多组学分析技术揭示致癌及耐药机制加速FGFR抑制剂药物研发

成纤维细胞生因子受体（FGFR）是酪氨酸激酶受体（RTK）家族中的一类，主要有 FGFR1、FGFR2、FGFR3、FGFR4及一些异构分子组成，它们通过与18种不同的成纤维细胞生长因子(FGF)形成三元复合物，参与调节生物体内的生理过程触发其生物活性有关的细胞内信号级联反应，从而介导细胞增殖、分化、迁移、组织修复、肿瘤血管生成等功能，是一类重要的肿瘤治疗靶点。

FGFR的致癌机制

FGFR相关的致癌机制包括：1. FGFR基因改变，包括基因扩增、激活突变和基因重排 。一项4853个泛癌研究发现，其中7%的肿瘤存在 FGFR 基因改变，这些 FGFR基因改变中66%为基因扩增，激活突变为26%，基因重排占8%；2.自分泌和旁分泌信号，通过 FGF 介导血管生成以及上皮间质转化（EMT），进而促进细胞增殖、上皮间质转化和血管生成，并推动肿瘤的发生发展、侵袭、转移等；3.FGFR结合蛋白的调控异常导致下游信号通路的异常激活。

截至目前，已在十余种恶性肿瘤中发现FGFR基因改变，且在不同癌种中所携带的 FGFR 变异类型大相径庭。其中出现FGFR变异最常见的是尿路上皮癌，%6的患者携带 FGFR3融合，10-60%的患者携带 FGFR3突变，另有7%的患者携带 FGFR1扩增。而在肝内胆管癌病人中，发现10-20%的病人存在 FGFR2基因融合。

FGFR抑制剂作用机制与获批药物

根据FGFR致癌的特点，可以从如下几个策略对性疗法开发：1.通选择性（仅靶向 FGFR）或 非选择性（靶向多个酪氨酸激酶受体）酪氨酸激酶抑制剂 ；2.FGFR 的单克隆抗体；3 配体FGF 的抑制性结合蛋白；4. 配体FGF的小分子抑制剂。目前按照第一种策略进行开发的药物最为成熟。其中Erdafitinib（厄达替尼）于2019年FDA获批上市，作为首款FGFR选择性抑制剂用于治疗携带FGFR2或FGFR3基因变异的局部晚期或转移性尿路上皮癌患者。此后有又有三款药物相继获批用于治疗肝内胆管癌及其他适应症（表1）。

表1.FDA获批的 FGFR 抑制剂

FGFR抑制剂的耐药机制

目前已经报道了多种 FGFR抑制剂相关的耐药机制：1. 代偿通路的激活，代偿通路激活包括其他酪氨酸激酶，如MET, ERBB 等受体介导的通路激活，还胞内下游通路，如 MAPK,PI3K/KT的激活；2. FGFR受体看门基因的突变导致FGFR的激酶抑制剂失效； 3.上皮间质转化使肿瘤细胞的侵袭能力增加。（图1和表2）

图1.FGFR 的耐药机制

表2.FGFR 耐药机制汇总

Foundation One 检测揭示耐药突变

序祯达生物是FoundationOne CDx中国地区唯一认证的临床试验检测服务商。我们的团队自2014年起与Foundation Medicine建立合作联系，拥有超过八年的Foundation One CDx检测服务经验，积极开展泛癌种全面基因组测序分析工具在中国的落地应用。

序祯达生物位于外高桥的核心实验室通过与Foundation Medicine的合作，完成了实验设备、方法学、流程与质量体系的落地转化，耗资数百万完成了多项一致性工作，这其中包括了准确性研究、精确性研究、检测限研究等。实验室和相关团队已连续3次通过Foundation Medicine的严格审计，并且连续7年通过Foundation Medicine一致性评估，可全面满足监管机构对于临床检测的性能要求。截止目前，序祯达生物已完成10，000+例的Foundation One CDx检测项目，持续为药企提供国际多中心临床试验以及伴随诊断开发服务。

这里介绍的FIGHT-202是一项开放、单臂、多中心临床试验，该研究共纳入146例既往接受过治疗的局部晚期或转移性胆管癌患者，均接受培美替尼作为二线治疗。在基线时期进行 Foundation One 肿瘤检测，而后疾病进展时再进行 Foundation One或者液态活检，跟踪新生突变，为揭示耐药机制提供线索。

通过研究发现FGFR2基因上的某些突变如 FGFR2 p.N549K, p.E565M 等在多例耐药进展样本上出现，提示这些突变可能与耐药有关。

图2.FIGHT-202研究中检测到的潜在耐药突变

高通量转录揭示耐药机制

使用高通量转录组，肿瘤细胞（NCI-H2077（肺腺癌）和 RT112（尿路上皮癌））使用FGFR抑制剂(BGJ398，即英菲格拉替尼)进行处理培养直至耐药发生，将耐药的克隆接种至新培养板上，同时接种使用 DMSO处理的肿瘤细胞作为对照，使用高通量转录组测序，进行耐药克隆和对照克隆的转录组水平比较（图3）。

图3.高通量转录组用于 FGFRi耐药机制研究

结果发现，包括 NTRK, TAM, ERBB以及 MAPK 相关通路以及基因在耐药细胞株中特异性高表达（图4），提示这些通路的激活与 FGFR 抑制剂耐药相关，同时在临床上提示可联用 MEK 抑制剂等药物的治疗方案克服 FGFR抑制剂耐药。

图4.耐药克隆特异性高表达基因

基因组+转录组揭示FGFR2 Exon18截断的致癌机制和治疗靶点

研究人员利用基于SB转座子（Tc1/mariner 转座子超家族中的一员）以可控的方式建立基因突变的小鼠模型。利用基因组测序数据发小鼠模型中Fgfr2内含子17（I17）的插入位点高度富集（图5）。而对SB肿瘤的RNA测序（RNA-seq）数据的分析表明，FGFR2基因最后一部分存在的特殊变异导致不完整的FGFR2蛋白的存在（FGFR Exon18截断基因的表达）图6。随后的小鼠实验表明，这种截短形式的FGFR2会导致肿瘤的形成。

图5.小鼠体内转座子筛选发现 Fgfr2 Intron 17整合可致癌

图6.转录组数据证明 Intron 17的转座子整合导致 Fgfr2 转录水平 Exon18截断

而人的基因组数据中，Foundation One 的一个近25万例样本的泛癌队列中3067例 FGFR2变异图谱显示FGFR2Exon 18截断，且与FGFR2 扩增和FGFR2突变互斥，表明可作为一个独立的靶点和标志物。

图7. Foundation One 队列中3067例 FGFR2基因改变样本的突变图谱

FGFR 作为酪氨酸激酶受体家族的一员，目前有多种针对该靶点的药物管线在临床开发阶段，使用多组学技术对相关样本进行基因组、转录组图谱进行研究，可有效帮助药物研发人员了FGFR的致癌机制、相关药物的耐药机制以及有效人群的筛选，推进FGFR 抑制剂在临床上的使用，造福更多肿瘤患者。

参考文献：

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Silverman, Ian M et al. “Clinicogenomic Analysis of FGFR2-Rearranged Cholangiocarcinoma Identifies Correlates of Response and Mechanisms of Resistance to Pemigatinib.” Cancer discovery vol. 11,2 (2021): 326-339. doi:10.1158/2159-8290.CD-20-0766

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Bockorny, Bruno et al. “RAS-MAPK Reactivation Facilitates Acquired Resistance in FGFR1-Amplified Lung Cancer and Underlies a Rationale for Upfront FGFR-MEK Blockade.” Molecular cancer therapeutics vol. 17,7 (2018): 1526-1539. doi:10.1158/1535-7163.MCT-17-0464

Chioni, Athina-Myrto, and Richard P Grose. “Biological Significance and Targeting of the FGFR Axis in Cancer.” Cancers vol. 13,22 5681. 13 Nov. 2021, doi:10.3390/cancers13225681