Home Blog Oncology 使用PDX模型解决癌症靶向治疗的获得性耐药问题

使用PDX模型解决癌症靶向治疗的获得性耐药问题

使用PDX模型解决癌症靶向治疗的获得性耐药问题

现如今,靶向治疗已改变越来越多癌症类型的癌症治疗格局。虽然这些药物使许多癌症患者显著获益,但是作为与靶向治疗相关的一项重大的持续性挑战,获得性耐药这被认为是癌症相关死亡的一个关键因素。在本文中,我们将探讨如何通过使用体内人源异种移植(PDX)模型来解决靶向治疗的获得性耐药问题。PDX 模型是实现这一目的的一种有效工具,因为它们具有非常高的临床相关性,并且充分模拟了耐药肿瘤中观察到的异质性。

获得性耐药的机制

癌细胞通过各种复杂的细胞和分子机制对靶向治疗产生耐药性,一般可分为三种主要类别:

  1. 靶向驱动致癌基因的基因组改变(例如,基因突变),使靶向药物不再与其靶点结合。
  2. 通过绕过抑制的靶点(例如,通过抑制剂下游或平行的不同途径来激活蛋白质的信号通路)。
  3. 通过激活一种完全不同的信号通路来提高细胞存活率。

目前,迫切需要能够避免出现耐药性或能够重新引起药物反应的药物。虽然这一问题具有复杂性和多面性,但是临床相关的体内 PDX 模型可作为有价值的工具用于研究获得性耐药,从而能够开发出反应的预测性生物标志物,并且能够测试预防和/或克服获得性耐药的新靶向治疗或治疗策略。

单一药物诱导出多种不同耐药基因型

由于单一药物可以诱导出多种不同的耐药基因型,因此获得性耐药问题变得更为复杂。例如,上文提及的第一种机制提出了各种独特的挑战,因为在靶向药物治疗后,可能会发生多种基因组改变,每一种改变都可能需要接受不同的治疗或治疗组合。

例如,针对携带 KIT 基因突变的胃肠道间质瘤(GIST)患者现已开发出一些靶向治疗方案,彻底改变了 GIST 的治疗。约 80% 的 GIST 患者对 KIT 抑制剂的敏感性增加(由于 KIT 基因突变),KIT 抑制剂甲磺酸伊马替尼(格列卫)显著提高了 GIST 患者的生存率。但是,对格列卫的获得性耐药发展迅速,50% 的肿瘤在 20个月内产生耐药。

格列卫耐药与多个外显子的继发性单核苷酸KIT突变有关。确定哪一个外显子发生突变对于制定有效的治疗方案来说至关重要,因为已知每种获得性突变基因型对当前二线和三线药物的反应均不同。例如,研究表明舒尼替尼对具有 KIT ATP 结合囊状继发性突变的伊马替尼耐药性 GIST 细胞具有活性,而对具有 KIT 激活环突变的细胞则无活性。

需要针对一系列耐药基因型建立临床前模型

目前尚未开发出一种能够解决伴随获得性耐药产生的所有复杂问题的单一临床前模型,但是研究人员必须能够针对一系列耐药基因型和机制开发出药物或确定药物组合。

虽然传统细胞系来源异种移植(CDX)模型在某些情况下可以用于研究获得性耐药,但不幸的是,CDX 无法用于模拟所有相关的突变基因型或激活的替代途径。此外,当使用CDX时,有可能会偏离原疾病和耐药机制。

正如下文中所述,PDX 模型具有高度的临床相关性,并且显示出对患者的反应具有预测性。

PDX:概括人类耐药基因型

PDX 是获得性耐药基因型和机制临床前建模的金标准。这是因为PDX直接来源于原发性肿瘤组织,并且已被证明高度概括了原始患者肿瘤的组织病理学和遗传特征,包括在实际癌症中观察到的原发性和继发性突变的复杂关联。PDX 模型还保留了驱动耐药的原始基因和信号改变,并且提供了丰富的材料来支持必要的机制和药物治疗策略研究,这是对抗获得性耐药的关键。

此外,通过大量患者开发出的 PDX 模型库现已上市。通过使用 PDX 模型库,可展示多种患者类型的临床多样性—不仅包括那些具有耐药肿瘤的患者,还包括那些对治疗仍有反应的患者。此外,同一患者产生的PDX模型(治疗前和治疗后耐药)可用于基因组和其他组学分析技术,以评价与反应和耐药性相关的改变。然后,可在已知基因组变化的个体模型或模型库中对研究药物或现有药物进行试验,以评估群体反应,并确定新药物与更大范围突变相关的方式。

由于 PDX 对患者治疗反应具有高度预测性,因此可使用疗效数据来确定哪种单药或联合用药治疗会对特定患者有效,甚至可以指导临床试验设计和分层。Yao等人近期发表了一项研究,强调使用 PDX 研究获得性耐药的价值。研究者使用获得性西妥昔单抗耐药的 HNSCC PDX 模型揭示了耐药机制。全外显子组测序和转录组测序展示了获得性耐药 PDX 中的一系列克隆选择模式,包括出现具有强活化 RAS/MAPK 的亚克隆。

在临床前药物开发过程中建立自有获得性耐药模型的价值

为了研究一种药物对具有特定基因组特征的肿瘤的影响,研究人员可以在临床前药物研究中建立自己的耐药性模型。此类的模型可通过连续的给药周期进行治疗,以确定产生耐药性的时间点。可通过基因组学和其他组学技术确定获得性耐药机制,如新突变事件、过表达或其他改变。此外,还可对其他单药和/或联合用药进行后续试验,以确定哪些药物会重新诱导反应。鉴于 PDX 具有高度预测性,还有可能将临床前研究结果用于临床治疗方案的制定。

这正是上述 Yao等人研究中所做的事情。在这项研究中,他们诱导了西妥昔单抗耐药性,并绘制了获得性西妥昔单抗机制的演进轨迹。为此,他们使用了西妥昔单抗来治疗 PDX 模型,然后在多个时间点进行了基因测序,目的是揭示治疗前和治疗后的基因组特征。研究的一项重要发现是,RAS 信号在西妥昔单抗耐药性获得期间被激活(突变和转录)。总而言之,经确定获得性耐药的产生是由于获得了一系列新产生亚克隆,并且消除了敏感亚克隆,例如那些出现 EGFR、CCND1 和 FGF3 扩增的亚克隆。最后,研究者发现,西妥昔单抗加 RAC1/RAC3 双靶点抑制剂 EHOP-016 的联合治疗成功地抑制了所有西妥昔单抗获得性耐药小鼠体内的肿瘤生长。

结论

癌症靶向治疗的获得性耐药性目前仍然是一项重大挑战。通过在临床前药物开发过程中使用耐药且高度临床相关的 PDX 模型,可以确定获得性耐药的机制,并且测试包括联合给药或下一代疗法在内的新治疗策略。