HER2与乳腺癌靶向治疗的研究进展

姜 扩综述 王立锋 裘秀春审校

乳腺癌是女性最常见的肿瘤相关性死亡原因之一,全世界每年约有 135万妇女发生乳腺癌,约 33万妇女死于乳腺癌[1]。研究发现 HER 2基因在 25%～30%乳腺癌患者中扩增,其过度活化与乳腺癌的发生发展有着重要关联[2]。针对乳腺癌 HER 2的分子靶向治疗是近年来出现的继化疗和内分泌治疗后的又 1种有效的治疗手段。本文就以 HER 2为靶点的抗乳腺癌分子靶向治疗研究最新进展进行综述。

1 HER 2简介

HER 2基因亦称 C-erbB2,定位于人类染色体 17q21,编码分子量为 185 KD的跨膜糖蛋白 p185,是表皮生长因子受体家族(epidermal growth factor receptor,EGFR)成员之一。其它 EGFR家族成员包括 EGFR/HER 1/ErbB-1,HER 3/ErbB-3和 HER 4/ErbB-4[3]。HER 2单体基本无活性,必须形成二聚体才能产生活化信号,是 EGFR家族中表达最为广泛的受体。HER 2由细胞外区(extracellu lar domain,ECD)、跨膜区和细胞内区(intracellular domain,ICD)3部分组成。HER 2的 ECD包括 4个亚结构域,亚结构域Ⅰ和Ⅲ是配体结合域,介导受体配体结合;亚结构域Ⅱ和Ⅳ,富含半胱氨酸,在形成受体二聚体过程中起着重要作用。目前尚未发现与 HER 2直接结合的配体,但是由于 HER 2的 ECD结构的特殊性,子域Ⅰ和Ⅲ紧密结合在一起,导致子域Ⅱ和Ⅳ之间形成外展二聚化环构象,便于形成同源二聚体或与活化的其他 EGFR形成异源二聚体[4]。

2 HER 2与肿瘤

2.1 HER 2与肿瘤的发生及发展

HER 2基因扩增与增加细胞分化、迁移、肿瘤侵袭、局部及远处转移、加快血管发生和减少细胞凋亡密切相关[2]。目前研究的较为清楚的 HER 2胞内信号途径主要有 2条,分别为丝裂原活化蛋白激酶(Ras-mitogen activated protein kinase,Ras/MAPK)、磷酸肌醇 3激酶/蛋白激酶 B(phosphoinositide-3-kinasee/protein kinase B,PI3K/AKT)。一般认为,HER 2的 ECD与配体结合后,引发受体变构,导致其与相同的或其他EGFR家族成员形成同、异二聚体,随后受配体被内吞并激活蛋白酪氨酸激酶(protein tyrosine kinase,PTK),可使细胞膜内侧的PTK活性显著增加。其ICD具有PTK活性,受配体内吞后,受体分子酪氨酸残基互相催化发生自身磷酸化,进而引发级联反应,信号转导经细胞膜和细胞间质、细胞核,激活基因,最终使核内早期反应基因如原癌基因fos和 jun等转录水平增加,促进有丝分裂等,从而能够促进肿瘤形成、进展[5,6]。HER 2还可通过抑制乳腺癌腺泡细胞极化阻止细胞凋亡[5]。

2.2 HER2与肿瘤的浸润及转移

HER 2可通过影响基质金属蛋白酶(matrixmetalloproteinases,MMPs)等促进肿瘤细胞的浸润,还可通过 Ras/MAPK、PI3K/AKT等信号转导途径对血管内皮生长因子进行调控,通过增加血供来增强肿瘤的恶性程度。HER2增强 MMP-2、MMP-9降解基膜的主要成分Ⅳ型胶原能力,介导细胞外基质(extracellular matrix,ECM)的降解,促进肿瘤的浸润、转移[7]。HER 2通过核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)通路增强血管内皮生长因子(vascu lar endothelial growth factor,VEGF)表达,从而直接促进血管生成,也可通过PI3K/Akt、MAPK等途径增加缺氧诱导因子-1α(hypoxia-induciblefactor-1α,H IF-1α)蛋白质水平的合成,间接诱导血管新生[8,9]。此外,HER 2还可通过促进人成纤维细胞生长因子诱导早期反应蛋白 (fibroblast grow th factor inducible 14,Fn14)的表达和提高肿瘤细胞对乙醇的敏感性等途径增强肿瘤细胞的浸润转移作用[10]。新近研究表明,HER 2还可调节人类干细胞群促使肿瘤血管生成和侵袭[11]。通过上述途径 HER 2能够导致癌细胞运动加速,间质血管形成,促进癌细胞转移。

3 HER2与乳腺癌的靶向治疗

3.1 单克隆抗体

HER 2单克隆抗体在治疗转移性乳腺癌等方面的作用已得到体外、体内、临床前及临床试验证实。高亲和力的抗体可以中和调节肿瘤生长的细胞膜蛋白,通过特异地与 HER2的ECD结合,诱导肿瘤细胞凋亡或者阻止细胞周期进程[4]。

多种 HER 2单克隆抗体中,Mab4D为研究较为深入的具有抗HER2的 ECDⅣ区的鼠源性克隆抗体,命名为曲妥珠单抗,1998年美国FDA正式批准单抗用于治疗转移性乳腺癌[4]。曲妥珠单抗通过抑制 MAPK和PI3K/AKT通路,降低存活素水平和凋亡抵抗,上调 p53与细胞周期蛋白依赖性激酶抑制蛋白p27(p 27Kip1),介导肿瘤细胞 G1期停滞,促进凋亡[12]。Lazar等[13]发现免疫效应细胞上的 FC受体可以与曲妥珠单抗的 FC段结合,激活抗体依赖性细胞介导的细胞毒(antibody dependent cell-mediated cytotoxicity,ADCC)作用。曲妥珠单抗可以阻止HER 2的 ECD溶蛋白性裂解。Wen等[14]发现曲妥珠单抗可以通过激活 HER2-p38-TSP-1通路和对 HER 2-PI3K-AKT-VEGF/IL-8通路阻滞作用抑制血管生成和肿瘤生长。曲妥珠单抗治疗HER 2阳性乳腺癌疗效确切,但即使是 HER2高表达或基因扩增的患者,有效率也仅为 12%～34%,中位缓解期约 9个月,而且多数患者在 1年内出现获得性耐药。因此曲妥珠单抗抵抗是1个重要的临床问题[15]。

目前另外 1个用于HER 2依赖性肿瘤治疗的抗体是帕妥珠单抗,可与 HER2的 ECDⅡ区结合,抑制 HER2二聚体的形成及受体介导的信号转导通路[16]。Ⅰ/Ⅱ期临床试验显示曲妥珠单抗联合帕妥珠单抗,具有明显的协同效应,两药联用可进一步改善晚期乳腺癌疗效,已进入Ⅲ期临床试验[12]。但 Portera等[17]研究显示,曲妥珠单抗加帕妥珠单抗对于先前接受过曲妥珠单抗治疗的患者有治疗效果(客观应答率 18%),但可出现与治疗相关的左心室收缩功能不全的不良反应,整体风险和患者获益有待进一步评估。

3.2 酪氨酸激酶抑制剂

酪氨酸激酶在细胞正常生理过程中起着重要作用,酪氨酸激酶异常激活能导致肿瘤恶性转化及进展,HER 2蛋白是 1个具有酪氨酸激酶活性的跨膜受体。酪氨酸激酶抑制剂 (tyrosine kinases inhibitor,TKI)为一类小分子化学制剂,可封闭 HER细胞内酪氨酸激酶 ATP结合位点,阻碍向胞内传递有丝分裂信号[3]。

拉帕替尼是继曲妥珠单抗后第二个乳腺癌分子靶向药物,该药已经在 2007年 3月获得美国 FDA批准上市,用于治疗HER 2过度扩增的既往用过赫塞汀、紫杉类和/或蒽环类药物的晚期乳腺癌患者。拉帕替尼是 1种口服的可同时作用于 EGFR/HER 2的小分子酪氨酸激酶抑制剂,作用的机理为通过竞争性结合 EGFR和 HER2的 ICD的 ATP位点,可逆的抑制酪氨酸激酶,减少EGFR异型二聚体形成,阻止肿瘤细胞磷酸化,阻断下游 MAPK和 PI3K/AKT信号通路,导致凋亡增多和细胞分化减少[4]。以往的研究已经证实,本品能被患者良好耐受。在HER 2过度表达的乳腺癌患者,单独使用本品的有效率为 28%,且对曲妥珠单抗治疗失败的患者,仍具有 8%的有效率[18]。Lin等[19]进行的Ⅱ期临床试验表明,拉帕替尼能够透过血脑屏障,从而减轻乳腺癌脑转移患者神经系统症状并提高患者无进展生存期。大部分 HER 2阳性的晚期乳腺癌患者都接受过曲妥珠单抗及蒽环类药物治疗,这两类药物均有心脏毒性,使用后可导致左室射血分数降低,甚至出现心力衰竭。最近发表的关于拉帕替尼的大型Ⅲ期临床试验结果表明[20],入组的 579名患者中44%的使用过或同时使用蒽环类药物;心功能变化情况分析结果显示使用拉帕替尼后仅 2%患者出现左室射血分数下降,这一数据不但低于曲妥珠单抗治疗后左室射血分数下降的比例,也较同期正常人群对照组中左室射血分数下降的比例低,目前对于拉帕替尼与蒽环类药物联用的心脏毒性有待进一步评价。

3.3 瘤苗

HER 2/neu蛋白可以作为肿瘤主动免疫治疗的理想靶点。B细胞产生的抗体可以通过触发 ADCC作用于 HER 2的 ECD,而且基于 HER2的ECD和细胞内区的抗原可以通过人类白细胞抗原(human leucocyte antigen,HLA)呈递到 CD8+或者 CD4+T细胞,HER 2阳性肿瘤自发性 T和B细胞反应证实了 HER 2/neu的免疫原性。目前有多种诱导机体产生抗 HER 2免疫应答的瘤苗正在实验过程中,主要有蛋白瘤苗、肽瘤苗、DNA瘤苗、抗独特型(idiotype,Id)瘤苗等[21]。

HER2/neu(E75)与免疫佐剂粒-巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor,GM-CSF)混合疫苗是近年来研究比较深入的肽瘤苗。E75是HER2/neu(369-377)的免疫源性肽,能够被肿瘤特异细胞毒性 T淋巴细胞(cytotoxic T Lymphocytes,CTL)识别,证明这段癌基因是肿瘤相关抗原(tumor associated,TAA)。临床前实验证实 E 75能够诱导 CTL介导的具有肽特殊性的免疫反应[22]。Peoples等[23]进行了E75与GM-CSF联用的Ⅱ期临床试验:共有186名乳腺癌患者入组,随访 20个月的结果显示,疫苗组肿瘤复发率 5.6%,对照组为14.2%(P=0.04),肿瘤复发时间在疫苗组被显著延长,E75瘤苗安全有效,具有剂量依赖性 HER 2/neu免疫原性。Mittendorf等[24]发现曲妥珠单抗可增加E 75瘤苗对肿瘤细胞的溶解活性,提示曲妥珠单抗与 E75瘤苗联用可使患者获益更大。尽管针对HER2的肿瘤疫苗在动物实验中取得了很好的效果,但其在临床研究中的治疗结果尚未令人满意,多应用于 HER 2治疗抵抗的乳腺癌患者及预防肿瘤复发。

如何寻找和筛选有效的多表位乳腺癌抗原;如何打破机体对肿瘤的外周耐受;如何改善免疫微环境,减少肿瘤对机体免疫反应的抑制;以及后续肿瘤疫苗进入机体的有效途径,免疫方法等均需要进一步的研究[21]。

3.4 靶向性融合蛋白

以HER2为靶向的融合蛋白抗肿瘤疗法是以抗 HER 2抗体为载体,将其与具有特殊功能的蛋白或蛋白片段融合表达,获得的蛋白将同时具有抗原结合能力和融合蛋白功能。利用抗体与HER 2肿瘤细胞特异性结合的靶向性,将融合蛋白携带至靶细胞,引起一系列的生物学效应,如细胞毒类物质、细胞因子等。融合蛋白中HER2抗体可以与过表达 HER 2的肿瘤细胞特异结合,通过对细胞毒类物质、细胞因子靶向输送,实现定向杀伤肿瘤细胞或活化免疫效应细胞,提高靶向杀伤肿瘤的活性。

应用基因工程的方法,Lewis等[25]通过不可还原的硫醚(MCC)连接体将Trastuzumab(T)与具有高活性抗微管的 DM 1连接成 Trastuzumab-MCC-DM 1(T-DM1),并在人 SK-BR-3﹑ BT-474等细胞株中成功表达。该融合蛋白能与肿瘤细胞表面HER 2的 ECD特异性结合,诱导 HER2过表达细胞死亡,体内试验能够阻止肿瘤生长,促使肿瘤衰退。Beeram等[26]进行的Ⅰ期临床试验显示每 3周给予小于等于 3.6mg/kg剂量,能够观察到肿瘤客观反应并被患者良好耐受。Vukelja等[27]正在进行TDM1Ⅱ期临床试验,前期数据来自 76例 HER 2阳性并接受过靶向治疗的乳腺癌患者,总有效率为38.2%。

3.5 热休克蛋白 90阻滞剂

热休克蛋白 90(heat shock protein 90,HSP90)是 1种分子伴侣,广泛分布于人类肿瘤细胞,是多种蛋白质正确折叠和细胞内定位的所依赖的分子,同时与癌蛋白突变或过表达有着密切的关系。其客户蛋白包括关键的癌基因,如 HER 2、Raf-1、HIF-1α、AKT、突变型 p53。 HSP90可结 合于 HER 2的 ICD,稳 定HER 2的结构。HSP90阻滞剂可阻滞 HSP90,使 HSP90客户蛋白 HER 2变得不稳定,最终被蛋白酶体降解[3]。

坦螺旋霉素(Tanespimycin,17-AAG)是 1种水溶性HSP90抑制剂,体外、体内实验已经证明其具有减少HER2蛋白表达及抗乳腺癌细胞生长作用,而且毒性较小[16],作为单一药剂被广泛应用于实体肿瘤的临床试验。Modi等[28]进行了Ⅰ期临床剂量递增实验,共 25例接受过常规治疗的乳腺癌患者(其中 15例患者 HER 2阳性)入组,每周联合给予曲妥珠单抗和坦螺旋霉素,结果显示只在HER2阳性患者出现肿瘤抑制作用。随后进行了临床 II期试验,29例患者接受了曲妥珠单抗和坦螺旋霉素周剂量联合治疗,其中 21例患者被评估为有效,总体有效率为24%,临床获益率为 57%[29]。基于临床Ⅰ/Ⅱ期试验,坦螺旋霉素与曲妥珠单抗联用尤其适用于曲妥珠单抗治疗过的乳腺癌患者[3]。

Wong等[30]在芳香酶抑制剂抵抗的乳腺癌细胞系 MCF-7aro和 LTEDaro中应用 HSP90阻滞剂 17-(dimethylam jnoethylam ino)-17-demethoxygeldanamycin hydrochloride(17-DMAG),发现在这两种细胞系中,17-DMAG呈现出剂量依赖性抑制增殖作用,诱导细胞凋亡和G2期细胞阻滞。机制研究显示 17-DMAG可通过降解 HSP90客户蛋白 AKT和 HER 2,抑制细胞生长。提示对于芳香酶抑制剂抵抗的乳腺癌,17-DMAG是 1种有效的治疗策略,并且联用 TKI可增加其效能。

综上所述,HER2在乳腺癌发生、发展、浸润、转移中起着重要作用。对于 HER 2的分子机制研究已经取得了很大进展,针对 HER 2的靶向治疗药物也越来越多的进入临床试验。虽然许多靶向治疗相关问题仍然没有解决,例如治疗抵抗、耐药、心脏毒性等,但随着乳腺癌肿瘤干细胞、多靶点联合治疗、肿瘤疫苗等研究深入,相信分子靶向药物治疗乳腺癌必将拥有广阔的前景。

[1] Wong NS,Anderson BO,Khoo KS,et al.Breast cancer in developing countries〔J〕.Lancet,2009,374(9701):1567.

[2] Moasser MM.Targeting the function of the HER 2 oncogene in human cancer therapeutics〔J〕.Oncogene,2007,26(46):6577.

[3] Murphy CG,Modi S.HER 2breastcancer therapies:a review〔J〕.Biologics,2009,3(6):289.

[4] Milanezi F,Carvalho S,Schmitt FC.EGFR/HER2 in breast cancer:a biological approach for molecular diagnosis and therapy〔J〕.Expert Rev Mol Diagn,2008,8(4):417.

[5] Freudenberg JA,Wang Q,Katsumata M,et al.The role of HER 2 in early breast cancer metastasis and the origins of resistance to HER 2-targeted therapies〔J〕.Exp Mol Pathol,2009,87(1):1.

[6] Park JW,Neve RM,Szollosi J,et al.Unraveling the biologic and clinical complexities of HER2〔J〕.Clin Breast Cancer,2008,8(5):392.

[7] Yuan G,Qian L,ShiM,et al.HER 2-dependent MMP-7 expression is mediated by activated STAT3〔J〕.Cell Signal,2008,20(7):1284.

[8] Liu M,Ju X,Willmarth NE,et al.Nuclear factor-kappaB enhances ErbB2-induced mammary tumorigenesis and neoangiogenesis in vivo〔J〕.Am JPathol,2009,174(5):1910.

[9] Shafee N,Kaluz S,Ru N,et al.PI3K/Akt activity has variable cellspecific effects on expression of HIF target genes,CA 9 and VEGF,in human cancer cell lines〔J〕.Cancer Lett,2009,282(1):109.

[10] Willis AL,Tran NL,Chatigny JM,et al.The fibroblast growth factorinducible 14 receptor is highly expressed in HER 2-positive breast tumors and regulates breast cancer cell invasive capacity〔J〕.Mol Cancer Res,2008,6(5):725.

[11] Korkaya H,Paulson A,Iovino F,et al.HER2 regulates the mammary stem/progenitor cell population driving tumorigenesis and nvasion〔J〕.Oncogene,2008,27(47):6120.

[12] Spector NL,Blackwell KL.Understanding themechanisms behind trastuzumab therapy for human epidermal growth factor receptor 2-positive breast cancer〔J〕.JClin Oncol,2009,27(34):5838.

[13] Lazar GA,Dang W,Karki S,et al.Engineered antibody Fc variants with enhanced effector function〔J〕.Proc Natl Acad Sci USA,2006,103(11):4005.

[14] Wen XF,Yang G,MaoW,et al.HER2 signalingmodulates the equilibrium between pro-and antiangiogenic factors via distinct pathways:implications for HER2-targeted antibody therapy〔J〕.Oncogene,2006,25(52):6986.

[15] Bender LM,Nahta R.HER 2 cross talk and therapeutic resistance in breast cancer〔J〕.Front Biosci,2008,13(9):3906.

[16] Jones KL,Buzdar AU.Evolving novel anti-HER2 strategies〔J〕.Lancet Oncol,2009,10(12):1179.

[17] Portera CC,Walshe JM,Rosing DR,etal.Cardiac toxicityand efficacy of trastuzumab combined with pertuzumab in patients with[corrected]human epidermal growth factor receptor 2-positive metastatic breast cancer〔J〕.Clin Cancer Res,2008,14(9):2710.

[18] Montemurro F,Redana S,Viale G,et al.Retrospective evaluation of clinical outcomes in patients with HER 2-positive advanced breast cancer progressing on trastuzumab-based therapy in the pre-lapatinib era〔J〕.Clin Breast Cancer,2008,8(5):436.

[19] Lin NU,Diéras V,Paul D,et al.Multicenter phase II study of lapatinib in patients with brain metastases from HER 2-positive breast cancer〔J〕.Clin Cancer Res,2009,15(4):1452.

[20] Di Leo A,Gomez HL,Aziz Z,et al.PhaseⅢ,double-blind,randomized study comparing lapatinib plus pac litaxel with placebo plus paclitaxel as first-line treatment formetastaticbreastcancer〔J〕.JClin Oncol,2008,26(34):5544.

[21] Curigliano G,Spitaleri G,Pietri E,et al.Breast cancer vaccines:a clinical reality or fairy tale? 〔J〕.Ann Oncol,2006,17(5):750.

[22] Mittendorf EA,Holmes JP,Ponniah S,etal.The E 75 HER 2/neu peptide vaccine〔J〕.Cancer Immunol Immunother,2008,57(10):1511.

[23] Peoples GE,Holmes JP,Hueman MT,et al.Combined clinical trial results of a HER 2/neu(E75)vaccine for the prevention of recurrence in high-risk breast cancer patients:U.S.Military Cancer Institute Clinical Trials Group Study I-01 and I-02 s〔J〕.Clin Cancer Res,2008,14(3):797.

[24] Mittendorf EA,Storrer CE,Shriver CD,et al.Investigating the combination of trastuzumab and HER 2/neu peptide vaccines for the treatment of breast cancer〔J〕.Ann Surg Oncol,2006,13(8):1085.

[25] Lewis Phillips GD,Li G,Dugger DL,et al.Targeting HER2-positive breastcancerwith trastuzumab-DM 1,an antibody-cytotoxic drug conjugate〔J〕.Cancer Res,2008,68(22):9280.

[26] Beeram M,BurrisHAⅢ,Modi S,et al.A phase Istudy of trastuzumab-DM1(T-DM1),a first-in-c lass HER 2 antibody-drug conjugate(ADC),in patients(pts)with advanced HER2+breast cancer(BC)〔J〕.JClin Oncol,2008,26(15):1028.

[27] Vukelja S,Rugo H,Vogel C,et al.A phase II study of trastuzumab-DM1,a first-in-class HER 2 antibody-drug conjugate,in patients with HER 2+metastatic breast cancer〔J〕.Cancer Res,2009,69(7):33.

[28] Modi S,Stopeck AT,Gordon MS,et al.Combination of trastuzumab and tanespimycin(17-AAG,KOS-953)is safe and active in trastuzumab-refractory HER-2 overexpressing breast cancer:a phase I dose-escalation study〔J〕.JClin Oncol,2007,25(34):5410.

[29] ModiS,Sugarman S,Stopeck A,et al.Phase II trialof the HSP90 inhibitor tanespimycin(Tan)+trastuzumab(T)in patients(pts)with HER2-positive metastatic breast cancer(MBC)〔J〕.JClin Oncol,2008,26(5):1027.

[30] Wong C,Chen S.Heat shock protein 90 inhibitors:new mode of therapy to overcome endocrine resistance〔J〕.Cancer Res,2009,69(22):8670.