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【35under35】纪文翔医生：肺鳞癌FGFR1靶向治疗耐药的转化研究思考

2023年08月22日

作者：纪文翔

医院：上海交通大学医学院附属胸科医院

纪文翔

主治医师

上海交通大学医学院附属胸科医院肿瘤内科
主要从事肺癌的综合诊疗及临床转化研究。至今已发表SCI论文22篇，累计总影响因子150+，总被引次数422+，H指数10，其中第一/通讯作者6篇，包括：Ocogene, Front.immunol, Int J Nanomedicine 等杂志。

肺癌是起源于肺泡及支气管上皮的恶性肿瘤，是世界也是我国恶性肿瘤中发病率和死亡率均最高的肿瘤类型。肺癌具有起病隐匿、早期无特殊症状、恶性程度高、进展快、治疗效果差等特点，因此超过80%肺癌患者初次确诊时已经局部或远处转移，失去外科手术切除治愈的机会。手术、放疗后复发，化疗、靶向治疗后耐药，以及肿瘤转移是肺癌治疗失败的三项主要原因，5年生存率仅 18%¹。

根据世界卫生组织 2015 年肺癌分类和肺癌治疗现状，肺癌按组织病理分为两大类型，小细胞肺癌（Small cell lung cancer，SCLC）占总肺癌13%，非小细胞肺癌（Non-small cell lung cancer，NSCLC）超过85%，后者主要包括肺腺癌（Lung adenocarcinoma，LADC）、肺鳞癌（Lung squamous cell carcinoma，LSQCC）、肺大细胞癌（Lung large cell carcinoma， LLCC）等类型，分别占总肺癌的 43%、20%、2%^2,3。

近十多年来，表皮生长因子受体（Epithelial growth factor receptor，EGFR）基因突变、间变淋巴瘤激酶（Anaplastic lymphoma kinase，ALK）基因融合、ROS原癌基因1（ROS proto-oncogene ¹，ROS1）基因融合等基因改变的发现，及相应的靶向药物的临床应用，改善了肺腺癌患者的治疗预后和生活质量^4,5（图 1）。然而，相比于肺腺癌，肺鳞癌和小细胞肺癌的主要基因改变中，成功转化为可药化治疗靶点的目前还没有。其中，由染色体 8p12 片段扩增导致的成纤维细胞生长因子受体 1（Fibroblast growth factor receptor 1，FGFR1）基因扩增，见于 20% 肺鳞癌、5-7%小细胞肺癌、1-3%肺腺癌。26-28 这些具有FGFR1基因扩增的肺癌统称为FGFR1扩增型肺癌。

图片7.png 图 1. 不同组织病理类型肺癌的主要基因改变及频率对比。基因名颜色：红色扩增，蓝色缺失，黑色突变。圈的大小表示基因改变的频率。AD 腺癌，CA 类癌，LC 大细胞癌，SCLC 小细胞癌， SQ 鳞癌。⁶

2010 年，FGFR1 扩增型肺癌由 Weiss 等首次报道，在非小细胞肺癌中， FGFR1扩增与吸烟和肺鳞癌相关，肺鳞癌FGFR1扩增9.7%，肺腺癌FGFR1扩增1.3%⁷。后续大量肺癌中FGFR1扩增比例及其与肺癌患者临床病理特征相关性的研究， Meta分析表明，NSCLC 中FGFR1扩增与吸烟、鳞癌、男性、总生存期（Overall survival，OS）短等相关⁸。临床前研究表明，FGFR1扩增型肺癌细胞系对FGFR1激酶抑制剂具有良好的敏感性⁷。然而，I期和II期临床试验中，选择性泛FGFR 酪氨酸激酶抑制剂（Tyrosine kinase inhibitor, TKI）AZD4547、BGJ398 和非选择性多靶点 FGFR 抑制剂 dovitinib（TKI-258）在FGFR1阳性肺癌患者中总反应率（Overall response rate，ORR）仅 8-11.5%^9-11。由此可见，FGFR1靶向治疗在FGFR1扩增型肺癌患者中未能达到理想的疗效。因此，在FGFR1扩增型肺癌中，进一步阐明 FGFR1信号通路及其生物学功能，具有积极的现实意义。

我们的研究以此为切入点，首次报道FGFR1通过MAPK途径调节SOX2的表达，并通过体内体外实验确认，此新发现的FGFR1-ERK1/2-SOX2轴促进 FGFR1扩增肺癌的增殖、EMT和转移。

肿瘤转移是一个复杂的转移级联过程，包括获得运动型和侵袭能力、血管新生和侵入血管、血液循环中的存活和抗失巢凋亡、侵出血管和克隆定植。EMT通过促进转移级联过程的每个核心步骤在癌症转移中发挥重要作用。然而，FGFR1 激活在肺癌的EMT和转移中的作用和机制尚未得到很好的表征。Hu报道了EMT 转录因子brachyury在肺癌中可被FGFR1/MAPK通路激活¹²。Maehara 观察到FGFR1促进食管癌的干细胞表型并伴有EMT标志物的转变¹³。在这里，我们进一步探索并证实，在体外和体内，FGFR1通过上调 SOX2促进EMT和转移。本研究中，我们设计并改进了原位肺癌模型，用 microCT 扫描原位观察肺癌，并模拟肺癌转移的自然过程。小鼠原位肺癌模型的对侧肺（右肺）发生肺癌转移结节，这是肺癌患者的常见转移模式。肿瘤转移能力通过对侧肺中转移结节的数量进行评价比较。而且这种转移过程可被FGFR1抑制剂体内抑制。因此，这些数据证实了FGFR1诱导肿瘤EMT和转移的作用和机制，并建议在抗肿瘤EMT和抗转移治疗中使用FGFR1抑制剂（图2）。

先前的研究表明，SOX2可被EGFR激活和下游 AKT/mTOR、JAK/STAT3 途径上调¹⁴。我们之前的研究发现FGFR1激活后SOX2上调¹⁵。然而， FGFR1调节SOX2的机制和临床意义尚未明确。不同 FGF 配体对FGFR1的激活导致 FGFR 底物 2（FGFR substrate 2，FRS2）的磷酸化并进一步磷酸化许多下游信号传导级联反应。本研究中，FGF2 刺激诱导FGFR1和下游 ERK1/2 的磷酸化，及SOX2的表达。为了证实SOX2的表达是否被 pERK1/2上调，我们添加 MEK/ERK 抑制剂 AZD6244 以阻断 MAPK 通路。结果，FGF2的刺激仍然诱导 pFGFR1 的增加，但 pERK1/2或SOX2不增加。并通过拯救实验来确认FGFR1-ERK1/2-SOX2轴。体内体外均证实，转染突变体ERK2_R67S质粒或慢病毒后，该突变体以不依赖 MEK1/2 的方式产生ERK2 的持续自磷酸化，从而促进SOX2的表达，且不受FGFR1抑制剂 AZD4547 或 MEK/ERK AZD6244 的抑制。因此，这些数据表明新的 FGFR1-ERK1/2-SOX2 轴的存在。

图2 原位和皮下肺癌移植模型中，体内抑制FGFR1可抑制肿瘤生长、SOX2 表达、EMT 和转移。（已发表论文Oncogene, 2018, 37(39): 5340-5354）

SOX2 是一个重要干性转录因子。通过与不同的辅助因子（co-factors）的合作，SOX2 能够与众多基因的启动子结合并调节其转录。因此，SOX2被发现参与许多生物过程，包括维持胚胎和成体干细胞、支气管和肺的分化、肿瘤发生、细胞存活等。相关研究表明，SOX2 是肺、食管、皮肤鳞状细胞癌的种系分化和生存基因^16,17。最近的研究表明，SOX2 参与调控 NSCLC 的EMT¹⁸，LSQCC 的肿瘤干细胞表型¹⁹。本研究中，我们证明SOX2对于FGFR1诱导的EMT是必需的。SOX2在这项研究中揭示的促EMT作用与最近一项令人印象深刻的研究相一致，Malladi 等发现SOX2促进肺癌和乳腺癌的癌细胞静止、免疫逃逸、和迟发转移²⁰。这些研究和我们目前的研究表明，SOX2 是肺癌干性、EMT、肿瘤转移的核心分子。最近，SOX2的第一个 DNA 结合抑制剂 PIP-S2 被合成并报道， PIP-S2 在癌症中的抗EMT和抗转移作用引人瞩目²¹。

本研究中，我们证明由FGFR1活化上调的SOX2介导了细胞增殖、EMT、迁移和侵袭。重要的是，SOX2 扩增在 LSQCC 患者中也很常见，FGFR1扩增型 LSQCC合并SOX2共扩增的发生率很高，即52.2％至 71.4％。H1581与DMS114 细胞系都对FGFR1抑制剂敏感的。然而，本研究中我们发现，在过表达SOX2的 H1581和DMS114稳转细胞株中，FGFR1 抑制剂的 IC50 均显著增加。因此，下游SOX2的扩增和过表达可能导致对FGFR1抑制剂的耐药。因此，我们的研究结果表明，SOX2的扩增和过表达可能是导致FGFR1扩增型肺鳞癌对FGFR1抑制剂耐药潜在分子机制（图3）。

图3 原位肺癌移植模型中，过表达 SOX2 促进肿瘤生长、EMT 和转移，且不被 FGFR1 抑制剂抑制。（已发表论文Oncogene, 2018, 37(39): 5340-5354）

科研思维启发

从本研究中，我们通过FGFR1抑制剂在FGFR1扩增型肺鳞癌前期临床研究数据不佳出发，探讨FGFR1扩增型肺鳞癌可能存在的潜在原发性的耐药机制。发现一条新的信号通路，即FGFR1的激活通过下游磷酸化的 ERK1/2 上调SOX2的表达。新定义的 FGFR1-ERK1/2-SOX2 轴在体外和体内促进FGFR1扩增型肺癌的细胞增殖、EMT 和转移。FGFR1 和SOX2的高表达与肺癌的预后差有很强的正相关性。这些研究结果表明，下游SOX2的共扩增和过表达可能造成FGFR1靶向治疗的耐药。目前已有相关报告SOX2抑制剂，因此后续的SOX2与FGFR1抑制剂在FGFR1扩增肺鳞癌中的联合应用值得探索。

本研究从临床现象和前期的临床研究数据出发探讨FGFR1抑制剂的可能耐药机制，但如何将此成果应用到临床前研究甚至临床研究中还有欠缺，还需要继续通过临床前模型甚至前瞻性临床研究进行探索。

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