曲妥珠单抗耐药

探究Her-2阳性乳腺癌对曲妥珠单抗产生耐药后mRNA表达谱的改变

Alterations in mRNA profiles of trastuzumab‑resistant Her‑2‑positive breast cancer

背景

• 研究表明30%以上的人类肿瘤中存在HER2基因的扩增/过度表达（如乳腺癌、卵巢癌、子宫内膜癌、输卵管癌、胃癌和前列腺癌等）；其中20%－30%的原发性浸润性乳腺癌有HER2基因的扩增/过度表达。

• 只有HER2过度表达和基因扩增的乳腺癌患者用曲妥珠单抗治疗才有效，正确检测和评定乳腺癌的 HER2基因扩增状态至关重要。曲妥珠单抗是抗Her 2的单克隆抗体，它通过将自己附着在Her2上来阻止人体表皮生长因子在Her2上的附着，从而阻断癌细胞的生长。

• HER2也称为c-erB2，由922个腺嘌呤、1,382个胞嘧啶、1,346个鸟嘌呤和880个胸腺嘧啶组成。人类该基因定位于染色体17q21，属于原癌基因。其编码产物HER2蛋白为185kD的跨膜精蛋白，简称p185，由1255个氨基酸组成，720—987位属于酪氨酸激酶区。HER2蛋白是具有酪氨酸蛋白激酶活性的跨膜蛋白，属于EGFR家族成员之一。

• 该蛋白由胞外的配体结合区、单链跨膜区及胞内的蛋白酪氨酸激酶区三部分组成，由于尚未发现能与其直接结合的配体，HER2蛋白主要通过与家族中其他成员包括EGFR(HERl/erbBI)、HER3/erbB3、HER4/erbB4形成异二聚体而与各自的配体结合。HER2蛋白常为异二聚体首选伴侣，且活性常强于其它异二聚体。

• 当与配体结合后，主要通过引起受体二聚化及胞浆内酪氨酸激酶区的自身磷酸化，激活酪氨酸激酶的活性。 HER2蛋白介导的信号转导途径主要有Ras→Raf→分裂素活化蛋白激酶(MAPK)途径、磷脂酰肌醇3羟基激酶(PI3K)-Akt途径、信号转导及转录激活(STAT)途径、PLC通路等

PTK-Ras

• 受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase, RTK）,单体跨膜蛋白

• 当受体二聚化，激活受体的酪氨酸激酶活性

• 激活的受体酪氨酸激酶可以被含有SH2(Src homology region 2 )结构域的胞内信号蛋白所识别

  SH2和SH3这两种结构域首先在Src蛋白中发现，所以称为Src同源区(Src homology region 2 and 3, SH2 and SH3)

• GRB2(Growth factor receptor binging protein 2, 生长因子受体结合蛋白2)含有SH2和SH3的结合域，其中SH2结合域结合受体胞内段的酪氨酸残基

• GRB2的SH3结合域结合Sos(son of sevenless, 具有鸟苷酸交换因子活性的蛋白)

• Sos激活单体的小分子G蛋白——Ras

  Ras蛋白是ras基因表达的产物，是由190个氨基酸组成的小的单体GTP结合单边，具有GTP酶活性

• Ras蛋白激活的GTP被GDP取代进而被活化

• Ras蛋白激活下游细胞信号

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Ras-MAPK（磷酸化的级联反应）

• Ras蛋白激活Raf蛋白

  Raf蛋白是丝氨酸/苏氨酸（Ser/Thr）蛋白激酶，又称MAPKKK, K是激酶（kinase）。MAP（mitogen-activated protein, 促分裂原活化蛋白）。

• Raf经过多次磷酸化后，活化MAPK（促有丝分裂活化的蛋白激酶）的靶蛋白，MAPK的靶蛋白可以是酶继续向下传递信号；也可以是基因调控蛋白，进而改变基因的

• 细胞如何克服Ras活化所能维持的时间较短，不足以保障细胞增值与分化所需持续性的信号刺激的问题从PTK-Ras中获得较深入的认识

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总体上：RTK→Ras→MAPK

配体→RTK→Ras→Raf(MAPKKK)→MAPKK→MAPK→进入细胞核→其它激酶或基因调控蛋白（转录因子）的磷酸化修饰，对基因表达产生多种效应。

PI3K-Akt（PKB）

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• PI3K（phosphatidylin-ositol-3-kinase，磷脂酰肌醇-3-羟基激酶）具有SH2结构域可以与受体酪氨酸激酶结合，被活化
• PI3K活化质膜磷酸肌醇的衍生物
• 当质膜的磷脂肌醇衍生物出现3羟基位点被磷酸化后，募集PDK1（3-phosphoinositide dependent kinase-1）、AKt（又叫做PKB，蛋白激酶B，与PKA、PKC有很高的同源性）并活化，锚定在质膜上
• Akt需要被PDK1和PDK2(通常是mTOR)活化
• Akt活化后，从膜上解离，进入细胞质和细胞核，磷酸化多种相应的靶蛋白，产生影响细胞的广泛效应，诸如激活凋亡蛋白抑制蛋白，阻遏细胞凋亡，从而促进细胞存活。

Abstract

作者使用GEO2R从GSE22358，GSE62327，GSE66305三个数据中22 patients with a complete response和48 patients with a partial respons，进行DEG分析得到差异基因分别为2,376, 1,000 和 1,152 。接着使用DAVID进行富集分析，使用STRING进行蛋白-蛋白互做分析。结果表明low sex‑determining region Y‑box 11和high Bcl‑2可以作为使用曲妥珠单抗治疗可能有效的分子标记。进一步研究表明phosphoinositide 3‑kinase/Akt and angiogenesis pathways作为已知的曲妥珠单抗关键靶点。在partial response的患者中激活的水品较低，然而Wnt and estrogen receptor signaling pathways却在这些患者中被激活。因此这些患者可能是通过下调phosphoinositide 3‑kinase/Akt and angiogenesis pathways，上调phosphoinositide 3‑kinase/Akt and angiogenesis pathways维持肿瘤细胞信号的增值。所以说联合曲妥珠单抗和抗Wnt and estrogen receptor signaling pathways的治疗方式可能更有希望。

Introduction

尽管曲妥珠单抗在Her-2阳性乳腺癌患者中疗效显著，但是耐药性限制了其潜力。其耐药要性可能导致治疗的延迟，以及不必要的费用和曲妥珠单抗的副作用，因此需要预先确定患者是否能够从曲妥珠单抗中获得号的治疗结果。

在过去有许多文章在研究Her-2的分子靶向治疗的分子机制。曲妥珠单抗的抗癌机制是，靶向Her-2受体的胞外结构域和抑制下游PI3K-Akt途径。PIK3CA是PI3K基因的突变，被认为是曲妥珠单抗耐药的重要原因，也有研究表明PI3K基因的突变与产生对曲妥珠单抗耐药之间没有显著的关联。

Materials and methods

Microarray data

使用关键字**breast cancer AND (trastuzumab OR herceptin)**搜索并筛选得到三个数据集：GSE22358, GSE62327,GSE66305

Data processing

相对于complete response patients，partial response patient在三个GSE上调和下调基因韦恩图如下。其中sex-determining region Y-box 11，ATPase phospholipid transporting 8B2和outer dense fiber of sperm tails 2-like是同时在三个数据集中下调的基因。有8个基因在partial response patient上调。有58个基因在partial response patient中下调

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Functional and pathway enrichment analysis

使用DAVID对差异基因进行富集分析

Protein-protein interaction (PPI) network construction and module selection