结直肠癌抗EGFR治疗期间治疗耐药性和免疫景观演变的基因组和转录组决定因素

Genomic and Transcriptomic Determinants of Therapy Resistance and Immune Landscape Evolution during Anti-EGFR Treatment in Colorectal Cancer.

作者信息Andrew Woolston, Khurum Khan, Georgia Spain, Louise J Barber, Beatrice Griffiths, Reyes Gonzalez-Exposito, Lisa Hornsteiner, Marco Punta, Yatish Patil, Alice Newey, Sonia Mansukhani, Matthew N Davies, Andrew Furness, Francesco Sclafani, Clare Peckitt, Mirta Jiménez, Kyriakos Kouvelakis, Romana Ranftl, Ruwaida Begum, Isma Rana, Janet Thomas, Annette Bryant, Sergio Quezada, Andrew Wotherspoon, Nasir Khan, Nikolaos Fotiadis, Teresa Marafioti, Thomas Powles, Stefano Lise, Fernando Calvo, Sebastian Guettler, Katharina von Loga, Sheela Rao, David Watkins, Naureen Starling, Ian Chau, Anguraj Sadanandam, David Cunningham, Marco Gerlinger
PMID31287991
发布时间2019-07-08
DOI10.1016/j.ccell.2019.05.013

实验完整度

高

包含患者活检多组学数据、细胞系功能验证及机制研究,涵盖基因组、转录组和免疫分析等多层证据

主要模型

35例RAS野生型转移性结直肠癌患者治疗前后活检样本 DiFi和LIM1215结直肠癌细胞系 永生化结直肠癌相关成纤维细胞(CAF)

重点核对

患者队列:35例RAS野生型化疗难治性转移性结直肠癌患者,接受单药西妥昔单抗500 mg/m2每两周一次治疗 活检样本:基线活检靶向CT识别的索引病灶,进展时活检来自1或2个合适的进展转移部位 细胞系实验:DiFi和LIM1215细胞用西妥昔单抗(50或200 μg/mL)处理5天或2小时 CAF条件培养基实验:6个重复,西妥昔单抗50或200 μg/mL,处理5天或2小时 深度扩增子测序:平均深度2,179×,检测变异等位基因频率低至0.5%

摘要

Woolston等人表明,在转移性结直肠癌中,西妥昔单抗耐药可由遗传机制(如NF1缺失或RAS/RAF改变)或由诱导基质富集表型的转录组变化所导致。他们还为将西妥昔单抗与免疫疗法联合使用提供了理论依据。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
尽管进行了生物标志物分层,西妥昔单抗仅对一部分结直肠癌有效,本研究旨在全面刻画原发性和获得性耐药的基因组与转录组景观。
核心机制
原发性耐药与NF1双等位基因失活及非经典RAS/RAF异常相关;获得性耐药中,多数活检无遗传驱动因素,而是通过从西妥昔单抗敏感的CMS2/TA亚型切换至富含成纤维细胞和生长因子的CMS4/SL亚型实现,CAF分泌的FGF和HGF旁分泌信号维持pERK并赋予耐药。
主要证据
35例患者活检的多组学分析(全外显子/基因组测序、RNA-seq、ctDNA测序)鉴定遗传驱动因素;细胞系功能实验证实NF1失活、BRAF D594F、KRAS A18D/L19F等突变及CAF条件培养基或重组FGF1/2、HGF可维持pERK并 rescue 西妥昔单抗敏感性;免疫组化和转录组分析显示西妥昔单抗治疗后细胞毒性T细胞浸润增加及PD-L1、LAG3等免疫检查点上调。
研究意义
研究挑战了获得性耐药主要由遗传驱动因素介导的范式,提示靶向成纤维细胞或TGF-β可能延迟耐药;西妥昔单抗介导的免疫调节(T细胞浸润增加和免疫检查点上调)为在西妥昔单抗耐药的结直肠癌中测试免疫检查点抑制剂提供了依据。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

患者队列与样本采集

获取治疗前后肿瘤活检样本以进行分子分析

前瞻性PROSPECT-C试验入组KRAS野生型化疗难治性转移性结直肠癌患者,接受单药西妥昔单抗治疗,采集基线活检和进展时活检,提取DNA和RNA进行测序分析。

2

原发性耐药的遗传驱动因素鉴定

在基线活检中寻找与原发进展相关的基因变异

对基线活检进行全外显子/基因组测序和RNA-seq,分析RAS/RAF通路基因、NF1、PIK3CA、FGFR1等变异与临床获益的关联。

3

候选耐药突变的体外功能验证

验证NF1失活、非经典BRAF和KRAS突变对西妥昔单抗敏感性的影响

在DiFi或LIM1215细胞中稳定表达BRAF D594F、KRAS L19F、KRAS A18D等突变体,或通过siRNA/CRISPR敲低NF1,用Western blot检测pERK,用结晶紫染色评估细胞生长。

4

转录组亚型与临床获益的关联分析

验证转录组亚型作为西妥昔单抗获益的非遗传预测因子

对基线RNA-seq数据进行CRCassigner(TA等亚型)和CMS(CMS2等)分类,分析亚型与持久临床获益的关联。

5

获得性耐药的遗传驱动因素鉴定

在进展活检中鉴定获得性耐药的遗传驱动因素

对进展活检进行全外显子测序、深度扩增子测序(KRAS、NRAS、BRAF、EGFR、MAP2K1热点)和ctDNA测序,并与基线配对样本比较。

6

获得性耐药的转录组机制研究

探究无遗传驱动因素的进展活检中转录组亚型变化及其功能后果

对配对基线和进展活检进行RNA-seq,分析亚型切换、差异基因表达、TGF-β和EMT特征、CAF丰度,并用CAF条件培养基和重组生长因子在细胞系中验证耐药功能。

7

西妥昔单抗对免疫景观的影响分析

评估西妥昔单抗治疗对肿瘤免疫微环境的影响

从RNA-seq数据计算细胞溶解活性(CYT)评分、28种免疫细胞富集评分、BATF3+ DC评分、T细胞炎症特征、TCR-β克隆性,并对配对活检进行免疫组化染色(CD8、CD4、FOXP3)。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
RPMI-1640培养基Gibco--
GlutaMax添加剂Gibco--
胎牛血清----
氢化可的松Gibco--
1-硫代甘油Sigma--
胰岛素Gibco--
DMEM培养基Gibco/Sigma--
L15培养基Gibco--
胰岛素-硒-转铁蛋白----
西妥昔单抗Merck KG--
AMG-337SelleckchemS8167
BGJ-398SelleckchemS2183
重组人酸性FGF1RnD Systems232-FA-025
重组人碱性FGF2RnD Systems233-FB-025
重组人TGFβ1RnD Systems240-B-002
重组人TGFβ2RnD Systems302-B2-002
重组人TGFβ3RnD Systems243-B3-002
重组人FGF10PeproTech100-26
重组人HGFPeproTech100-39H
聚凝胺Sigma-AldrichH9268
杀稻瘟菌素Sigma-Aldrich15205
嘌呤霉素Sigma-AldrichP8833
新霉素Sigma-AldrichN1142
TransIT-LT1转染试剂MirusMIR 2300
Lipofectamine 2000转染试剂Thermo Fisher Scientific11668019
Lipofectamine RNAiMAX转染试剂Thermo Fisher Scientific13778030
siGenome siRNADharmacon--
QuikChange Lightning定点突变试剂盒Agilent5990-8816
磷酸酶抑制剂混合物2Sigma-AldrichP5726
磷酸化ERK抗体Cell Signaling Technologies9101
ERK抗体Cell Signaling Technologies9102
磷酸化EGFR抗体Cell Signaling Technologies2236
EGFR抗体Cell Signaling Technologies2232
NF1抗体Cell Signaling Technologies14623
β-微管蛋白抗体(HRP标记)Abcamab21058
Cas9抗体Cell Signaling Technologies14697
CellTiter-Blue细胞活力检测试剂PromegaG8080
All Prep DNA/RNA微量提取试剂盒Qiagen80284
QIAamp DNA血液微量提取试剂盒Qiagen51104
QIAmp循环核酸提取试剂盒Qiagen55114
RNeasy微量RNA提取试剂盒Qiagen74104
Qubit双链DNA宽范围检测试剂盒Thermo Fisher ScientificQ32850
Qubit RNA高灵敏度检测试剂盒Thermo Fisher ScientificQ32852
SureSelectXT人全外显子v5试剂盒Agilent5990-9857
NEBNext Ultra定向RNA文库制备试剂盒New England BiolabsE7420S
QuantSeq 3' mRNA测序文库制备试剂盒(Illumina,FWD)Lexogen015.96
Bioanalyzer高灵敏度DNA检测试剂Agilent5067-4626
GenePrint 10试剂盒PromegaB9510

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
患者队列与治疗
患者入组标准:KRAS野生型(试验期间改为KRAS/NRAS野生型)、化疗难治性转移性结直肠癌、年龄≥18岁、ECOG体能状态0-2;西妥昔单抗剂量500 mg/m2每两周一次;疗效评估采用RECIST v1.1;原发进展定义为首次方案CT扫描(第12周)时或之前进展。
阅读提示:Methods 'Trial Design and Samples'小节及Table S1
活检样本采集与处理
基线活检靶向CT识别的索引病灶;进展时活检来自1或2个合适的进展转移部位,中位在西妥昔单抗停药后14天;DNA/RNA提取使用Qiagen All Prep DNA/RNA Micro Kit;RNA-seq要求RNA量>125 ng且RIN>5.5。
阅读提示:Methods 'Sample Preparation'小节及Figure 1A(CONSORT图)
体外药物处理实验
细胞系:DiFi和LIM1215;西妥昔单抗浓度50 μg/mL(生长实验,5天)或200 μg/mL(Western blot,2小时);CAF条件培养基处理;重组生长因子浓度:FGF1/2 20 ng/mL、TGF-β 10 ng/mL、HGF 50 ng/mL;所有实验6个重复;FGF10 rescue实验处理7天(第3天换液)。
阅读提示:Methods 'Drug Assays'小节及Figure 6图注
深度扩增子测序与ctDNA测序
扩增子测序:800 ng DNA,Ion Chef制备文库,PGM 318芯片(v2),500 flows,平均深度2,179×,变异频率最低0.5%且至少3条支持reads;ctDNA测序:25 ng ctDNA,Agilent SureSelectXT-HS试剂盒,靶向40基因面板,Illumina HiSeq2500 75 bp配对末端,中位125.7 M reads/样本,使用分子条形码纠错。
阅读提示:Methods 'Deep Amplicon Sequencing'和'ctDNA-sequencing'小节及Table S4、S5
免疫组化与免疫细胞分析
FFPE切片5 μm,三重染色;每个切片选择5个0.05 mm2代表性肿瘤区域,40×放大下用ImageJ计数CD8+、FOXP3+CD4+和CD4+FOXP3- T细胞;中心与边缘分析:每张切片2个侵袭边缘区域和2个肿瘤中心区域;免疫细胞评分盲法进行。
阅读提示:Methods 'Immunohistochemistry'小节及Figure 7D、7F图注