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专家论坛|肝细胞癌分子异质性与临床精准治疗

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肝细胞癌(HCC)是原发性肝癌中最常见组织学亚型,占原发性肝癌病例的75%~85%,是癌症相关死亡第三大原因[1-2]。由于大部分HCC患者确诊时已发展至中晚期,手术、消融等治疗手段疗效非常有限[3],靶向治疗药物(包括一线药物索拉非尼、乐伐替尼和二线药物瑞格拉非尼、卡博替尼等)对晚期HCC的总体响应率较低[4]
 
此外,虽然以免疫检查点抑制剂为代表的免疫治疗有望避免肿瘤分子异质性问题,但免疫微环境异质性严重制约免疫检查点抑制剂发挥作用,对HCC疗效不尽如人意[5]
 
因此,亟需深入探索HCC发生发展机制,开发治疗新策略。近年来各种高通量组学技术飞速发展,极大加深了对HCC分子特征的认识。本文深入分析基于HCC的基因组学、转录组学、代谢组学和蛋白质组学以及免疫组学分子分型方法,对肿瘤精准治疗具有重要参考价值。

1HCC的诊断和治疗现状



目前肝癌患者的诊断主要通过超声、CT、核磁共振和病理检查,根据相应分期分级(TNM分级、Edmondson分级和BCLC分级等)进行分层治疗[6]。作为最常用的HCC治疗预后评估系统,BCLC分级将患者分为5个级别,包括极早期(BCLC 0期)、早期(BCLC A期)、中期(BCLC B期)、中晚期(BCLC C期)和晚期(BCLC D期)患者[7]

针对不同层级采取相应治疗手段的分级诊疗策略在过去几十年间得到了快速发展,但HCC患者5年生存率依旧很低,其原因是传统治疗策略存在诸多不足,比如靶向治疗药物和免疫疗法的效应不确切,同一病理类型和分期患者表现出迥异的治疗反应和临床结局。因此,亟待探究HCC异质性,实现更精确的诊断和分期,进一步改善临床疗效。

2HCC分子异质性与靶向治疗



近年来,随着基因组、转录组、蛋白质组、代谢组和免疫组等多组学技术蓬勃发展,HCC分子分型系统被发现和建立,HCC被分为增殖类亚型和非增殖类亚型[4, 8-10](图 1)。在此基础上,结合多组学特征可进一步精细分型,发现具有不同分子特征及临床预后的亚型。

图1 2004—2020年间基于基因组、转录组、蛋白质组、代谢特征和免疫特征研究发表的HCC分子亚型


2.1 基因组学分子分型

综合基因拷贝数和表达谱变化,HCV感染相关HCC可分为5个亚型[11]:“Proliferation”增殖亚型、“CTNNB1”突变亚型、“Interferon-related”炎性亚型、“Polysomy of chromosome 7”亚型和“Unannotated”未定义亚型。其中,“Proliferation”增殖亚型富集IGF-IR磷酸化,IGF-IR抑制剂和单克隆抗体(A12)以及靶向药物(雷帕霉素和依维莫司)有潜在疗效。

“IFN-related”炎性亚型中IFN刺激基因显著上调,提示该亚型抵抗IFN和利巴韦林治疗。新亚型“Polysomy of chromosome 7”含多条7号染色体,多个基因表达上调为HCC分子治疗提供潜在靶点。通过评估术后患者基因拷贝数与临床结局的关系,发现7号染色体扩增与术后早期复发有关。

随后,Schulze等[12]提出新的基因组分型MSig1~6。MSig1多有吸烟史,MSig2与HBV感染相关,二者C>A突变率高。MSig3常见CTNNB1突变。MSig4多有TP53和T>C突变。MSig5突变率低,而MSig6多发TERT和CTNNB1突变。各亚型以CTNNB1和TP53突变为主,且同一通路突变可分布于不同亚型,这种突变互作有助于预测靶向药物疗效。

该研究确定了不同病因引起驱动基因和通路变化情况,有助于确定靶向治疗的获益人群。Fujimoto等[13]研究也发现6个分子亚型:C1~C6。各亚型都有特异驱动突变,具体如下:C1(ARID2、PBRM1突变),C2(LRP1B、ARID1A、PTPRD、RB1、APOB突变),C3(MACROD2突变),C4(CTNNB1突变),C5(CDKN2A突变),C6(TP53突变)。

上述基因组分子分型均发现常见驱动突变,提示靶向抑制相应的信号通路活性可能对各分子亚型具有治疗价值。

2.2 转录组学分子分型

基于转录组学特征的分子分型对于临床预后评估作用较大,比如根据HCC基因表达谱可分为Cluster A和Cluster B两种亚型[14]。Cluster A中细胞增殖和抑制凋亡相关基因表达上调,预后差;Cluster B中泛素化和组蛋白修饰相关基因表达增加,预后较好。

此外,PTMA和HIF1a抑制剂可延缓Cluster A和B肿瘤进展,具有治疗意义[15-16]。Cluster A中可分离出一种新亚型HB[17],其干性标志物表达增加,提示HB亚型的恶性特征,复发和死亡风险更高。

结合转录组与基因组谱征,可以将HCC分为具有不同生物学特性的分子亚型G1~G6[18]。G1和G2与HBV感染相关,AKT通路均被激活。G3~G6与HCV感染和过量饮酒有关,G3和G4分别发生TP53和TCF1突变,G5和G6高CTNNB1突变率且WNT通路激活,预后好。这项研究还发现50%的肿瘤WNT或AKT通路激活,提示抑制这些信号通路可能会使相关患者获益。

另外两种分型系统则更加全面地整合HCC转录组信息,对探索靶向治疗新策略具有借鉴意义。HCC可分为S1~S3三种分子亚型[19]。S1亚型富集恶性特征,早期复发和转移风险高,与肿瘤迁徙和转移密切相关的TGFβ和WNT信号通路高度激活,提示β-catenin抑制剂的潜在疗效[20-22]

S2亚型AKT通路激活,AKT通路抑制剂对此亚型可能发挥作用。S3亚型肿瘤体积较小,预后好,可能适用于维甲酸类药物的分化治疗[23]。此外,HCC也可分为高Notch活性和低Notch活性两个亚型[24]。约30% HCC的Notch活性较高,CTNNB1突变率低且预后较差,而低Notch活性HCC的CTNNB1突变率高且预后较好,因此新型Notch抑制剂在高Notch活性亚型中的治疗价值有待进一步探索。

2.3 代谢组学分子分型

代谢紊乱是恶性肿瘤的重要特征之一[25],干预其代谢异常可能是肿瘤治疗的新思路。HCC可分为4个代谢组学分子亚型:“ECM-type”“STEM-type”“Perivenous-type”(PV)和“Periportal-type”(PP)[26]

PV亚型富集肝静脉周围肝细胞特征(如常发生脂肪酸和胆盐代谢),预后差;PP亚型富集门静脉周围肝细胞特征(如多发生糖异生、氨基酸分解代谢,表达HNF4A诱导基因),预后好且复发率低;“ECM-type”亚型涉及细胞外基质重塑和上皮间充质转换;而“STEM-type”亚型易发生转移,生存率低。

值得一提的是,PP亚型术后早期复发风险低,预后好,可能更多地受益于肝移植手术。

另外一种基于代谢特征的分子分型也可指导临床诊治。Yang等[27]研究发现3种代谢组分子亚型:C1~C3。C1代谢活性强,主要涉及氨基酸代谢紊乱,可能为耐药患者提供替代治疗切入点,其临床证据之一是代谢药物甲福明二甲双胍,可显著抑制肝癌生长并延长患者生存期[28]

C2与免疫紊乱相关,可能是CTLA4抑制剂和卡博替尼治疗的候选人群[29-31]。目前未发现C3独特分子特征,针对C3患者的治疗策略较少。总之,这种代谢分型为肿瘤代谢治疗提供了新靶点和新见解。

2.4 蛋白质组学分子分型

近年来高通量蛋白组学技术快速发展,开启肿瘤分子分型的新维度,也带来肿瘤精准治疗的新契机。基于高精度蛋白组数据,HCC可分为三种分子亚型:S-Ⅰ、S-Ⅱ和S-Ⅲ[32]。S-Ⅰ亚型肝功能相关蛋白上调,具有肝细胞样特征;而S-Ⅱ和S-Ⅲ亚型增殖相关蛋白上调。

S-Ⅲ亚型多条促癌信号通路高度激活,恶性程度最高,总生存期最短,采用美国食品药品监督管理局批准药物或正在临床试验的候选药物靶向该亚型特征蛋白可能具有潜在的治疗效果。比如,S-Ⅲ亚型依赖其高表达的甾醇酰基转移酶1(SOAT1)催化脂肪酸胆固醇酯合成和HCC进展,提示SOAT1抑制剂可能对S-Ⅲ亚型具有治疗价值。

另外一项研究也将HBV相关HCC分为3个亚型:S-Mb、S-Pf和S-Me[33]。S-Mb代谢相关蛋白表达上调;S-Pf增殖相关蛋白上调,患者总生存期最短;S-Me免疫、炎症相关蛋白表达降低。S-Me和S-Pf高表达PYCR2,患者恶性程度高,预后差;但高表达ADH1A的患者血清AFP水平低,预后较好。这项研究发现2个预后标志物:PYCR2和ADH1A,对HCC患者预后评估意义重大。

2.5 免疫组学分子分型

近年来肿瘤免疫治疗取得重大临床进展,但免疫治疗的个体应答效率差异极大,亟需建立免疫分子分型系统,指导临床治疗。Sia等[34]发现约25% HCC高表达PD-1和PD-L1,定义为“免疫亚型”,包括免疫激活和免疫抑制两种亚型。

免疫激活亚型富集T淋巴细胞、自然杀伤细胞和IFN信号,对PD-1抑制剂敏感。免疫抑制亚型则富集耗竭T淋巴细胞、M2巨噬细胞,其原因可能是高度激活TGFβ信号通路,因此TGFβ抑制剂(galunisertib)有望增加免疫抑制亚型对免疫检查点抑制剂的临床疗效。

免疫微环境在决定肿瘤免疫治疗效果中发挥重要作用,Kurebayashi等[35]分析HCC免疫微环境,发现3种分子亚型:高免疫、中等免疫和低免疫亚型。其中,高免疫亚型B淋巴细胞、浆细胞和T淋巴细胞浸润增加,CD8+T淋巴细胞和肿瘤细胞中PD-1/PD-L1表达上调,整体疗效和预后较好。

Kim等[36]进一步将高表达PD-1的CD8+T淋巴细胞群分为2个亚型:“高表达PD-1”和“低表达PD-1”,“高表达PD-1”亚型表达多种免疫检查点受体,PD-1+CD8+T淋巴细胞较多,PD-1抑制剂疗效较好。

此外,还可根据HCC免疫微环境功能状态分为免疫正常型、免疫缺陷型和免疫抑制型[37]。免疫正常型可联合使用T淋巴细胞反应激活剂(如IL-12、CpG寡核苷酸)和免疫检查点抑制剂进行治疗;免疫缺陷型对免疫检查点抑制剂不敏感,需要肿瘤血管生成抑制剂(如使用小剂量索拉非尼或贝伐单抗)促进T淋巴细胞浸润;对于免疫抑制型,免疫检查点抑制剂也有可能维持或促进T淋巴细胞浸润,发挥抗肿瘤效应。总之,基于免疫组学的分子分型为选择HCC免疫治疗提供了精准指导方案。


3基于分子分型进行HCC精准治疗的机遇与挑战



多组学测序技术突飞猛进,揭示HCC的多种分子亚型。不同分子亚型决定靶向和免疫治疗效果,已逐渐开始影响临床决策,加速HCC精准治疗进程。比如,Ⅱ期临床研究[38]发现,RAS突变晚期HCC患者对雷马替尼和索拉非尼联合治疗临床反应最好,为RAS突变型HCC的靶向治疗提供理论依据。

携带TSC1/2基因突变的HCC侵袭性强,但对雷帕霉素单药治疗响应较好[39]。此外,类FMS酪氨酸激酶3是索拉非尼疗效预测的生物标志物[40],索拉非尼可有效缓解类FMS酪氨酸激酶3高表达HCC患者的肿瘤进展。

虽然分子分型为HCC精准治疗带来新契机,但广泛临床推广的时机尚未成熟。首先,目前尚缺乏大规模、前瞻性临床试验证明这些分子分型系统的有效性。其次,许多分子亚型对应的分子靶向药物仍然极为缺乏,限制了分子分型系统的临床推广。

然而,基于患者分子亚型给予相应治疗是大势所趋,也是HCC个体化精准治疗的关键依据。随着靶向和免疫治疗药物研发的快速进展,相信在不久的将来,临床医生有望依据HCC分子异质性制定个体化精准治疗方案,延长患者生存期,改善临床预后,极大地推进肿瘤精准医疗的历史进程。


引证本文

邹强,王军,文良志,等. 肝细胞癌分子异质性与临床精准治疗[J]. 临床肝胆病杂志, 2021, 37(8): 1765-1769.

来源:临床肝胆病杂志

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