KRAS 突变非小细胞肺癌靶向治疗现状及与Hedgehog信号通路的相关性研究

何朝洛蒙，张惠洁

（1.内蒙古医科大学，内蒙古自治区 呼和浩特；2.内蒙古包钢医院肿瘤内科， 内蒙古自治区 包头）

0 引言

肺癌是人类最常见恶性肿瘤。根据2015 年国内统计数据显示，肺癌当年新发病例数为78.7 万，因肺癌死亡人数为63.1 万例，发病人数及死亡人数均居恶性肿瘤首位[1]。根据组织病理学分类，肺癌分为小细胞肺癌（SCLC）和非小细胞肺癌（NSCLC），其中NSCLC 占肺癌总发病率的85%。早期NSCLC 的治疗主要以铂类化疗为主。随着医疗技术的发展，目前EGFR 突变、EML4-ALK 基因融合、ROS1 融合基因等驱动基因阳性的NSCLC 均有针对性靶向治疗，疗效优于单纯化疗。在NSCLC 中KRAS 突变最为常见，约占30%[2]。但作为最早一批被发现的驱动基因之一，KRAS 突变直至目前仍无相应有效的靶向治疗药物。近年研究发现，Hedgehog 信号通路参与多种肿瘤的发生、发展过程，通过阻断Hedgehog 信号通路的方式可抑制肿瘤发展。本文总结了目前KRAS 突变NSCLC 的靶向治疗现状，探讨了Hedgehog 通路与KRAS 突变NSCLC 的关系，以期为本疾病的治疗提供新的思路。

1 KRAS 突变概述

RAS 基因家族广泛存在于各种真核生物DNA 上，调节机体多种生理活动。目前已知人类RAS 基因家族有三个成员：H-RAS、K-RAS 和N-RAS，分别定位于11、12、1 号染色体,其中KRAS 突变最为常见。1982 年krontiris 在人肺癌细胞中发现kirsten 鼠肉瘤病毒基因的同系物，称为KRAS 基因。KRAS 突变已被证明是NSCLC 的驱动基因，其编码蛋白的异常激活导致下游多条相关信号通路激活，进一步诱导肿瘤的发生和发展[3]。

KRAS 基因编码一种小GTP 水解酶是调节细胞生理功能的一种重要的调节蛋白。KRAS 蛋白通过与鸟苷三磷酸（GTP）结合激活，而通过与鸟苷二磷酸（GDP）结合切换为失活状态[3]。KRAS 蛋白的激活受两种催化物的调节，分别是鸟嘌呤核苷酸交换因子（GEF）和 GTP 酶激活蛋白（GAP）。GEF 催化KRAS 与GTP 结合，使其激活；GAP 催化KRAS 与GDP 结合，使其转换为失活状态。KRAS 突变会使其无法与GAP 正常结合，导致KRAS 转换为失活状态受到干扰，处于激活状态的KRAS 基因逐渐积累，异常激活下游PI3K-AKT-mTOR 通路、RAS-RAF-MEK-ERK 信号通路和Ral-GEF 信号通路，影响细胞的增殖、分化，最终促进恶性肿瘤细胞的形成[4]。

研究表明，突变的KRAS 基因不仅通过信号通路促进肿瘤细胞的形成和增殖外，还能够对肿瘤微环境产生影响。携带KRAS 基因突变的肿瘤细胞能够分泌多种细胞因子、趋化因子、和生长因子，包括IL-6, IL-8, IL-23, CCL9, hedgehog配体等等。上述多种因子可对肿瘤微环境中的基质细胞（stroma cells）进行重编程。例如，在胰腺癌和肺癌中IL-6和IL-8 能够维持基质的炎症表型。而肿瘤细胞分泌的粒细胞 - 巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）能够促进髓源抑制细胞（myeloid-derived suppressor cells, MDSC）对肿瘤的浸润，从而有助于逃脱抗肿瘤免疫反应[5]。

2 KRAS 突变与EGFR-TKI 耐药

KRAS 基因是表皮生长因子受体（EGFR）的下游基因，KRAS 基因的突变直接激活下游信号通路，使肿瘤细胞对表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂（EGFR-TKI）产生耐药性。一项以第一代EGFR-TKI 厄洛替尼治疗KRAS 突变非小细胞肺癌的研究中，治疗组生存期明显短于安慰剂组[6]。有研究证明， KRAS 突变非小细胞肺癌对第二代EGFR-TKI克唑替尼也呈原发性耐药[7]。因此，KRAS 突变NSCLC 对EGFR-TKI 的耐药具有理论依据以及研究数据的支持。

3 KRAS 基因突变型非小细胞肺癌的靶向治疗

3.1 免疫检查点抑制剂治疗

由于特定致癌途径的激活对基因表达有广泛的影响，癌细胞的遗传组成可能通过驱动特定的免疫相关途径而对免疫肿瘤微环境(TME)产生显着影响。这可以通过诱导免疫检查点、分泌特定的细胞因子或产生趋化因子来实现[8]。KRAS突变型NSCLC 相较于KRAS 野生型表达更高水平的pd-L1蛋白[9]。DONG Z Y[10]等通过临床试验和免疫治疗分析的前瞻性观察进一步证实了KRAS 突变肿瘤患者可以通过PD-1抑制剂治疗得到显着的临床获益。一项回顾性分析88 例局部晚期或转移性非鳞状NSCLC 患者接受免疫检查点抑制剂（ICIs）治疗后发现KRAS 突变患者比KRAS 野生型患者具有更长的总生存期(OS)和无进展生存期（PFS），有统计学意义。KRAS 基因的突变可对肿瘤微环境产生影响，因此免疫治疗有望为KRAS 突变NSCLC 的治疗开辟新的方向。

3.2 KRAS G12C 抑制剂治疗

大多数KRAS 突变发生于12 号密码子中，导致甘氨酸变为其他氨基酸。其中常见的突变亚型有KRAS G12C、KRAS G12D 以及KRAS G12V 突变。约13%的肺癌患者存在KRAS G12C 突变。近年来各类KRAS G12C 抑制剂被投入了临床试验。2019 年世界肺癌大会（WCLC）报道，安进公司研发的KRAS G12C 抑制剂AMG510 在治疗KRAS 突变非小细胞肺癌I 期临床试验中，患者客观缓解率（ORR）为48%，疾病控制率（DCR）为96%。Mirati 公司研发的MRTX849 是KRAS 的另一种高选择性的口服小分子抑制剂，在一组患者细胞来源的体内肿瘤模型中表现出良好的抗肿瘤活性[11]。上述KRAS G12C 抑制剂在试验阶段取得了良好的结果，如能正式投入临床应用或许会改变部分KRAS 突变肺癌患者的治疗模式。

3.3 Hedgehog 信号通路与KRAS 突变非小细胞肺癌的相关性

3.3.1 Hedgehog 信号通路概述

人类有三种同源配体蛋白，分别为Sonic Hedgehog（SHh）、Indian Hedgehog（IHh） 和Desert Hedgehog（DHh），其中SHh 在多种组织中表达，是最常见的人类Hh 通路配体。Hh 信号通路是通过Hh 配体与PTCH受体结合后激活的，PTCH 是一种保守的12 通道跨膜蛋白受体。信号通路激活后，跨膜受体Smoothed(SMO)受到来自PTCH 的抑制被减轻，并激活下游转录因子Gli。Gli 有三种同源物：Gli1、Gli2 和Gli3，后两者是具有C 端激活和N 端抑制结构域的多功能转录因子，可以作为激活子和抑制子发挥作用。而Gli1 缺乏N 端抑制区，是纯粹的转录激活子[12]。Gli1 自胞质进入细胞核内调节各种靶基因的转录，包括参与Hh 通路反馈的基因，例如Gli1 和PTCH1；促进细胞增殖的基因Cyclin-D1、MYC；调节细胞周期的CCND2 和CCNE1；凋亡调节因子BCL2、血管生成因子ANG1/2、上皮间质转化因子SNAIL 和干细胞自我更新因子NANOG 和SOX2[13,14]。由此可见，Hh 信号通路可以在细胞外（Hh 配体和调节因子）、细胞膜水平（受体和调节因子），以及最终在细胞核（Hh 通路的靶基因）三个水平上受到调节。

3.3.2 Hedgehog 信号通路与肿瘤的发生、发展

Hh 信号通路参与了肿瘤的各个发展阶段，并与恶性肿瘤的组织侵袭和远处转移有关。Hh 信号通路在肿瘤细胞有三种激活方式[15][16]。Ⅰ型为无配体激活，在缺乏Hh 配体的情况下，肿瘤细胞Hh 通路组分的突变导致SMO 激活，PTCH 或SUFU（Hh 通路的负性调节因子）失活，从而启动下游靶基因的转录[17]。Ⅱ型为配体依赖性自分泌/邻分泌（autocrine/juxtacrine）激活，同一肿瘤细胞或者周围其他肿瘤细胞分泌和结合Hh 配体，导致Hh 信号通路的过度表达[18]。Ⅲ型也是配体依赖性，通过旁分泌方式激活。旁分泌的Hh 信号不仅是正常胚胎发育必不可少的，还是多种组织生长和维持所必需的[19]。肿瘤细胞分泌Hh 配体，与肿瘤基质细胞上的PTCH1受体结合导致Hh 通路的激活。作为反馈，基质细胞向肿瘤细胞传递生长信号（血管内皮生长因子（VEGF）、胰岛素样生长因子（IGF）、Wnt、PDGF 和BMP），支持和促进肿瘤细胞的增殖和分化[20]。

也有学者将Hh 通路的激活分为典型和非典型激活[21]。典型激活方式如上述，SHh 与PTCH 结合启动信号通路，因此SHh 的表达和肺癌细胞的分化程度呈负相关[22]。非典型激活方式不依赖SHh、PTCH 和SMO，而是直接通过Gli 激活。几种其他信号通路参与了非典型激活方式，例如RAS-Raf-MEK、EGFR 通路、TGF-β、AKT-PI3K 或TNF-α 通路等，多种信号通路形成一个网状系统，Gli 是这个系统共同的效应因子[23-28]。无论何种方式活化Hh 通路，最终都会导致肿瘤发生。

Hh 信号通路也与肿瘤细胞的维持相关。肿瘤干细胞(Csc)是一种具有自我维持特性的癌细胞亚群，在肿瘤的发生、发展、转移、复发和耐药中发挥重要作用[29,30]，Hh 信号通路调控Csc 的自我更新，使肿瘤细胞呈低分化并无限增殖[30]。

PI3K/AKT、ERK、Notch、Wnt 和Hh 等几种信号通路之间的相互作用控制着细胞的增殖和转移[31]。在骨肉瘤中，Hh和PI3K/AKT 通路的相互作用是肿瘤细胞转移的重要影响因素。PAW-OWSKIKM 等的一项DNA 微阵列研究表明，AKT/PI3K 和HH/Gli 通路的11 个基因在骨肉瘤(恶性)组织中高表达，而HSPB8 和SEPP1 等36 个基因的表达水平下降[32]。在有肺转移的骨肉瘤组织中，Gli 的靶基因RPS3 的表达水平明显高于无转移的骨肉瘤组织，表明RPS3 是Hh 通路中调节骨肉瘤侵袭和转移的因素[33]。在人肝癌转移过程中，hh 通路通过ERK 信号通路上调MMP-9 水平，调节人肝癌细胞的侵袭能力[34]。

Hh 通过以下几种方式影响免疫系统对肿瘤细胞的清除作用。肿瘤细胞在Hh 信号转导后释放CCL 2/3，从而形成肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）和骨髓来源的抑制性细胞（MDSCs）。Hh 通路还可诱导肿瘤细胞中表达PD-L1 与细胞毒性T 细胞（CTL）表面的PD-1 结合，从而逃脱CTL 的杀伤作用。Gli2 促进免疫抑制细胞因子和生长因子(IL10 and TGFβ)的产生，使肿瘤特异性CD8+ T 细胞失效。间质细胞释放的IL10 诱导T 细胞表达FoxP 3 后出现Treg 样的免疫抑制作用[35]。

3.3.3 Hedgehog 信号通路与KRAS 突变肺癌的治疗

Vismodegib 是环巴胺第二代衍生物，与环巴胺相同是通过结合Smo 达到抑制Hh 通路的效果，2012 年被FDA 批准用于治疗成人转移性基底细胞癌和无法手术治疗的局部晚期基底细胞癌。Aamir Ahmad 等学者的一项研究中，通过vismodegib 处理A549M 细胞（间充质表型KRAS 突变NSCLC细胞），使肿瘤细胞对厄洛替尼和顺铂的敏感性增高，证实了通过下调HH 信号而逆转EMT 是克服耐药表型的有效策略[36]。抑制Hh 通路导致Snail 的下调和E-cadherin 的上调，使肿瘤细胞的生长、侵袭和转移受到干扰。此外，Hh 通路的效应分子Gli1 在上皮细胞的过度表达导致E-cadherin 的下调而导致侵袭表型。

与Vismodegib、sonidegib 和glasdegib 通过拮抗Smo 阻断Hh 通路不同，Oxy 210 对配体诱导的Hh 靶基因gli1 和ptch1的mRNA 表达有明显的抑制作用，抑制了Smo 下游的Hh 信号。Frank Stappenbeck 等的体外细胞研究中，联合应用Oxy 210 和卡铂(CP)可提高A549 非小细胞肺癌细胞对CP 的抗增殖反应，抑制TGFβ 诱导的CP 耐药[37]。这些证据都证明，通过抑制Hh 信号通路上的各种因子，阻断Hh 信号通路可使KRAS 突变肺癌细胞对其他抗肿瘤药物的敏感性增高，降低肿瘤细胞的耐药性。

4 问题和展望

肺癌的靶向治疗药物种类繁多，具有安全、疗效好及患者依从性好等特点。除KRAS 突变外，大多数驱动基因阳性肺癌均有一套标准的治疗方案。虽然针对新较强的KRAS G12C 抑制剂进入临床试验阶段并取得了较好的数据，但即使能正式被批准上市，用于临床治疗也仅是解决了部分KRAS突变NSCLC 患者的治疗难题。继续深入研究Hedgehog 信号通路与其他通路在肿瘤的发生、发展之间的协同关系，通过适当的多靶点联合用药，降低用药剂量，减少耐药性，有望为KRAS 突变NSCLC 的治疗探索新的方向。