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享·01期 | 基因检测技术如何赋能肿瘤新药研发?
新药创始人俱乐部“享”栏目改版升级,选取新鲜话题,邀请俱乐部会员单位个人或团队进行观点分享,激发思考,促进学习、交流、讨论。本期话题“基因检测技术如何赋能肿瘤新药研发?”由海普洛斯市场部整理提供。



抗肿瘤药物研发是当前创新药物研发最活跃的领域,但肿瘤药物临床研究也有着非常高的失败率,根据IQVIA的报告,2018年肿瘤药物临床综合成功率不足8%。

由于肿瘤患者不仅广泛存在着个体异质性(Inter-tumour heterogeneity),而且在每个个体的肿瘤组织中也普遍存在内部差异(Intra-tumour heterogeneity),因此需要通过生物标志物来区分和确定对药物具有不同响应的个体。据统计,如果在肿瘤临床试验中纳入正确的生物标志物,预计在未来五年临床试验中的投入可减少8%,但试验效率和成功率分别提升34%和27%[1]。
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图1.未来5年影响药物临床成功率的关键因素

肿瘤本身是一种基因病,基因层面的生物标志物的检测会显得尤为重要,可以有助于我们从分子层面了解肿瘤发生及进展机制。关于基因检测如何赋能肿瘤药物临床研究,我们将在本文中进行详细阐述。


01.基于生物标志物的药物开发模式兴起



随着Next-generation sequencing (NGS,下一代测序)技术的普及以及更多的分子靶向药物被开发出来,特定驱动基因型的且无药可用的患者可以被推荐适当的临床方案,确保患者最大程度的获益以及提高临床试验效率[2]。

2014年美国癌症研究学会(AACR)提出基于精准医学的两大创新性临床试验概念,即篮子试验(Basket Trial)和雨伞试验(Umbrella Trial),目前FDA基于篮子试验批准的药物已经有三个以及有一个药物在加速审批中。

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可以确定的是未来将会有更多基于NGS技术指导的肿瘤药物临床试验会开展,其具体流程如下:第一步,对留存的或新鲜的组织样本进行测序,了解其分子特征;第二步,通过解读基因变异,生成一份详细的解读报告。最后结合前期设置的算法或者通过分子肿瘤讨论组决策,这些患者可能被推荐到不同的临床试验中,如雨伞试验、篮子试验或者混合试验,详细过程见下图2[3]。

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图2.基于NGS方法的肿瘤药物开发


02.基因检测助力失败的临床试验问题回溯



面对肿瘤药物临床试验不到8%的成功率,基因检测的应用可以提高药物临床成功率,其中最经典的案例无疑是易瑞沙(Gefitinib,吉非替尼)。我们一起来回顾一下易瑞沙的研发历程。

 

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图3.易瑞沙关键临床及获批时间线

2003年5月,美国FDA于2003年5月5日根据Subpart H加速批准法规有条件批准了易瑞沙上市,有效性和安全性的数据来之于两个Ⅱ期临床试验。因为这个适应症的加速批准是基于缓解率而不是生存率,因此FDA在批准易瑞沙的同时要求阿斯利康开展进一步的大型临床研究确证用易瑞沙对于二线治疗的生存优势。后来也就有了在当时EGFR治疗影响力最大的试验ISEL,ISEL(美国临床试验登记号:1839IL/709)是一个针对二线治疗的随机双盲安慰剂对照的Ⅲ期生存研究,ISEL研究的结论是易瑞沙在亚裔人和不吸烟者中显示出生存期优势,而且耐受性较好,这和之前的研究结果一致。但结果显示易瑞沙在总体人群中肿瘤缓解率方面的优势并未转化为生存优势,而厄洛替尼 (Tarceva)在当时已被批准用于同样人群的治疗且批准依据是基于总生存率的改善。这些结果导致FDA于2005年6月17日限制了易瑞沙在美国人群中的使用(仅在已经给药并产生疗效的患者中可以继续使用,但不能用于新的病人)以及欧洲的撤市。

但阿斯利康并没有因此失去信心,因为ISEL的亚组分析结果是稳健的,阿斯利康重新将这个药品的市场定位为亚洲国家,随后进行了INTEREST及IPASS研究。IPASS研究是一项针对一线治疗的随机开放平行Ⅲ期研究,比较了口服易瑞沙250mg每日一次单药治疗和紫杉醇/卡铂二联化疗的疗效,入组患者的基线特征为“男性和女性、从未吸烟和既往轻度吸烟以及腺癌”受试者。该研究结果进一步验证了易瑞沙在亚裔、不吸烟和腺癌人群中的无进展生存期(PFS)更长(HR为0.74,95% CI为0.65,0.85,P<0. 0001) ,也证明了易瑞沙在这部分人群中一线治疗的临床意义;此次试验按照研究设计进行了生物标志物亚组分析,结果显示易瑞沙使EGFR突变阳性受试者的PFS更长(HR为0.48,95% CI为0.36,0.64,P<0. 0001) ,突变阴性受试者的PFS 短于二联化疗(HR为2.85,95% CI为2.05,3.98,P<0. 0001)。

基于这几项关键的临床研究结果,CFDA(现为NMPA)将易瑞沙在我国应用的适应症在原来的“既往接受过化学治疗的局部晚期或转移性非小细胞肺癌”基础上增加了“用于EGFR具有敏感突变的局部晚期或转移性NSCLC的1线治疗”。2015年7月13日,易瑞沙以新的适应症“用于EGFR外显子19号缺失或者21 号(L858R)突变的局部晚期或转移性NSCLC的1线治疗”重新回归美国战场,批准主要基于ifum试验结果 [4]。

国内目前有一家做First-in-class药物的生物制药公司——索元生物正是借鉴易瑞沙的案例在探索一种新的临床开发模式,即公司从国际药企引进经临床后期试验证明其安全性,且显示对部分患者有效的新药项目,并利用其生物标志物平台技术在残余的临床样本中找到可预测药物疗效的生物标志物。通过这些新发现的生物标志物作为伴随诊断来筛选患者,进而在敏感患者中重新开展临床试验,从而能够优化药物疗效和安全性,提高新药开发的成功率。


03.基因检测辅助药物有效性生物标志物的探索



众所周知免疫治疗药物一旦有效,会保持持久的有效性,但其问题在于目前肿瘤免疫检查点抑制剂(ICB,以PD-1/PD-L1阻断剂为主)在晚期肿瘤患者治疗疗效的整体有效率为15%-65%(与肿瘤类型有关),大部分在20-30%。ICB虽表现出有效时间长的特点,但有效率偏低。

目前在探索中的免疫治疗生物标志物主要有两大类,第一类是针对肿瘤本身的标志物,主要代表为PD-L1、TMB、MSI、DDR通路基因等;第二类是肿瘤微环境标志物,如TCR/BCR、TIL以及肠道菌群等[5]。以上大部分生物标志物需要进行基因测序。

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图4.免疫治疗生物标志物

中国医学科学院肿瘤医院王洁教授团队在免疫治疗领域Biomarker的探索上做了非常多有价值的工作,近期在2019年11月发表在Cancer Immunology Research的文章上发表了通过PD-1+CD8+ T细胞以及 TCR多样性预测ICB疗效的文章[6]。

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图5. 探索性研究中加入ICB生物标志物检测

在ICB有效性biomarker探索的临床研究中加入了对各类样本(组织、外周血及血浆)的检测指标,包括TCR测序、DNA-based NGS、RNA-based NGS以及ctDNA检测等。

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图6. T细胞多样性可以预测ICB疗效

研究发现,血液中T细胞Diversity越高,患者接受ICB治疗效果越好,见上图6。

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图7. TCR克隆性改变可以作为监测性指标

研究也表明,免疫治疗有效的患者中,PD-1+CD8+TCR的克隆性均有所升高,而疾病进展(PD)的患者中均呈现稳定或下降趋势。且TCR克隆性的变化趋势与VAF变化趋势相反,见图7。
    
未来随着更多可以预测ICB疗效的biomarker被发现以及多种biomarker组合来预测免疫治疗疗效,免疫治疗也会变得愈加精准治疗。类似地,其他疗法如靶向治疗、溶瘤病毒、mRNA、CAR-T等也需要进行有效性生物标志物的探索,确保提高药物有效率以及使患者更大程度的获益。


04.基因检测识别耐药机制促进新一代药物的开发



靶向药物当前最火热的领域之一,由于相较于化疗,靶向药物作用更明确,同时副作用更低。靶向药物无法避免的问题是患者用一段时间后患者会出现耐药。因而,探寻靶向药物耐药机制以及开发下一代药物在临床上意义重大,其中最经典的案例当属Loxo Oncology公司LOXO-195的开发过程。

2018年5月29日,FDA授予LOXO-101(拉罗替尼)优先审评资格并接受其上市申请,用于治疗患有NTRK基因融合的晚期或转移性实体瘤的成人和儿童患者。发表在《新英格兰医学杂志》的临床研究结果显示,入组的55名共患有17种癌症的TRK阳性患者中,接受LOXO-101治疗后,总有效率为75%。治疗一年后,71%的有效患者仍持续应答,55%的患者无进展。

尽管NTRK融合激酶阳性患者对LOXO-101响应持续时间较长,但一定时间后大多数患者还是出现获得性耐药现象,目前观察到的耐药突变主要是:靶点耐药主要涉及三个主要区域:solvent front(溶剂前沿突变), gatekeeper residue (守门员突变)和 xDFG motif区域的突变。其中以溶剂前沿突变,如TRKA G595R为主。

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图8.TRK耐药大多情况是溶剂前沿获得性耐药

基于耐药突变后的结构特性,研究人员通过虚拟筛选(in-silico evaluation)发现大环化合物可以保留其他作用力的同时有效降低位阻效应,从而大大提高亲和力。由此发现的化合物LOXO-195不仅保持对野生型TRKA/C超强的抑制(IC50分别是0.6,<2.5nM),还对突变型TRKA-G595R(IC50=2.0nm)、TRKA-G667C(IC50=9.8nm)和TRKC-G623R(IC50=2.3nm)展示很强的抑制[7]。

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图9. LOXO-195与突变的TRKA/C相互作用模型。

AACR 2019年会报道了31例NTRK靶向药耐药患者接受LOXO-195治疗的疗效和安全性数据,其中20例患者来自LOXO-195的I期临床试验,11例患者来自同情用药计划。这些患者先前一次NTRK靶向药治疗中位持续时间为9.5个月,其中共29例患者可评估疗效,我们发现LOXO-195治疗NTRK耐药突变客观缓解率为45%[8]。

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图10. BAY 2731954 (LOXO-195)的客观缓解率

下一代药物的开发,可以使患者持续获益的同时,为肿瘤开发企业带来持续的经济利益,通过基因检测,我们可以清楚地了解药物耐药机制,并指导我们开发下一代药物。

在精准医疗时代,随着我们对肿瘤的认知也从病理层面深入到分子层面,NGS在肿瘤药物临床中扮演着越发重要的角色。在肿瘤药物的临床开发过程中加入基因检测,有利于让患者获益、提高肿瘤药物研发的成功率和效率以及指导药企更好地开发下一代药物。

未来国内肿瘤基因检测公司和肿瘤药物开发企业的合作会更加紧密,基因检测公司会参与到药物临床前和临床研究,为肿瘤药物的研发提供助力,一个肿瘤精准治疗药物的上市必定会同步伴随着一个伴随诊断(CDx)产品的获批上市。



关于海普洛斯生物  

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参考资料
1.Global Oncology Trends 2019: Therapeutics, Clinical Development and Health System Implications
2.Janiaud P, Serghiou S, Ioannidis J P A. New clinical trial designs in the era of precision medicine: an overview of definitions, strengths, weaknesses, and current use in oncology[J]. Cancer treatment reviews, 2019, 73: 20-30.
3.Siu L L, Conley B A, Boerner S, et al. Next-generation sequencing to guide clinical trials[J]. 2015.
4.从吉非替尼的王者归来谈亚组分析在新药临床研究中的作用,药渡,郭晶涛。
5.蔡修宇教授谈免疫治疗标志物与篮子试验, 肿瘤咨询。
6.Han J, Duan J, Bai H, et al. TCR repertoire diversity of peripheral PD-1+ CD8+ T cells predicts clinical outcomes after immunotherapy in patients with non-small cell lung cancer[J]. Cancer immunology research, 2019.
7.LOXO-195的前世今生:来自人均GDP超两亿美元的地方,药渡,王伟。
8.Hyman. AACR 2019. Abstr CT127.