發生、轉移等方面也有一定作用[27]。在對于VEGF的靶向治療中，存在兩種不同的方案：(1)用抗VEGF單克隆抗體，如貝伐單抗，抑制VEGF的促血管生成作用；(2)采用酪氨酸激酶抑制劑(TKIs，如apatinib)或VEGF受體的單克隆抗體(如ramucirumab)抑制VEGF受體的功能，以及在中國開發的另一種抗血管生成藥物-重組人血管內皮抑制素。根據國際用于評估貝伐單抗在晚期胃癌病人中受益度的Ⅲ期臨床試驗“AVAGAST”的研究在順鉑/卡培他濱聯合化療方案中加入貝伐單抗后，患者的腫瘤無進展生存期僅得到輕微的改善(6.7個月vs. 5.3個月)，且無總體生存期獲益(12.1個月vs. 10.1個月)[28]。

回顧這些臨床試驗，與目前標準治療方法比較，各種分子靶向藥物單藥治療未能表現出更好的生存獲益。這些令人失望的研究結果可能存在以下原因：(1)腫瘤具有異質性，在取材確定相應治療靶點時并不能獲取腫瘤的全部分子學信息；(2)在疾病進程中，大多數惡性腫瘤都存在分子學水平的多種突變及冗余信號通路的激活，并產生耐藥腫瘤細胞亞群，從而導致疾病的進一步發展。

3 結 論

傳統認為腫瘤是由相同的突變體細胞構成的單克隆細胞群，腫瘤細胞具有相同的畸變染色體或基因及同工酶，因而認為通過腫瘤的病檢即能獲得有關腫瘤的全面信息[18]。但越來越多的研究正在揭露腫瘤具有異質性這一客觀事實[5-12]，且在疾病進程中，腫瘤的異質性會進一步擴大[15]，由于腫瘤的異質性，病理學檢測并不能獲取與治療相關的腫瘤的全部生物學信息，使得分子靶向藥物治療失敗。腫瘤克隆亞群的分型的早期發現仍存在很大挑戰。隨著高通量基因測序技術的發展，可能會使得腫瘤實現個體化診斷、分型，并幫助制訂個體化的治療方案，以期達到更好的生存獲益及精準醫療的目的。