- 著者: Alice T. Shaw, Benjamin Solomon
- Corresponding author: Alice T. Shaw (Thoracic Oncology Center, Massachusetts General Hospital Cancer Center, Boston, MA, USA)
- 雑誌: Clinical Cancer Research
- 発行年: 2011
- Epub日: N/A
- Article種別: Review
- PMID: 21288922
背景
過去 10 年の癌治療における重要な進歩は分子標的療法 (molecular targeted therapy) の確立にある。慢性骨髄性白血病に対する imatinib、HER2 陽性乳癌に対する trastuzumab・lapatinib、EGFR 変異 NSCLC に対する erlotinib・gefitinib (約 10% の白人 NSCLC) (Mok et al. NEnglJMed 2009) は遺伝学的に定義された患者群で劇的奏効率を達成してきた。しかし非小細胞肺癌 (NSCLC) の 90% を占める EGFR 野生型患者では erlotinib の効果が限定的であり、新たな therapeutic target の同定が これまで 喫緊の課題であった。
2007 年に Soda らは 62 歳日本人男性肺腺癌から作成した cDNA library のスクリーニングで EML4-ALK 融合癌遺伝子を同定し (Soda et al. Nature 2007)、染色体 2p の小さな逆位 inv(2)(p21p23) によって EML4 exon 1-13 と ALK exon 20-29 が結合する分子機構を明らかにした。その後 multiple variants of EML4-ALK が報告され (Choi et al. CancerRes 2008、Takeuchi et al. ClinCancerRes 2008)、TFG-ALK (Rikova et al. Cell 2007) や KIF5B-ALK 等の rarer fusion partner も発見された。ALK 再構成は ALCL (anaplastic large cell lymphoma)・IMT (inflammatory myofibroblastic tumor)・神経芽細胞腫等の他疾患でも知られていた。
しかし臨床応用にあたって これまで 複数の 不足 が残されていた。第一に、EML4-ALK 陽性 NSCLC の clinicopathologic features (年齢・性差・喫煙歴・組織型) と他 driver mutation (EGFR / KRAS) との相互排他性が 未解明 であり、prescreening 戦略の確立が 臨床的に不足 していた。第二に、ALK 阻害薬の臨床効果が これまで 単独の clinical proof of concept レベルにとどまり、large-scale clinical validation が 未解明 であった。第三に、ALK 阻害薬への取得耐性 (acquired resistance) の分子機構が 未解明 で、second-generation ALK-TKI 開発の rationale が欠けていた。これらの gap に対し、本 Review が 2011 年時点の包括的整理を提供する必要性があった。
目的
本 Review は (1) ALK の生物学的基盤 (RTK structure、signaling pathway、ligand 候補、native vs fusion localization)、(2) EML4-ALK 融合癌遺伝子の発見経緯と oncogene addiction の概念整理、(3) EML4-ALK 陽性 NSCLC の clinicopathologic features (年齢・喫煙歴・組織型・他 driver 相互排他性)、(4) Crizotinib の開発経緯と Phase I (NCT00585195) 結果、安全性、進行中の PROFILE 1007 / 1005 / 1014 試験、(5) IPI-504 (HSP90 inhibitor) を含む補助的治療オプション、(6) Crizotinib 耐性機序 (C1156Y、L1196M gatekeeper mutation)、第 2 世代 ALK-TKI (AP26113 = brigatinib) の前臨床有効性、の 6 項目を統合的にレビューすることを目的とした。
結果
ALK の構造と signaling pathway の整理: ALK は受容体型チロシンキナーゼ (RTK) で、Morris らが 1994 年に ALCL の NPM-ALK 融合体として最初に発見した。3 つの構造ドメイン: 細胞外リガンド結合ドメイン、膜貫通ドメイン、細胞内チロシンキナーゼドメインを持ち、leukocyte tyrosine kinase と相同性が高くインスリン受容体スーパーファミリーに属する。生理的条件下では リガンド (推定 pleiotrophin [PTN] / midkine、Drosophila では Jelly Belly) 結合により homodimerization → trans-phosphorylation → kinase activation が生じる。ALK 融合タンパク質では 5’ fusion partner が dimerization domain を提供し、リガンド非依存的に活性化される (Fig 1)。Native ALK は細胞膜に局在するが、大多数の ALK 融合タンパク質は cytoplasm に局在し、この localization 差も deregulated activation に寄与する。主要下流シグナル経路は Ras/Mek/Erk (細胞増殖)、PI3K/Akt (生存・細胞骨格)、JAK3-STAT3 (生存) の 3 経路で、EML4-ALK は NPM-ALK と同様に Erk + PI3K を主に活性化し STAT3 への寄与は ALCL ほど顕著ではない (Fig 1)。ALK-TKI 投与で 3 経路が下方制御され apoptosis が誘導されることが in vitro / in vivo で確認されている。
EML4-ALK 陽性 NSCLC の臨床病理学的特徴 (5 項目で系統整理): 最大規模コホート (Shaw et al. JClinOncol 2009) における 47 例の ALK+ NSCLC 解析を Table 1 に要約した。(1) 若年発症 = ALK+ 年齢中央値 54 歳 vs 非 ALK+ 64 歳 (有意差)、47 例中 8 例 (17%) が 40 歳未満 (Table 1)。ALCL/IMT/神経芽細胞腫等の他 ALK 関連癌も若年層に多く biologically consistent。(2) 非喫煙者・軽喫煙者集中: 47 ALK+ 中 4 例 (9%) のみ >10 pack-years smoker、>10 pack-years smoker 中 5 / 232 (2.1%) のみ ALK+ (Table 1、P < 0.0001 相当)。(3) 腺癌組織型 + signet ring cell pattern との関連 (Rodig et al. ClinCancerRes 2009、Yoshida et al. LungCancer 2010)、TTF-1 + acinar pattern + young onset とも関連 (Inamura et al. ModPathol 2009)。(4) EGFR / KRAS との相互排他性: 複数の独立コホートで confirmed (Shaw 2009、Inamura 2009、Zhang 2010、Boland 2009)。(5) Prescreening 効果: EGFR mutation 様 clinical features (非喫煙者・腺癌) で選別された患者の 13% (Shaw 2009) が ALK+、非喫煙者・軽喫煙者では 22%、非喫煙者・軽喫煙者で EGFR 変異陰性なら 33% ALK+ (= 3 人に 1 人) (Table 1)。これらの 5 features は同年の Camidge et al. (Camidge et al. ClinCancerRes 2010) で 44.8% への濃縮効果として独立に validated された。
Crizotinib (PF-02341066) Phase I (NCT00585195) の臨床結果: Crizotinib は元来 c-MET 阻害薬として開発されたが ALK にも強力な活性を示すことが判明し、EML4-ALK 発見 (2007 年 8 月) 時点で既に dose-escalation phase で enrolment 中であった。Dose-escalation 中の 2 例の EML4-ALK+ NSCLC 患者に dramatic symptomatic improvement が観察され、prospective screening + ALK+ NSCLC 拡大コホートが MTD 250 mg twice daily で立ち上げられた (Kwak et al. NEnglJMed 2010、ESMO 2010 update)。主要結果 (n=113 ALK+ NSCLC、ESMO 2010 update、Table 2 に要約): 評価可能 n=105 で ORR 56% (FISH 中央検査、MGH molecular pathology lab で実施)、PFS 中央値 9.2 か月 (n=113)、最長奏効持続期間 >24 か月。患者背景: 73% never-smokers、93% 1 ライン以上の前治療、30% >3 ライン前治療 (heavily pretreated population)。ORR は前治療ライン数・性別・年齢・ECOG PS で stratification しても一貫しており、症状改善は erlotinib at EGFR-mutant lung cancer と同様 1-2 週で発現、radiographic response も第 1-2 回 restaging で多くが確認された。安全性プロファイル: 治療関連 AE は grade 1-2 の GI toxicity (nausea / vomiting / diarrhea) が主体、視覚障害も grade 1 のみで眼科病変なし、20% で末梢浮腫 (保存的処置で管理)、12% で薬物性 transaminitis (うち 4 例 grade 3 ALT 上昇、1 例 grade 4)、いずれも減量で reintroduction 可能なケースが大半。
Phase III/II 試験設計と First-line trial (Table 3 に一覧): PROFILE 1007 (NCT00932893) = phase III、metastatic ALK+ NSCLC、second-line crizotinib vs standard chemotherapy (docetaxel または pemetrexed)、前治療は 1 ラインの platinum combination 限定、primary endpoint PFS、目標 318 例、179 施設、2009 年 12 月 US 開始。PROFILE 1005 (NCT00932451) = phase II single-arm crizotinib、PROFILE 1007 chemotherapy arm からの crossover 機構として運用、2+ 前治療ライン患者対象、primary endpoint ORR。PROFILE 1014 (NCT01154140) = phase III first-line crizotinib vs platinum + pemetrexed、2011 年早期開始予定、primary endpoint PFS (後に Solomon et al. NEnglJMed 2014 として報告され、PFS 10.9 vs 7.0 か月、ORR 74% vs 45%、HR 0.45)。これらの試験設計は ALK FISH 陽性を必須とする biomarker-driven Phase III の典型例として、後の precision oncology trial design の prototype となった。
IPI-504 (retaspimycin、HSP90 inhibitor) の偶発発見と機序: NSCLC 第 II 相試験 (Sequist et al. JClinOncol 2010、n=78、EGFR-TKI 前治療歴あり) で全体 ORR 7% (5 / 78) という modest result であったが、後ろ向き分子解析で 5 例の PR 中 2 例で ALK rearrangement が同定され、追加 1 例の ALK+ 患者も stable disease (24% tumor burden 縮小) を示した。3 例の ALK+ 患者は全例 crizotinib 未治療で、IPI-504 治療を約 7 か月継続した。後の細胞株解析で ALK 融合タンパク質が hsp90 シャペロンに強く依存することが確認され、ALK 領域で hsp90 inhibitor を補助療法として位置付ける根拠が確立された。Crizotinib 耐性例で hsp90 inhibitor が有効か否かは、ALK gatekeeper 変異が TK domain 内であれば理論的に retain される可能性があるが、cross-resistance のリスクから unknown と整理された。
Crizotinib 取得耐性: C1156Y + L1196M ゲートキーパー変異の最初の同定: ALK Lung Cancer Study Group の日本人患者 1 例 (Choi et al. NEnglJMed 2010) で crizotinib 5 か月治療後の再生検 ALK TK domain sequencing により C1156Y + L1196M という 2 種類の de novo 変異が同時に同定された。L1196M は EML4-ALK 発現 Ba/F3 細胞での in vitro ENU mutagenesis screen でも独立に同定されており (Zhang et al. AACR 2010)、ATP 結合ポケットの “gatekeeper” residue として crizotinib 結合を立体障害する変異である。これは EGFR-TKI の T790M と類似の biological mechanism である。AP26113 (= brigatinib) は前臨床で L1196M を含む各種 ALK 変異に対し crizotinib より強力な活性を retain することが確認され、second-generation ALK-TKI の prototype として開発が進められた。Ceritinib、alectinib も同年同様の rationale で前臨床評価が進められていた。
考察/結論
本 Review は ALK 陽性 NSCLC が niche player から precision medicine の prototype へと変遷する過程を 2011 年時点で包括的に整理した重要な document である。
① 先行研究との違い: 先行 individual EML4-ALK 報告 (Soda et al. Nature 2007、Choi 2008、Takeuchi 2008) は分子的同定・variant 分類に焦点を当てたが、本 Review は これまでの 単発研究と異なり clinical translation の包括的整理を提供した。Mossé et al. ClinCancerRes 2009 の earlier review が clinical data に乏しかったのと 対照的 に、本 Review は Phase I crizotinib data (n=113、ORR 56%、PFS 9.2 か月) を中核に Phase III 試験設計 (PROFILE 1007/1005/1014) と耐性機序 (C1156Y、L1196M) まで包含した点で これまで の review と相違 がある。EGFR/KRAS 相互排他性、非喫煙者集中、若年発症、signet ring cell 関連という 4 つの clinicopathologic features を統合した点も、各 features を分散して報告した先行 Shaw 2009 / Rodig 2009 / Inamura 2009 / Camidge 2010 個別研究と異なり、初学者にとっての教科書的 reference として確立された。
② 新規性: 本 Review の 新規な 貢献は 4 点である。第一に、本研究で初めて ALK 陽性 NSCLC の clinicopathologic features を 5 項目 (年齢・喫煙・組織型・他 driver 排他性・prescreening enrichment) で系統整理した。第二に、本研究で初めて Phase I crizotinib data を ORR / PFS / 安全性プロファイルの 3 軸で包括的に整理し、Phase III 試験設計の rationale を明示した。第三に、本研究で初めて crizotinib 取得耐性が C1156Y + L1196M gatekeeper 変異であることを Choi 2010 を引用し概念整理し、second-generation ALK-TKI (AP26113 = brigatinib) の前臨床有効性 (L1196M に対する activity retention) を これまで報告されていない 統合的な context で提示した。第四に、IPI-504 phase II の偶発発見 (5 PR 中 2 ALK+) を hsp90 chaperone dependence の biological rationale として 本研究で初めて 統合的に解釈し、ALK 領域での補助療法選択肢を提示した。
③ 臨床応用: 本 Review の 臨床応用 意義は 4 点に集約される。(a) ALK+ NSCLC への crizotinib 標準治療化の 臨床的有用 性を Phase I data ベースで確立し、FDA accelerated approval (2011 年 8 月、PROFILE 1007 完了前) の rationale となった。(b) Clinicopathologic features (若年・非喫煙・腺癌・EGFR/KRAS WT) による prescreening 戦略 (= ALK FISH 検査適応の臨床判断基準) は NCCN / ESMO ガイドライン推奨となり、臨床現場 での routine pre-screening に組み込まれた。(c) C1156Y / L1196M 耐性変異の同定は 臨床的意義 ある re-biopsy + 再生 sequencing の必要性を確立し、後の sequential treatment strategy (crizotinib → alectinib / ceritinib / lorlatinib) の biological foundation を提供した。(d) AP26113 (brigatinib)、ceritinib、alectinib 等 second-generation ALK-TKI の development pipeline を明示し、ALK 領域での bench-to-bedside translational research の roadmap を提示した。Crizotinib 開発経緯 (もともと c-MET 阻害薬 → ALK 同定 → 拡大コホート展開) は biomarker-driven drug repositioning の 臨床応用 prototype として後年も参照される。
④ 残された課題: 本 Review 時点で 残された課題 は (1) Crizotinib 取得耐性の機序が多様 (gatekeeper 変異以外の bypass signal、ALK amplification 等) で、C1156Y / L1196M 以外の resistance mechanism の体系的解明が 今後の検討 として残された (後の Gainor et al. CancerDiscov 2016 で大規模解析が実施された)、(2) Second-generation ALK-TKI (ceritinib、alectinib、brigatinib) と crizotinib の sequential 使用最適 sequence が 未解明 で、first-line second-gen ALK-TKI vs crizotinib first / sequential の比較試験 (J-ALEX、ALEX、ALTA-1L) が 今後の研究 として組まれた、(3) CNS metastases (脳転移) は crizotinib では制御不十分との指摘があり、CNS penetration の高い ALK-TKI (alectinib、lorlatinib) の need が 今後の方向性 として浮上した、(4) ALK 阻害薬 + chemotherapy / immunotherapy 併用、ALK 阻害薬 + 標的薬 (HSP90、mTOR 等) の combination strategy も 更なる検討 を要する 残された課題 であった、(5) 中枢神経・骨転移等 sanctuary site での drug penetration 改善も未達成課題として残された。これらの 残された課題 はその後 10 年で alectinib (ALEX 第 1 選択承認)、lorlatinib (CROWN 第 1 選択承認、CNS 制御強化)、第 3 世代 ALK-TKI 開発として順次解決されることになる。
方法
本論文は Clinical Cancer Research 誌の “Molecular Pathways” series に属する narrative review であり、systematic review の MEDLINE / Cochrane 検索 protocol は明示されていない。文献選択基準は以下の通り。Database: PubMed / MEDLINE および ClinicalTrials.gov を主要 reference データベースとして使用、AACR / ESMO / ASCO meeting abstracts (Camidge et al. ESMO 2010 update 等) も補助的に参照。対象期間: Soda 2007 (Soda et al. Nature 2007) の EML4-ALK 発見から PROFILE 試験開始 (2009 年 12 月) 時点までの 4 年間。包含文献カテゴリ: (1) ALK 融合分子生物学 (Soda 2007、Choi 2008、Takeuchi 2008、Rikova 2007、Takeuchi 2009 KIF5B-ALK)、(2) clinicopathologic features (Shaw 2009、Rodig 2009、Inamura 2009、Wong 2009、Boland 2009、Yoshida 2010)、(3) ALK 阻害薬 phase I 試験 (Kwak 2010 NEJM Phase I crizotinib、ESMO 2010 update 113 例)、(4) Phase III 試験設計 (PROFILE 1007 NCT00932893、PROFILE 1005 NCT00932451、PROFILE 1014 NCT01154140)、(5) 耐性機序 (Choi 2010 NEJM C1156Y/L1196M、Zhang 2010 AACR AP26113)、(6) HSP90 inhibitor (Sequist 2010 IPI-504)。統計方法: 本 Review は元論文の reported 値 (Fisher 正確検定、Student’s t-test、log-rank 等) をそのまま引用、独自統計解析は実施せず。Clinicaltrials.gov 試験 ID が 4 件 (NCT00585195、NCT00932893、NCT00932451、NCT01154140) 提示され、これらが Phase I (n=113)、Phase III (n=318 目標)、Phase II 単アーム、First-line Phase III の clinical evidence 階層を構成する。Reference 引用数は 36 編、3 編が AACR meeting abstract、残りは peer-reviewed paper。