《自然》重磅：靶向药“无心犯大错”！哈佛团队揭示肺癌靶向药介导部分癌细胞基因加速突变的关键机制
来源：奇点糕 2023-07-07 13:15
研究者们发现，各种治疗NSCLC时常用的酪氨酸激酶抑制剂（TKIs）类靶向药，会诱导DTPs高表达APOBEC3A，而它会促进癌细胞的DNA双链断裂增多，使癌细胞基因组更不稳定，更可能“进化出”耐药突治疗耐药，无疑是当前癌症靶向治疗面对的最棘手难题，特别是在对抗晚期癌症时，从医生到患者可能都认为，由于耐药必然会发生，靶向药物只能延缓病情进展，不能真正治愈疾病。
阐明耐药机制、探索干预策略，意义有多重要也不言自明了。今天登上《自然》的一篇最新研究，就揭示了非小细胞肺癌（NSCLC）的一种全新获得性耐药机制：哈佛大学麻省总医院研究团队发现，少数耐药持久性癌细胞（Drug-tolerant Persisters, DTPs）中的胞苷脱氨酶APOBEC3A，可能是导致靶向治疗耐药的关键！
【资料图】
研究者们发现，各种治疗NSCLC时常用的酪氨酸激酶抑制剂（TKIs）类靶向药，会诱导DTPs高表达APOBEC3A，而它会促进癌细胞的DNA双链断裂增多，使癌细胞基因组更不稳定，更可能“进化出”耐药突变或其它耐药机制，因此抑制APOBEC3A有望延缓靶向治疗耐药发生，是值得探索的重要方向[1]。
论文首页截图
近一年前Broad研究所团队同样发表在《自然》上的研究成果，曾揭示APOBEC3家族酶介导的基因突变，与癌症发生发展关系密切[2]，而此次哈佛团队开展的研究，则是源自一例真实的临床案例，以及对TKIs耐药机制的不断探索。
这例患者（代号MGH086）为ALK融合阳性晚期NSCLC，一线接受克唑替尼治疗后出现继发性ALK-E1210K耐药突变，遂改用第二代ALK-TKI布格替尼治疗，但此后多个耐药突变不同的亚克隆接连出现，全外显子组测序显示，新耐药突变大多为C→T或C→G单碱基替换，而它们与APOBEC3家族酶高度相关。
MGH086患者治疗及耐药突变出现过程
在另一例对EGFR-TKI耐药（出现EGFR-T790M/C797S复合耐药突变）的NSCLC患者中，研究者们也在多个转移灶检出APOBEC介导的基因突变信号，且类似情况还有多例。对实验室中TKIs耐药肺癌细胞系的分析，也提示由APOBEC介导的基因突变逐渐积累，是产生DTPs的关键。
而且从耐药亚克隆的进化轨迹来看，由APOBEC介导的基因突变更多见于靶向治疗后出现的耐药亚克隆，治疗后新增突变数也更多，但治疗前已存在的、由APOBEC介导的基因突变对克隆选择影响并不大；值得一提的是，与APOBEC介导的基因突变同时存在的，还有大量的基因“结构变异”（SVs）。
APOBEC突变在靶向治疗过程中的“进化轨迹”
APOBEC3家族共有11种酶，其中APOBEC3A促突变能力最强，也是研究的重点。实验显示，第一代EGFR-TKI吉非替尼治疗，可快速诱导DTPs中的APOBEC3A转录上调，且能够维持至治疗开始后14天，而其它APOBEC家族酶均无此现象。
对第三代EGFR-TKI奥希替尼、第三代ALK-TKI洛拉替尼、MEK抑制剂曲美替尼以及KRAS G12C抑制剂的实验结果均相似，即多种现有NSCLC靶向药在抑制驱动基因突变的同时，能且仅能诱导APOBEC3A的高表达，并使癌细胞内逐渐积累由APOBEC介导的基因突变，而NF-κB1的激活在此过程中起到了一定的作用。
多种现有NSCLC靶向药可诱导APOBEC3A的高表达
敲除APOBEC3A后，TKIs诱导DTPs中由APOBEC介导基因突变，以及诱导染色体易位、倒位、大片段缺失等结构变异的能力就明显下降。针对结构变异问题，研究者们专门通过实验确证，TKI诱导APOBEC3A高表达还会增加DNA双链断裂的发生率，使DTPs的基因组更为不稳定，更有可能加速进化出新的耐药机制。
APOBEC3A可诱导DTPs的基因组不稳定性
虽然乍一听起来，DNA双链断裂和基因组不稳定性对DTPs是一把“双刃剑”，既会增加耐药突变的发生率，也可能影响DTPs的存活，但进一步实验显示，TKIs诱导APOBEC3A高表达，导致的基因组不稳定性，反而使DTPs在生存竞争中更有优势，存活时间较其它DTPs克隆更久，并最终占据霸主地位。
APOBEC3A高表达导致的基因组不稳定性能助力DTPs存活
最后，研究者们又对麻省总医院收治的24例NSCLC患者开展基因测序，评估这些经多轮TKIs治疗，已耐药患者中由APOBEC介导的基因突变发生率：与靶向治疗前相比，17例（71%）患者的APOBEC介导基因突变占比超过20%，远多于治疗前的2例，而且靶向治疗时间越长，积累的基因突变就越多。
真实世界中TKIs耐药患者由APOBEC介导的基因突变发生率
研究者们指出，虽然APOBEC3A并不会直接介导现有TKIs的耐药突变，如文中提到的ALK-E1210K突变、EGFR-T790M/C797S突变发生，但它诱导基因组不稳定性的能力很有可能加速DTPs“修炼”出各种耐药机制，因此靶向APOBEC3A乃至整个APOBEC家族酶，至少在NSCLC靶向治疗中势在必行。
参考文献：
[1]Isozaki H, Sakhtemani R, Abbasi A, et al. Therapy-induced APOBEC3A drives evolution of persistent cancer cells[J]. Nature, 2023.
[2]Petljak M, Dananberg A, Chu K, et al. Mechanisms of APOBEC3 mutagenesis in human cancer cells[J]. Nature, 2022, 607(7920): 799-807.
