膠質母細胞瘤的新興治療
2014-10-28 16:59:45   來源: 丁香園   作者:  評論:0 點擊:

近期,JAMA Neurology 雜志發表綜述,回顧了膠質母細胞瘤的基因組、表觀遺傳、轉錄、蛋白質組特征以及腦內微環境和免疫系統交互影響,闡述了以腫瘤生長因子受體及下游信號通路、 血管新生、干細胞樣癌細胞、細胞周期的調節為靶點以及溶瘤病毒、新穎放射技術和免疫治療等新興的治療策略。

膠質母細胞瘤是最常見的原發性腦腫瘤,在美國的年發病率為 3.19/10 萬人,目前標準治療為手術切除后放療,輔助替莫唑胺的聯合方案。盡管采用此種多模式的治療方法,但膠質母細胞瘤的平均生存時間為 16~ 19 個月,約 25%~ 30% 的患者在診斷 2 年后仍存活。

表現出 DNA 修復酶 O- 甲基鳥嘌呤甲基轉移酶表觀沉默的患者,結局更佳。最近一項 3 期臨床試驗調查了替莫唑胺的療效,表達 O- 甲基鳥嘌呤甲基轉移酶啟動子的腫瘤患者接受了 21 個月的治療,而無甲基化的腫瘤患者治療時間為 14 個月。

但結果表明,全部患者的病情均有進展,在進展期,傳統的、具有細胞毒性的化療(卡莫司汀、洛莫司汀或鉑)效果不佳。通過調控血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor ,VEGF)通路,抑制血管生成的貝伐珠單抗,最近得到美國 FDA 批準,可用于治療膠質母細胞瘤。

兩項 2 期試驗表明, 該藥具有高反應率(28.3% 37.8%),可延長無進展生存期(16 周)。近期,兩項 2 期研究采用貝伐珠單抗聯合標準放化療治療新診斷的患者,發現可改善無進展生存期,但總生存期無改善。

考慮到現行治療的低生存率,迫切需要治療膠質母細胞瘤的新方法。本綜述關注于臨床試驗中根據膠質母細胞瘤腫瘤基因學進展轉化而來的新穎治療。

膠質母細胞瘤分子分型的進展

膠質母細胞瘤在組織學和基因上為異質性腫瘤,根據有無低級別的膠質瘤而在組織學上分為原發性和繼發性兩類。近期基因組分析進一步支持了該假說:原發性和繼發性反映著不同的腫瘤成因。

原發性膠質母細胞瘤是該病最常見的類型,而原發性膠質母細胞瘤最常見的基因突變位點為端粒酶逆轉錄酶基因(TERT; OMIM 187270)的啟動子區,該突變見于 54%~ 83% 的腫瘤。TERT 啟動子突變與信使 RNA 高表達水平相關,這可能是原發性膠質細胞瘤端粒酶功能增強的重要原因。

TERT 突變也見于絕大多數的少突神經膠質瘤,但少見于 II III 級星形細胞瘤。ATRXOMIM 300032)和 IDH1OMIM 147700)的突變,常見于星形細胞瘤和繼發性膠質母細胞瘤。

原發性膠質母細胞瘤是首個被美國癌癥和腫瘤基因圖譜(Cancer Genome Atlas,TCGA)計劃詳細分析基因組、表觀遺傳、轉錄和蛋白質組的固態腫瘤,基因編碼序列最常見的改變以 3 個通路為主(見圖 1):視網膜母細胞瘤蛋白腫瘤抑制因子通路、P53 腫瘤抑制因子通路、受體酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinase,RTK)和絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)信號通路。

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1. A)原發性膠質母細胞瘤的基因突變、DNA 局部擴增和 PI3/ MAPK 通路的基因失;(B)p53 和視網膜母細胞瘤蛋白腫瘤抑制因子通路。

根據基因表達和 DNA 甲基化的模式對膠質母細胞瘤進行分子分型,手術切除的、未治療的原發性膠質母細胞瘤可分為 4 個轉錄組:典性、原神經性、間質性和神經性。

原發性膠質母細胞瘤經典性轉錄亞型以 7 號染色體的獲得和 10 號染色體的丟失為特征,多數病例可見表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor,EGFR)擴增和突變。最常見的 EGFR 突變(OMIM 131550)為外顯子 2-7 框內缺失,稱為 EGFRvIII,見于 25% 的原發性膠質母細胞瘤。EGFR 點突變也很常見,占腫瘤的 25%;但該亞型未見有腫瘤抑制基因 TP53OMIM 191170)的突變。

原神經性原發性膠質母細胞瘤與血小板源性生長因子受體 A PDGFRA; OMIM 173490)的擴增有關,常包括染色體 4q12 上的 KDR OMIM 173490)和 KIT OMIM 164920)基因突變(編碼產物為 RTK),以及少突膠質細胞發育基因 NKX-2OMIM 604612)和 Olig2OMIM 606386)的過表達。

TP53 突變也很常見。IDH1 突變可見于原神經性原發性膠質母細胞瘤,與膠質瘤總生存期的增加有關,是 WHO II 級和 III 級星形細胞瘤和少突膠質細胞瘤的特征性突變。

在表觀遺傳水平,IDH 突變型腫瘤在某些 DNA 驅動子區域(如膠質瘤 -CpG 島甲基子表型,glioma-CpG island methylator phenotype,G-CIMP)存在超甲基化。而多數的 G-CIMP 腫瘤存在 IDH 突變。G-CIMP IDH 突變是膠質母細胞瘤較為理想的預后標志物,IDH 野生型或非 G-CIMP 的原神經性原發性膠質母細胞瘤,行為激進,預后較差。

間質性膠質母細胞瘤過度表達間質性標志物,與染色體 17q11 NF1 基因(OMIM 162200)的缺失和沉默突變有關,導致神經纖維瘤蛋白表達的下降。PTEN 基因(OMIM 601728)點突變也常見于該亞型,

目前對于神經性膠質母細胞瘤所知甚少,該亞型以表達神經元標記物為特征,常過表達 EGFR。

還可根據 DNA 甲基化的模式(而非基因表達)分類原發性膠質母細胞瘤。非 GCIMP DNA 甲基化亞型與轉錄亞型不完全重合。研究正在探討不同的膠質母細胞瘤分類與特異性治療、臨床試驗的結果之間的關系。

腫瘤發生通路

2/3 的原發性膠質母細胞瘤可見 RTK 的突變或擴增(圖 2)。多種生長因子依賴 RTKs 進行信號轉導,包括血小板源性生長因子、表皮生長因子、血管內皮生長因子、成纖維細胞生長因子、肝細胞生長因子和胰島素樣生長因子。

各種生長因子的信號轉導機制相似:生長因子與受體結合,引起受體二聚化,隨后細胞內酪氨酸殘基催化單元自體磷酸化,下游的磷脂酰肌醇 -3- 激酶phosphatidylinositol 3-kinases,PI3K)通路或 Ras G 蛋白偶聯受體通路激活。

活化的 PI3K 可刺激 Akt 和哺乳動物的雷帕霉素靶蛋白,引起基因轉錄和細胞存活;PI3K 的活性受腫瘤抑制基因 PTEN 調控;罨 Ras 可通過 Raf-1、絲裂原活化蛋白激酶激酶和 MAPK 的活動,引起細胞增殖。

在膠質母細胞瘤中,RTK 信號可通過通路中一些突變的作用而被放大,包括受體本身,譬如,EGFR PDGFR 增殖 / 突變(67%)、PI3K 亞單位 PIK3CA PIK3R1 的突變(25%)、通路中調節蛋白 PTEN NF1 單倍劑量不足和 / 或突變等。超過 90% 的原發性膠質母細胞瘤可見 PI3K MAPK 通路的一個或多個改變。

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2A. 膠質母細胞瘤的治療策略可以腫瘤的生長通路(生長因子配體和受體、細胞內下游靶點和細胞周期的調節)為靶向。

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2B. 治療策略還包括微環境的改變,包括血管生成、干細胞樣癌細胞通路、疫苗和免疫檢測點的調節。圖中亮綠色和灰色細胞代表腫瘤細胞,桔色為干細胞樣膠質瘤細胞,紫色為免疫效應細胞,深綠色為免疫調節細胞,紅色線為血管。

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2C. 治療必須越過血腦屏障接近腫瘤。圖中綠色腫塊代表膠質母細胞瘤。

RTK 信號通路是藥物治療十分有吸引力的靶點,因為該通路常發生基因突變,且相對了解較多,其它癌癥中針對該通路的藥物已取得成功。小分子酪氨酸激酶抑制劑可與三磷酸腺苷競爭,阻礙受體激活以及受體后信號的轉導。然而,第一代 EGFR PDGFR 酪氨酸激酶抑制劑、哺乳動物靶蛋白雷帕霉素 Akt、以及近期關于 PI3K 抑制劑的臨床試驗表明,對膠質母細胞瘤的療效不佳。

一些因素可解釋此種不良結局,多數的臨床試驗未根據基因突變或過表達的情況篩選患者,而這是藥物成功治療的靶點所在。此外,一些藥物對血腦屏障的滲透性較低;存在其它信號通路或反饋環路可代償靶蛋白作用,引起內在抗藥;獲得性突變所導致的抗藥性也可能導致試驗失敗。

目前的試驗正努力克服上述難題:研發對膠質母細胞瘤基因突變更具特異性的新抑制劑;通過大劑量給藥改善血腦屏障的滲透性;嚴格限制入選的受試者人群;治療同時針對多條信號通路(包括針對多靶點的酪氨酸激酶抑制劑)、藥物聯合治療;鈣離子信號阻滯劑也在探討之中。

1. 以膠質母細胞瘤常見、活化的生長因子通路為靶點的藥物

藥物

EGFR

PDGFR

VEGF

mTOR

PI3K

AEE788

X

 

X

   

阿法替尼(Afatinib

X

       

阿西替尼Axitinib

 

X

X

   

卡博替尼(Cabozantinib

   

X

   

西地尼布(Cediranib

 

X

X

   

達可替尼(Dacomitinib

X

       

達沙替尼(Dasatinib

 

X

     

多韋替尼(Dovitinib

 

X

X

   

埃羅替尼(Erlotinib

X

       

吉非替尼(Gefitinib

X

       

伊馬替尼(Imatinib

 

X

     

拉帕替尼(Lapatinib

X

       

尼達尼布(Nintedanib

 

X

X

   

索拉非尼(Sorafenib

 

X

X

   

舒尼替尼(Sunitinib

 

X

X

   

坦度替尼(Tandutinib

 

X

     

凡德他尼(Vandetanib

X

 

X

   

依維莫司(Everolimus

     

X

 

西羅莫司(Sirolimus

     

X

 

他克莫司(Tacrolimus

     

X

 

CC-115 X

     

X

 

XL765SAR245409

     

X

X

XL147SAR245408

       

X

PX866

       

X

BKM120buparlisib

       

X

 

注釋:mTORmammalian target of rapamycin,哺乳動物類雷帕霉素靶蛋白。

膠質母細胞瘤常見 TP53 突變或影響 p53 功能的突變,發生率約為 85%。TP53 作為腫瘤抑制基因,參與細胞周期調節,還可作為轉錄因子。p53 活化可上調參與細胞周期靜息和凋亡的多種基因的表達,p53 抑制劑 MDM2 MDM4、穩定 p53 p14/ARF 基因缺失、單等位基 TP53 突變等,可令 p53 的失活。

現在,抑制 p53 突變 DNA 綁定結構域的小分子和肽類正在研發中,可恢復剩余野生型等位基因的腫瘤抑制功能。到目前為止,針對膠質母細胞瘤的、以 p53 為靶點的藥物均處于小型 1 期臨床試驗階段。MDM2 抑制劑現正進入人類臨床試驗。

膠質母細胞瘤的其它細胞周期調節劑也在研發中,包括 G2/M 檢查點蛋白 Wee1 的抑制劑。抑制 Wee1 可增加細胞對 DNA 損傷(如化療誘發的 DNA 損傷)的敏感性,尤其在 p53 功能障礙時可導致細胞凋亡,目前口服 Wee1 抑制劑 MK1775 的臨床試驗已在開展之中。

干細胞理論和治療

盡管對膠質母細胞瘤增殖的基因突變和生長因子的了解在不斷增加,但對腫瘤發生的啟動步驟還知之甚少。傳統認為,終末分化的膠質細胞在獲得一系列突變后,導致脫分化和腫瘤的形成。然而,新的理論假設神經干細胞的某一特殊亞群參與膠質瘤的啟動和發展。

干細胞具有三個特性:自我更新、廣泛增殖的能力和多向分化潛能。干細胞樣癌細胞亦有無限自我更新以及維持異質性腫瘤的能力。目前已有一些膠質母細胞瘤干細胞樣細胞的生物標記物,包括造血干細胞標記物 CD133,但尚無單個標記物與腫瘤完全相關。

在表現型上,膠質母細胞瘤干細胞樣細胞可形成懸浮球,稱為神經球。干細胞樣癌細胞可成為靜止細胞,僅在腫瘤減小或需要干細胞增殖時才進入細胞周期。在靜止期時,干細胞樣癌細胞可避開具有細胞毒性的化療和放療的作用,因為放化療主要針對的是快速分裂的細胞。

此外,干細胞樣癌細胞還可表現出抗藥性,如表達 ATP 結合盒基因家族的多功能轉運蛋白。

胚胎信號通路也參與干細胞樣狀態的維持和腦內微環境的相互作用。因此,以 Notch、Hedgehog、Wnt/β-catenin胚胎信號通路位靶點,已成為膠質瘤新興的治療方法。

譬如,以 Notch 通路為靶點 γ- 分泌酶抑制劑。臨床前研究提示,Notch 通路的抑制劑可協同放療,調控干細胞樣癌細胞和血管新生。采用γ- 分泌酶抑制劑 RO4929097 聯合放療或貝伐單抗的臨床試驗已完成,結果正待揭曉。但由于 RO4929097藥代動力學特征不佳,此藥的研發已暫停,但未來的研究正計劃選擇替代性藥物。

免疫治療

除了細胞信號和生長因子的突變之外,部分膠質母細胞瘤的侵襲性與其可逃逸免疫系統的監控有關(表 2)。介導免疫系統逃逸的兩個重要的蛋白為細胞毒性 T 淋巴細胞抗原 4 Cytotoxic T-Lymphocyte Antigen 4,CTLA-4)和程序性細胞死亡蛋白 1 programmed cell death 1,PD-1),可調控適應性免疫。

PD-1 與其配體 PD-L1 結合后,下調 T 細胞的活性,對活化的腫瘤特異性 T 細胞的凋亡有增強效應。類似的,CTLA-4 可抑制 T 細胞活性。在黑色素瘤中,單克隆抗體易普利姆瑪(Ipilimumab)和 nivolumab 可分別對 CTLA-4 PD-1 具有強效抑制作用,未來將檢測這兩種藥物的聯合治療對復發性膠質母細胞瘤的療效。

2. 膠質母細胞瘤的免疫治療

治療

機制

貝伐單抗(Bevacizumab

VEGF單克隆抗體

西妥昔單抗(Cetuximab

EGFR單克隆抗體

DCVax

樹突狀細胞疫苗

易普利姆瑪(Ipilimumab

CTLA-4單克隆抗體

Nivolumab

PD-1單克隆抗體

Rindopepimut /CDX110/CellDex

EGFRvIII肽疫苗

 

正在研發中的膠質母細胞瘤疫苗是增加患者免疫系統活性的另一種方法。與抗感染疫苗相同,腫瘤疫苗可使免疫系統對某一特殊抗原做好準備。正在開發的疫苗有兩類:肽疫苗和細胞疫苗。譬如,肽疫苗 Rindopepimut(也稱為 CDX-110)的靶點為腫瘤 EGFRvIII 突變,目前正進行隨機試驗研究。

細胞疫苗依賴于樹突狀細胞,而樹突狀細胞參與細胞介導的免疫反應,是重要的抗原呈遞細胞。收集患者外周血中的樹突狀細胞,在體外暴露于手術切除的、自體腫瘤的研磨液(含抗原)中,再注射回患者體內。研究顯示出有淋巴細胞干擾素γ產生、CD4 +T 細胞和 CD8 +T 細胞的腫瘤特異性前體細胞頻率增加、疫苗接種后 CD4 + 腫瘤特異性 T 細胞增加,說明針對樹突狀細胞疫苗存在顯著的免疫反應。

在一項 2 期試驗中,77 名新診斷為膠質母細胞瘤的患者,接受了載自體腫瘤抗原的樹突狀細胞疫苗的每周注射,治療具有耐受性, 70% 的受試者可達 6 個月無惡化生存期。另有報道一項樹突狀細胞疫苗(DCVax,Northwest Biotherapeutics 公司) 1 期和 2 期試驗,現正開展隨機研究。

膠質母細胞瘤免疫治療的發展面臨著許多挑戰,包括因放療和替莫唑、糖皮質激素的免疫抑制作用而導致的淋巴細胞減少,需要進行對癥治療。此外,還需影像學工具明確治療后腫瘤的進展,以及免疫治療后炎癥反應增加。

化療技術的進展

過去 30 年間,根據最大療效和對腦組織的安全性,放療已有標準劑量和治療時間,放療的技術也有了顯著進步,包括立體定向技術和調強放療,可對空間進行精確定位和避開正常腦組織,這些技術的進步為復發性膠質母細胞瘤的再次放射提供了可能。為減少放射性腦壞死和腦水腫的風險,再放射可聯合貝伐珠單抗,后者可減少血管滲透性和水腫。

一項研究納入了 25 名復發性惡性膠質瘤的患者,給予低分次立體定向放療(30 Gy 5 次)聯合貝伐珠單抗治療;膠質母細胞瘤的患者,6 個月無惡化生存期為 65%,平均總生存期為 12 個月。

再放射治療目前已在隨機研究中開展,1 期試驗將進一步明確劑量的遞增。如何應用放射達到不同的生物學效應,如解決腫瘤乏氧的抗放射性,正在探討之中,改善的方法包括采用碳離子和質子放療技術,現在亦在隨機試驗研究中(http://www.clinicaltrials.gov)。

研發替代性給藥方法,透過血腦屏障

治療膠質母細胞瘤的重要問題就是藥物能否透過血腦屏障,一些技術已圍繞該問題展開研究。

動脈內應用甘露醇開放血腦屏障在原發性中樞神經系統淋巴瘤已有使用,但該技術因治療全程需要進行重復性血管造影,而不具有實踐操作性。

對流 - 加強給藥可通過開顱手術在腫瘤床上放置導管,直接將藥物灌注入腦實質內,正壓灌注可在組織內產生對流,藥物被動擴散。然而該技術難以給予重復的劑量,此外腦內能否達到有效藥物濃度也是一大疑問。

小于 100 nm 的納米粒子可通過對流 - 加強或腦室導管技術直接入腦,在局部進行給藥治療,納米粒子作為載體可增加傳統化療藥物(如替莫唑胺、鹽酸多柔比星、鹽酸伊立替康和硫酸長春新)的生物利用度。納米技術也可將含氧化鐵內核的磁性納米粒子傳遞入腦,而此種無藥的磁性粒子可在磁場中產生局部高熱,導致局部細胞死亡。

在動物實驗中,超聲是暫時開放血腦屏障相對安全和有效的技術。超聲不能穿透顱骨,所以要將超聲脈沖導入腦內,需行開顱手術在硬膜外腔植入一個小的傳感器;在兔的模型中, Evans 藍染可見外滲、MRI 可見釓對比增強,說明該技術可開放局部的血腦屏障。關于植入性超聲設備的研究已進入人體臨床試驗階段。

已知一些病毒可穿越血腦屏障,引起腦炎性感染。目前正在研究溶瘤麻疹病毒治療膠質瘤,開發出基因工程病毒載體。單純皰疹病毒經基因工程改造,可將無毒的抗疹前藥轉變成具有細胞毒性的副產物,因此可對腫瘤細胞進入特異性靶向治療。

已進入臨床試驗的另一項膠質瘤的研究,采用誘導型腺病毒載體工程,在 veledimex 配體存在時表達白介素 -12,提高免疫功能。Veledimex 是轉錄因子,為 Rheoswitch Therapeutic System 啟動子,可轉錄 IL-12 靶基因。由于靶基因的表達依賴 Veledimex 的劑量和給予頻率,因此可調控 IL-12 的表達(“開”和“關”)。如果該方法被證有效,則該策略可用于治療其它腦腫瘤。

正在研究中的替代性載體有間質性干細胞、神經干細胞和定向祖細胞系,利用它們對癌細胞的趨化作用傳遞基因或細胞毒性分子,消滅腫瘤。

先進的臨床試驗設計

膠 質母細胞瘤的臨床試驗越來越精細、高端。相關研究旨在明確預測性生物標記物,包括組織學、放射學或血漿標記物。當前實體瘤的臨床研究依賴于給藥前后的組織 標本,研究有無達到預期目標,觀察新藥的調控作用。該策略在膠質母細胞的研究中面臨諸多挑戰,由于腫瘤首次切除和再次切除時,樣本常難做冰凍處理因此無法 做石蠟包埋。

然而,神經影像學技術的進步令間接評估膠質母細胞瘤的血管新生(灌注 MRI)和腫瘤代謝(磁共振波譜可根據細胞代謝產物 2- 羥基戊二酸非侵入性檢測膠質瘤的 IDH1 突變)成為可能。

雖然其它實體瘤的基因突變試驗越來越多,但膠質母細胞瘤除 EGFRvIII 之外,突變的頻率較低。最近一項復發性膠質母細胞瘤的臨床試驗,評價了可作為藥物靶點的點突變頻率,38% 患者表現出一個突變,多數為 EGFR 突變,但每個突變的總頻率較低。該研究表明,基于分子篩選的臨床試驗需要大量受試者才能完成。

此外,很多實體瘤臨床試驗的設計都是針對非特異性突變的,腫瘤的組織學表現各型均有。腦腫瘤的臨床試驗設計也是如此,因為研究者害怕對該患病群體增加額外的毒性。

結論

對 于病史長而治愈希望小的疾病,患者和醫師都熱衷于嘗試新治療。膠質母細胞瘤的遺傳學、分子生物學和免疫學研究急劇增長,對其增殖、血管新生和免疫逃逸機制 的了解也在增多,越來越多的治療靶點涌現。這些新興的治療需要根據患者自身基因突變和蛋白表達而選擇治療人群,隨著臨床試驗的推進、大規模的篩選受試者, 我們很快將明確具有臨床意義的治療。

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