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靶向KEAP1突变NSCLC

2022年08月15日

编译：月下荷花

来源：肿瘤资讯

KEAP1-NRF2系统是对抗氧化和亲电应激的主要防御机制。非小细胞肺癌（NSCLC）的临床前和临床研究表明，KEAP1功能缺失性（LOF）突变和NFE2L2（编码NRF2的基因）的功能获得性突变导致化疗、放疗和靶向药物耐药。最近发现KEAP1突变与晚期NSCLC免疫治疗生存不佳有关，尤其是存在特异性共突变时。对NSCLC中KEAP1-NRF2异常的认识加速了针对该异常通路的药物治疗研究，相关早期药物临床研究正在进行。本文讨论了KEAP1-NRF2通路的分子功能、在肺肿瘤发生中的作用、KEAP1和NFE2L2突变与NSCLC疗效降低相关的证据，以及靶向KEAP1-NRF2的治疗策略。

KEAP1-NRF2功能

非应激细胞中，对氧化还原敏感的KEAP1蛋白在Neh2结构域的DLG和ETGE降解决定子基序（保守氨基酸基序）处结合NRF2，通过CUL3RBX1 E3泛素连接酶复合物触发NRF2蛋白酶体降解（图1A和B）。活性氧和氮的积累改变KEAP1中的半胱氨酸传感器，导致KEAP1同源二聚体构象变化、NRF2泛素化受损，糖酵解、三羧酸循环或脂质代谢过程中产生的代谢中间产物可产生相关效应（图1B）。此外致癌刺激与KEAP1-NRF2轴（RAS/MAPK，p62）之间存在交叉。

从KEAP1抑制中释放的NRF2进入细胞核，与小的MAF蛋白二聚化，诱导启动子中抗氧化反应元件靶基因的表达。由NRF2协助的这一转录程序旨在重建氧化还原稳态，保护细胞免受外来物质影响（图1B）。诱导表达的靶基因编码抗氧化剂解毒介质、生物转化酶、增加细胞还原能力的酶和多药外排泵（图1B），用于预防铁死亡（由脂质活性氧累积触发的非凋亡性、铁依赖性的细胞死亡模式）。

NRF2激活后意味着氧化还原过程增强，这需要更多的NADPH和其他底物，因此葡萄糖、糖酵解中间产物和谷氨酰胺向合成代谢途径重定向才能满足这一增加的需求。因此，由氧化还原、代谢或外源性应激引起的NRF2激活最终导致细胞核心过程的巨大变化，同时伴随基因保护和细胞保护途径的代谢重组。KEAP1-NRF2途径与决定细胞命运的核心过程有大量交叉，同时亦与DNA损伤反应机制（平衡DNA损伤修复、耐受和凋亡的系统）相关联。

KEAP1-NRF2调节过程还涉及免疫调节，由于免疫检查点抑制剂（ICIs）治疗肿瘤的成功以及KEAP1突变NSCLC的不良生存结果，使得该通路的免疫相关功能受到关注。证据表明，NRF2干扰细胞因子、趋化因子和I型干扰素诱导的cGAS/STING信号转录。此外，代谢重编程后异常消耗或分泌的代谢物改变了肿瘤微环境组成，产生不利于抗肿瘤T细胞功能的微环境，而免疫沙漠型微环境是KEAP1突变肺腺癌（LUAD）的标志。此外免疫组化评估表明，KEAP1突变肺鳞癌（LUSC）中CD8+肿瘤浸润淋巴细胞密度低。

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图1 KEAP1-NRF2途径的模式图

KEAP1-NRF2在肿瘤发生中的作用

根据致癌物诱导模型和基因工程小鼠模型（GEMMs）特别提出了KEAP1-NRF2通路在致癌过程中的二面性作用，即促癌和抗肿瘤作用具有时期和环境依赖性。正常细胞中，通过NRF2激活以预防化学物质和辐射引起的细胞损伤，确保癌症预防（典型的保护作用），如化学致癌模型中，Nrf2-/-小鼠与野生型相较，肿瘤形成更多。同样，结构性NRF2激活可保护小鼠免受辐射诱导的皮肤癌变。相反在癌细胞中，NRF2激活促进疾病进展、转移扩散和对细胞毒药物耐药（NRF2的“黑暗面”；图1C）。此种情况下，氨基甲酸乙酯暴露后，Nrf2-/-小鼠较Nrf2+/+小鼠产生更多的小结节，但长期暴露后Nrf2+/+小鼠更易发生肺肿瘤，并与Kras突变相关。

此外，肺和胰腺肿瘤发生模型中，NRF2活性增加具有肿瘤促进和癌基因导向（如KRAS、MYC）的作用，而Nrf2缺失则阻碍肿瘤发生。在Kras驱动LUAD的GEMM中，利用CRISPR-Cas9方法阐明了KEAP1的肿瘤抑制功能，与对照动物相比，Keap1 LOF导致更高的肿瘤负荷和更快的肿瘤生长动力学；Keap1和Pten联合失活促进LUAD形成，表明NRF2和PI3K/AKT通路间存在致癌协同作用；最后，Keap1和Trp53联合缺失导致具有LUSC组织学和分子特征的肿瘤发生。根据上述证据，同时考虑到KEAP1-NRF2改变在吸烟NSCLC中明显更多，因此长期暴露于烟草虽然诱导细胞保护性NRF2激活，但似乎通过协同致癌机制，其功能却朝向增强肿瘤的作用方面转换。因此，尽管现有证据表明KEAP1和NFE2L2改变并非癌症始发事件，但第一次突变打击后，它们赋予了细胞适应优势，导致支持肿瘤生长、扩散和耐药。

NSCLC中的KEAP1和NFE2L2突变

KEAP1和NFE2L2突变发生在约20%LUAD和25%-30%LUSC中，LUAD中多数是KEAP1突变，LUSC中KEAP1和NFE2L2突变相当。二种情况下，CUL3突变都不常见（2%-3%）。早期NSCLC患者的正常气道上皮中可检测到KEAP1以及TP53、KRAS和STK11突变，为这些改变的驱动作用本质提供了依据。考虑到KEAP1和NFE2L2的关键分子功能，二种突变与吸烟史以及与一些可靶向改变的相互排斥性（特别是EGFR）之间存在关联并不奇怪。无论何种病理亚型，KEAP1和NFE2L2突变相互排斥，此种情况是否源于同一途径的双打击作用，或者换言之，是否反映了本质不同的疾病存在，仍有待明确。

KEAP1的突变模式与其肿瘤抑制功能一致。事实上，致病性突变分散在整个基因，约1/3编码停止性突变。某种程度上，KEAP1与TP53有相似之处，如一些KEAP1变体表现出显性抑制，即编码蛋白对野生型产生负干扰，而且的确有KEAP1杂合性缺失的报告。更复杂的是，还有KEAP1的表观遗传沉默。相反，NFE2L2的致癌本质主要源于Neh2结构域的热点突变。鉴于NFE2L2突变主要发生在KEAP1结合位点（DLG和ETGE基序），阻碍KEAP1介导的NFR2降解，导致NRF2驱动的基因转录结构性激活。

KEAP1和NFE2L2突变具有不同的共同突变。LUAD中KEAP1突变通常与STK11和KRAS同时发生，而LUSC中NFE2L2和TP53突变共存。KEAP1和STK11共突变的趋势值得特别提及。STK11编码丝氨酸/苏氨酸激酶（LKB1），作用于AMPK家族上游成员，参与细胞能量调节。这表明KEAP1和STK11共突变LUAD的代谢依赖性表型。此外，KEAP1和STK11双突变LUAD具有更强的铁死亡耐受能力。

KEAP1/NFE2L2和免疫治疗

研究显示，NSCLC中KEAP1和NFE2L2突变具有反复性，而且KEAP1突变对NSCLC化疗和放疗具有负面作用，KEAP1失活使得靶向EGFR（奥西替尼）、RTK-RAS-MAPK通路和ALK的治疗敏感性降低。ICIs的出现，对通路的更广泛理解，以及测序技术在临床实践中的使用，促使研究阐明KEAP1及其共突变和免疫治疗间的关系。ICI治疗的LUAD患者中发现，KEAP1与STK11、SMARCA4、或PBRM1共突变时，生存结果差于单一突变和野生型患者，这类患者的肿瘤突变负荷较高，表明突变质量较总的非同义突变数量具有更大的预测能力。最近，二项独立研究将KEAP1与LUAD中的TP53联系起来，研究表明，KEAP1和TP53共突变LUAD具有单纯TP53突变肿瘤的临床特征，为中等预后，而KEAP1单突变LUAD的生存时间最短，TP53和KRAS突变的相互排他性提示KEAP1单突变LUAD中可能存在KRAS突变富集，因此将KRAS纳入预测可能会进一步提高KEAP1突变的预后预测能力。其次，KEAP1单突变与KEAP1/TP53双突变LUADs的比较发现，尽管都有活化的超级增强子元件维持铁死亡预防基因（AKR）的表达，但二者具有不同的免疫组学特征和进化轨迹。此外，KEAP1和STK11突变对KRAS突变LUAD的免疫治疗结果有负面影响，但对KRAS野生型LUAD无影响。这强化了一种观点，即多个基因组标志较单一特征可更有效的区分亚型。

KEAP1或NFE2L2突变NSCLC的靶向治疗

KEAP1突变对NSCLC生存结果的负面影响正在推动NRF2依赖性肿瘤的治疗策略的深入研究。这些研究多利用了代谢易感性的概念，即由于NRF2驱动的代谢重组，导致肿瘤对特定的代谢途径依赖性增加，如NRF2依赖性肿瘤耗竭细胞内谷氨酸库，从而依赖细胞外谷氨酰胺，因此提出抑制谷氨酰胺酶（将谷氨酰胺转化为谷氨酸）作为NRF2依赖性NSCLC的治疗策略。基于此，谷氨酰胺酶抑制剂telaglenastat（CB-839）的2期研究正在进行，与化学免疫治疗联合或是单独治疗KEAP1或NFE2L2突变晚期NSCLC。临床前证据表明，NFE2L2突变诱导mTOR通路依赖性，因此双mTORC1/2抑制剂sapanisertib也在研究评估中。最后，GEMM和CRISPR/Cas9筛查不断发现新的可靶向的易感性，如内质网相关蛋白Slc33a1对KEAP1突变的特异性依赖。

参考文献

Scalera S, Mazzotta M, Cortile C, et al. KEAP1-Mutant NSCLC: The Catastrophic Failure of a Cell-Protecting Hub. J Thorac Oncol. 2022;17(6):751-757. doi:10.1016/j.jtho.2022.03.011

责任编辑：肿瘤资讯-Shire
排版编辑：肿瘤资讯-Shire

2022年08月21日

刘海燕

丹东市人民医院 | 肿瘤内科

NSCLC中KEAP1和NFE2L2突变具有反复性，而且KEAP1突变对NSCLC化疗和放疗具有负面作用，KEAP1失活使得靶向EGFR（奥西替尼）、RTK-RAS-MAPK通路和ALK的治疗敏感性降低

2022年08月15日

雷昕奕

永州市中心医院 | 胃肠外科

肿瘤治疗又有最新进展。

2022年08月15日

刘杰

丹东市第一医院 | 肿瘤内科

KEAP1-NRF2系统是对抗氧化和亲电应激的主要防御机制