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AKT突变等位基因特异性激活决定了药物敏感性

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发表时间:2022-04-26 15:38作者:武汉新启迪Xinqidibio

摘要

AKT是PI-3K信号通路的关键分子调节因子,在不同的实体癌类型中发生体细胞突变,异常的AKT激活促进癌细胞生长、存活和代谢的改变1,2,3,4,5,6,7,8。最常见的akita television 秋田电视突变(AKT1E17K)使受影响的实体肿瘤对AKT抑制剂疗法敏感7,8。然而,我们对AKT中潜在激活突变的长尾的通路依赖性和抑制剂敏感性知之甚少,这限制了我们在预期特征的癌症患者中进行临床治疗的能力。在这里,我们通过群体规模的驱动突变发现结合功能、生物学和治疗研究表明,一些但不是所有的错义突变以生长因子非依赖性的方式激活下游AKT效应通路,并使肿瘤细胞对不同的AKT抑制剂敏感。一类独特的跨AKT亚型的平行同源的小框内复制诱导不同于激活错义突变的结构变化,导致更大程度的膜亲和力、AKT激活和细胞增殖以及对ATP竞争性而非变构AKT抑制剂的途径依赖性和高度敏感性。在临床上评估这些突变,我们进行了一项II期临床试验,在患有AKT改变的实体瘤患者中测试AKT抑制剂capivasertib(azd 5363)(NCT 03310541)。12名患者登记,其中6人窝藏AKT1-3非E17K突变。capivasertib治疗的中位无进展生存期(PFS)为84天(95% CI 50-未达到),客观缓解率为25%(n= 12个中的3个)和42%的临床受益率(n= 12中的5)。总的来说,我们的数据表明致癌AKT突变体的激活程度和机制各不相同,从而决定了等位基因特异性的药理学对AKT抑制的敏感性。

介绍

哺乳动物v-akt鼠胸腺瘤病毒癌基因同系物(akt)属于丝氨酸/苏氨酸激酶的蛋白激酶A、激酶G和激酶C超家族。akita television 秋田电视是一个关键的信号节点,将PI3K途径刺激转化为对细胞周期进程、存活和代谢的细胞效应。异常的PI3K/Akt/mTOR信号驱动许多人类癌症,部分是由基因突变介导的akita television 秋田电视1,2,3. AKT1E17K是在人类癌症中鉴定的最常见的致癌AKT1突变4,5,6,并且已经显示出使受影响的实体肿瘤对AKT抑制剂疗法敏感7,8。然而,存在着一个长的右尾不太频繁的体细胞AKT1突变5,6,9,10具有不确定的生物学和治疗意义,我们在晚期癌症中常规观察到,但缺乏临床作用的信息。

在这项工作中,我们整合了计算、生物化学和实验表征,以及一个研究者发起的联合临床试验框架,以功能性地询问新的低发生率AKT突变的途径依赖性和抑制剂敏感性,并扩展分子定义的癌症患者中AKT阻断敏感性的生物标志物。

结果

AKT1、AKT2和AKT3中候选驱动突变的鉴定

为了描述AKT突变的功能性后果,我们定义了所有AKT亚型的候选驱动突变。我们分析了AKT1, AKT2,以及AKT3在41,075例人类癌症的队列中,包括来自癌症基因组图谱队列的大部分原发性和未经治疗的肿瘤的回顾性测序,以及如前所述组合的各种已发表的研究11,以及来自肿瘤和匹配的正常标本的前瞻性测序数据,21,936名患者的特征描述作为机构范围肿瘤特征描述计划的一部分12(参见“方法”)。我们描述了突变热点的特征[单密码子、框内插入/缺失(indel)或那些聚集在同源折叠蛋白中的物理邻近区域]9,11,13并且整合了致癌作用和治疗相关性的知识库14.

总的来说,41,075个测序的肿瘤中有1254个含有体细胞突变AKT1, AKT2,或者AKT3在研究队列中。其中,457个独特的肿瘤标本含有一个突变等位基因,通过这里使用的三种正交方法之一被认为是驱动突变。这些候选驱动基因突变AKT1-3在乳腺癌中最常见(4.3%的病例,不包括推定的乘客突变),这一总体人群频率与先前更有限数据集的研究报告一致4,15,16,17。总的来说,AKT突变在激素驱动的癌症中最常见,尽管在许多实体瘤类型中存在一个发病率较低的长右尾(图。1a).不出所料,AKT1E17K是最常见的,比下一个最常见的AKT突变---- E17K ----高22倍AKT1L52热点(图1b).其他的AKT1, AKT2,以及AKT3候选驱动基因突变包含一个不常见突变的长尾,但总共占所有候选AKT驱动基因突变患者的28%(图。1c和补充表格1).

图1:人类癌症中AKT的体细胞突变。
figure 1

a已知和候选驱动突变的频率AKT1, AKT2,以及AKT3从41,075名患者的人群规模测序中确定的不同的原发性和转移性人类癌症(仅基于已知或候选驱动突变的频率,排除推定的乘客突变)。b中每个单独突变的受影响样本数AKT1, AKT2,以及AKT3表明越来越罕见的候选驱动突变的长尾。c携带候选驱动基因突变的病例比例。AKT1-3不管是不是E17K。dAKT1的结构域结构和不同类型突变(见插图)的位置示意图,这些突变被鉴定为候选驱动改变,包括AKT2AKT3(橙色)。弧线反映了同源折叠蛋白的物理接近性(图d)。小的帧内标记显示为水平线,目标是AKT1AKT2. eAKT1蛋白结构中一簇物理上相邻的突变(蓝色),彼此相距5埃以内,以及两个单密码子热点(E17和D323)。PH和激酶结构域标记在图中(d).

大多数热点突变影响PH结构域,与其在膜接合、转运和蛋白激活中的作用一致。虽然不常见,AKT2AKT3突变也发生在与热点相邻的残基上AKT1。这些突变包括E17K以及AKT2D324和AKT3D320,它们与AKT1D323,唯一确定的激酶结构域单密码子热点。我们还发现了一群更复杂的框内旁系同源插入和重复突变体AKT1AKT2(图。1d).最后,我们确定了一组物理上相邻的突变,这些突变只有在同源蛋白三维折叠时才明显13。八个突变定义了这个簇,它位于PH-激酶域界面。这个突变的3D集群包括物理上邻接的热点AKT1E17和D323以及私有的或罕见的非热点突变残基R15、R23、R25、V320、L321和E322,所有这些残基彼此相距5埃以内(图。1e).

AKT1/2候选驱动基因突变激活PI3K通路

为了评估候选AKT驱动突变诱导异常PI3K途径活性的能力,我们稳定表达了野生型(WT)等位基因和25个独特的错义和小的框内indel突变AKT1AKT2在MCF10a原代乳腺上皮细胞中,出现频率最高的谱系是akita television 秋田电视癌症突变(图。1a).这些研究涵盖了含有上述候选物的所有人类肿瘤的88%AKT1-3几乎所有受影响的癌症类型的驱动突变(补充图。1a).与亲代细胞或表达WT的细胞相比AKT1,表情七绝AKT1当在缺乏生长因子的测定培养基中评估时,错义突变体诱导磷酸化AKT (p-AKT)和下游底物p-GSK3α/β、p-PRAS40和p-S6水平升高(见“方法”);图。2a).这包括所有那些被鉴定为具有统计学意义的热点突变的等位基因。我们也表达了四点AKT1突变既不是统计学上显著的热点,也不是AKT亚型间显著的相似性(E267G、E341K、R370C和E464K)。事实上,这些突变等位基因都没有诱导p-AKT的表达,包括E267G和R370C突变,这些突变在HA1E-M细胞中表达时会导致肿瘤形成18—与先前工作的差异,可能反映了其刺激通路活性能力的谱系特异性差异,或者可能归因于表达组成型活性MEK1的HA1E-M细胞直接伤害。最后,尽管AKT1 R15Q与其他致癌基因在物理上接近,但其诱导的AKT活化并不比野生型AKT1大AKT1热点突变(图1e),这与先前表明其不参与磷脂酰肌醇结合的数据一致19。四个旁系同源突变残基(W22R,D44N,R48H,F55Y)的表达大多不能诱导p-AKT表达升高。虽然我们未能通过免疫印迹在MCF10a细胞表达中检测到磷酸化的AKTAKT1F55Y,但是该突变像其他驱动突变体一样诱导了p-S6和p-PRAS40,因此被认为在这些分析中是活化的(图。2a).总的来说,与以前的研究一致,几个AKT1非E17K错义突变在生长因子缺乏的情况下导致下游AKT效应子的激活,其中大多数位于PHD-KD界面附近,并形成调节蛋白激活的关键相互作用(见“方法”)。

图2:不同的AKT等位基因在不同程度上过度激活PI3K信号。
figure 2

a稳定表达指示基因的MCF10a细胞AKT1替代物在检测培养基中孵育过夜。通过蛋白质印迹分析表达和磷酸化水平,表明所有被鉴定为热点的突变诱导AKT和下游靶的激活,但是很少其他旁系同源残基或通过蛋白质结构分析鉴定的残基类似地激活。b如在面板中(a)但是对于AKT1中一系列小的框内复制,表明当E17K和Q79K激活时,AKT1复制诱导更高水平的磷酸化AKT和强有力的途径激活。c如在面板中(a, b)但是表现出的效果AKT2激活突变,包括单密码子突变AKT2热点(E17K和D324G)和AKT2因德尔斯。d在鼠pro-B Ba/F3细胞中稳定表达WT、E17K和AKT1和AKT2中各种额外的指示错义和indel突变体,并通过全细胞裂解物的western印迹分析评估它们在缺乏白细胞介素-3 (IL-3)的情况下诱导AKT和下游靶标磷酸化的能力。显示的结果是用多批稳定细胞进行至少三次实验的代表性图像。e图d中的突变体,评估其促进IL3非依赖性Ba/F3细胞增殖的能力。误差线是平均值的标准偏差。结果来自至少两个独立的实验,每个实验一式三份。源数据作为源数据文件提供。

我们的计算分析还发现了一组新的indel突变,这些突变发生在一个PH结构域的旁系同源区域。AKT1AKT2靠近两个已知热点L52和Q79(图1)1d和补充图。1b).因此,我们产生了稳定的MCF10a细胞,表达其中八种indelsAKT1T65-I75dup、E66-Q79dup和P68-c77 dup;AKT2C60-I75dup、R67-L78dup、P68-W80dup、I75-I84dup和L78-Q79ins(HANTFVIRCL)]并评估它们诱导AKT信号的生长因子非依赖性激活的能力。与错义热点的可变途径激活不同,所有测试的框内indels导致AKT1 (T308和S473)或AKT2 (T309和S474)的过度磷酸化,以及该途径的强大的生长因子非依赖性激活(图。2b,c).虽然indels以较低水平表达,但其诱导的p-AKT水平明显超过了公认的致癌基因E17K突变的水平,并诱导了伴随的较高水平的p-S6和p-PRAS40。

激活AKT1/2突变的表型后果

为了评估AKT indels的相对致癌潜力,我们在IL-3依赖性鼠pro-B Ba/F3细胞中稳定表达AKT1和AKT2错义和indel突变。与我们在MCF10a细胞中的结果一致,表达AKT1/2 indel突变体的Ba/F3细胞有效诱导p-AKT和下游靶细胞(图。2d),其与IL-3非依赖性细胞增殖相关,比E17K和其他激活性错义突变相关的效应大几倍(图。2e).一些突变等位基因在Ba/F3细胞中的高表达阐明了它们的作用,如F55Y,它诱导p-AKT、p-S6和p-PRAS40,尽管在MCF10a细胞中低表达的结果不明确。总的来说,这些结果表明这些新发现的和反复出现的AKT1AKT2框内插入和复制突变体一致地过度激活AKT信号,与更常见的错义AKT热点突变相比,与更深层的突变AKT表型相关(补充图。2).

AKT1/2 indel突变的结构影响

接下来,我们试图确定与错义驱动因子相比,复制突变体诱导更高程度的p-AKT的机制基础。我们进行了分子动力学(MD)模拟分析,利用AKT1在封闭构象中的既定结构,包括PH和激酶结构域(见“方法”)。该分析表明,规范的E17K突变仅适度破坏了AKT1结构中PH和激酶结构域之间的自动抑制相互作用,这通过预测这些结构域之间残基间距离的变化来测量,与预期一致4,10,19,20,21,22,23。相比之下,以P68-C77dup为代表的可变长度旁系同源框内indel突变诱导了整个蛋白质结构的系统性物理位移,有效地迫使一个更大范围的PH-out构象(图。3a,b).在位置和空间方向上位移最大的区域是T308残基(图。3c),其从WT和E17K中的掩埋位置变为部分暴露在P68-C77dup蛋白表面(相对溶剂可及性:在P68-C77dup中从10–20%到50–60%暴露),因此更容易被PDK1介导的磷酸化作用所接触。与AKT错义激活突变体相比,这种结构变形与我们在AKT indels中特别观察到的T308的过度磷酸化一致(图。2b,c).相对于E17K,P68-C77dup突变体也重新定位Q79,破坏其与N53的稳定氢键,进一步促进PH结构域与肌醇的结合,从而促进膜定位19,22(图。三维(three dimension的缩写)).使用与ATP类似物结合并因此代表其开放构象的AKT1结构重复该分析23,我们发现P68-C77dup比其在闭合构象中对AKT1具有更适度的结构效应(补充图。3a).此外,尽管与WT相比,E17K在封闭或开放构象中PH和激酶结构域之间强烈相互作用的关键残基之间的距离没有导致显著差异,但P68-C77dup导致封闭构象中这些距离的显著增加,当在开放构象中评估时,这种效应较弱,其中这些相互作用的残基具有大的初始距离(补充图。3b).这些结果与促进开放样构象的复制突变体一致。总的来说,这些模拟表明,以P68-C77dup为代表的indels驱动结构置换,改变主要在PH结构域中的功能关键残基的空间取向,从而降低PH和激酶结构域整体的结构稳定性,并消除促进WT AKT闭合构象的稳定键22.

图AKT框内indels的结构和信号影响。
figure 3

aAKT1的分子动力学模拟表明,与E17K热点相比,P68-C77dup突变导致了结构的系统性置换,这是通过PH和激酶结构域之间的残基间距离的变化来测量的。除其他外,复制突变体特异性置换靶向关键的调节磷酸化位点T308。bAKT1的结构表明受旁系同源框内索引簇影响的区域AKT1AKT2(浅蓝色)在PH域(紫色)。激酶结构域(KD)以浅灰色显示,带方框的是在指示的图中显示的更详细的两个区域。cP68-C77dup突变引起的13.6埃T308位移的详细视图。dPH结构域的肌醇结合区域中N53的详细视图,该区域被破坏其与Q79的WT氢键的复制突变体取代。e稳定表达GFP、WT AKT1或所示错义或重复突变体及其肉豆蔻酰化对应物的MCF10a细胞在测定培养基中孵育过夜,制备全细胞裂解物并用所示抗体进行免疫印迹以评估途径激活。源数据作为源数据文件提供。f将稳定表达WT或突变体AKT1及其肉豆蔻酰化对应物的MCF10a细胞与测定介质一起孵育4小时,之后将细胞固定、透化,用p-AKT (T308)和V5标签(用于AKT表达)的抗体探测,并在荧光显微镜下检查,以确定所示AKT1构建体的细胞内定位。对于面板(ef),结果代表至少三个独立实验的结果。比例尺:40 μm

我们的分子动力学模拟表明,与WT和E17K的封闭或部分开放构象相比,AKT indels的p-AKT水平较高是因为它们的组成型开放构象。与膜脂的结合与开放的AKT构象和组成型活性有关21。因此,我们推断添加肉豆蔻酰基标签(以下称为Myr-AKT),从而将AKT靶向到质膜24,将诱导WT和E17K的开放构象和增加的活化,但对已经饱和的AKT indels几乎不产生额外的变化。因此,我们在MCF10a细胞中稳定表达AKT1 E17K、P68-C77dup和E66-Q79dup以及它们的肉豆蔻酰化形式。豆蔻酰化形式的WT和E17K(分别为Myr-AKT1-WT和Myr-AKT1-E17K)诱导的p-AKT水平高于它们的非豆蔻酰化对应物(图。3e).免疫荧光(IF)显微镜显示,虽然WT AKT1分散在整个细胞质中,但AKT1 E17K细胞中的大多数p-Akt (T308)要么位于核周,要么与膜相关(图。3f).另一方面,Myr-AKT1-WT和Myr-AKT1-E17K主要位于膜上,并且如预期的那样,表现出比它们的非肉豆蔻酰化形式更强的p-Akt (T308)信号诱导。相比之下,Myr-AKT1-E66-Q79dup和Myr-AKT1-P68-C77dup诱导的p-AKT、p-PRAS40或p-S6并不比非肉豆蔻酰化的indels多。事实上,未肉豆蔻酰化的AKT1 P68-C77dup显示了一种独特的组成型膜定位和AKT磷酸化模式,类似于肉豆蔻酰化形式的AKT,表明了强有力的激酶激活(图。3e–f).类似的模式在1960年因德尔斯身上也很明显AKT2(补充图4).此外,通过用共价非特异性PI3K抑制剂渥曼青霉素或PIK3CA抑制剂BYL-719抑制突变细胞,我们还发现indel(但不是错义)突变体的膜结合活性和随后的激活不依赖于PIP3的形成(补充图。5).总的来说,这些数据表明AKT1/2indels是一类独特的致癌突变,其独特的结构后果导致蛋白质采用更开放的PH-out构象,从而促进膜结合,诱导AKT过度磷酸化和ATP结合,协同保护AKT免于去磷酸化25,触发途径激活远远大于迄今为止发现的任何错义突变。

AKT突变体的不同药理学敏感性

由于indel突变在结构上不同于AKT的错义突变,并导致不同程度的激活和膜亲和力,我们试图检测它们在药物敏感性上的差异。这一发现将影响对携带这种突变的癌症患者的临床治疗,与我们以前的发现一致,即在AKT1 E17K突变实体瘤的组织学不可知的一揽子研究中,选择性AKT抑制具有单一药物活性7。使用相同的药物,ATP-竞争性激酶域抑制剂capivasertib (AZD5363),我们评估了这种激活是否AKT1/2非E17K突变类似地致敏细胞。细胞活力分析证明所有激活AKT1错义突变(图。2a)在不同程度上使细胞对capivasertib处理敏感,如显著的生长抑制所示(图。4a).相比之下,在表达野生型或非激活型突变体的MCF10a细胞中用capivasertib处理AKT1没有显著改变细胞存活。AKT1在所有药物浓度下,indels对capivasertib的敏感性显著增加(图。4b,c),可能是由于更强的ATP竞争性抑制剂结合22激酶更开放构象的结合口袋。这一结果与indels对PI3K途径激活的更强诱导是一致的。AKT1 WT,E17K-突变体和indel-突变体细胞中的Capivasertib治疗导致下游靶的磷酸化作用剂量依赖性降低(p-PRAS40和p-S6 RP)。然而,反常的AKT1过度磷酸化26,27在AKT1 WT和E17K突变细胞中观察到的现象在P68-C77dup突变细胞中并不明显,这可能是因为即使没有capivasertib治疗或其他形式的刺激,这些细胞中的磷酸化水平也接近饱和(图。4d).总的来说,AKT被驱动突变激活的水平与ATP竞争性抑制剂治疗的敏感性相关,驱动突变对同源蛋白有明显的结构影响。

图4:不同AKT突变对AKT抑制的临床前敏感性。
figure 4

a用3微米的ATP竞争性AKT抑制剂capivasertib处理后,评估稳定表达WT或AKT1所示突变的MCF10a细胞的存活力。图例显示哪些等位基因被激活。b如在图A中,用capivasertib或变构抑制剂ARQ092处理后,评估表达所示突变体的细胞的生存力。点代表平均生存百分比,误差线表示95%的置信区间。对于图(a-b ),平均生存力由至少两个独立实验确定。c用指定浓度的capivasertib或ARQ092(分别为顶部和底部)处理稳定表达野生型AKT1、已知致癌E17K或indel突变体的MCF10a细胞,并在处理后72小时评估细胞活力。结果来自六个独立实验的18个值。d用capivasertib(上图)或ARQ092(下图)处理4小时后,收获来自表达AKT1 WT、E17K和P68-C77dup的MCF10a细胞的全细胞裂解物,并通过蛋白质印迹评估途径抑制。结果是来自至少两个独立实验的代表性图像。面板中的误差线(a)和(c)代表平均值的标准偏差。源数据作为源数据文件提供。

与ATP竞争性AKT抑制相反,我们观察到AKT突变细胞对两种不同的变构AKT抑制剂(MK2206和ARQ092)的化合物和突变体特异性敏感性。表达激活性W80突变(变构抑制剂结合的关键氨基酸)的细胞对MK2206不敏感20,27,28但是对ARQ092的响应略有改善(图。4b和补充图。6).这种差异可能是由不同的结合动力学、选择性、AKT抑制的不同机制和ARQ092的更大效力引起的29。不同于错义突变细胞对ATP竞争性和变构AKT抑制剂的不同敏感性,表达不同AKT1AKT2indel突变体[AKT1P68-C77dup、E66-Q79dup和T65-i75 dup;AKT2P68-W80dup,I75-I84dup,L78-Q79ins(HANTFVIRCL)]以激活机制而非化合物特异性的方式对变构抑制治疗具有抗性,因为indel表达细胞中的抗性对于ARQ092和MK2206都是明显的(图。4b,d和补充图。67).显微镜数据显示,虽然表达WT AKT1和E17K突变体的细胞在用变构AKT抑制剂处理后显示膜结合的p-AKT信号显著减少(表明AKT失活),但在表达AKT1 P68-C77dup的细胞中,p-AKT的膜定位和强度保持完整,这进一步证实了变构抑制剂在indel突变体细胞中缺乏有效性(补充图。8).总的来说,由不同AKT突变驱动的细胞对变构AKT抑制剂的敏感性与途径成瘾无关,而是由PH-激酶结构域界面上变构剂的结合动力学驱动的。变构AKT抑制剂结合并稳定AKT酶的PH-in或封闭构象,这消除了WT和E17K AKT的调节位点磷酸化和膜结合(如补充图所示)。68).然而,由地震引起的结构位移AKT1/2indels产生构象变化,使受影响的细胞对变构抑制(ic50所有抑制剂和突变体的数据,补充表2).为了模拟indel突变体对变构抑制剂不敏感的机制,我们进行了热转移分析,将蛋白质暴露于不断增加的热量中以确定其解链温度,不稳定的结构在较低温度下变性和聚集。我们检测了AKT1 WT,E17K和多种indel突变。与WT或E17K-突变体AKT1不同,含有indels的蛋白质在较低温度下容易变性,这可能是由于它们的开放构象和失去稳定的结构域间相互作用,正如我们的MD模拟研究所表明的(补充图。9).总的来说,这些结果表明个体AKT indel突变体对这两类AKT抑制剂的不同敏感性对抑制剂的不同作用机制是特异的,并且对ATP竞争性抑制的敏感性增加是以变构抑制剂抗性为代价的。

罕见的活化AKT变异体具有临床靶向性

在这些计算实验结果的指导下,我们开展了一项由研究者发起的组织不可知的临床试验AKT1-3排除ER+乳腺癌患者的改变(ClinicalTrials.gov NCT 03310541)AKT1先前研究的E17K突变(NCT01226316)30。不同作用机制的AKT抑制剂目前正在进行临床试验。然而,基于我们的数据表明AKT indel突变细胞对变构抑制有抗性,我们选择在本试验中测试capivasertib的疗效。我们总共招募了八种不同癌症类型的十二名患者,包括六名非癌症患者AKT1E17K突变(AKT1D323G,E40K,L52RAKT2E17K,L78-q79 ins(HANTFVIRCL);AKT3E17K)在这个信号寻找试点研究(补充图。10a和补充表格3).鉴于这一患者群体的稀有性,由于累积缓慢,临床试验提前结束。观察到的毒性与capivasertib的已知副作用特征一致,腹泻和恶心是最常见的治疗中出现的不良事件(补充表4)7。两名患者需要减少剂量,一名为3级急性肾损伤,另一名为2级腹泻和恶心。没有患者因毒性而停止治疗。客观缓解率为25%(n= 12个中的3个),临床受益率为42%(n= 12的5;中位PFS为84天,95% CI 50-未达到;补充图10b,c).在6名非糖尿病患者中AKT1E17K突变,2名患者有延长的部分反应,1名患者病情稳定持续16周,3名患者病情进展(图。5a).一;一个AKT1L52R突变体子宫内膜癌患者具有持续近一年的持久部分反应(PR )(图。5b).经过大量预处理的AKT1患有er阳性HER2阴性混合导管和小叶癌的D323G-突变乳腺癌患者在进展前其疾病稳定持续了16周。在第一批登记的患者中,有一名患有转移性前列腺癌的患者,该患者先前接受了恩扎鲁胺治疗,并且其恩扎鲁胺治疗前的肿瘤具有框内特征AKT2L78_Q79ins(HANTFVIRCL),一种我们在体外评估其生化活性、转化潜力和治疗敏感性的等位基因(图。2c–e和补充图。7).在开始capivasertib治疗后,患者出现了快速PR(靶病变减少38%)。同时,患者的PSA下降(治疗四周后从21下降到7 ),疾病相关疼痛明显改善(图。5c).该患者最终接受了13个月的capivasertib治疗,最终取得了进展,这一治疗时间长度超过了之前使用恩扎卢他胺所达到的治疗时间长度。在对从进展后肿瘤获得的活检进行测序后,我们确定获得了一个病灶扩增IRS2这在试验招募时的AKT抑制剂阴性肿瘤中是不存在的。先前的报道表明,AKT抑制和随后的mTORC1介导的反馈缺失可导致IRS1/2的上调3,31,32,从而促进Ras/ERK和PI3K信号通路的有效再激活33,34。因此,扩增IRS2可能是该患者对AKT抑制剂治疗产生获得性耐药性的一种机制(图。5d).总的来说,这些结果与我们在体外观察到的indel突变诱导的AKT信号过度激活及其对AKT抑制的超敏反应一致,并提示激活非E17K突变可导致AKT信号过度激活。AKT1-3,包括符合框架的indels,可能会扩大AKT抑制的致敏生物标志物,尽管是以作用机制特异性的方式。

图capivasertib的II期篮子试验中不同AKT突变的临床敏感性。
figure 5

a在capivasertib的II期临床试验中,研究了ATP竞争性AKT抑制的功效AKT1-3改建(不包括AKT1E17K-突变ER+乳腺癌)。非E17K肿瘤患者对毛细血管栓塞治疗的临床反应AKT1-3显示了突变。b计算机断层扫描(CT)显示AKT1 L52R突变持续近一年的子宫内膜癌患者的部分反应(箭头所示)。c去势抵抗性转移性前列腺癌患者对capivasertib治疗的反应AKT2L78_Q79ins(HANTFVIRCL) indel突变。左和右是基线时和治疗开始后两个月的CT和骨扫描。左图显示了软组织转移隔室的分辨率(黄色箭头)。d对治疗前和进展后肿瘤组织的测序表明获得了局部扩增IRS2(蓝色;x-轴是染色体13)只存在于AKT抑制剂耐药后的肿瘤中。

讨论

我们的基因组,计算,实验和临床数据表明,激活非E17K突变的右长尾巴。AKT1AKT2通过致癌AKT的不同结构变形诱导不同程度的异常PI3K信号传导,这决定了对不同作用机制的AKT抑制剂的不同药理学敏感性,从而拓宽了晚期癌症中AKT抑制剂治疗的预测生物标志物。对癌症患者中预期识别的绝大多数突变缺乏足够的了解,严重限制了精确医学在肿瘤学中的临床适用性。我们的数据最终试图通过表征罕见的AKT突变来解决这一关键障碍,从而促进这些分子定义的患者与合适的靶向治疗的临床匹配。然而,AKT抑制的治疗脆弱性似乎是突变等位基因特异性的,需要作用机制特异性的药理学靶向,类似于在其他癌症基因中出现的等位基因特异性差异35,36。此外,随着时间的推移,随着新的患者群体、样本量的增加、新的计算方法或筛选和表征的正交模式的出现,本分析未识别的隐性罕见驱动突变仍可能出现。此外,除了体细胞突变之外的AKT激活机制,包括罕见的局灶性扩增和融合,以及改变肿瘤对该靶标依赖性的AKT突变肿瘤的共突变背景,对于常规描述和功能理解将是至关重要的。最终,类似的联合临床试验框架,如我们在这里利用的,将剖析通路激活中的突变等位基因特异性差异,这需要不同的治疗策略来改善分子定义的癌症患者的结果。


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