胃肠道间质瘤靶向治疗的药物遗传学研究进展

李文帅 综述 刘 杰 审校

复旦大学附属华山医院消化内科(200040)

胃肠道间质瘤(gastrointestinal stromal tumors, GIST)是由梭形细胞、上皮样细胞、Cajal间质细胞或多形性细胞组成的胃肠道间充质来源的一种最常见的消化道间叶源性肿瘤，流行病学研究显示其年发病率约2/105～4/105，且不同群体中发病率不同，目前良恶性比例不详[1-2]。GIST多见于胃(60%)，其次为小肠(30%)、结直肠(5%)和食管(<5%)，偶见于网膜和肠系膜，广泛发生于腹腔的GIST往往难以诊断。以往认为手术是控制GIST疾病进展的惟一手段，但转移和复发者的总体中位生存期一般低于2年，<10%的患者对传统化疗或放疗有效[3]。1998年Hirota等[4]发现GIST中存在KIT基因突变以及KIT蛋白表达，随后将一类用于治疗慢性髓细胞性白血病(CML)的新型药物高效酪氨酸激酶抑制剂(tyrosine kinase inhibitor, TKI)应用于GIST；2003年，Heinrich等[5]认为PDGFRA基因突变为缺乏KIT基因突变GIST的另一种发病机制。目前发现约85%的GIST可见KIT或同源受体酪氨酸激酶PDGFRA基因突变，KIT蛋白免疫组化法已成为一种诊断GIST的敏感方法[6]。

靶向治疗可使进展期GIST患者的总体中位生存期超过5年[3]。手术仍是GIST的主要治疗手段，术前靶向治疗可尽量减少切除邻近器官的发生率，并提高肿瘤完全切除的可能性，以及提高转移性GIST接受手术的可能性、延长远期生存时间，同时还可降低转移性GIST患者对靶向药物的继发性耐药风险[7]；术前靶向治疗还可大大降低原发性GIST以及手术后高复发风险的GIST患者的复发风险[8]。2013年NCCN指南[9]推荐，对于手术可切除的原发性GIST，若有必要行联合周围多脏器切除，建议术前积极行靶向治疗；需行腹会阴切除术以达到切缘免疫组化阴性的GIST患者，亦建议术前行靶向治疗。

不同基因突变的GIST对药物的反应不尽相同，且随着一线靶向药物伊马替尼(imatinib)的推广，其耐药性逐渐提高。GIST的治疗应个体化，明确个体肿瘤基因型特性与靶向药物疗效的关系具有重要意义。本文就此作一综述。

一、GIST靶向治疗药物

1. 伊马替尼：1996年Druker等[10]发现了一种TKI STI571，即伊马替尼，其是一种2-苯氨基嘧啶的小分子化合物，能特异性抑制Bcr-Abl、c-KIT、PDGFR、v-abl、c-abl等酪氨酸激酶活性，经FDA批准用于治疗CML。伊马替尼分子和结构与ATP相似，可与ATP或底物竞争位于激酶催化中心的结合位点，阻止磷酸基团向酪氨酸残基转移，抑制酪氨酸激酶的磷酸化，抑制下游信号通路的转导，从而阻止细胞增殖和肿瘤的形成。由于伊马替尼不抑制正常细胞的增殖生长和正常祖细胞的体外集落生成，因此已成为治疗GIST的靶向治疗药物之一。

伊马替尼为转移性或进展期GIST的标准治疗方案。65%～70%的患者可取得部分缓解，15%～20%达到疾病稳定，仅5%或更少达到完全缓解，中位缓解时间常超过2年[11-12]。伊马替尼的应用改变了无法接受手术切除以及转移和复发性GIST的治疗手段，并干预了GIST自然病史，改善了患者的生存时间，延缓了疾病进展。呕吐、腹泻、肌痛、肌痉挛、红斑等是其主要不良反应。

2. 舒尼替尼：舒尼替尼是一种新型含吲哚结构的多靶点酪氨酸激酶受体抑制剂，可同时阻断VEGFR和PDGFR信号转导通路，具有很强的抗肿瘤血管生成作用，亦能抑制成纤维细胞因子(FGF)、胎肝激酶-3(FLT-3)和干细胞因子(SCF)等受体来阻断细胞内信号转导，抑制肿瘤细胞增殖[13]。目前已证实舒尼替尼可作为伊马替尼不耐受的不可切除或转移、复发性GISTs患者的二线治疗药物。高血压、出血、血栓栓塞是其主要不良反应。

3. 其他：其他一些TKI目前处于测试阶段，主要包括nilotinib、dasatinib、sorafenib、masitinib、vatalanib(PTK787/ZK222584)、regorafenib和motesanib(AMG 706)。有研究[14]表明regorafenib可用于伊马替尼和舒尼替尼治疗失败的进展期GIST。此外，蛋白激酶C(protein kinase C, PKC)抑制剂PKC412、雷帕霉素靶向蛋白(mTOR)抑制剂和热休克蛋白90(HSP90)抑制剂IPI-504可能对GIST治疗有效[15]。

二、与GIST发病机制相关的突变基因

KIT基因的突变位点主要为外显子9、11、13、17，PDGFRA基因突变多集中于外显子18，其次为外显子12、14。TKI类药物可覆盖酶活化区进而阻止细胞激活和分裂，从而发挥抗肿瘤的作用。基因突变分析可为指导GIST治疗、判断疾病预后提供重要依据。

1. c-KIT基因：c-KIT基因位于染色体4q12，是一种原癌基因，编码的KIT蛋白属于Ⅲ型酪氨酸激酶受体家族，是一种SCF跨膜生长因子受体。KIT 由5个结构区组成：由5个免疫球蛋白样结构域构成的胞外(EC)结构域、跨膜区、近膜区以及两个胞质酪氨酸激酶(TK)结构域。二聚体KIT受体与SCF配体结合激活后，酪氨酸激酶磷酸化，引起一系列磷酸化瀑布反应并激活Ras/MAPK、Rac/Rho-JNK、PI3K/AKT和SFK/STAT等多种信号转导通路，最终将增殖信号传递至细胞核内，引发基因特异性表达。c-KIT基因对正常造血细胞、肥大细胞、黑色素细胞的增殖分化以及肿瘤细胞增殖、恶性演进以及凋亡等均有重要作用[16]。

KIT蛋白(CD117)在GIST中的表达超过95%，包括KIT野生型和PDGFRA突变型，但后者KIT表达可能较弱。KIT基因突变常预示GIST的恶性程度高，预后不佳。

2. PDGFRA基因突变：PDGFRA基因定位于人染色体4q11/21，与KIT基因紧密连锁、结构相似、功能相近。5%～10%的GIST患者可见PDGFRA基因突变(同时无KIT突变)，外显子18突变最常见(>6%)，以D842V单核苷酸突变多见，而外显子12、14突变罕见(<2%)[17]。在KIT突变和PDGFRA突变的肿瘤中，下游信号介质的活化相同，提示PDGFRA突变体与KIT突变体引起肿瘤发生的机制相似，这种激活引起细胞增殖增加和凋亡降低，最终导致肿瘤的发生。此外，PDGFRA突变还可通过激活KIT蛋白来达到肿瘤发生的目的[18]。

多数PDGFRA突变的肿瘤生物学行为呈良性，预后良好，但PDGFRA缺失或缺失联合点突变的生物学行为较单纯点突变更恶性。因此PDGFRA基因突变与GIST预后的关系仍需大样本研究长期观察。

3. 其他基因突变：除KIT和PDGFRA基因突变外，少数GIST可见BRAF基因突变(约2%)，通常位于外显子11和15，而KRAS基因突变位于外显子2和3[19]。

三、基因型与药物疗效之间的关系

1. 基因突变与伊马替尼敏感性的关系：研究显示c-KIT基因外显子11突变的GIST对伊马替尼的反应较好，其缓解率、缓解期和整体生存期较外显子9突变或野生型GIST患者高[3]。一些临床大型研究表明在GIST突变中，存在伊马替尼敏感(D561V、IMH843-845、DIM842-844和DIMH842-845)以及伊马替尼耐药(D842V、D846V)的基因型。

Heinrich等[20]的临床试验发现，112例(88.2%)GIST患者存在KIT突变，6例(4.7%)为PDGFRA突变，9例为(7.1%)野生型。85例KIT基因突变位于外显子11，其中71例发生缺失突变(del 557-558)，14例点突变(V560G)，部分缓解率(PR)为83.5%。23例发生外显子9突变，其中22例发生密码子502重复和插入，PR为47.8%；2例发生外显子13突变(K642E)，PR为100%；2例发生外显子17突变(N822H、N822K)，PR为50%。PDGFRA突变包括1例JM区点突变(V561D)、3例活化环点突变(D842V)和2例缺失(DIMH842-845和I843)，活化环点突变的PR为67%，野生型GIST患者的PR为0%。有研究指出，GIST中PDGFRA外显子12 替代突变V561D亚型对伊马替尼高度敏感，外显子12缺失/替代突变(SPDGHE566-571R)和结构内插入突变(ER561-562)亦对伊马替尼敏感；外显子14的N659K替代突变在加入0.1 μmol/L伊马替尼后，PDGFRA蛋白磷酸化水平降低[21]。

总之，KIT外显子11突变的GIST对伊马替尼疗效最好[最长中位肿瘤进展时间(～24个月)和最初的中位生存期(～63个月)]。KIT外显子11突变的的中位肿瘤进展期较KIT外显子9突变和其他常见基因型长一年[22]。

2. 基因突变所致的伊马替尼耐药：14%的GIST患者对伊马替尼产生原发性耐药(初始治疗3～6个月肿瘤进展)，40%～50%在初始治疗2年左右出现继发性耐药[11,23]。

KIT和PDGFRA的突变状况在伊马替尼耐药的产生机制中发挥重要作用。伊马替尼原发性耐药可见于所有突变，其中KIT外显子11突变的耐药率为5%，外显子9为16%，KIT野生型为23%[6]。有研究发现，KIT外显子11密码子565或579突变或缺失的GIST患者无进展生存期(PFS)较短[22]；KIT外显子13和17突变较少见，但可能与治疗应答密切相关，如外显子13：K642E，亦可能与耐药相关，如外显子13：V654A[22]。在一项1 105例GIST患者的调查[24]中，80例(7.2%)发生PDGFRA突变，其中82.5%的突变位于由酪氨酸激酶区域2编码的活化环(外显子18)，其余分别位于近膜(JM)区(外显子12)以及酪氨酸激酶区域2(外显子14)。其中最常见的是基因置换D842V(占PDGFRA突变的 62.6%，位于外显子18)，与KIT的D816V具有同源性，已被证实可对伊马替尼产生耐药。PDGFRA突变基因T674I替换亦可对伊马替尼产生继发性耐药，其与KIT(T670I)置换突变具有同源性，该KIT突变基因亦与伊马替尼耐药有关[25-26]。

继发性伊马替尼耐药机制可能包括KIT或PDGFRA的二次突变、KIT由于基因扩增导致的过表达(非常罕见)、KIT由旁路途径激活或缺失等[22]。继发性KIT突变一般随机分布于ATP结合域的单核苷酸缺失突变(外显子13和14)、激酶活化环突变(外显子17和18)[27]。伊马替尼治疗后，44%～67%发生耐药二次突变的GIST患者进展恶化。

一项meta分析显示转移性和无法行手术切除的GIST接受标准剂量(400 mg/d)和高剂量(800 mg/d)伊马替尼治疗后，高剂量组缓解期延长4个月，表明增加剂量有助于提高疗效[28]。2013年NCCN指南[9]指出，KIT基因外显子9突变可从增加伊马替尼剂量中获益。

2006年，舒尼替尼开始用于伊马替尼治疗失败的进展期GIST患者中，使伊马替尼治疗失败患者的中位 PFS接近6个月[29]。使用舒尼替尼治疗野生型、首次KIT外显子9和二次KIT外显子13或14突变的GIST患者，PFS和总体生存期均提高[30]。

因此，在临床应用过程中，可通过基因检测避免耐药型患者应用所耐受药物，针对不同基因型给予积极个体化治疗，以提高治疗效果。

四、结语

GIST的治疗包括手术切除、辅助治疗，目前还可应用检测基因达到个体化治疗的目的，其中TKI对转移性或复发性GIST治疗效果的影响意义深远。不同基因型GIST对药物的反应不同，患者的基因状况是预测其对药物疗效反应的重要指标。伊马替尼的辅助治疗可显著提高患者的生存时间，并延缓肿瘤进展，但存在耐药问题，舒尼替尼可作为治疗失败的补救药物。随着DNA和RNA测序技术的不断发展，不断发现新的肿瘤特征性分子，并研发新的抗肿瘤靶向药物，有望为发展针对不同遗传背景的个体化分子靶向治疗提供有力证据，从而获得有效、理想、安全的靶向治疗药物。

1 Demetri GD, von Mehren M, Antonescu CR, et al. NCCN Task Force report: update on the management of patients with gastrointestinal stromal tumors[J]. J Natl Compr Canc Netw, 2010, 8 Suppl 2: S1-S41.

2 Cichoz-Lach H, Kasztelan-Stczerbińska B, Somka M. Gastrointestinal stromal tumors: epidemiology, clinical picture, diagnosis, prognosis and treatment[J]. Pol Arch Med Wewn, 2008, 118 (4): 216-221.

3 Marrari A, Wagner AJ, Hornick JL. Predictors of response to targeted therapies for gastrointestinal stromal tumors[J]. Arch Pathol Lab Med, 2012, 136 (5): 483-489.

4 Hirota S, Isozaki K, Moriyama Y, et al. Gain-of-function mutations of c-kit in human gastrointestinal stromal tumors[J]. Science, 1998, 279 (5350): 577-580.

5 Heinrich MC, Corless CL, Duensing A, et al. PDGFRA activating mutations in gastrointestinal stromal tumors[J]. Science, 2003, 299 (5607): 708-710.

6 Liegl-Atzwanger B, Fletcher JA, Fletcher CD. Gastrointestinal stromal tumors[J]. Virchows Arch, 2010, 456 (2): 111-127.

7 Rutkowski P, Gronchi A, Hohenberger P, et al. Neoadjuvant imatinib in locally advanced gastrointestinal stromal tumors (GIST): the EORTC STBSG experience[J]. Ann Surg Oncol, 2013, 20 (9): 2937-2943.

8 Colombo C, Gronchi A. The role of surgery after imatinib therapy in GIST[J]. Revista Portuguesa de Cirurgia, 2011 (18): 5-10.

9 NCCN: Clinical Practice Guidelines in for Soft tissue sarcoma Version 1.2013[EB/OL]. [2013-08-07]. http://www.nccn.org/professionals/physician_gls/pdf/sarcoma.pdf

10 Druker BJ, Tamura S, Buchdunger E, et al. Effects of a selective inhibitor of the Abl tyrosine kinase on the growth of Bcr-Abl positive cells[J]. Nat Med, 1996, 2 (5): 561-566.

11 Demetri GD, von Mehren M, Blanke CD, et al. Efficacy and safety of imatinib mesylate in advanced gastrointestinal stromal tumors[J]. N Engl J Med, 2002, 347 (7): 472-480.

12 van Oosterom AT, Judson I, Verweij J, et al; European Organisation for Research and Treatment of Cancer Soft Tissue and Bone Sarcoma Group. Safety and efficacy of imatinib (STI571) in metastatic gastrointestinal stromal tumours: a phase Ⅰ study[J]. Lancet, 2001, 358 (9291): 1421-1423.

13 Mendel DB, Laird AD, Xin X, et al.Invivoantitumor activity of SU11248, a novel tyrosine kinase inhibitor targeting vascular endothelial growth factor and platelet-derived growth factor receptors: determination of a pharmacokinetic/pharmacodynamic relationship[J]. Clin Cancer Res, 2003, 9 (1): 327-337.

14 Demetri GD, Reichardt P, Kang YK, et al; GRID study investigators. Efficacy and safety of regorafenib for advanced gastrointestinal stromal tumours after failure of imatinib and sunitinib (GRID): an international, multicentre, randomised, placebo-controlled, phase 3 trial[J]. Lancet, 2013, 381 (9863): 295-302.

15 Dirnhofer S, Leyvraz S. Current standards and progress in understanding and treatment of GIST[J]. Swiss Med Wkly, 2009, 139 (7-8): 90-102.

16 Tornillo L, Terracciano LM. An update on molecular genetics of gastrointestinal stromal tumours[J]. J Clin Pathol, 2006, 59 (6): 557-563.

17 Corless CL, Fletcher JA, Heinrich MC. Biology of gastrointestinal stromal tumors[J]. J Clin Oncol, 2004, 22 (18): 3813-3825.

18 Hirota S, Ohashi A, Nishida T, et al. Gain-of-function mutations of platelet-derived growth factor receptor alpha gene in gastrointestinal stromal tumors[J]. Gastroenterology, 2003, 125 (3): 660-667.

19 Miranda C, Nucifora M, Molinari F, et al. KRAS and BRAF mutations predict primary resistance to imatinib in gastrointestinal stromal tumors[J]. Clin Cancer Res, 2012, 18 (6): 1769-1776.

20 Heinrich MC, Corless CL, Demetri GD, et al. Kinase mutations and imatinib response in patients with metastatic gastrointestinal stromal tumor[J]. J Clin Oncol, 2003, 21 (23): 4342-4349.

21 杨蕾, 白辰光, 马大烈. 胃肠道间质瘤中PDGFR-α突变亚型的生物学及临床特点[J]. 国际病理科学与临床杂志, 2008, 28 (4): 310-314.

22 Gounder MM, Maki RG. Molecular basis for primary and secondary tyrosine kinase inhibitor resistance in gastrointestinal stromal tumor[J]. Cancer Chemother Pharmacol, 2011, 67 Suppl 1: S25-S43.

23 Gramza AW, Corless CL, Heinrich MC. Resistance to tyrosine kinase inhibitors in gastrointestinal stromal tumors[J]. Clin Cancer Res, 2009, 15 (24): 7510-7518.

24 Corless CL, Schroeder A, Griffith D, et al. PDGFRA mutations in gastrointestinal stromal tumors: frequency, spectrum andinvitrosensitivity to imatinib[J]. J Clin Oncol, 2005, 23 (23): 5357-5364.

25 Tamborini E, Bonadiman L, Greco A, et al. A new mutation in the KIT ATP pocket causes acquired resistance to imatinib in a gastrointestinal stromal tumor patient[J]. Gastroenterology, 2004, 127 (1): 294-299.

26 Cools J, DeAngelo DJ, Gotlib J, et al. A tyrosine kinase created by fusion of the PDGFRA and FIP1L1 genes as a therapeutic target of imatinib in idiopathic hypereosinophilic syndrome[J]. N Engl J Med, 2003, 348 (13): 1201-1214.

27 Heinrich MC, Corless CL, Blanke CD, et al. Molecular correlates of imatinib resistance in gastrointestinal stromal tumors[J]. J Clin Oncol, 2006, 24 (29): 4764-4774.

28 Gastrointestinal Stromal Tumor Meta-Analysis Group (MetaGIST). Comparison of two doses of imatinib for the treatment of unresectable or metastatic gastrointestinal stromal tumors: a meta-analysis of 1,640 patients[J]. J Clin Oncol, 2010, 28 (7): 1247-1253.

29 Blay JY. A decade of tyrosine kinase inhibitor therapy: Historical and current perspectives on targeted therapy for GIST[J]. Cancer Treat Rev, 2011, 37 (5): 373-384.

30 Heinrich MC, Maki RG, Corless CL, et al. Primary and secondary kinase genotypes correlate with the biological and clinical activity of sunitinib in imatinib-resistant gastrointestinal stromal tumor[J]. J Clin Oncol, 2008, 26 (33): 5352-5359.