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Vol. 37 No.4
Dec. 31 2021
中華民國一一○年十二月卅一日出版

肝細胞癌之基因分析及其精準醫療

 

鄭吉元1、蔡慈貞1,2、張文震3
1林口長庚紀念醫院藥劑部、2新生醫護管理專科學校、3林口長庚紀念醫院腫瘤科

摘要

肝細胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)的發生率在臺灣是排名第五的癌症,死亡率則排名第二。B型肝炎、C型肝炎、黃麴毒素和酗酒被認為是引發HCC的重要危險因子。HCC的治癒率不到10%,絕大部份的病人最終會進入晚期,此時需要使用全身性治療藥物。現階段,被核准可用於治療晚期HCC的藥物有抑制血管新生的標靶藥物sorafenib、lenvatinib、regorafenib、cabozantinib、ramucirumab、bevacizumab (併用atezolizumab) 以及免疫檢查點抑制劑nivolumab、pembrolizumab、atezolizumab (併用bevacizumab)。HCC的精準醫療,大多努力著眼於不同受體之酪胺酸激酶,其中VEGFR、FGFR4是十分重要的標的。TP53、CTNNB1 (β-catenin)、ARID家族、TERT基因異常也和HCC息息相關。免疫檢查點抑制劑併用標靶藥物或是併用不同機轉的免疫治療藥物作為HCC的第一線選擇,已在大型第三期臨床試驗看到不錯療效,相信很快就會進入市場。

關鍵字: 肝細胞癌、精準醫療、hepatocellular carcinoma、HCC、precision medicine

壹、前言

肝細胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)的發生率在臺灣是排名第五的癌症,死亡率則排名第二1。B型肝炎、C型肝炎、黃麴毒素和酗酒被認為是引發HCC的重要危險因子2。HCC的預後差,可能和延遲診斷及容易復發有關,5年存活率為18%2。現階段,被核准可用於治療晚期HCC的藥物有抑制血管新生的標靶藥物sorafenib、lenvatinib、regorafenib、cabozantinib、ramucirumab以及免疫檢查點抑制劑nivolumab、pembrolizumab3。因此,瞭解HCC發生和進展的基因變異以及研發治療HCC的新穎藥物是相當需要的。本文將探討HCC的異常基因,以及HCC的精準醫療。

貳、 肝細胞癌的基因分析

由於次世代基因定序(next generation sequencing, NGS)技術和人工智慧(artificial intelligence, AI)大數據的應用,再加上國際癌症基因體聯盟(International Cancer Genome Consortium, ICGC)和癌症基因體圖譜(The Cancer Genome Atlas, TCGA)大型資料庫的分享,使得我們對癌症基因有更多的瞭解。表一列出HCC的突變基因,其重點說明如下:

表一 肝細胞癌的突變基因4

一、Wnt/β-catenin路徑

Wnt/β-catenin路徑可調節細胞的增生、分化、移動、凋亡以維持細胞的恆定性4,5,若發生異常會致癌。HCC患者中有40~50%會出現此路徑異常4。主要是CTNNB1 (β-catenin) 突變,佔30%4。CTNNB1突變使得β-catenin穩定和蓄積而造成下游的致癌基因MYC、CCND1 (cyclin D1)活化4,5。又AXIN1的作用是分解β-catenin,若AXIN1突變將使其功能喪失,於是造成β-catenin蓄積4。此外,Wnt/β-catenin路徑的上游Wnt配體(ligand),如WNT2A等以及Wnt受體(receptor),像是FZD或是下游的TCF7L2,發生突變也會導致Wnt/β-catenin路徑異常4

二、TP53和細胞週期路徑

TP53是抑制腫瘤的基因,也負責DNA受損修復(DNA damage repair)和細胞週期的調節5,若TP53突變會喪失其原本維持基因體(genome)穩定和抑制腫瘤生成的功能4。HCC患者中有30~40%會出現TP53突變4。TP53突變最常見於東南亞,與該地區飲食之黃麴毒素暴露以及B型肝炎高盛行率有關2。又IRF2也是抑制腫瘤基因,若IRF2突變就不會發生TP53突變,反之亦然。此外,調節細胞週期(cell cycle)的基因RB1、CDKN2A突變或DNA拷貝數刪除(copy number deletion)也會造成喪失原本調節細胞週期的功能,這部份佔HCC患者的10%4,6

三、RAS/RAF/MEK/ERK (RAS/RAF/MAPK)路徑

RAS/RAF/MEK/ERK (RAS/RAF/MAPK)路徑是HCC進展中一個重要的訊息傳遞路徑5。此路徑的上游包括不同受體之酪胺酸激酶(receptor tyrosine kinase),例如EGFR (epidermal growth factor receptor)、IGFR (insulin-like GFR)、VEGFR (vascular endothelial GFR)、PDGFR (platelet-derived GFR)、FGFR (fibroblast GFR)、HGFR (hepatocyte GFR)、c-met受體5。若此路徑失控會導致細胞異常增生而致癌。其中VEGFR是十分重要的標的6,目前核准上市用於治療HCC的藥物sorafenib、lenvatinib、regorafenib、cabozantinib、ramucirumab、bevacizumab (併用atezolizumab)皆是以VEGFR為標的。

又RPS6KA3基因突變除了會活化RAS/RAF/MAPK路徑,也會影響TP53的正常功能4和引起Wnt/β-catenin路徑中AXIN1突變2,RPS6KA3基因突變常見於分化型態差和無肝硬化的HCC患者2。此外,FGFR家族中FGFR4被認為和HCC密切相關,其配體FGF19的過度放大會發生於5~10%之HCC患者6。目前針對FGFR4有erdafitinib等藥物正在進行臨床試驗(表二)。

表二 肝細胞癌之精準醫療現況6

四、PI3K/AKT/mTOR路徑

和RAS/RAF/MEK/ERK路徑一樣,PI3K/AKT/mTOR路徑負責細胞正常的增生、分化和凋亡5。其中PTEN是腫瘤抑制基因,可以調控PI3K傳訊息到AKT5。若PTEN突變則將喪失其原本的功能,導致PI3K/AKT/mTOR路徑過度活化5,PTEN喪失功能的HCC患者其存活期短2。研究顯示,PI3K突變和HCC無關聯性,但是AKT突變的HCC患者其預後極差,以及mTOR突變與HCC患者術後復發有密切相關2。目前針對mTOR有sapanisertib等藥物正在進行臨床試驗(表二)。

五、SWI/SNF相關的染色質重塑和表觀基因重塑

染色質(chromatin)就是DNA加上周圍環繞的蛋白質和RNA。染色質重塑(chromatin modification)是一種超越基因的機制,乃是利用修飾染色質的方式來控制基因的活性,其中將DNA甲基化(DNA methylation),即表觀基因組學(epigenomics),就是染色質重塑的典型手法。此外,組織蛋白重塑(histone modification)也會影響染色質重塑。DNA過度甲基化會促使癌症的發生和進展,針對此機轉可使用組織蛋白去乙醯酶(histone deacetylase, HDAC)抑制劑tefinostat或resminostat,目前這兩個藥物都正在進行臨床試驗(表二)。

SWI/SNF複合物(SWitch/sucrose nonfermentable)可以影響染色質重塑,也參與DNA受損的修復2,4。屬於此步驟的基因常見的有ARID1A、ARID1B、ARID2,它們一旦突變會喪失其功能4,6。ARID1A突變和酗酒呈正相關4,但是和CTNNB1 (β-catenin)、TP53突變呈負相關2,顯示ARID1A可能是β-catenin和TP53的替代路徑2。ARID2突變常見於C型肝炎患者4。此外,較少見的基因突變包括SMARCA1、SMARCA2、SMARCA4、SMARCB1,也和SWI/SNF相關的染色質重塑有關4

六、TERT和染色體終端的維持

TERT基因和染色體終端(telomere)的維持息息相關,若TERT突變會使得細胞無限制增生而致癌4。HCC患者中有50~60%會出現TERT突變4。肝硬化和將要演變為HCC的肝細胞可測到TERT突變4,也就是說,TERT是正常肝細胞要轉變成惡性HCC過程中的看門人(gatekeeper)2

七、其他異常基因

肝臟是人體重要的代謝器官,因此,與代謝相關的基因發生突變也見於HCC,其中最常見的是ALB和APOB4,見表一。此外,當良性肝細胞腺瘤(adenoma)之發炎訊號路徑中的相關基因被活化,也可能會使其進展為HCC,其中JAK1突變頻率和JAK/STAT路徑異常在中國人HCC族群中分別為9.1%和45.5%2,4,見表一。Napabucasin是STAT3抑制劑,可抑制JAK/STAT路徑,目前該藥物正在進行臨床試驗(表二)。

八、病毒誘發肝細胞癌

B型肝炎病毒(HBV)是屬於DNA病毒,其DNA可介入(integrate)人類宿主的基因體中而引起HCC,這個步驟在HBV感染的初期就會發生,因此,HBV引起的HCC可能出現在年輕患者4和沒有出現肝硬化的HCC病人中5。NGS分析發現,TERT是HBV較喜歡介入的位置,另外,HBV也會介入調節染色質中的MLL4和TP53細胞週期路徑中的CCNE14。此外,黃麴毒素加上HBV感染會產生協同作用5

由於C型肝炎病毒(HCV)是屬於RNA病毒,所以HCV無法介入人類宿主的基因體5。HCV感染會先引起肝硬化,接著間接導致HCC5。此外,HCV會活化RAS/RAF/MAPK路徑,若大量攝取酒精再加上HCV感染會產生協同作用5

除了HBV以外,腺病毒(adenovirus)也可介入人類宿主的基因體中而引起HCC,其機轉尚待進一步的瞭解4

參、肝細胞癌之精準醫療

核准用於治療晚期HCC的標靶藥物都是以VEGFR為標的,見表二,其中sorafenib、lenvatinib和bevacizumab (併用atezolizumab)是第一線選擇藥物,而regorafenib、cabozantinib和ramucirumab則用於第二線6。值得注意的是,cabozantinib除了可抑制VEGFR,也可抑制MET,又VEGFR2單株抗體ramucirumab是用來治療甲型胎兒蛋白(α-fetoprotein, AFP)大於400ng/mL之HCC患者6。此外,免疫檢查點抑制劑nivolumab和pembrolizumab也取得第二線治療晚期HCC的適應症6

單獨使用MET抑制劑tivantinib治療HCC已被證實無效6。MET在HCC的重要性如何,我們需要等待其他的MET抑制劑單獨使用或併用PD-1免疫檢查點抑制劑的研究結果來判斷。

承上所述,FGF19-FGFR4訊息傳遞異常是造成HCC的主要原因之一。已有數個FGFR4抑制劑正在進行HCC第一、二期臨床試驗,包括它們單獨使用以及併用免疫檢查點抑制劑。

第一代mTOR抑制劑everolimus治療HCC已被證實無效6。第二代mTOR路徑抑制劑sapanisertib和SF1126對於PI3K/AKT/mTOR路徑有更廣泛的抑制作用,目前它們正在進行HCC之初期臨床試驗。

使用PD-1或PD-L1免疫檢查點抑制劑治療HCC也是一個熱門話題。Nivolumab和pembrolizumab這兩個PD-1免疫檢查點抑制劑已被核准做為HCC的第二線治療6。這方面有相當多的研究正在進行,大部份都是它們合併標靶藥物或CTLA-4抑制劑以增加治療反應率,見表二。

此外,還有一些研究是針對染色質重塑使用組織蛋白脫乙醯酶(histone deacetylase, HDAC)抑制劑,針對細胞週期的細胞週期素激酶(cyclin D kinase, CDK)抑制劑,以及抑制JAK/STAT路徑活化的藥物napabucasin。

至於在HCC常見的TERT突變、TP53突變以及Wnt/β-catenin路徑中的CTNNB1突變,至今並沒有任何相對應的標靶藥物。針對TERT突變,有一溶瘤腺病毒(oncolytic adenovirus) telomelysin正進行初期臨床試驗7

肆、結論

HCC的治癒率不到10%,絕大部份的病人最終會進入晚期,此時需要使用全身性治療藥物6。現階段治療晚期HCC的成效並不理想,即使給予VEGFR標靶藥物sorafenib等,其中位存活期(median overall survival)仍只有約一年6,因此,我們十分需要嶄新且有效的藥物來治療HCC。

隨著人類癌症基因的解碼,癌症治療已進入精準醫療時代。HCC的精準醫療,大部份的努力是針對不同受體之酪胺酸激酶,目前對於其他路徑的標靶藥物也正在積極研究中。近年來,免疫檢查點抑制劑治療HCC已在臨床上見到明顯效果,將它們併用其他標靶藥物或是併用不同機轉的免疫治療藥物作為HCC第一線選擇,已在大型第三期臨床試驗看到不錯療效,相信很快就會進入市場。未來希望藉由對HCC基因表現有更多的瞭解、以及依據不同的HCC基因型進行更多的個別臨床試驗,使得HCC之精準醫療可以更上一層樓。

 

Genome Analysis and Precision Medicine in Hepatocellular Carcinoma

 

Chi-Yuan Cheng1, Tzu-Cheng Tsai1,2, Wen-Cheng Chang3
1Department of Pharmacy, Chang Gung Memorial Hospital, Linkou
2Department of Long Term Care, Hsin Sheng JuniorCollege of Medical Care and Management
3Department of Oncology, Chang Gung Memorial Hospital, Linkou

Abstract

In Taiwan, hepatocellular carcinoma (HCC) is the fifth highest cancer incidence ranking and the second leading cause of cancer-related death. Hepatitis B, hepatitis C, aflatoxin and alcoholism are important risk factors for HCC development. The cure rate of HCC was less than 10%, and the majority of patients ultimately developed advanced stage of HCC which was treated with systemic therapies. Drugs approved for the treatment of advanced HCC at present included sorafenib, lenvatinib, regorafenib, cabozantinib, ramucirumab, bevacizumab (plus atezolizumab) which targeting angiogenesis, and the immune checkpoint inhibitors (ICIs) with nivolumab, pembrolizumab and atezolizumab (plus bevacizumab). Most efforts of precision medicine in HCC had been focused on a variety of receptor tyrosine kinases, of which VEGFR and FGFR4 were clearly important targets. TP53, CTNNB1 (β-catenin), ARID family and TERT gene alterations were also closely associated with HCC. Combinations of ICIs and targeted therapies or immunotherapy combinations with different mechanisms demonstrated promising outcomes in the first-line treatment of HCC from the Phase III clinical trials. We believed that these strategies will be applied to the clinical practice soon in the future.

參考資料:

1. 衛生福利部國民健康署105年癌症登記年報。Available from: https://www.hpa.gov.tw/Pages/Detail.aspx?nodeid=269&pid=10227. Accessed March 13, 2020.

2. Niu ZS, Niu XJ, Wang WH: Genetic alterations in hepatocellular carcinoma: An update. World J Gastroenterol 2016; 22:9069-95.

3. Duan J, Wu Y, Liu J, et al: Genetic biomarkers for hepatocellular carcinoma in the era of precision medicine. J Hepatocell Carcinoma 2019;6:151-66.

4. Nakagawaa H, Fujitaa M, Fujimoto A: Genome sequencing analysis of liver cancer for precision medicine. Semin Cancer Biol 2019;55:120-7.

5. Alqahtani A, Khan Z, Alloghbi A, et al: Hepatocellular carcinoma: Molecular mechanisms and targeted therapies. Medicina 2019;55:526.

6. Llovet JM, Montal R, Sia D, et al: Molecular therapies and precision medicine for hepatocellular carcinoma. Nat Rev Clin Oncol 2018;15:599-616.

7. Gomez DL, Armando RG, Cerrudo CS, et al: Telomerase as a cancer target development of new molecules. Curr Top Med Chem 2016;16:2432-40.

基因縮寫的全名
ALB: Human albumin gene
APC: Adenomatous polyposis coli
APOB: Apolipoprotein B
ARID1A: AT-richinteraction domain 1A
ATM: Ataxia telangiectasia mutated
ATRX: Alpha-thalassemia/mental retardation X-linked
AXIN1: Axis inhibition protein 1
BRD7: Bromodomain containing 7
CCND1: Cyclin D1
CCNE1: Cyclin E1
CDKN2A: Cyclin-dependent kinase inhibitor 2A
CTNNB1: Catenin beta 1
DNAJB1-PRKACA: DnaJ heat shock protein family (Hsp40) member B1 gene (DNAJB1) to the protein kinase cAMP-activated catalytic subunit alpha gene (PRKACA)
ERRFI1: ERBB receptor feedback inhibitor 1
FGF19: Fibroblast growth factor 19
FGFR4: Fibroblast growth factor receptor 4
HNF1A: Hepatocyte nuclear factor 1 homeobox A
IDH1/2: Isocitrate dehydrogenase 1/2
IL6ST: Interleukin 6 signal transducer
IRF2: Interferon regulatory factor 2
JAK/STAT: Janus Kinase/Signal transducer and activator of transcription
KEAP1: Kelch-like ECH-associated protein 1
MET: MET proto-oncogene, receptor tyrosine kinase
MLL4: Mixed-lineage leukemia 4
MYC: Myelocytomatosis
NCOR1: Nuclear receptor corepressor 1
NFE2L2: Nuclear factor, erythroid 2 like 2
PBRM1: Protein poly-bromo1
PIK3CA: Phosphatidylinositol 3-kinase CA
PTEN: Phosphatase and tensin homolog
RB1: Retinoblastoma transcriptional corepressor 1
RPS6KA3: Ribosomal protein S6 kinase A3
STAT3: Signal transducer and activator of transcription 3
SMARCA1: SWI/SNF related, matrix associated, actin dependent regulator of chromatin, subfamily A, member 1
TCF7L2: Transcription factor 7 like 2
TERT: Telomerase reverse transcriptase
TP53: Tumor protein 53
TSC1/2: Tuberous sclerosis proteins 1/2
VEGFA: Vascular endothelial growth factor A

通訊作者:鄭吉元/通訊地址:桃園市龜山區復興街五號 林口長庚醫院病理大樓6樓化療藥局
服務單位:林口長庚紀念醫院藥劑部/聯絡電話:(O) 03-3281200 ext 2915