Nat Comm | 匹配患者转录谱揭示前列腺癌谱系可塑性的决定因素

原创 图灵基因 图灵基因 2022-09-23 10:10 发表于江苏

收录于合集#前沿分子生物学机制

密歇根大学Rogel癌症中心的研究人员进行的一项研究表明，雄激素受体（AR）抑制剂药物，例如恩杂鲁胺（enza），可以从根本上重新连接和重塑前列腺肿瘤的功能，在某些情况下甚至使其更具侵袭性。该团队在使用enza治疗之前以及在进展期对男性转移性去势抵抗性前列腺癌（CRPC）的活检进行了基因表达谱分析。他们的分析表明了谱系可塑性的证据，并且还确定了一个基因特征，他们尚未验证该基因特征与治疗诱导的谱系可塑性和患者存活率低的风险相关。

该研究由Rogel癌症中心的Wicha家族肿瘤学教授和内科教授Joshi Alumkal医学博士与俄勒冈健康与科学大学Knight癌症研究所的郑霞博士实验室合作领导。Alumkal告诉GEN，“我们的结果表明，在大约15%的病例中，肿瘤失去了对药物恩杂鲁胺的原始靶点——雄激素受体的依赖。我们的研究结果还表明，可能存在基线基因表达变化，使人们能够预测这种称为谱系可塑性或分化变化的致命耐药形式可能会在恩杂鲁胺治疗中发生。”

研究人员在《Nature Communications》上的一篇题为“Transcriptional profiling of matched patient biopsies clarifies molecular determinants of enzalutamide-induced lineage plasticity”的论文中报告了他们的发现。血液肿瘤学研究员、医学博士Thomas Westbrook和博士后研究员Xiangnan Guan博士是该研究的共同第一作者。

恩杂鲁胺等雄激素受体信号抑制剂（ARSI）药物可阻断雄性激素激活雄激素受体，十多年来一直用于治疗晚期前列腺癌。“雄激素受体（AR）信号抑制剂恩杂鲁胺（enza）是转移性去势抵抗性前列腺癌（CRPC）的主要治疗方法之一。”作者写道。但这些药物最终可能会停止作用，并且“进展为去势抵抗性前列腺癌（CRPC）几乎是普遍的。”该团队继续说道。

因此，尽管Enza提高了CRPC患者的无进展生存率和总体生存率，并且还增加了首次开始雄激素剥夺治疗（ADT）的未接受过激素的前列腺癌患者的总体生存率，但“……三分之一的患者这样做没有反应，与反应者相比，那些新发耐药性患者的死亡风险略有增加。”科学家们指出。尽管进行了大量研究，但对临床enza耐药性仍然知之甚少。

“在癌症治疗中，对靶向治疗的耐药性几乎是普遍的。”Alumkal对GEN评论道，“然而，由于缺乏使用这些药物治疗的患者的匹配活检的数据，对大多数癌症治疗的耐药机制的理解并不完整。对于前列腺癌患者，使用雄激素受体（AR）抑制剂恩杂鲁胺（enza）等药物进行雄激素剥夺治疗是主要的治疗方法，但关于这种药物如何停止发挥作用仍有很多未知之处。”

雄性激素起到燃料的作用，开启作为前列腺癌细胞引擎的雄激素受体。在过去的80年中，晚期前列腺癌患者的治疗主要集中在干扰这些激素水平——现在通常通过激素降低治疗和恩杂鲁胺等药物来实现。然而，最终，几乎所有的肿瘤都会发展出解决办法并逃避治疗，并且在大多数情况下，肿瘤仍然依赖雄性激素来促进其生长。对治疗耐药性的其他例子仍然知之甚少。

“目前临床上最大的未满足需求是了解对雄激素受体靶向药物产生耐药性的肿瘤的解决方案，以便我们确定如何最好地治疗肿瘤已经开始生长的患者。”Alumkal说，“一旦恩杂鲁胺停止工作，选择就很有限。我们不知道大多数肿瘤如何或为什么会产生耐药性。”

研究人员希望了解这些肿瘤在治疗之前以及在恩杂鲁胺治疗期间肿瘤开始生长后的情况，以帮助他们了解个体患者肿瘤的解决方法。“我们假设，比较enza前和进展时匹配的CRPC肿瘤活检样本之间的基因表达谱，将确定个体患者治疗前和治疗诱导的耐药机制。”他们解释说。为此，该团队招募患者进行纵向研究，以在恩杂鲁胺治疗之前以及肿瘤对治疗产生耐药性时获得转移性活检。研究人员从21名患者中收集了多次活检。

Alumkal说，这是恩杂鲁胺治疗前后最大规模的匹配转移活检收集。“为了了解对药物的耐药性，研究人员经常在治疗前从一些患者身上采集样本，并从肿瘤具有治疗耐药性的不同患者群体中采集样本。”他说，“然而，这种方法的精确度要低得多，因为这些患者之间可能存在其他显著差异。你无法确定这些差异是否与药物暴露有关，或者与肿瘤的不同有更多关系。”

顺序采样方法更清楚地说明了恩杂鲁胺耐药性是如何出现的。“临床实践中不常规进行转移活检，但在治疗前后进行这些活检对于我们了解恩杂鲁胺治疗后肿瘤如何变化至关重要。”Alumkal进一步向GEN解释说。“我们在RNA测序之前使用激光捕获显微切割来富集肿瘤细胞。我们还进行了DNA测序和多重免疫荧光。后者使我们能够了解肿瘤在基线和进展时的异质性。”

当研究人员将基线样本与来自同一患者的进展样本进行比较时，大多数肿瘤没有显示出显著的基因表达变化。“我们确定，大多数进展期肿瘤与其基线对聚集在一起，并且大多数肿瘤在基线和进展期之间没有改变其转录簇名称。”作者写道，“许多患者的匹配肿瘤表达了相似的基因表达程序，无论是否对不同的病变或组织类型进行了活检，这表明同一患者体内的许多病变具有同质性。”

Alumkal表示，“治疗前肿瘤的基因表达程序在进展时与使用恩杂鲁胺非常相似，这一点非常显著。这表明，尽管使用恩杂鲁胺治疗，大多数肿瘤仍能很好地适应并保持雄激素受体引擎运转。”

但这并不是唯一的惊喜。在 21 例病例中的 3 例中，Alumkal和他的团队发现肿瘤基因表达谱发生了深刻变化。“我们知道，有时肿瘤会变得不依赖燃料，不再依赖雄激素受体。”他说。“相反，这些肿瘤启动了一种更常见于神经细胞而非前列腺细胞的基因表达程序，并转变为一种称为神经内分泌前列腺癌的侵袭性形式。”

但研究人员发现，在这15%的病例中，由于另一个原因，肿瘤也变得不依赖燃料。Alumkal说：“这些肿瘤以一种独特的方式连接，并且与称为双阴性前列腺癌（DNPC）的前列腺癌亚型最为一致，这意味着肿瘤不再具有雄激素受体作为引擎。但它们也没有变成神经内分泌前列腺癌。”

他用车辆及其动力的类比来描述这种变化。

“最初，几乎所有的前列腺肿瘤都是耗油者：非常依赖燃料，并由雄激素受体作为引擎提供动力。当接受激素治疗时，大多数肿瘤仍然依赖燃料，但变得更加省油，能够用更少的汽油走得更远。我们的研究表明，大多数肿瘤——即使在接受恩杂鲁胺治疗后——仍然非常依赖燃料，这表明继续靶向雄激素受体可能会对这些肿瘤产生巨大的影响。”

Alumkal认为，三种肿瘤转化为类似于电动汽车的双阴性前列腺癌。科学家们写道：“我们确定了三种基线肿瘤，它们可能处于中间状态，具有较高的谱系可塑性风险。在每一个病例中，这些患者的进展活检都经历了显著的转录变化——在进展时从ARPC（雄激素受体驱动的前列腺癌）变为DNPC/Aggarwal簇2。”

顺序采样方法的结果表明，恩杂鲁胺正在导致肿瘤适应，在某些情况下是显著的。“汽油发动机被一套完全不同的机器所取代，这套机器可以让肿瘤生长和存活。”Alumkal说，“在这些转化肿瘤的基线和进展活检中发现的DNA突变是相同的，这强烈表明恩杂鲁胺完全重新连接了最初依赖燃料的肿瘤的引擎，使其在疾病进展时变得不依赖燃料。这是一个戏剧性的转变。”

尽管基线肿瘤在显微镜下看起来相似，但研究人员确定了在最终成为双阴性前列腺癌的肿瘤中高度表达的特定基因。他们写道：“我们从转化者中确定了基线肿瘤中高度上调的14个基因的特征。”这一结果表明，某些肿瘤以混合状态存在，最初依赖于燃料，但在恩杂鲁胺治疗期间有成为不依赖燃料的双阴性前列腺癌的风险。

Alumkal承认，确定的基因特征是一个初步发现，团队还有更多的工作要做。研究人员指出：“我们不知道有任何已发表的数据集包括匹配的活检、RNA测序和有关肿瘤表型变化的信息。因此，无法验证这种谱系可塑性风险特征的预测能力。”然而，他们指出，“……在两个独立队列中这种特征的高活性与ARSI治疗后的总体生存率低有关。”

Alumkal说：“不过，转化子中的DNA看起来相似的事实强烈表明，恩杂鲁胺正在重新编程肿瘤。我们还有更多的工作要做，但有可能预先确定在使用恩杂鲁胺等药物治疗后肿瘤变得不依赖燃料的风险最大的患者。”

正如他进一步向GEN解释的那样，“我们的结果表明，在大约15%的病例中，肿瘤失去了对药物恩杂鲁胺的原始靶点——雄激素受体的依赖。我们的研究结果还表明，可能存在基线基因表达变化，使人们能够预测这种称为谱系可塑性或分化变化的致命耐药形式可能会在恩杂鲁胺治疗中发生。这项工作的下一步自然是更仔细地剖析导致谱系可塑性风险的机制，包括染色质或微环境因素。此外，尝试验证我们在具有匹配活检的其他独立队列中确定的谱系可塑性风险特征也很重要。一旦确定了谱系可塑性风险的生物标志物，就可能需要进行前瞻性临床试验，测试针对这些肿瘤中高度激活的通路的药物。”

作者在论文中还指出了他们研究的优势和局限性，“未来，为那些肿瘤处于谱系可塑性最大风险的患者和那些肿瘤最有可能保持AR驱动的患者确定生物标记物，可能会促进前期联合临床试验的开发，测试预计会阻断这两种主要的enza耐药机制的药物。”