CancerCell胡海川团队发现第三类肺癌个体化治疗靶点

　　点评 | 陈海泉 （复旦大学） 、季红斌（ 中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所）
　　进入本世纪后，肺癌的临床治疗发展经历了从＂不同患者同一种药＂到＂一种病人一种药＂的进化，并朝向＂一个病人一个药方＂的精准个体化治疗方式迈进。在这个过程中，作为团队成员胡海川博士的早期工作首次证明了肺癌中一个独立的分子亚型—RET融合基因阳性肺癌 【1】 ；在此基础上，美国FDA目前已批准了2种小分子抑制剂用于该类型肺癌的特异性治疗【2,3】 。此外，在抗耐药治疗方面，胡海川等人的工作同样发现，即便是患者具有相同的耐药突变 (例如 EGFR T790M/C797S突变) ，由于可能出现不同的排列组合形式 (in-cis, in-trans) ，具体的治疗策略也应该因人而异【4】 。因此，他们为可能出现的具体耐药组合形式设计了不同的抗耐药治疗方案。根据该治疗方案，国内外多个医疗团队很快报道了对相关患者的成功治疗案例 【5,6】 。
　　可见，进一步理解患者及肿瘤之间的个体差异是实现精准治疗的关键。以肺癌为代表，一个肉眼可见的实体肿瘤，包含至少以下三类细胞组分：癌细胞、免疫细胞、以及以 肿瘤相关成纤维细胞 （ CAF ） 为代表的间质细胞。
　　对应的，目前较为成熟的肺癌精准治疗分为两大类 【7】 ：
　　※第一类是针对癌细胞设计的靶向治疗 。癌细胞在遗传、代谢、应激等多层次具有广泛异质性。相对应的，多种特异性的癌基因抑制剂 （例如EGFR、ALK、RET抑制剂等） 、代谢抑制剂、DNA损伤修复抑制剂等已经在临床试验或应用于临床个体化治疗。
　　·※第二类是针对肿瘤免疫设计的治疗 。这包括通过甄别免疫细胞、免疫状态的差异，而在广泛研发中的各种针对性免疫治疗方式和方案。
　　而对于第3类细胞组分的肿瘤相关成纤维细胞CAF，包括最近多项单细胞RNAseq的研究提示：CAF同样具有广泛的异质性。然而目前对其异质性的认知多停留于分子表达水平层面，仍然缺乏对其功能差异的系统研究和深入理解。因而尚没有形成广泛而有效的个体化治疗措施。
　　最为典型的是，在多项临床试验中，如果不分差异地将所有CAF作为攻击对象时，这些治疗最终未能改善患者的临床预后 【8】 。与此同时，宋尔卫院士团队等多组科研人员亦相继发现了若干具有特异临床价值的CAF亚型【9,10】 ；而理论上，不同CAF可能对肿瘤产生迥异、甚至相悖的生物学影响【11】 。因此，系统性地阐释CAF在功能水平上的异质性，全面地揭示不同CAF各自的临床意义，是使CAF能够真正应用于个体化治疗的关键。
　　2021年10月7日，来自哈佛大学医学院、美国麻省总院(MGH)癌症中心的 胡海川 博士同MGH胸部肿瘤中心、诺华生物医学研究院合作，在 Cancer Cell 发表了题为＂  Three subtypes of lung cancer fibroblasts define distinct therapeutic paradigms  ＂的论文。该研究首次系统性地阐释了肺癌中CAF广泛存在的功能性差异。同时以治疗为导向，研究者首次将肺癌CAF划分为三种功能亚型，并逐一剖析了各亚型独特的临床治疗价值。
　　研究者通过对近60例肺癌临床活检组织进行培养，纯化CAF细胞，并经永生化 (immortalization)  处理，通过体外扩增，建立了一项大规模的CAF＂生物库＂。该CAF＂生物库＂在整体上覆盖了已知的各类CAF分子表型，进而可以无偏倚地对肺癌中CAF进行系统性探索。其次，与ATCC等商用细胞库不同，这些CAF细胞源自正在临床上接受治疗的患者；这使得研究者既能在实验室中检测这些CAF的药物反应，也能对比原始患者在临床中真实的转归和预后。除此之外，该CAF＂生物库＂还有助于直接揭示CAF异质性的成因——CAF理论研究领域的＂黑洞＂。
　　CAF生物库与研究流程图
　　借力于该研究中患者绝大多数正在临床中接受EGFR或ALK 靶向治疗，研究者接下来以CAF对EGFR和ALK耐药的影响为切入点，挖掘CAF异质性的个体化治疗价值。研究者通过CAF-cancer共培养、癌基因和癌通路筛选等多手段联合，发现CAF往往可以导致癌细胞耐药，但在具体耐药水平、和耐药机制方面都具有广泛差异。为此，研究者模拟了456种CAF-cancer匹配情况，并从分泌组学角度测量了448项CAF分泌蛋白水平。通过以上高通量手段，研究者得出结论：CAF主要通过差异性利用HGF-MET和FGF-FGFR通路，根据其具体组合方式，在不同程度上造成EGFR/ALK耐药。同时研究者在人类的18种不同FGF配体和4种不同FGFR受体中进一步分析，发现主要是FGF7-FGFR2通路在发挥主要作用，这为后续精准药物的研发奠定了很好的基础。
　　至此， 研究者将肺癌CAF定义为三种亚型：第I类以HGF-MET及FGF7-FGFR2为主要机制造成耐药，并可给予MET抑制剂和FGFR抑制剂以强化肿瘤治疗；第II类CAF以FGF7-FGFR2为主要机制造成耐药，并可给予FGFR抑制剂以提升肿瘤疗效；第III类CAF不造成或仅导致微弱肿瘤耐药，进而不需要进一步干预。 有趣的是，第III类CAF还能增强诱导免疫细胞迁徙，并与肿瘤病灶中CD8+ T细胞丰度相关，可能会对后续免疫治疗策略的改进有帮助。
　　定义肺癌CAF功能亚型：根据其对肿瘤耐药、以及肿瘤免疫背景产生的不同影响
　　研究者随后通过RNAseq分析，并通过相关信号通路分析、转录因子分析等，验证了三种CAF功能亚型调控的机制。其中，CAF内源性TGF-β通路具有关键作用。具体而言，三种CAF分泌不同水平的TGF-β1抑制蛋白，因此通过内源性调节实现TGF-β通路不同程度的激活/抑制。
　　最后，研究者通过4个各自独立的临床队列，反复比照CAF功能抑或HGF/FGF7水平的临床关联，验证了三种CAF功能亚型具有预判临床预后的价值。
　　因此， 该研究首次证明：CAF功能亚型是一种独特的个体化治疗靶点，针对患者CAF亚型辅以对应治疗策略，有望进一步提高肺癌患者的肿瘤缓解和整体疗效。
　　根据肺癌CAF功能亚型 (I, II, III) 设计新型个体化治疗方案
　　原文链接：
　　https://doi.org/10.1016/j.ccell.2021.09.003
　　专家点评
　　陈海泉 教授 （复旦大学胸部肿瘤研究所所长）
　　肺癌治疗的选择日新月异，新方法新视角层出不穷。该研究关注了目前实体肿瘤中一个充满未知、但发展迅猛的领域——肿瘤微环境、以及基于肿瘤微环境的个体化治疗。前期Lambrechts等人通过单细胞RNAseq研究提示了肺癌中CAF这种细胞类型具有一定异质性，宋尔卫院士等的多组研究人员亦在乳腺癌、胰腺癌等肿瘤中报道了一系列具体而独特的CAF亚型。但从整体上CAF的异质性分布如何、其各自生物功能如何、临床相关性又是哪些，一直缺乏一个系统、深入的认知。该研究通过CAF生物库这一独特手段，全面、新颖、直截地回答了这些复杂却又至关重要的问题。更重要的是， 这项研究为肺癌个体化治疗提供了新的选项，很可能会启发更多新颖治疗模式的研发和问世，并在未来进一步改变癌症的临床实践。
　　专家点评
　　季红斌 研究员 （中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所）
　　当我们对肿瘤细胞异质性的认知逐渐深入的时候，对CAF异质性的研究才刚刚拉开帷幕。这项工作显示CAF的异质性不仅仅体现在分子表型层面，而且往往跟肿瘤耐药、免疫治疗、患者预后等诸多临床治疗问题都存在相关性。该工作对进一步理解CAF分型、研发治疗靶标具有重要参考价值，并为肺癌精准治疗的研究提供了新的思路。该研究成果在临床实践中的应用值得期待。此外，尽管该研究立足于肺癌、特别是EGFR或ALK阳性肺癌，其创新思路也非常值得在其它肿瘤中借鉴和推广。
　　参考文献
　　1.Wang R, Hu H, Pan Y et al. RET fusions define a unique molecular and clinicopathologic subtype of non-small-cell lung cancer.   J. Clin. Oncol.   2012; 30(35):4352–4359.
　　2.Shaw AT, Hsu PP, Awad MM, Engelman JA. Tyrosine kinase gene rearrangements in epithelial malignancies.   Nat. Rev. Cancer   2013; 13(11):772–787.
　　3.Subbiah V, Yang D, Velcheti V et al. State-of-the-Art Strategies for Targeting RET-Dependent Cancers.  J. Clin. Oncol.   2020; 38(11):1209–1221.
　　4.Niederst MJ, Hu H, Mulvey HE et al. The Allelic Context of the C797S Mutation Acquired upon Treatment with Third-Generation EGFR Inhibitors Impacts Sensitivity to Subsequent Treatment Strategies.  Clin. Cancer Res.   2015; 21(17):3924–3933.
　　5.Arulananda S, Do H, Musafer A et al. Combination Osimertinib and Gefitinib in C797S and T790M EGFR-Mutated Non-Small Cell Lung Cancer.   J Thorac Oncol   2017; 12(11):1728–1732.
　　6.Wang Z, Yang J-J, Huang J et al. Lung Adenocarcinoma Harboring EGFR T790M and In Trans C797S Responds to Combination Therapy of First- and Third-Generation EGFR TKIs and Shifts Allelic Configuration at Resistance.   J Thorac Oncol   2017; 12(11):1723–1727.
　　7.Herbst RS, Morgensztern D, Boshoff C. The biology and management of non-small cell lung cancer.  Nature   2018; 553(7689):446–454.
　　8.Catenacci DVT, Junttila MR, Karrison T et al. Randomized Phase Ib/II Study of Gemcitabine Plus Placebo or Vismodegib, a Hedgehog Pathway Inhibitor, in Patients With Metastatic Pancreatic Cancer.   JCO   2015; 33(36):4284–4292.
　　9.Su S, Chen J, Yao H et al. CD10+GPR77+Cancer-Associated Fibroblasts Promote Cancer Formation and Chemoresistance by Sustaining Cancer Stemness.   Cell   2018; 172(4):841–856.e16.
　　10.Costa A, Kieffer Y, Scholer-Dahirel A et al. Fibroblast Heterogeneity and Immunosuppressive Environment in Human Breast Cancer.   Cancer Cell   2018; 33(3):463–479.e10.
　　11.Wagner EF. Cancer: Fibroblasts for all seasons.   Nature   2016; 530(7588):42–43.