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非小细胞肺癌EGFR耐药PDX动物模型:HER3和c-MET双靶ADC为什么必须先验证共表达
探索生命空间,助力基础研究

PREFACE 00

前言

EGFR突变非小细胞肺癌接受第三代EGFR-TKI治疗以后,真正棘手的问题往往不是肿瘤细胞完全失去EGFR依赖,而是它们在持续药物压力下重新建立了一套替代性的生存网络。MET扩增或c-MET信号增强、HER3表达升高以及下游PI3K/AKT重新激活,都是获得性耐药中反复出现的变化。尤其值得注意的是,c-MET并不只是与HER3平行存在的一条旁路。MET扩增可以促进HER3磷酸化,使HER3成为连接旁路受体和PI3K/AKT的重要信号支架,因此HER3和c-MET在部分EGFR-TKI耐药肿瘤中的同时升高具有明确的生物学基础。

也正因为如此,HER3×c-MET双靶ADC开始成为一个很有吸引力的研究方向。双靶设计理论上可以扩大肿瘤细胞识别范围,同时在HER3和c-MET共同存在的细胞表面增加结合机会,促进受体聚集、内吞以及细胞毒载荷进入肿瘤细胞。近期研究也已经在EGFR-TKI耐药临床组织中观察到HER3与c-MET的空间重合,并在双阳性细胞和耐药PDX中发现双靶ADC具有更强的内吞和抗肿瘤活性。

但这里有一个很容易被忽略的问题:一块肿瘤组织HER3阳性,同时另一块区域c-MET阳性,并不等于同一个肿瘤细胞同时表达两个靶点。如果HER3和c-MET分布在完全不同的克隆里,双靶ADC发挥的主要价值可能只是扩大覆盖范围;如果两个靶点真正共存于同一个细胞表面,才更有可能产生双价结合、受体聚集和增强内吞。如果不先把这一层拆清楚,后续看到“双靶ADC比单靶ADC更有效”,也很难解释优势究竟来自双靶协同,还是单纯来自杀伤了更多不同亚群。

因此,HER3×c-MET双靶ADC研究真正应该先回答的,不是两个靶点“有没有表达”,而是它们是否在同一耐药细胞、同一空间区域和同一疾病阶段中形成了具有功能意义的共表达。

导读

一、EGFR-TKI耐药以后,HER3和c-MET为什么会同时被推到前台;二、HER3阳性加c-MET阳性,为什么还不能等同于真正的双靶共表达;三、双靶ADC研究中的“共表达”应该拆成哪几个层级;四、同一细胞上的HER3和c-MET为什么可能增强ADC内吞;五、如果两个靶点分布在不同肿瘤细胞,双靶ADC还能不能产生优势;六、为什么EGFR耐药PDX比普通CDX更适合研究双靶异质性;七、围绕“共表达—内吞—载荷递送—杀伤”如何建立实验闭环;八、沿着HER3/c-MET共表达继续研究,还有哪些问题值得深入。

一、EGFR-TKI耐药以后,HER3和c-MET为什么会同时被推到前台

EGFR突变肺腺癌在治疗初期往往高度依赖EGFR信号。奥希替尼等EGFR-TKI持续抑制EGFR以后,肿瘤细胞要想继续存活,就必须重新建立下游ERK、PI3K/AKT等生存信号。获得性耐药因此并不是一个单一基因突变事件,而可以通过EGFR本身二次改变、旁路受体激活、表型转换和多克隆共同进化等多种方式出现。

MET扩增是其中非常重要的一条旁路。c-MET具有完整的酪氨酸激酶活性,当MET拷贝数或蛋白信号明显增加以后,即使EGFR仍然受到抑制,肿瘤细胞也可以重新获得下游生存信号。更有意思的是,这个过程并不一定绕开HER3。经典机制研究已经表明,MET扩增可以促进HER3磷酸化,由HER3继续招募PI3K,使原本被EGFR-TKI切断的PI3K/AKT信号重新建立。

HER3本身的情况也比较特殊。ERBB3缺少强大的自身激酶活性,因此它很难像EGFR或c-MET那样单独驱动完整信号,但HER3具有丰富的PI3K结合位点,是非常重要的受体信号支架。在EGFR抑制压力下,HER3表达和膜定位增加可以提高肿瘤细胞利用其他受体维持下游信号的能力。

从这个角度看,EGFR耐药后HER3和c-MET同时出现,并不只是两个“靶点升高”的偶然现象。至少在部分耐药克隆中,它们可能处在同一个旁路生存网络中:c-MET提供激酶驱动,HER3承担高效连接PI3K/AKT的功能。

这也解释了为什么EGFR-TKI耐药背景特别适合研究HER3×c-MET双靶策略。双靶ADC并不一定需要同时抑制两个受体的信号功能,它更重要的任务是利用耐药细胞形成的新表面抗原组合,把细胞毒载荷更高效地送入这些细胞。

真正的问题随之变成:耐药肿瘤中的HER3和c-MET究竟是不是落在同一群细胞上。

二、HER3阳性加c-MET阳性,为什么还不能等同于真正的双靶共表达

组织水平检测最容易制造一个“假共表达”概念。

假设一块EGFR-TKI耐药肿瘤中,60%的区域HER3较高,另外40%的区域c-MET较高。如果分别做两张IHC,整块组织完全可以同时被判定为HER3阳性和c-MET阳性。但这两类信号可能来自完全不同的肿瘤细胞群。对于一个依赖同细胞双靶结合来增强内吞的ADC来说,这种情况和真正的HER3/c-MET双阳性细胞具有完全不同的意义。

连续切片IHC能够帮助判断两个靶点是否出现在相似组织区域,却仍然很难证明它们位于同一个细胞。尤其是在高度异质的耐药PDX中,即使相邻切片出现类似阳性区域,也可能来自相邻却不同的肿瘤细胞。

因此,共表达至少需要从“肿瘤整体阳性”进一步进入“空间共定位”和“单细胞双阳性”。

多重免疫荧光可以同时检测HER3、c-MET和肿瘤细胞标志物,在同一张切片中直接判断双靶点是否位于同一肿瘤细胞膜。共聚焦成像还可以进一步观察两个受体在膜上的空间关系。流式细胞术则能够对肿瘤消化后的细胞进行HER3/c-MET双染,定量HER3单阳性、c-MET单阳性、双阳性和双阴性细胞比例。

这两种方法回答的问题不同。流式能够精确计算双阳性比例,却丢失了组织空间信息;多重荧光能够看到双阳性细胞位于肿瘤核心、浸润边缘还是特定血管周围,却不一定像流式那样容易进行大规模细胞定量。

如果研究进一步进入机制层面,还应当测量每个细胞表面的受体密度。两个模型都可能有70%的HER3/c-MET双阳性细胞,但一个模型HER3和c-MET都属于高表达,另一个模型可能只是HER3高、c-MET刚刚超过阳性阈值。对于ADC而言,两种情况的结合和内吞能力可能完全不同。

因此,“HER3阳性”和“c-MET阳性”只是双靶研究的第一层筛选,真正具有机制意义的是同细胞双靶密度和空间组织方式。

三、双靶ADC研究中的“共表达”应该拆成哪几个层级

HER3/c-MET共表达并不是一个简单的是或否变量。对于基础机制研究,更适合把它拆成四个层级。

第一层是肿瘤整体表达。也就是这个PDX是否同时能够检测到HER3和c-MET。它适合模型初筛,但不能证明双靶协同。

第二层是空间共定位。两个靶点是否出现在同一肿瘤区域,还是分别位于不同克隆或不同组织区域。这一层能够开始判断双靶ADC是否有机会同时接触两个靶点。

第三层是同细胞共表达。真正需要计算的是有多少肿瘤细胞同时表达HER3和c-MET,以及双阳性细胞在整个肿瘤中的比例。

第四层则是功能性共表达。即两个靶点同时存在以后,是否真的提高双靶ADC结合、受体聚集、内吞和载荷释放。如果HER3和c-MET虽然双阳性,却因为受体数量太低、空间距离不合适或者内吞动力学不同,双靶优势仍然可能很弱。

共表达层级主要问题推荐方法能否证明双靶协同
肿瘤整体表达HER3和c-MET是否都存在IHC、WB不能
空间共定位两个靶点是否位于相同肿瘤区域多重IF、空间成像部分支持
同细胞共表达是否存在HER3⁺c-MET⁺肿瘤细胞双标流式、多重IF强支持
受体密度每个细胞表面有多少HER3和c-MET定量流式预测结合和内吞
功能性共表达双靶结合是否真正增加内吞和杀伤内吞、敲除和功能救援可以建立因果

这一分层尤其适合PDX研究。因为PDX保留了患者肿瘤中更明显的克隆异质性,如果只按照整块肿瘤IHC平均H-score选择模型,很容易把真正重要的细胞亚群信息平均掉。

SECTION 01

01

同一细胞上的HER3和c-MET为什么可能增强ADC内吞

ADC真正进入肿瘤细胞发挥作用,需要经历抗原结合、受体内吞、胞内运输、连接子裂解以及细胞毒载荷释放。表面靶点存在只是这条链条的第一步,真正决定药效的往往是每单位时间能够把多少ADC送进细胞。

HER3单靶ADC面临的一个现实问题,是不同肿瘤中HER3表面密度差异较大,而且HER3的内吞效率未必在所有模型中都足够高。加入c-MET以后,双靶ADC理论上获得了更多可以结合的膜表面位点。

如果HER3和c-MET同时存在于同一个细胞,双靶分子的一条结合臂可以先结合HER3,另一条再与附近c-MET结合,使整个抗体在细胞膜上的有效结合强度和停留时间增加。两个受体被同一个分子同时连接后,还可能形成受体聚集,进一步促进胞吞。

近期双靶ADC研究已经观察到,与HER3单靶ADC相比,HER3×c-MET双靶分子在双阳性细胞中具有更明显的细胞结合和内吞,并在EGFR-TKI耐药PDX中表现出更强的肿瘤控制。这种结果支持“增加有效受体总量+促进受体聚集和内吞”的机制,但还不能只凭最终缩瘤结果确认每一步贡献。

如果希望把这条机制真正做扎实,可以人为构建四类细胞:HER3高/c-MET低、HER3低/c-MET高、双高以及双低。随后使用相同浓度双靶ADC比较结合量、内吞速度、溶酶体进入和细胞毒性。

进一步分别敲除HER3或c-MET。如果双高细胞中的内吞优势在敲除任一靶点后明显下降,而重新恢复对应靶点又能把内吞救回来,就可以真正证明两个靶点共同贡献了ADC进入细胞的效率。

这类实验比单纯比较双靶ADC和单靶ADC的IC50更有机制价值,因为它回答的是双靶设计为什么有效,而不仅仅是它是否有效。

SECTION 02

02

如果两个靶点分布在不同肿瘤细胞,双靶ADC还能不能产生优势

共表达并不意味着只有“同一细胞双阳性”一种有价值的状态。

EGFR-TKI耐药肿瘤通常具有明显的克隆异质性。一部分耐药细胞可能以MET扩增为主,另一部分细胞可能明显提高HER3,还有一部分真正同时高表达两个靶点。如果双靶ADC能够独立识别HER3单阳性和c-MET单阳性细胞,即使两个靶点没有完全共存于同一个细胞,也可能通过扩大覆盖范围减少靶点阴性克隆逃逸。

此时双靶ADC的优势就从“同细胞协同内吞”变成了“跨亚群覆盖”。

如果ADC使用可裂解连接子,并且载荷具有一定膜通透性,进入HER3阳性或c-MET阳性细胞后释放的载荷还可能进一步杀伤周围靶点较低或阴性的细胞,产生旁观者效应。对于高度异质的PDX,这种机制可能同样重要。

因此,不同共表达模式可能对应三种完全不同的双靶优势:

肿瘤表达模式双靶ADC可能的主要优势
大量HER3⁺c-MET⁺双高细胞双靶结合、受体聚集、增强内吞
HER3单高和c-MET单高细胞混合扩大肿瘤克隆覆盖
双阳性+单阳性+阴性混合双靶覆盖+旁观者杀伤
一个靶点高、另一个普遍很低双靶优势可能接近单靶ADC
两个靶点都低双靶ADC通常缺少足够靶点基础

这也是为什么“必须验证共表达”不应该被理解成只有双阳性肿瘤才能研究双靶ADC。真正需要验证的是共表达模式,因为不同模式决定了双靶ADC应该通过什么机制产生优势。

对于基础科研而言,可以人为建立混合克隆模型。例如按不同比例混合HER3单阳性、c-MET单阳性和双阳性细胞,再观察双靶ADC与两个单靶ADC分别如何控制肿瘤。这样可以直接回答肿瘤异质性增加以后,双靶设计究竟是依靠内吞协同,还是依靠更大的克隆覆盖面。

SECTION 03

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为什么EGFR耐药PDX比普通CDX更适合研究双靶异质性

CDX最大的优势是标准化。细胞来源明确、靶点表达容易检测,成瘤周期和药效窗口相对稳定,非常适合前期验证双靶ADC能否结合、内吞和产生细胞毒性。

但它的优势同时也是局限。一个长期体外培养的细胞系往往比患者肿瘤均一,HER3和c-MET的表达也更容易形成相对统一的状态。即使构建出HER3/c-MET双阳性CDX,也只能证明“在一个人为选择的双阳性肿瘤里,双靶ADC有效”。

EGFR-TKI耐药PDX保留了更多患者肿瘤原有的组织结构、克隆组成和靶点异质性,因此更适合研究两个问题:第一,HER3和c-MET在真实耐药肿瘤中到底怎样分布;第二,双靶ADC能不能在这种不均一背景下获得优势。

尤其是来自EGFR-TKI耐药患者的PDX,可以进一步保留部分治疗选择后的克隆特征。某些区域可能表现为HER3高表达,某些区域c-MET更突出,也可能出现双阳性耐药细胞。这样的模型比普通EGFR突变CDX更接近双靶策略真正准备解决的临床问题。

不过,PDX也不能被当成患者肿瘤的完全复制。连续传代以后,人源间质会逐渐被鼠源间质替换,部分克隆比例也可能发生漂移;免疫缺陷宿主又无法保留完整的人免疫微环境。因此,每一代PDX都不应该默认靶点表达完全稳定。

对于HER3/c-MET研究尤其需要在正式实验前重新确认双靶状态。

模型更适合回答的问题主要局限
双阳性CDX双靶结合、内吞和基本药效异质性低
单靶基因工程CDX单个靶点贡献人为程度高
混合克隆CDX双靶覆盖不同亚群的能力仍是人工重构
EGFR耐药PDX临床样异质性和耐药背景成本高、批次差异大
连续传代PDX药效重复性和耐药演化靶点状态可能漂移
患者耐药组织共表达和临床关联难以直接完成因果验证

比较理想的研究路径,是用可控CDX拆机制,再用PDX验证这种机制在真实异质性背景下是否仍然成立。

SECTION 04

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围绕“共表达—内吞—载荷递送—杀伤”如何建立实验闭环

1、先用临床组织确定双靶策略有没有真实生物学基础

首先需要比较EGFR-TKI治疗前和耐药后组织中的HER3和c-MET变化。如果只有治疗前组织,就很难判断共表达究竟属于EGFR突变肺癌本身,还是治疗压力真正选择出的耐药状态。

建议在同一组织中进行多重检测,区分HER3单阳性、c-MET单阳性和双阳性肿瘤细胞,并分析双阳性比例是否在耐药后增加。

如果能够获得配对治疗前后组织,其价值会明显高于横断面比较不同患者。

2、把受体密度和双阳性比例同时量化

PDX筛选时不建议只按照IHC 0、1+、2+、3+分类。可以在IHC基础上增加肿瘤细胞流式和定量受体检测,得到每个细胞的HER3和c-MET表面分子数量。

最终建立的不是简单“阳性模型库”,而是一个二维靶点矩阵:HER3高/c-MET高、HER3高/c-MET低、HER3低/c-MET高以及双低。

这样才能真正研究双靶ADC药效是否随共表达模式变化。

3、内吞实验必须放在细胞毒之前

如果双靶ADC的主要假设是“共表达增强内吞”,就应该先直接证明这一点。

可以采用pH敏感染料标记ADC,实时观察进入酸性内体/溶酶体后的信号,也可以通过共聚焦成像观察ADC与LAMP1等溶酶体标志物共定位。随后比较双靶ADC、HER3单靶ADC和c-MET单靶ADC在不同靶点背景下的内吞动力学。

真正值得关注的是单位时间进入细胞的ADC总量,而不只是最终某一个时间点的荧光强度。

4、必须用单靶敲除证明两个靶点各自贡献

在HER3/c-MET双阳性细胞中分别敲除ERBB3和MET,再观察双靶ADC结合、内吞和杀伤变化。如果单独敲除一个靶点只部分降低药效,而双敲除几乎完全消除作用,就能说明两个靶点都在贡献ADC递送。

如果敲掉c-MET以后药效几乎完全不变,则提示这个模型中HER3可能已经足以完成大部分内吞,所谓双靶优势未必真正存在。

5、单靶ADC和双靶ADC必须尽量保持载荷条件一致

比较双靶设计时,抗体骨架、载荷类型、DAR、连接子稳定性都会影响药效。如果双靶ADC使用高DAR拓扑异构酶I抑制剂,而单靶对照使用另一种载荷或明显不同DAR,最终即使双靶药效更好,也无法把优势归因于双靶本身。

更严格的机制实验应尽可能使用相同载荷、相近DAR和类似连接子体系,只改变靶向结构。

6、最后再回到EGFR耐药PDX验证

完成体外机制以后,可以选择共表达模式不同的EGFR耐药PDX进行体内比较,并同步检测肿瘤中的ADC分布、DNA损伤、增殖和凋亡。

实验阶段核心问题推荐设计
临床组织HER3/c-MET是否在耐药后共同出现配对组织、多重IF
模型筛选哪些PDX真正同细胞双阳性IHC+流式+受体定量
结合双靶是否提高细胞膜结合定量结合实验
内吞共表达是否促进ADC进入细胞pH敏感内吞、溶酶体共定位
因果两个靶点各自贡献多少ERBB3/MET单敲与双敲
载荷效应优势是否来自双靶而非ADC化学结构同载荷、同DAR对照
PDX验证异质背景下机制是否仍成立多种共表达模式PDX
耐药肿瘤复发后靶点发生了什么变化终点/复发瘤再检测

SECTION 05

05

沿着HER3/c-MET共表达继续研究,还有哪些问题值得深入

1、HER3和c-MET共表达是稳定状态,还是EGFR-TKI逼出来的动态状态

这是最值得继续追的问题之一。EGFR抑制以后,肿瘤细胞可能通过转录适应、克隆选择或者旁路扩增逐渐提高HER3和c-MET。双靶共表达因此可能不是一个固定的基线特征,而是治疗压力塑造出的动态耐药状态。

可以在EGFR-TKI敏感细胞和PDX中进行连续治疗,分别在药敏期、残存期、早期复发和稳定耐药阶段检测HER3/c-MET。这样能够回答双靶ADC最合理的介入时间究竟是在耐药完全形成以后,还是在药物耐受残存细胞阶段就开始。

2、MET扩增和单纯c-MET蛋白升高,是否形成同样的双靶状态

c-MET高表达并不等于MET扩增。部分耐药肿瘤由基因扩增驱动,另一些则可能由HGF刺激、转录调控或蛋白稳定性增加造成c-MET升高。

这两类肿瘤中的HER3依赖程度可能不同。后续可以分别建立MET扩增型和非扩增c-MET高表达型模型,比较HER3磷酸化、PI3K/AKT以及双靶ADC内吞,判断真正需要双靶策略的是哪一种耐药背景。

3、真正决定药效的是“双阳性比例”,还是“双靶总密度”

一个肿瘤可能只有30%的细胞双阳性,但这些细胞两个靶点都非常高;另一个肿瘤90%的细胞双阳性,却都只有低水平表达。哪一种更适合双靶ADC,目前不能只靠“阳性率”回答。

可以构建不同受体密度和细胞比例的模型,建立双靶总密度、内吞量和ADC敏感性之间的定量关系。最终有可能得到一个比传统IHC阳性/阴性更加准确的响应阈值。

4、双靶ADC治疗以后,会不会重新选择出双阴性克隆

ADC本身同样会施加选择压力。HER3/c-MET双靶ADC可以减少单一靶点丢失造成的逃逸,却并不意味着不会形成新的耐药。

长期治疗后可能出现双靶同时下调、内吞途径改变、溶酶体功能异常、载荷耐药或者ABC转运蛋白升高。因此,PDX达到最低瘤负荷以后不应该立即结束实验,还可以继续观察复发,并重新检测HER3/c-MET及ADC处理链条。

如果复发肿瘤的HER3和c-MET仍然存在,却失去ADC敏感性,说明真正的耐药可能已经转移到内吞或载荷层面;如果双靶明显消失,则属于抗原逃逸。

5、HER3和c-MET是否真的需要同时被同一个ADC结合

双靶ADC比两个单靶ADC联合更加有效时,可能来自同分子桥联和受体聚集;如果两者药效完全相同,则双靶结构的核心优势可能只是简化药物形式。

可以在相同总抗体剂量和相同总载荷条件下比较HER3×c-MET双靶ADC与HER3 ADC+c-MET ADC联合,进一步观察受体聚集、内吞速率和肿瘤分布。这个实验能够直接回答“双靶必须在同一个分子上”是否具有真正的生物学意义。

6、EGFR-TKI和双靶ADC联合,会不会主动制造一个更容易被ADC识别的肿瘤状态

如果EGFR-TKI治疗本身能够提高HER3或c-MET表达,那么TKI与双靶ADC之间可能并不只是两个独立药物相加。持续EGFR抑制有可能先把肿瘤推向HER3/c-MET高表达的耐药或耐受状态,再由ADC利用这种新形成的表面抗原谱完成杀伤。

后续可以比较先用EGFR-TKI诱导一段时间再给予双靶ADC、两者同步给药以及耐药后再给ADC三种方案,连续检测双靶表达、ADC内吞和肿瘤复发。如果预处理能够提高双靶密度并增强ADC进入,就可能形成一种“先塑造靶点、再利用靶点”的治疗机制。

这也体现了HER3×c-MET双靶ADC研究最值得继续向前推进的地方:真正需要解释的并不是两个靶点越多越好,而是EGFR-TKI耐药过程中,肿瘤细胞如何形成新的表面受体组合,这种组合怎样改变ADC的结合和内吞,以及治疗压力又会怎样继续重塑这些靶点。把共表达从一张静态IHC图片变成一个动态、可验证的细胞状态,才可能真正解释双靶ADC为什么在某些EGFR耐药肿瘤中具有优势,而在另一些肿瘤中并不会比单靶方案更强。

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