Cancer Cell丨双药联用或可有效治疗高复制应激小细胞肺癌

撰文 | 咸姐
责编 | Qi

小细胞神经内分泌癌（SCNC）是一种非常致命的肿瘤亚型，可发生于多种组织，如小细胞肺癌（SCLC）。就目前的医疗水平而言，SCNC的诊断、治疗和预后都不尽如人意。虽然现阶段出台了针对SCLC的标准治疗方法——抗PD-L1抗体与铂或依托泊苷联合用药，但是该方案的治疗效果通常很短暂，很容易出现耐药性【1】。对于SCLC的研究进展的一个主要障碍是用于基因和分子分析的高质量肿瘤材料的相对缺乏，SCLC通常在广泛转移后才被检查出来，而复发时的组织活检缺乏标准，并且癌症发展迅速及并发症也对其造成了巨大的困难。迄今为止进行的SCLC基因组研究规模相对于其他肿瘤类型要小得多。而其他起源于非肺原发部位的SCNC（EP-SCNC），由于其罕见性和异质性，临床研究也很少，标准治疗方案甚至都尚不明确。对于SCNC而言，一旦一线治疗失败，几乎就再无有效治疗方法，平均寿命一般少于1年，其中铂耐药患者（一线化疗结束后90天内病情进展）的预后尤其差，通常在复发数周内致命【2】。

不论起源于何种组织，SCNC都具有相同的形态学特征，如细胞质稀少，核仁不明显，染色质颗粒细小；它们也有共同的分子特征，包括共同的神经内分泌（NE）标记物的表达和TP53和RB1的频繁缺失【3, 4】。既然目前缺乏对SCNC致癌基因的了解，那么靶向某种明确的表型特征也未尝不是一种有效的治疗方向。其中一个特征就是基因组不稳定性，它促进了遗传多样性，从而推动了多种特征能力的获得。由不受抑制的复制引起的DNA损伤，即DNA复制应激，是癌症和癌前病变中基因组不稳定性的主要来源【5】。复制应激是癌基因被激活或肿瘤抑制因子缺失的癌症的一个共同特征，其加速了进入S期的速度并扰乱了DNA复制的进程。已知SCLC具有高度的基因组不稳定性，表现出肿瘤抑制因子的普遍缺失和癌基因的过表达，并且具有高表达的谱系转录因子，所有这些都有助于复制应激。那么复制应激是否为SCLC乃至大多数SCNC的表型特征呢？复制应激又是否可以成为SCNC的治疗靶点呢？

2021年4月12日，来自美国国立卫生研究院的Anish Thomas团队在Cancer Cell杂志上在线发表题为 Therapeutic targeting of ATR yields durable regressions in small cell lung cancers with high replication stress 的文章，发现DNA复制应激是SCNC的治疗易感性因素，具有高神经内分泌分化和复制应激增强的SCNC对ATR（共济失调毛细血管扩张和Rad3相关蛋白，复制应激反应的主要激活因子）和TOP1（拓扑异构酶I，抑制基因组不稳定性的核酶）的联合抑制更敏感，从而在铂耐药的肿瘤患者中产生持久的抗肿瘤作用，为这类肿瘤患者的合理治疗指明了新方向。

从SCLC出发，本文的研究人员首先在一个名为MIPE 5.0的文库（该文库包括确定靶点的多种抑制剂，同时涵盖了机制多样性，针对超过860个不同的作用机制）中，利用7种SCLC细胞系评估了2480种肿瘤药物的活性，7中细胞系表现出类似的单药反应，在所有满足阈值（抑制细胞因子的曲线下平均Z-转化面积小于-1，且至少在5个细胞系中有活性）的244中药物中，TOP1、ATR和CHK1抑制剂的富集反映了SCLC对加重基因组不稳定性和复制应激的药物的易感性。考虑到TOP1抑制剂拓扑替康和伊立替康的高细胞毒性（这两种药物都是治疗复发SCLC的标准化疗药物），研究人员随后利用LMP400（下一代临床TOP1抑制剂）探索TOP1抑制剂与整个MIPE 5.0文库的联合用药情况。最后，根据单药活性、联合用药的协同作用和机制，对所有可能的配对进行了测试，结果表明一些DNA损伤反应抑制剂与化疗药物的联合应用可能是治疗SCLC的有效方法，其中一个最佳的组合就是ATR抑制剂与TOP1抑制剂。那么这两者的联用是否真的有效呢？

TOP1抑制剂可在TOP1的催化循环过程中将TOP1捕获至染色质上，形成TOP1 DNA-蛋白质交联（TOP1-DPC），而实验发现，ATR在减缓拓扑替康诱导的SCLC细胞DNA损伤方面起着关键作用，ATR的抑制可增强拓扑替康诱导的TOP1介导的DNA损伤。随后，研究人员进行了体外和体内研究以确定联合治疗的最佳给药策略，多种模型中的试验结果显示，这两种药物的药物协同作用是给药顺序依赖性的，同时抑制ATR和TOP1时可产生最大的细胞毒性，产生强大的协同作用，显著抑制肿瘤生长（图1）。

图1. 联合治疗给药策略

为了进一步地验证上述发现在临床治疗中的意义，在一项概念验证二期临床试验中，研究人员在经过至少一次化疗后复发的SCLC患者中联合应用了创新药（first-in-class）M6620（ATR的ATP竞争性抑制剂）与拓扑替康。在整个研究中，25例患者中有9例（36%）实现了部分缓解（PR），达到了主要缓解终点，并且在铂敏感和铂耐药的患者中均出现了缓解，证明ATR的抑制可以有效增强TOP1抑制剂在化疗耐药SCLC患者中的疗效，由此证明联合ATR和TOP1抑制剂在SCLC患者中的临床效果。进一步地，研究人员修改了临床试验，并招募了10名至少接受过一次全身化疗的来自不同原发部位的EP-SCNC且肿瘤处于进展期的患者。所有10例患者都接受了至少一个周期的治疗，对其治疗效果进行评估发现，M6620和拓扑替康的联合处理下，两例患者确定实现部分缓解，1例为未确认的部分缓解，客观缓解率（ORR）为20%。值得注意的是，在对TOP1抑制剂单药治疗无效的病例中观察到了深层持久的反应。由此证明ATR和TOP1抑制剂的联用对于SCNC患者的疗效，其并不依赖于起源的组织。

虽然联合治疗产生了持久的肿瘤抑制，但是仍然存在显著的异质性，而全外显子测序结果提示这可能是由于复制应激和神经内分泌分化相关基因的局灶性体细胞拷贝数改变所致。为了进一步了解肿瘤反应的潜在的统一机制，研究人员通过RNA测序分析了有反应（n=6）和无反应（n=17）的肿瘤的转录组。分析结果显示，对联合用药应答的肿瘤中表达上调的基因在细胞周期进程、DNA复制相关以及复制应激触发的ATR通路中显著富集，与此一致的是在对联合用药应答的肿瘤中表达上调的基因富集在基因组不稳定、复制永生性和持续增殖信号相关的通路，而表达下调的基因在免疫应答、代谢和粘附方面富集。在对联合用药应答的肿瘤中表达较高的差异表达基因包括与复制应激、维持基因组稳定性和NE分化相关的基因，进一步地分析表明ATR和TOP1抑制剂联用对高复制应激和高NE分化的SCNC更能发挥其疗效。

综上所述，本研究发现了SCLC细胞对多种靶向复制应激反应药物的治疗易感性，M6620和拓扑替康的联合应用在复发SCNC患者中产生了显著的临床效益，其对于铂耐药患者的缓解率和持久缓解率高于预期。同时，本研究对治疗前肿瘤的全面分子评估提示了该联合用药的分子机制，为SCLC个性化治疗的发展指明了新方向。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.ccell.2021.02.014

参考文献

1. Horn, L., Mansfield, A.S., Szczesna, A., Havel, L., Krzakowski, M., Hochmair, M.J., Huemer, F., Losonczy, G., Johnson, M.L., Nishio, M., et al. (2018). Firstline atezolizumab plus chemotherapy in extensive-stage small-cell lung cancer. N. Engl. J. Med. 379, 2220–2229.

2. O’Brien, M.E.R., Ciuleanu, T.E., Tsekov, H., Shparyk, Y., Cucevia, B., Juhasz, G., Thatcher, N., Ross, G.A., Dane, G.C., and Crofts, T. (2006). Phase III trial comparing supportive care alone with supportive care with oral topotecan in patients with relapsed small-cell lung cancer. J. Clin. Oncol. 24, 5441–5447.

3. Klimstra, D.S., Beltran, H., Lilenbaum, R., and Bergsland, E. (2015). The spectrum of neuroendocrine tumors: histologic classification, unique features and areas of overlap. Am. Soc. Clin. Oncol. Educ. Book, 92–103.

4. Balanis, N.G., Sheu, K.M., Esedebe, F.N., Patel, S.J., Smith, B.A., Park, J.W., Alhani, S., Gomperts, B.N., Huang, J., Witte, O.N., and Graeber, T.G. (2019). Pan-cancer convergence to a small-cell neuroendocrine phenotype that shares susceptibilities with hematological malignancies. Cancer Cell 36, 17.

5. Gaillard H, García-Muse T, Aguilera A. (2015). Replication stress and cancer. Nat Rev Cancer. 15(5):276-89. doi: 10.1038/nrc3916.