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三大泛癌种生物标志物:MSI-H/dMMR、TMB-H 和 NTRK

|2022年09月28日| 浏览:898
全球已批准三个泛癌种生物标志物,不再考虑肿瘤的组织来源,分别是 MSI-H/dMMR、TMB-H 和 NTRK。

MSI-H/dMMR 和 TMB-H 反应了基因组突变频率的高低,可提示免疫检查点抑制剂治疗的效果。临床数据显示 PD(L)1 单抗治疗MSI-H/dMMR 实体瘤 ORR 在 40%左右,治疗 TMB-H 实体瘤 ORR 约 30%,高于 PD(L)1 单抗的整体 ORR(约 20%)。

NTRK 是唯一获批的靶向治疗泛癌种靶点。

 

微卫星不稳定高/错配修复系统缺陷(MSI-H/dMMR)

1. 微卫星不稳定(MSI)

微卫星(MS)是指分散在整个人类基因组中的短串联重复序列,由1-6个或更多的核苷酸重复排列构成,通常重复次数为10-60 次。其中常见的是单核苷酸和双核苷酸的重复序列,如(A)n和(CA)n。微卫星广泛分布在人类基因组中,常出现在基因的非编码区和染色体末端,目前已知的微卫星位点约为1900万个。

肿瘤有微卫星稳定(MSS)微卫星不稳定(MSI)两种基因组状态。

1993年,研究者在结直肠癌中发现微卫星重复序列长度发生变化,大约有15%的结直肠癌患者发生该现象。这种分子现象起初被称为“复制错误表型”。

1993年NCI举办的一场结直肠会议上将其命名为“微卫星不稳定”(MSI),具体定义为:相较于正常组织,肿瘤组织的微卫星由于重复单元的插入或缺失所导致的微卫星任意长度的变化。
因此,肿瘤按照微卫星序列状态的不同,可被划分为微卫星稳定(MSS)和微卫星不稳定(MSI)两种。

MSI又可细分为微卫星高度不稳定(MSI-H)微卫星低度不稳定(MSI-L)两种亚型。
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MSS和MSI肿瘤微卫星重复序列的区别

2. 错配修复系统缺陷(dMMR)

错配修复系统(MMR)可修复DNA复制时产生的碱基错配,维持基因组的稳定性。

MMR系统具有高度的保守性,从大肠杆菌到人类均有MutL和MutS两个子系统,前者主要由MLH1和PMS2构成,后者主要由MSH2和MSH6构成。MutS复合物可识别DNA复制中发生的错配,之后MutS结合并招募MutL,后者可造成DNA单链缺口并引导外切核酸酶I(EXO1)切除错配DNA,最后由DNA聚合酶δ和DNA连接酶完成新的DNA合成和连接。
DNA错配修复系统(MMR)的工作机制

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错配修复系统缺陷(dMMR)将导致MSI。微卫星重复序列在复制时极易发生滑脱,导致子链上微卫星序列延长或缩短,模板链或新生链产生DNA环状结构,需要MMR系统进行修复。如果MMR系统功能障碍,错配的序列得不到修复,染色体完整性受到影响,则引起微卫星的不稳定。因此,MSI是MMR系统发生缺陷时的分子表现。

MSI-H/dMMR肿瘤对免疫检查点抑制剂响应程度更高。MSI-H型肿瘤中编码区的微卫星不稳定产生大量的移码突变,移码突变会造成阅读框的变化,导致下游一系列的密码子改变,进而造成移码肽(FSP)的产生。这些移码肽属于新抗原(neoantigen),新抗原可被T细胞表面的TCR识别,使得肿瘤细胞获得较高的免疫原性,对PD1等肿瘤免疫检查点抑制更加敏感。

MSI-H/dMMR肿瘤对免疫检查点抑制剂响应程度更高

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高肿瘤突变负荷(TMB-H)

高肿瘤突变负荷(TMB-H)可作为免疫治疗独立的疗效预测生物标志物。

TMB的定义为特定基因组区域内每兆(Mb)碱基对中非同义突变的个数。TMB数值可反映肿瘤内产生肿瘤新抗原的潜力,与DNA修复缺陷密切相关。
不同肿瘤的TMB数差异较大,2014年至今已有多项高水平研究表明TMB可以作为预测肿瘤免疫检查点抑制剂疗效的生物标志物。2017年发表在NEJM的一项荟萃分析发现TMB对27种肿瘤的免疫治疗有显著的疗效预测作用,TMB与ORR存在显著相关性(P<0.001),提示TMB与PD-(L)1抗体疗效存在强相关性,为其泛癌种治疗探索奠定了基础。

TMB对27种肿瘤的免疫治疗疗效有显著的预测作用
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神经营养因子酪氨酸受体激酶(NTRK)

NTRK具有促进神经系统发育和致癌的双重功能。神经生物学和肿瘤学研究者分别发现了神经营养因子酪氨酸受体激酶(NTRK)的2种不同生物学功能。

上个世纪50年代,研究者发现一些神经营养因子如NT3、NT4、BDNF参与了神经系统的发育过程,之后的1991年,营养酪氨酸受体激酶(NTRK)被发现是这些神经营养因子的受体。1982年,研究者在结直肠癌中鉴定出NTRK融合突变,首次发现其作为原癌基因的功能,随后在甲状腺癌、纤维性星形细胞瘤等多个肿瘤中同样发现了NTRK的融合突变。

正常NTRK的激活需要神经营养因子,通过MAPK、PI3K、PKC通路调节细胞增殖。神经营养酪氨酸受体激酶家族的3个成员NTRK1、NTRK2、NTRK3基因分别编码了TRKA、TRKB和TRKC蛋白。NTRK是跨膜蛋白,胞外部分主要由半胱氨酸簇C1和C2、亮氨酸富集区LRR1-3、免疫球蛋白类似序列Ig1和Ig2,激酶结构域(KD)则位于胞内。神经营养因子配体和NTRK的Ig2结构域结合后引起NTRK的二聚化,进而激活胞内的激酶结构域并招募相关细胞质适配蛋白,从而激活下游通路促进细胞增殖。NTRK主要通过激活MAPK、PI3K、PKC通路来启动分化、生长基因的转录。

NTRK通过MAPK、PI3K、PKC三条通路调控细胞增殖

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NTRK突变以融合突变为主,融合的NTRK基因异常的持续激活,导致肿瘤发生。染色体重排有时导致另外一个基因的3’端和NTRK的5’端相连,编码“上游基因-NTRK”融合蛋白(类似于BCR-ABL融合)。如果上游基因包含可促进二聚化的结构域,将导致融合蛋白可在没有配体的情况下自发的二聚化,即异常的组成型激活,最终导致细胞的异常增殖和肿瘤发生。

常见的可和NTRK融合的上游基因包括LMNA、TPM3、PAN3、ETV6等,不同的肿瘤也有各自常见的NTRK上游基因。

5’端融合其他基因可使NTRK异常的持续表达

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NTRK融合突变占比为0.4%,在罕见肿瘤中占比更高。NTRK融合突变在超过20种肿瘤中存在,在不同肿瘤中的占比差异较大,呈现小瘤种占比高、大瘤种占比低的趋势。

唾液腺癌、甲状腺癌、软组织肉瘤中NTRK融合突变超过1.5%,而非小细胞肺癌、结直肠癌中的占比低至0.2%。总体来看,NTRK融合突变在全球范围的阳性率约为0.3%,在东亚人群中约为0.4%。

值得注意的是,大瘤种虽然NTRK融合阳性率低,但由于患者基数较大,实际患病人数依然可观。

在全部NTRK融合阳性肿瘤中,患者数量前五的肿瘤分别为非小细胞肺癌(16.4%)、乳腺癌(14.1%)、软组织肉瘤(9.6%)、结直肠癌(9.3%)、卵巢癌(6.2%),合计占55.6%。

不同肿瘤的NTRK融合突变阳性率(全体人群)

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随着泛癌种生物标志物的发现,近几年多个靶向免疫治疗药物开始挑战“实体瘤”广谱抗癌适应症。基于TMB、MSI、NTRK都获批了相应适应症!

目前已有六个不限癌肿广谱适应症获批。

广谱抗癌药

2017年5月,帕博丽珠单抗(pembrolizumab)被美国FDA批准用于无论肿瘤来源,微卫星不稳定性高(MSI-H)或错配修复缺陷(dMMR)的实体肿瘤患者,成为全球首个不区分肿瘤来源的免疫药物。
2018年11月,拉罗替尼(larotrectinib)被美国FDA批准用于具有神经营养受体酪氨酸激酶(NTRK)基因融合的成人和小儿实体瘤治疗。
2019年8月,恩曲替尼(Entrectinib)被FDA加速批准用于治疗成人和儿童患者神经营养原肌球蛋白受体激酶(NTRK)融合阳性、初始治疗后局部晚期或转移性实体肿瘤进展或无标准治疗方案的实体瘤患者,以及ROS1阳性非小细胞肺癌(NSCLC)患者。
2020年6月,帕博丽珠单抗(pembrolizumab)第二项“不限癌种”的新适应症获批。用于治疗具有高组织肿瘤突变负荷(TMB-H)≥10个突变/Mb(使用FDA指定的检测)的无法切除或转移性实体瘤的成年和儿科患者。
2022年06月23日,达拉非尼联合曲美替尼被美国FDA加速批准用于携带BRAF V600E突变、不可切除或转移性实体瘤的6岁及以上儿童和成人患者,这些患者在先前的治疗后出现进展且没有其他治疗方案。

2022年9月22日,美国FDA加速批准selpercatinib (塞尔帕替尼 Retevmo)上市,用于全身治疗失败后的晚期或转移性RET融合实体瘤患者。
其中,两款广谱抗癌药已在国内获批!

2022年4月13日,中国NMPA批准靶向药物硫酸拉罗替尼胶囊(商品名:维泰凯)上市,用于治疗经充分验证的检测方法诊断为NTRK基因融合且无已知获得性耐药突变,局部晚期、转移性或手术切除可能导致严重并发症,没有令人满意替代治疗方案或既往治疗失败的泛实体瘤成人和儿童患者。中国迎来了首个与肿瘤/组织无关的泛实体瘤靶向药物:拉罗替尼。

2022年7月29日,罗氏制药的Entrectinib(恩曲替尼)获得国家药品监督管理局(NMPA)正式批准,适用于经充分验证的检测方法诊断为携带神经营养酪氨酸受体激酶(Neurotrophic tyrosine receptor kinase,NTRK)融合基因且不包括已知获得性耐药突变,患有局部晚期、转移性疾病或手术切除可能导致严重并发症,以及无满意替代治疗或既往治疗失败的成人和12岁及以上儿童实体瘤患者。


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