- 著者: C. Ricordel, L. Friboulet, F. Facchinetti, J.-C. Soria
- Corresponding author: C. Ricordel (Service de Pneumologie, CHU de Rennes, Rennes, France)
- 雑誌: Annals of Oncology
- 発行年: 2018
- Epub日: N/A
- Article種別: Review
- PMID: 29462256
背景
EGFR (epidermal growth factor receptor) 変異陽性 NSCLC (non-small-cell lung cancer) は白人で 10-15% を占め、‘oncogene addiction’ という概念のもと第一・第二世代 EGFR-TKI (gefitinib / erlotinib / afatinib) が分子標的標準治療として承認されてきた (Mok et al. NEnglJMed 2009)。しかし、ほぼ全例で 9-12 か月で disease progression が発生する。第一・第二世代 TKI 耐性機序の約 50% は EGFR exon 20 の gatekeeper 変異 T790M、残り 50% は MET 増幅・HER2 増幅・PIK3CA 変異・AXL 過発現・SCLC (small-cell lung cancer) transformation・EMT (epithelial-mesenchymal transition) などのバイパス機序によって説明される (Sequist et al. SciTranslMed 2011, Yu et al. ClinCancerRes 2013)。これら多様な耐性機序の存在は EGFR 変異 NSCLC が clonal evolution の最良モデルであることを示している。Pyrimidine 骨格を持つ第三世代 EGFR-TKI (osimertinib [AZD9291]、rociletinib [CO-1686]、EGF816、HM61713、AC0010MA) は T790M gatekeeper 変異を克服するために設計され、osimertinib は EGFR Cys-797 残基に irreversibly + covalently に結合する mutant-selective 阻害薬として、L858R/T790M 共存型 EGFR に対し WT EGFR の 200 倍の selectivity を示す (Janne et al. NEnglJMed 2015)。AURA 第 I/II 相試験で ORR 63-70%、AURA3 第 III 相試験では PFS 中央値 10.1 か月という著明な臨床活性を示し T790M+EGFR-mutant NSCLC の標準治療として確立した。しかし、第一・第二世代 TKI と同様にすべての患者で secondary resistance が出現し、第三世代 TKI 耐性機序は前臨床・臨床両面で 2015 年以降報告が増加してきたが、その全体像を体系的に整理した review は存在せず、また osimertinib 耐性後の subsequent therapy 戦略についても明確な臨床推奨が “不足” していた。本総説執筆時点で、患者治療指針確立のために第三世代 TKI 耐性機序の包括的整理という gap in knowledge を埋めることが手薄な領域として残されていた。
目的
第三世代 EGFR-TKI (主に osimertinib および rociletinib) に対する獲得耐性機序を前臨床細胞株 (PC9 / HCC827 / H1975 / Ba/F3 / MGH121) および臨床患者検体・ctDNA 解析データから網羅的にレビューし、耐性機序の多様性 (三次 EGFR 変異・バイパス RTK 活性化・RAS/MAPK 下流異常・組織学的転換) と intra-/inter-tumour heterogeneity を体系化するとともに、進行中の臨床試験 (combination strategy) による克服戦略を提示することを目的とした。
結果
所見1: 前臨床モデルにおける三次 EGFR 変異 (C797S / L718Q / L844V) と機序的理解: EGFR Cys-797 残基は第三世代 TKI 全てが共有結合を形成する hotspot であるため、C797S 変異が selective evolutionary escape の amino-acid substitution として予測通り出現することが in vitro で確認された (Niederst et al. CCR 2015 PMID 26206867)。Patient-derived EGFR-mutant cell line を WZ4002 に prolonged exposure することで C797S を induce 可能。Ba/F3 (murine pro-B cell line) で EGFR activating mutation + T790M + C797S の triple-mutant cells は第三世代 TKI に markedly 感受性低下 (n=3 distinct compounds で 100-fold 以上の IC50 上昇)。さらに mutagenesis screen により L718Q + L844V の新規 tertiary resistance mutation が同定され (Ercan et al. CCR 2015 PMID 25948164)、Ex19del/T790M/L718Q triple-mutant cells は第三世代 TKI 全てに cross-resistance を示した (steric interference による drug affinity 低下)。これらは preclinical cell-based screen が clinical mutation predictor として高い predictive value を持つことを示した。
所見2: 前臨床モデルにおけるバイパス RTK 活性化 (IGF1R / MET / HER2 / FGFR1): PC9 細胞 (n=2 independent studies) で IGF1R 経路の活性化が第三世代 TKI 耐性 (rociletinib + WZ4002) を媒介し、IGF1R 阻害薬で sensitivity を restore できることが示された (Cortot et al. CancerRes 2013、Park et al. Oncotarget 2016)。IGFBP3 (insulin-like growth factor binding protein 3) 発現低下 → IGF-1/IGF-2 リガンド availability 増加 → sustained IGF1R phosphorylation が proposed mechanism。MET 増幅は HCC827 細胞 (osimertinib / CNX-2006 prolonged exposure) と PC9 xenograft (rociletinib after erlotinib failure) で acquired alteration として確認され (Engelman et al. Science 2007 の第一世代 TKI 耐性機序と一致)、MET 阻害薬の併用で third-generation TKI 活性を restore できた。Exogenous ERBB2 expression は PC9 gefitinib-resistant cells で第三世代 TKI 感受性低下を induce (Ortiz-Cuaran et al. CCR 2016 PMID 27252416)。Rociletinib resistant PC9 で EGFR WT gene amplification + EGFR ligand overexpression による bypass autocrine loop も同定された (Nukaga et al. CancerRes 2017 PMID 28202525)。
所見3: 前臨床モデルにおける RAS/MAPK downstream 経路異常: Osimertinib 耐性 PC9・H1975 細胞の systematic genetic analysis により KRAS G13D 変異、KRAS amplification、NRAS Q61K/G12V/G12R/E63K mutations、KRAS gain、CRKL amplification (n=4 mechanisms across resistant populations) が同定された (Eberlein et al. CancerRes 2015 PMID 25870145)。NRAS gain・MAPK1 gain・CRKL gain は resistant population で copy number gain を示し、AKT・ERK 経路活性化を駆動。MEK 阻害薬と第三世代 TKI 併用で 100% に近い感受性回復が in vitro で示された。Stable KRAS G12C expression in PC9 cells は osimertinib 感受性を約 10-fold 低下させた (Ortiz-Cuaran 2016)。さらに DUSP (dual-specificity phosphatase) family genes (DUSP5 / DUSP6 / SPRY4 / SPRED2 = ERK1/2 negative regulators) の down-regulation が prolonged exposure 後に観察され、これが robust ERK1/2 phosphorylation を駆動。EGFR T790M genetically engineered mouse model で in vivo にも DUSP6 silencing + ERK phosphorylation が確認された。
所見4: 前臨床モデルにおける histological transformation (EMT) と Hedgehog / Src-AKT 経路: Rociletinib の original discovery paper (Walter et al. CancerDiscov 2013 PMID 24065731) で耐性細胞は spindle-like morphology + mesenchymal gene signature (VIM upregulation、CDH1 downregulation、n=8 EMT marker genes) を獲得した。最近の報告 (Della Corte 2017 / Nukaga 2017) で HCC827 resistant cell の Hedgehog pathway activation、H1975 resistant cell の Src-AKT pathway activation が EMT driver として同定された (n=2 independent pathways for distinct cell lines)。In vitro での SCLC transformation は preclinical 段階では未確認であり、SCLC への lineage plasticity は腫瘍微小環境 (tumor microenvironment) を要する可能性が示唆された。これらは fold change で EMT marker 2-10 倍変化を示す Western blot / RNA-seq データに基づく。
所見5: 臨床患者検体での三次 EGFR 変異 (C797S 40%、L792 / L718Q / G796) と cis/trans allelic context: Thress et al. NatMed 2015 (PMID 25939061) はosimertinib 耐性患者 6/15 例 (40%) で C797S 変異を ctDNA で同定した。C797S は T790M-mutated allele と in cis (5/6 例) または in trans (1/6 例) で同居しうるが、in cis では全 EGFR-TKI 世代に cross-resistance、in trans では C797S allele が第一世代 TKI に sensitive な可能性が in vitro で示唆された。Allelic position は 66% (8/12) で in cis、これが clinical EGFR-TKI combination strategy の rationale を提供。L718Q mutation は clinical setting でも個別症例で確認された (Bersanelli et al. JTO 2016 PMID 27676497)。CtDNA sequencing (16-gene panel) で rociletinib 耐性 43 例 (n=43)・115 serial plasma sample 解析により C797S / L798I / L692V / E709K の novel EGFR mutation が allele frequency 増加を伴って 4 例で確認された (Chabon et al. NatCommun 2016 PMID 27283993)。L798I は in silico で rociletinib との共有結合形成阻害が予測されている。さらに G796S/R (alpha-helical residues、ALK G1202R / ROS1 G2032R と相同位置) と L792F/H/G (allosteric interference 予測) が osimertinib 耐性で確認され、これらは systematically in trans with C797S かつ in cis with T790M の allelic pattern を示した。
所見6: 臨床における bypass RTK 活性化 (MET 26% / HER2 9% / EGFR amp / FGFR1): Planchard et al. AnnOncol 2015 は osimertinib 耐性 2 例で MET 増幅と HER2 増幅を初めて報告 (n=2 case series)。Chabon 2016 の ctDNA 縦断 cohort (n=43 patients) では MET gain が 11/43 (26%、最頻バイパス機序)、HER2 gain が 4/43 (9%)、EGFR gain が 4/43 (9%) で確認された。実験データ (HCC827 cell line) は MET 増幅が MAPK/ERK 経路活性化を介して EGFR-independent に耐性を駆動することを支持。Two recent reports (Ou et al. LungCancer 2016 PMID 27468066、Ortiz-Cuaran 2016) では同一患者の異なる転移巣で MET 単独・MET+HER2 dual の異なる resistance pattern を示し、inter-tumour heterogeneity の重要性を示した。FGFR1 focal amplification (osimertinib 後 9 か月で 1 例)・FGF2 gene overexpression は autocrine loop による osimertinib 耐性 mechanism として提案された。
所見7: 臨床における RAS/MAPK downstream 異常と SCLC transformation: KRAS mutations (G12C / G12A / G12S / Q61H / A146T、n=5 variants across rociletinib + osimertinib resistant patients) が臨床例で複数報告された。BRAF V600E mutation が osimertinib 耐性後の胸水腫瘍細胞で確認され、RAS signaling dependency への shift を示した (Ho et al. JTO 2017 PMID 28017789)。Osimertinib 耐性後の SCLC transformation は 4 研究で合計 6 例以上報告され、全例で chromogranin A / CD56 など neuroendocrine differentiation markers の発現を示し白金製剤系化学療法に良好に反応した。Surprisingly、第一世代 TKI 後の SCLC transformation で確立されている RB1 loss (Niederst et al. NatCommun 2015 PMID 25855536) は本 setting ではほとんど認められず、第三世代 TKI 後の SCLC transformation は異なる molecular driver を持つ可能性が示唆された。Intra-/inter-tumour heterogeneity は ctDNA で systematic に評価され、46% の患者で複数耐性機序が併存することが Chabon 2016 で示された。
所見8: 治療戦略の臨床試験 (MET / MEK / ICI / 第一世代 TKI rechallenge): MET 阻害薬 savolitinib (AZD6094) + osimertinib の TATTON 試験は T790M 状態によらず activity を示し、acceptable toxicity profile が報告された (Oxnard et al. JCO 2015)。METLUNG 第 III 相試験では onartuzumab + erlotinib に benefit なし (MET expression range が wide すぎたことが原因と推測)。MEK 阻害薬 selumetinib + osimertinib の NCT02143466 / NCT02580708 が進行中。免疫チェックポイント阻害薬との併用 (osimertinib + durvalumab、TATTON 試験 Ahn 2016) では Grade 3-4 interstitial lung disease が 38% (13/34) と高頻度毒性で開発を停止。EGFR triple-mutant (activating + T790M + C797S in trans) に対しては第一世代 + 第三世代 TKI 併用が rational strategy として in vitro で示され、EAI045 (allosteric C797S 阻害薬) + cetuximab combination が L858R triple-mutant cells で有効性を示した (Jia et al. Nature 2016 PMID 27251290)。Brigatinib + cetuximab combination も Ex19del triple-mutant に活性を示した。FLAURA 試験 (NCT02296125、osimertinib vs gefitinib/erlotinib first-line) で frontline osimertinib 後の耐性機序は T790M 前治療後と異なる可能性 (T790M 出現なし、新規 mechanisms) が示唆された。
考察/結論
① 先行研究との違い: 従来の EGFR-TKI 耐性レビューは主に第一・第二世代 EGFR-TKI 耐性 (Sequist et al. SciTranslMed 2011, Yu et al. ClinCancerRes 2013) に焦点を置き、T790M 変異の出現を中心に議論していた。本総説はこれらと異な視点から第三世代 EGFR-TKI 耐性に特化し、osimertinib / rociletinib / WZ4002 / HM61713 / EGF816 という新世代分子に対する resistance landscape を包括的に整理した点で対照的な意義を持つ。これまでの review では preclinical と clinical を分離して議論することが多かったが、本総説は両者を統合し、preclinical で予測された機序が clinical で確認されるという high concordance を示した点が従来と相違する。Allelic context (cis vs trans) の臨床的意義を初めて系統的に論じた点も先行 review と異なる貢献である。
② 新規性: 本研究で初めて第三世代 EGFR-TKI 耐性機序を (1) 三次 EGFR 変異 (C797S 40% / L718Q / L844V / L792F-H-G / G796S-R / L798I / E709K / L692V)、(2) bypass RTK 活性化 (MET 26% / HER2 9% / EGFR amp 9% / FGFR1 / IGF1R)、(3) RAS/MAPK downstream (KRAS / NRAS / BRAF V600E / MAPK1 amp / CRKL amp / DUSP6 silencing)、(4) histological transformation (SCLC transformation w/o RB1 loss / EMT via Hedgehog or Src-AKT)、の 4 軸統合 framework として体系化し、新規な臨床判断 framework を提示した点が novel な貢献である。これまで報告されていない C797S in cis vs in trans の治療戦略上の含意を mechanistic explanation 付きで integration した点も新規性が高い。ctDNA 縦断解析が intra-tumour heterogeneity の重要 detection tool として位置付けられた点も従来 review にない novel framework である。
③ 臨床応用: 本総説の臨床応用上の意義は、(a) osimertinib 進行時に組織再生検 + ctDNA 解析を combination で行い、耐性機序に応じた targeted second-line への switch (MET 増幅 → savolitinib + osimertinib、BRAF V600E → BRAF + MEK 阻害薬、KRAS G12C → sotorasib 等、C797S in trans → 第一 + 第三世代 TKI combination、SCLC transformation → 白金系化学療法) を選択する rational framework を提示、(b) bench-to-bedside の橋渡しとして in vitro で確認された MET / MEK 併用戦略を進行中臨床試験 (NCT02143466、TATTON) と直結、(c) 臨床現場での routine ctDNA monitoring 導入の根拠を提供、という多面的な実臨床貢献にある。EGFR triple-mutant に対する 4 世代 TKI (allosteric inhibitor EAI045 等) 開発の clinical pipeline 整理も臨床戦略立案に直結する。
④ 残された課題: 本総説の limitation は、(a) 第三世代 TKI 耐性後の最適 sequential therapy が prospective randomized data に乏しく、各 mechanism-driven combination の OS benefit が未確立、(b) FLAURA 試験 (frontline osimertinib) の耐性機序が前治療後 osimertinib と異なる可能性があり、frontline 設定での resistance landscape の解明が今後の検討課題、(c) Osimertinib + ICB combination の interstitial lung disease 毒性をどう克服するかが今後の研究課題、(d) FGFR1 / IGF1R / WNT 等の minor bypass 機序の clinical frequency と治療標的化可能性が limited、(e) ctDNA 解析の standardized assay / cutoff / clinical utility validation が未完成、という複数論点が残されている。今後の方向性として、osimertinib 耐性後 mechanism-stratified prospective trial、4 世代 (allosteric / brigatinib + cetuximab 等) TKI 開発、ctDNA-guided treatment intensification の future research が中心課題である。SCLC transformation の RB1-independent mechanism (RB1 wild-type SCLC) の biology 解明も将来研究方向性として重要である。
結論: 本総説は第三世代 EGFR-TKI (osimertinib / rociletinib / WZ4002 / HM61713) に対する獲得耐性機序を前臨床 + 臨床データから 4 系統 (三次 EGFR 変異 / bypass RTK / RAS-MAPK / 組織転換) に網羅整理し、特に C797S allelic context (cis 66% vs trans) や MET 増幅 (26%) などの clinical frequency を体系化、ctDNA 縦断解析による intra-/inter-tumour heterogeneity 評価の重要性を示した。Mechanism-driven combination therapy (MET / MEK / 第一世代 TKI rechallenge / 4 世代 allosteric inhibitor) の rational framework を提示し、osimertinib 耐性後の clinical management に直接的な指針を与える先駆的 review である。
方法
該当なし (narrative review)。PubMed・Embase などのデータベース検索手法は本論文中に明示されていないが、第三世代 EGFR-TKI 耐性に関する前臨床研究 (細胞株 prolonged exposure + N-ethyl-N-nitrosourea mutagenesis 等で in vitro resistance を誘導した研究)、ctDNA 縦断解析を含む clinical case series、ongoing clinical trials のデータ (clinicaltrials.gov 登録番号 NCT02143466 / NCT02580708 / NCT02454933 / NCT02503722 / NCT02803203 / NCT02789345 / NCT02296125 等) を統合した narrative synthesis として記述されている。Table 1 (preclinical resistance) と Table 2 (clinical resistance) で各 study の cell line / N / method / resistance mechanism / reference を一覧化している。