几个已知或推定的肿瘤抑制基因的异常甲基化频繁发生于肺癌的生成。APC、p16、RASSF1A(RAS association domain family 1)、CDH13、RARβ、MGMT、GSTP1是经常在肺癌中被甲基化的基因。Toyooka等[在115例NSCLC中检测上述基因的甲基化状态,发现p16的异常甲基化较常见于SQCC,而APC和CDH13甲基化在ADC中高于SQCC。随后,Toyooka等[收集了来自美国、澳大利亚、日本和台湾的514例NSCLC组织及84例相应的非肿瘤肺组织,进一步检测显示,ADC中APC、CDH13、和RARβ的甲基化率高于SQCC。近期Lockwood等[发现ADC和SQCC的总体甲基化水平无明显不同,但在DNA甲基化上两种亚型之间确实有基因特异性差异,约发现2, 384个基因的甲基化程度不同。与ADC组相比,SQCC组有明显较多的频发高甲基化和低甲基化基因位点,约占92%。研究在ADC和SQCC亚型中分别发现了关键的致癌通路,而这些通路于这两种亚型的肿瘤生物与临床结果的差异相关。HNF4a靶基因的下调是最常见于ADC的特异通路,而在SQCC中发现大量组蛋白修饰酶以及转录因子E2F1的破坏。Heller等[在对101个NSCLC样本的全基因组CpG岛甲基化的研究中发现HOXA2和HOXA10甲基化可能与SQCC的预后相关。HOXA2甲基化的SQCC患者DFS明显比非HOXA2甲基化的SQCC患者短(中位生存期:45个月 vs尚未获得的数据, P=0.034)。同样,HOXA10甲基化的SQCC患者的DFS比非HOXA10甲基化的SQCC患者短(中位生存期:35个月vs尚未获得的数据,P=0.046)。但在ADC患者中没有类似的发现。ADC和SQCC肿瘤在基因组和表观基因组水平上基因破坏的差异决定了两种NSCLC亚型的不同生物学特性。作者对49个NSCLC肿瘤的基因表达数据进行主成分分析(principal component analysis),发现778个独特的遗传学和/或表观遗传学上异常改变的基因可以清晰的将ADC和SQCC组织亚型各自聚为一类。进一步的验证试验表明同样的分析也可以将来自不同机构的两组独立样本(组1:58例ADC和53例SQCC;组2:62例ADC和76例SQCC)按照ADC和SQCC亚型精确聚类。表明这些亚型特异性遗传学和/或表观遗传学的基因改变驱动了ADC和SQCC的差异化发展。此外,上述这些ADC和SQCC亚型间遗传学、表观遗传学、基因转录水平的差异也表现在蛋白质水平,提示这些基因改变对ADC和SQCC表型有功能的影响。
SQCC与ADC中突变基因的差异
单一平台的研究已经发现SQCC的一些发生频率较高的基因改变,如p63、PI3KCA、PDGFRA、SOX2或FGFR1扩增以及p53、EGFRvⅢ、PI3KCA、NRF2、PTEN和DDR2等的基因突变[。2012年癌症和肿瘤基因图谱(Cancer Genome Atlas, TCGA)研究工作者对178例SQCC进行全外显子组/基因组测序、mRNA测序和mRNA表达及启动子甲基化检测制作了SQCC的基因组全景(genomic landscape)[。这是SQCC研究的一个跨时代意义的突破。分析表明96%(171/178)的肿瘤包含至少一个编码下列蛋白的基因突变:酪氨酸激酶、丝氨酸/苏氨酸激酶、PI3K催化和调节亚基、细胞核激素受体、G蛋白偶联受体、蛋白酶和酪氨酸磷酸酶。按照突变评估量表(mutation assessor score),50%到70%的突变对蛋白功能有中度到高度的影响。39%的酪氨酸激酶和42%的丝氨酸/苏氨酸激酶突变位于激酶区域,而且许多改变发生于已知的原癌基因或抑癌基因。基于美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration, FDA)已经认证或处于临床试验的靶向药物、RNA确认的等位基因改变以及突变评估量表等标准,64%(114/178)的SQCC患者存在潜在的靶向基因的体细胞改变。其中,3个酪氨酸激酶家族ERBBs、FGFRs和JAKs出现基因突变或扩增。不像ADC中EGFR和KRAS突变高发,187例SQCC样本,只有1例KRAS突变,2例存在对厄洛替尼和吉非替尼敏感的EGFR突变(Leu861Gln),但7%的SQCC有EGFR扩增。通过分析3个代表潜在治疗靶标的中心细胞通路PI3K/AKT、RTK和RAS的分析表明约69%的SQCC样本中有PI3K/AKT通路和RTK信号传导的改变。其中47%的肿瘤有一个PI3K/AKT通路基因的改变;26%的肿瘤有EGFR扩增、BRAF突变或FGFR扩增或突变导致的RTK信号通路的改变。此外PI3K/AKT通路基因改变与EGFR改变不相容。总的说来,SQCC样本中常见的基因扩增包括:FGFR1(15%)、EGFR(9%)、PDGFRA(9%)、ERBB2(4%),而基因突变包括:FGFR2(3%)、BRAF(4%)、DDR2(4%)、PIK3CA突变(16%)、PTEN突变/删除(15%)。2012年Paul等[运用多重PCR-直接测序法检测SQCC中已知的可以作为药物治疗靶标的驱动基因突变的发生频率包括PIK3CA突变、PTEN突变/删除、FGFR1扩增和DDR突变等,结果发现约60%的患者有可以利用的药物靶标。虽然这些新发现的基因突变或信号通路的改变在SQCC发生发展中的作用还有待于功能上的验证,这些数据为SQCC个体化治疗的研发开创了新时代。
SQCC潜在的治疗靶标和相关临床试验
FGFR1
FGFR属于受体酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinase, RTKs)型受体。该受体家族主要包括FGFR1、FGFR2、FGFR3和FGFR4四个成员。FGFR主要参与调节细胞增殖、凋亡、迁移以及新生血管生成等多个过程。此外,FGFR激活突变或者配体/受体过表达导致其持续激活,也与肿瘤新生血管生成、肿瘤的侵袭与转移等过程密切相关。其中,FGFR1激活可导致通过PI3K-AKT和RAS-MEK-MAPK的下游信号,进一步影响肿瘤的发生、发展。2010年德国马克斯•普朗克神经研究所的Weiss等[检测了155例SQCC和77例其他肺肿瘤标本的高分辨率基因组图谱,发现FGFR1基因扩增,而且这种基因改变仅仅发生于SQCC标本。在另外一个独立的SQCC患者群体中进一步验证约有22%的SQCC标本有FGFR1基因扩增。作者进一步通过高通量的细胞筛选技术,分析FGFR1抑制剂(PD173074)对83例肺癌细胞株生长的影响。结果发现FGFR1抑制剂特异性地只对那些含有FGFR1基因扩增的细胞表现出明显的抑制细胞生长和诱导细胞凋亡的作用。Kim等[发现262例韩国SQCC患者中34(13%)例FGFR1扩增阳性(FGFR1 amp+,FGFR1基因拷贝数≥9),而且FGFR1 amp+可以作为SQCC患者预后差的指标。FGFR1 amp+ SQCC患者的无疾病生存期26.9个月 vs 94.6个月,P<0.000, 1)和总生存期(OS:51.2个月 vs 115.0个月,P=0.002)都较无扩增的患者明显缩短。此外,FGFR1 amp+发生率与吸烟状态相关(吸烟vs戒烟vs非吸烟:28.9% vs 2.5% vs 0%; P=0.001),表明FGFR1 amp+可能是一种由吸烟导致的原癌基因改变。Heist等[对于226例白种SQCC患者的研究发现16%患者为FGFR1 amp+,而FGFR1扩增状态与患者临床分期、生存期、吸烟史等无关。这两个研究结果的差异可能与人种及FGFR1扩增的定义的差异有关。综上所述,FGFR1是SQCC中一个常见的基因改变,与肿瘤细胞的生长和存活密切相关,是一个潜在的SQCC的药物治疗靶标。FGFR1抑制剂一类的药物可能对治疗FGFR1 amp+的SQCC有效。
Authors: S Toyooka; K O Toyooka; R Maruyama; A K Virmani; L Girard; K Miyajima; K Harada; Y Ariyoshi; T Takahashi; K Sugio; E Brambilla; M Gilcrease; J D Minna; A F Gazdar Journal: Mol Cancer Ther Date: 2001-11 Impact factor: 6.261
Authors: Giorgio Scagliotti; Silvia Novello; Joachim von Pawel; Martin Reck; José Rodrigues Pereira; Michael Thomas; José Elias Abrão Miziara; Beatrix Balint; Filippo De Marinis; Alan Keller; Osvaldo Arén; Maria Csollak; Istvan Albert; Carlos Henrique Barrios; Francesco Grossi; Maciej Krzakowski; Lisa Cupit; Frank Cihon; Sandra Dimatteo; Nasser Hanna Journal: J Clin Oncol Date: 2010-03-08 Impact factor: 44.544
Authors: J Pei; B R Balsara; W Li; S Litwin; E Gabrielson; M Feder; J Jen; J R Testa Journal: Genes Chromosomes Cancer Date: 2001-07 Impact factor: 5.006
Authors: Joan H Schiller; David Harrington; Chandra P Belani; Corey Langer; Alan Sandler; James Krook; Junming Zhu; David H Johnson Journal: N Engl J Med Date: 2002-01-10 Impact factor: 91.245
Authors: Peter S Hammerman; Martin L Sos; Alex H Ramos; Chunxiao Xu; Amit Dutt; Wenjun Zhou; Lear E Brace; Brittany A Woods; Wenchu Lin; Jianming Zhang; Xianming Deng; Sang Min Lim; Stefanie Heynck; Martin Peifer; Jeffrey R Simard; Michael S Lawrence; Robert C Onofrio; Helga B Salvesen; Danila Seidel; Thomas Zander; Johannes M Heuckmann; Alex Soltermann; Holger Moch; Mirjam Koker; Frauke Leenders; Franziska Gabler; Silvia Querings; Sascha Ansén; Elisabeth Brambilla; Christian Brambilla; Philippe Lorimier; Odd Terje Brustugun; Aslaug Helland; Iver Petersen; Joachim H Clement; Harry Groen; Wim Timens; Hannie Sietsma; Erich Stoelben; Jürgen Wolf; David G Beer; Ming Sound Tsao; Megan Hanna; Charles Hatton; Michael J Eck; Pasi A Janne; Bruce E Johnson; Wendy Winckler; Heidi Greulich; Adam J Bass; Jeonghee Cho; Daniel Rauh; Nathanael S Gray; Kwok-Kin Wong; Eric B Haura; Roman K Thomas; Matthew Meyerson Journal: Cancer Discov Date: 2011-06 Impact factor: 39.397
Authors: Barbara A Weir; Michele S Woo; Gad Getz; Sven Perner; Li Ding; Rameen Beroukhim; William M Lin; Michael A Province; Aldi Kraja; Laura A Johnson; Kinjal Shah; Mitsuo Sato; Roman K Thomas; Justine A Barletta; Ingrid B Borecki; Stephen Broderick; Andrew C Chang; Derek Y Chiang; Lucian R Chirieac; Jeonghee Cho; Yoshitaka Fujii; Adi F Gazdar; Thomas Giordano; Heidi Greulich; Megan Hanna; Bruce E Johnson; Mark G Kris; Alex Lash; Ling Lin; Neal Lindeman; Elaine R Mardis; John D McPherson; John D Minna; Margaret B Morgan; Mark Nadel; Mark B Orringer; John R Osborne; Brad Ozenberger; Alex H Ramos; James Robinson; Jack A Roth; Valerie Rusch; Hidefumi Sasaki; Frances Shepherd; Carrie Sougnez; Margaret R Spitz; Ming-Sound Tsao; David Twomey; Roel G W Verhaak; George M Weinstock; David A Wheeler; Wendy Winckler; Akihiko Yoshizawa; Soyoung Yu; Maureen F Zakowski; Qunyuan Zhang; David G Beer; Ignacio I Wistuba; Mark A Watson; Levi A Garraway; Marc Ladanyi; William D Travis; William Pao; Mark A Rubin; Stacey B Gabriel; Richard A Gibbs; Harold E Varmus; Richard K Wilson; Eric S Lander; Matthew Meyerson Journal: Nature Date: 2007-11-04 Impact factor: 49.962
Authors: Ken C Lo; Leighton C Stein; Jenniffer A Panzarella; John K Cowell; Lesleyann Hawthorn Journal: Lung Cancer Date: 2007-10-29 Impact factor: 5.705
Authors: Ultan McDermott; Rachel Y Ames; A John Iafrate; Shyamala Maheswaran; Hannah Stubbs; Patricia Greninger; Kaitlin McCutcheon; Randy Milano; Angela Tam; Diana Y Lee; Laury Lucien; Brian W Brannigan; Lindsey E Ulkus; Xiao-Jun Ma; Mark G Erlander; Daniel A Haber; Sreenath V Sharma; Jeffrey Settleman Journal: Cancer Res Date: 2009-04-14 Impact factor: 12.701
Authors: Adam J Bass; Hideo Watanabe; Craig H Mermel; Soyoung Yu; Sven Perner; Roel G Verhaak; So Young Kim; Leslie Wardwell; Pablo Tamayo; Irit Gat-Viks; Alex H Ramos; Michele S Woo; Barbara A Weir; Gad Getz; Rameen Beroukhim; Michael O'Kelly; Amit Dutt; Orit Rozenblatt-Rosen; Piotr Dziunycz; Justin Komisarof; Lucian R Chirieac; Christopher J Lafargue; Veit Scheble; Theresia Wilbertz; Changqing Ma; Shilpa Rao; Hiroshi Nakagawa; Douglas B Stairs; Lin Lin; Thomas J Giordano; Patrick Wagner; John D Minna; Adi F Gazdar; Chang Qi Zhu; Marcia S Brose; Ivan Cecconello; Ulysses Ribeiro; Suely K Marie; Olav Dahl; Ramesh A Shivdasani; Ming-Sound Tsao; Mark A Rubin; Kwok K Wong; Aviv Regev; William C Hahn; David G Beer; Anil K Rustgi; Matthew Meyerson Journal: Nat Genet Date: 2009-10-04 Impact factor: 38.330