Abstract
目的
基因突变是导致肿瘤发生、发展的重要原因之一。本研究探讨磷脂酰肌醇3 激酶-蛋白激酶 B(phosphatidylinositol 3 kinase-protein kinase B，PI3K-Akt)、雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)、AMP依赖的蛋白激酶[adenosine 5'-monophosphate (AMP)-activated protein kinase，AMPK]信号通路与鼻咽癌患者疗效及预后的关系。
方法
选取中南大学湘雅医学院附属肿瘤医院/湖南省肿瘤医院头颈放疗二科31例初治中晚期鼻咽癌患者，采用基因测序平台Illumina NextSeq CN500检测治疗前鼻咽部活检组织中288个基因的全部外显子、38个基因的内含子、启动子或融合断点区域，对728个基因的编码区域进行目标区域捕获的高深度测序，并检测肿瘤基因4种变异类型，包括点突变、小片段的插入缺失、拷贝数变异和目前已知的融合基因。31例患者均接受以铂类为基础的诱导化学治疗联合同步放化疗，并对患者进行长期随访。
结果
PI3K-Akt通路突变患者的3年区域无失败生存率(regional failure-free survival，RFFS)及无病生存率(disease-free survival，DFS)均显著低于未突变患者，差异有统计学意义(χ2=6.647，P<0.05)。mTOR通路突变患者的3年RFFS及DFS均显著低于未突变患者，差异有统计学意义(χ2=5.570，P<0.05)。AMPK通路未突变患者在治疗后3个月的完全缓解(complete response，CR)率显著高于突变的患者，差异有统计学意义(P<0.05)，AMPK通路突变患者的3年RFFS及DFS均显著低于未突变患者，差异有统计学意义(χ2=4.553，P<0.05)。PI3K-Akt/mTOR/AMPK信号通路突变和治疗前EB病毒DNA拷贝数是鼻咽癌患者3年RFFS和DFS的独立预后因素(均P<0.05)。
结论
存在PI3K-Akt/mTOR/AMPK信号通路基因突变的鼻咽癌患者预后较差，应用二代测序对PI3K-Akt/mTOR/AMPK驱动基因和信号通路的检测有望为鼻咽癌基础研究及靶向治疗提供新思路。
Keywords: 鼻咽癌, PI3K-Akt/mTOR/AMPK信号通路, 疗效, 预后, 二代测序
Abstract
Objective
Genetic mutation is one of the important causes for tumor genesis and development, but genetic mutation in nasopharyngeal carcinoma (NPC) has rarely been reported. This study explored the role of phosphatidylinositol 3 kinase-protein kinase B (PI3K-Akt), mammalian target of rapamycin (mTOR), and adenosine 5'-monophosphate (AMP)-activated protein kinase (AMPK) signaling pathway in the efficacy and prognosis in patients with NPC.
Methods
A total of 31 patients with advanced NPC, who came from the Affiliated Cancer Hospital of Xiangya School of Medicine of Central South University/Hunan Provincial Cancer Hospital, were enrolled. All of the exons of 288 genes, introns of 38 genes and promoters or fusion breakpoint regions from the nasopharyngeal biopsy tissues before treatment were detected by the gene sequencing platform Illumina NextSeq CN500. The coding regions of 728 genes were carried out a high-depth sequencing of target region capture, and the 4 variant types of tumor genes (including point mutations, insertion deletions of small fragments, copy number variations, and currently known fusion genes) were detected. All of 31 patients received platinum-based induction chemotherapy combined with concurrent chemoradiotherapy and were followed up for a long time.
Results
The 3-year regional failure-free survival (RFFS) and disease-free survival (DFS) in patients with PI3K-Akt pathway mutation were significantly lower than those in unmutated patients (χ2=6.647, P<0.05). The 3-year RFFS and DFS in patients with mTOR pathway mutations were significantly lower than those in unmutated patients, and there was significant difference (χ2=5.570, P<0.05). The rate of complete response (CR) in patients with unmutated AMPK pathway was significantly higher than that in patients with mutation at 3 months after treatment (P<0.05), and the 3-year RFFS and DFS in patients with AMPK pathway mutation were significantly lower than those in unmutated patients (χ2=4.553, P<0.05). PI3K-Akt/mTOR/AMPK signaling pathway mutations and pre-treatment EB virus DNA copy numbers were independent prognostic factors for 3-year RFFS and DFS in patients with NPC (both P<0.05).
Conclusion
The NPC patients with PI3K-Akt/mTOR/AMPK signaling pathway mutation have poor prognosis, and the detection of PI3K-Akt, mTOR, AMPK driver genes and signaling pathways by next-generation sequencing is expected to provide new idea for basic research and targeted therapy of NPC.
Keywords: nasopharyngeal carcinoma, PI3K-Akt/mTOR/AMPK signaling pathway, efficacy, prognosis, next-generation sequencing
鼻咽癌是一种与EB病毒相关的肿瘤，在中国广东省和广西壮族自治区发病率较高，随着放射治疗(以下简称放疗)技术的进步和化学治疗(以下简称化疗)方案的改善，鼻咽癌患者的生存率较前提高，但仍有20%的患者出现远处转移和局部复发[1]。二代测序(next-generation sequencing，NGS)技术已广泛用于各种实体肿瘤[2-3]，但在鼻咽癌中应用较少，磷脂酰肌醇3 激酶-蛋白激酶 B(phosphatidylinositol 3 kinase-protein kinase B，PI3K-Akt)、雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)、AMP依赖的蛋白激酶[adenosine 5'-monophosphate (AMP)-activated protein kinase，AMPK]信号通路的主要基因突变在头颈部肿瘤中很常见，在调节细胞生长、存活和增殖中起着非常重要的作用[4]，在PI3K-Akt信号通路的下游靶点中，磷脂酰肌醇激酶-3催化亚单位α基因(phosphatidylinositol 3-kinase catalytic alpha polypeptide gene，PIK3CA)占主导地位，偶有Har-very鼠肉瘤病毒(Harvey rat sarcoma，HRAS)基因和第10号染色体上缺失与张力蛋白同源的磷酸酯酶(phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten，PTEN)基因的突变，在远处下游通路，大部分肿瘤都有控制细胞周期的基因突变[5-6]。AMPK则是细胞对线粒体损伤反应的主要介质[7]，但在鼻咽癌中鲜有报道。本研究采用NGS技术检测PI3K-Akt/mTOR/AMPK信号通路的驱动基因，分析不同信号通路与鼻咽癌患者的治疗反应及预后将有助于实现个体化治疗。
1. 对象与方法
1.1. 对象
2018年2月至2018年11月在湖南省肿瘤医院头颈放疗二科住院的初治中晚期鼻咽癌患者31例连续入组，分期标准采用鼻咽癌国际抗癌联盟/美国癌症联合会(Union for International Cancer Control/American Joint Committee on Cancer，UICC/AJCC)第8版，患者的一般临床病理特征见表1。所有患者均接受诱导化疗联合同步放化疗。放疗采用直线加速器6 MV光子线进行调强放疗(intensity-modulated radiation the-rapy，IMRT)。鼻咽部原发灶照射剂量为72~73.6 Gy(2.25~2.3 Gy/次，1次/d，5 d/周)，共32次，在6~7周内完成。颈部阳性淋巴结照射剂量为70.4 Gy，2.2 Gy/次，共32次；高危淋巴引流区照射剂量为60.8 Gy，1.9 Gy/次，共32次；低危淋巴引流区照射剂量为50.4 Gy，1.8 Gy/次，共28次。诱导化疗3周期，采用以多西他赛、顺铂和5'-FU为基础的TPF(docetaxel，cisplatin，fluorouracil)方案[多西他赛 60 mg/(m2·d)(第1天)，顺铂60 mg/(m2·d)(第1天)，5'-FU 600 mg/(m2·d)(第1~5天)]。同步化疗3周期，采用以顺铂为主的铂类化疗方案(顺铂80~100 mg/m2)。所有治疗及标本获取均取得患者或其家属知情同意，签署知情同意书，并取得医院伦理委员会批准(审批号：KT2021175)。
表1.
31例初治鼻咽癌患者一般临床病理特征
Table 1 Clinical pathology characteristics in 31 initial treatment nasopharyngeal carcinoma patients
| 临床特征 | 例数(%) |
|---|---|
| 性别 | |
| 男 | 22(71.0) |
| 女 | 9(29.0) |
| 年龄/岁 | |
| >45 | 18(58.1) |
| ≤45 | 13(41.9) |
| T分期 | |
| T1 | 10(32.2) |
| T2 | 3(9.7) |
| T3 | 14(45.0) |
| T4 | 4(12.9) |
| N分期 | |
| N1 | 6(19.4) |
| N2 | 15(48.4) |
| N3 | 10(32.3) |
| M分期 | |
| M0 | 30(96.8) |
| M1 | 1(3.2) |
| 临床分期 | |
| II | 2(6.5) |
| III | 17(54.8) |
| IVA+IVB | 12(38.7) |
| 病理类型 | |
| 非角化性分化型 | 5(16.1) |
| 非角化性未分化型 | 26(83.9) |
| 治疗前EB病毒DNA/(copies·mL-1) | |
| <400 | 24(77.4) |
| ≥400 | 7(22.6) |
1.2. 材料
QIAamp DNA FFPE组织试剂盒购自德国Qiagen公司；微量核酸定量Qubit荧光剂购自美国Invitrogen公司；HiSeq 3000测序系统购自美国Illumina公司；活检组织标本由北京吉因加科技有限公司进行检测。
1.3. 基因检测
所有患者治疗前鼻咽部活检组织标本经石蜡包埋后采用基因测序平台Illumina NextSeq CN500和QIAamp DNA FFPE组织试剂盒对标本进行DNA提取和目标捕获测序。使用Qubit荧光剂和Qubit dsDNA HS检测试剂盒测量DNA浓度。使用超声仪剪切的 1 μg DNA，产生250 bps的片段，然后进行末端修复、拖尾和连接。使用HiSeq 3000测序系统进行DNA测序，产生2×100 bp的配对末端读数[8]。对288个基因的全部外显子、38个基因的内含子、启动子或融合断点区域、728个基因的编码区域进行目标区域捕获和高深度测序，对肿瘤基因4种变异类型(包括点突变、小片段的插入缺失、拷贝数变异和目前已知的融合基因)进行检测。
1.4. 信号通路突变的判定方法
利用NGS技术重点检测PI3K-Akt/mTOR/AMPK信号通路的驱动基因，将各信号通路中驱动基因的错义突变、无义突变、移码突变、剪接、插入、拷贝数变异定义为该信号通路突变，反之则认为该信号通路无突变。相关信号通路及关键基因均从京都基因与基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG)数据库(https://www.kegg.jp/)中获得。
1.5. 病例随访
采用查阅病例、电话随访等方式，以疾病相关死亡、局部区域复发及远处转移为生存观察指标进行随访。局部区域复发一般经病理确诊，远处转移依据全身骨扫描、胸片、腹部彩色B超或者正电子发射计算机断层显像(positron emission tomography，PET-CT)等检查进行诊断。以3年局部无失败生存率(local-regional failure free survival，LFFS)、区域无失败生存率(regional failure-free survival，RFFS)、无远处转移生存率(distant metastasis-free survival，DMFS)、无瘤生存率(disease-free survival，DFS)及治疗反应作为预后指标。以完全缓解(complete response，CR)、部分缓解(partial response，PR)、疾病稳定(stable disease，SD)、疾病进展(progressive disease，PD)作为疗效指标。
1.6. 统计学处理
应用SPSS 25.0统计学软件进行数据分析，采用χ2检验或Fisher’s精确概率法分析各信号通路与临床参数之间的关系，应用Kaplan-Meier生存曲线进行单因素生存分析，用Log-rank检验进行组间生存曲线的比较。多因素分析采用Cox回归分析。P<0.05为差异有统计学意义。
2. 结 果
2.1. PI3K-Akt/mTOR/AMPK信号通路与鼻咽癌患者临床特征的关系
随访截止至2021年5月1日，随访时间28~37(中位随访时间36)个月。PI3K-Akt/mTOR/AMPK信号通路表达与性别、年龄、T分期、N分期、M分期、临床分期、病理类型、治疗前EB病毒DNA拷贝数等临床变量之间不相关(均P>0.05，表2)。
表2.
31例初治鼻咽癌患者PI3K-Akt/mTOR/AMPK信号通路与临床特征的相关性分析
Table 2 Correlation analysis ofPI3K-Akt/mTOR/AMPK signal pathways expression and clinical features in 31 initial treatment patients with nasopharyngeal carcinoma
| 临床特征 | PI3K-Akt | mTOR | AMPK | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 突变/例 | 未突变/例 | P | 突变/例 | 未突变/例 | P | 突变/例 | 未突变/例 | P | |
| 性别 | 0.206 | 0.295 | 0.268 | ||||||
| 男 | 9 | 13 | 4 | 18 | 5 | 17 | |||
| 女 | 1 | 8 | 0 | 9 | 0 | 9 | |||
| 年龄/岁 | 0.129 | 0.120 | 0.058 | ||||||
| >45 | 8 | 10 | 4 | 14 | 5 | 13 | |||
| ≤45 | 2 | 11 | 0 | 13 | 0 | 13 | |||
| T分期 | 0.878 | 0.870 | 0.807 | ||||||
| T1 | 3 | 7 | 1 | 9 | 1 | 9 | |||
| T2 | 1 | 2 | 0 | 3 | 0 | 3 | |||
| T3 | 4 | 10 | 3 | 11 | 3 | 11 | |||
| T4 | 2 | 2 | 0 | 4 | 1 | 3 | |||
| N分期 | 0.878 | 0.800 | 0.672 | ||||||
| N1 | 2 | 4 | 0 | 6 | 0 | 6 | |||
| N2 | 4 | 11 | 2 | 13 | 3 | 12 | |||
| N3 | 4 | 6 | 2 | 8 | 2 | 8 | |||
| 临床特征 | PI3K-Akt | mTOR | AMPK | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 突变/例 | 未突变/例 | P | 突变/例 | 未突变/例 | P | 突变/例 | 未突变/例 | P | |
| M分期 | 0.323 | 0.129 | 0.161 | ||||||
| M0 | 9 | 21 | 3 | 27 | 4 | 26 | |||
| M1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | |||
| 临床分期 | 0.394 | 1 | 0.736 | ||||||
| II | 1 | 1 | 0 | 2 | 0 | 2 | |||
| III | 4 | 13 | 2 | 15 | 2 | 15 | |||
| IVA+IVB | 5 | 7 | 2 | 10 | 3 | 9 | |||
| 病理类型 | 1 | 0.525 | 1.000 | ||||||
| 非角化性分化型 | 2 | 3 | 1 | 4 | 1 | 4 | |||
| 非角化性未分化型 | 8 | 18 | 3 | 23 | 4 | 22 | |||
| 治疗前EB病毒DNA/(copies·mL-1) | 0.652 | 0.212 | 0.062 | ||||||
| <400 | 7 | 17 | 2 | 22 | 2 | 22 | |||
| ≥400 | 3 | 4 | 2 | 5 | 3 | 4 | |||
2.2. PI3K-Akt/mTOR/AMPK信号通路驱动基因的 突变情况
28例患者检出突变基因，3例未检出。其中10例(32.3%)患者PI3K-Akt通路基因突变，4例(12.9%)患者mTOR通路基因突变，5例(16.1%)患者AMPK通路基因突变。本研究在PI3K-Akt通路突变患者中共检出50个基因突变及60个突变功能区域，在mTOR通路突变患者中共检出18个基因突变及19个突变功能区域，在AMPK通路突变患者中共检出26个基因突变及28个突变功能区域，因部分基因突变频率较低而未纳入统计，本研究只纳入突变频率较高的7个基因(表3，图1)。
表3.
28例鼻咽癌患者PI3K-Akt/mTOR/AMPK信号通路驱动基因突变数量及突变频率
Table 3 Number and frequency of mutations in PI3K-Akt/mTOR/AMPK signaling pathways in 28 patients with nasopharyngeal carcinoma
|
驱动 基因 |
PI3K-Akt通路 | mTOR通路 | AMPK通路 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 突变数量 | 突变频率/% | 突变数量 | 突变频率/% | 突变数量 | 突变频率/% | |
| TP53 | 4 | 6.67 | 1 | 5.26 | 1 | 3.57 |
| BAP1 | 3 | 5.00 | 1 | 5.26 | 1 | 3.57 |
| CDK12 | 2 | 3.33 | — | — | 1 | 3.57 |
| EGFR | 2 | 3.33 | — | — | — | — |
| IRS2 | 2 | 3.33 | 1 | 5.26 | 2 | 7.14 |
| TGFBR2 | 2 | 3.33 | 1 | 5.26 | 1 | 3.57 |
| TSC2 | 2 | 3.33 | 2 | 10.53 | 2 | 7.14 |
TP53：肿瘤蛋白p53基因；BAP1：泛素羧基末端水解酶基因；CDK12：周期蛋白依赖性激酶12基因；EGFR：表皮生长因子受体基因；IRS2：胰岛素受体底物2基因；TGFBR2：转化生长因子-β II型受体基因；TSC2：结节性硬化复合物2 基因。
图1.
PI3K-Akt/mTOR/AMPK信号通路及驱动基因突变
Figure 1 PI3K-Akt/mTOR/AMPK signaling pathways and driver gene mutations A: PI3K-Akt; B: mTOR; C: AMPK.
2.3. 近期疗效
PI3K-Akt通路无突变患者在治疗后3个月的CR率高于突变的患者，但差异无统计学意义(分别为75%和40%，P>0.05)；mTOR通路无突变患者在治疗后3个月的CR率高于突变的患者，但差异无统计学意义(分别为69.23%和25%，P>0.05)；AMPK通路无突变患者在治疗后3个月的CR率显著高于突变的患者，差异有统计学意义(分别为72%和20%， P<0.05)。
2.4. 生存分析
分析性别、年龄、T分期、N分期、M分期、临床分期、PI3K-Akt/mTOR/AMPK、病理类型及治疗前EB病毒DNA拷贝数对预后的影响。其中1例患者因经济原因放弃治疗，未纳入统计分析。单因素分析结果表明：PI3K-Akt/mTOR/AMPK通路突变与非突变患者之间3年RFFS及DFS存在显著差异(均P<0.05，表4)，PI3K-Akt/mTOR/AMPK信号通路突变患者预后较差(图2)。各信号通路突变与未突变患者的LFFS、DMFS均无显著差异(均P>0.05)。多因素分析表明：PI3K-Akt/mTOR/AMPK信号通路突变、治疗前EB病毒DNA拷贝数是鼻咽癌患者3年RFFS和DFS的独立预后因素(均P<0.05，表5~7)。
表4.
30例鼻咽癌患者临床特征单因素分析
Table 4 Univariate analysis of clinical characteristics in 30 patients with nasopharyngeal carcinoma
| 临床特征 | 例数(%) | DFS | 临床特征 | 例数(%) | DFS | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| χ2 | P | χ2 | P | ||||
| 性别 | 0.432 | 0.511 | 临床分期 | 1.562 | 0.458 | ||
| 男 | 22(73.3) | II期 | 2(6.7) | ||||
| 女 | 8(26.7) | III期 | 16(53.3) | ||||
| 年龄/岁 | 0.012 | 0.913 | IVA期+IVB期 | 12(40.0) | |||
| >45 | 18(60.0) | PI3K-Akt通路 | 6.647 | 0.010 | |||
| ≤45 | 12(40.0) | 突变 | 10(33.3) | ||||
| T分期 | 0.877 | 0.831 | 未突变 | 20(66.7) | |||
| T1 | 10(33.3) | mTOR通路 | 5.570 | 0.018 | |||
| T2 | 2(6.7) | 突变 | 4(13.3) | ||||
| T3 | 14(46.7) | 未突变 | 26(86.7) | ||||
| T4 | 4(13.3) | AMPK通路 | 4.553 | 0.033 | |||
| N分期 | 3.389 | 0.184 | 突变 | 5(16.7) | |||
| N1 | 6(20.0) | 未突变 | 25(83.3) | ||||
| N2 | 14(46.7) | 病理类型 | 7.121 | 0.068 | |||
| N3 | 10(33.3) | 非角化分化型 | 5(16.7) | ||||
| M分期 | 29.000 | <0.001 | 非角化性未分化型 | 25(83.3) | |||
| M0 | 29(96.7) | 治疗前EB病毒DNA/(copies·mL-1) | 1.123 | 0.289 | |||
| M1 | 1(3.3) | <400 | 24(80.0) | ||||
| ≥400 | 6(20.0) | ||||||
图2.
PI3K-Akt/mTOR/AMPK信号通路突变及未突变患者Kaplan-Meier生存分析
Figure 2 Kaplan-Meier survival analysis of PI3K-Akt/mTOR/AMPK signal pathways mutated or unmutated patients A: API3K-Akt; B: mTOR; C: AMPK.
表5.
PI3K-Akt信号通路突变鼻咽癌患者3年DFS的多因素分析
Table 5 Multivariate analysis of 3-year DFS in nasopharyngeal carcinoma patients with PI3K-Aktsignaling pathway mutation
| 临床特征 | B | SE | Wald χ2 | P | OR(95% CI) |
|---|---|---|---|---|---|
| 性别 | -2.721 | 1.414 | 3.702 | 0.054 | 0.066(0.004~1.052) |
| 病理类型 | 7.620 | 343.758 | 0.000 | 0.982 | 2 038.620(0.000~8.261×10295) |
| PI3K-Akt突变 | 3.928 | 1.470 | 7.139 | 0.008 | 50.799(2.848~906.179) |
| 治疗前EB病毒DNA≥400 copies/mL | 3.582 | 1.644 | 4.745 | 0.029 | 35.945(1.432~902.173) |
表7.
AMPK信号通路突变鼻咽癌患者3年DFS的多因素分析
Table 7 Multivariate analysis of 3-year DFS in nasopharyngeal carcinoma patients with AMPK signaling pathway mutation
| 临床特征 | B | SE | Wald χ2 | P | OR(95% CI) |
|---|---|---|---|---|---|
| 性别 | -2.868 | 1.630 | 3.096 | 0.079 | 0.057(0.002~1.387) |
| 病理类型 | 7.306 | 295.911 | 0.001 | 0.980 | 1 489.383(0.000~1.128×10255) |
| AMPK突变 | 3.373 | 1.468 | 5.279 | 0.022 | 29.164(1.642~518.116) |
| 治疗前EB病毒DNA≥400 copies/mL | 2.137 | 1.398 | 2.337 | 0.126 | 8.474(0.547~131.193) |
表6.
mTOR信号通路突变鼻咽癌患者3年DFS的多因素分析
Table 6 Multivariate analysis of 3-year DFS in nasopharyngeal carcinoma patients with mTOR signaling pathway mutation
| 临床特征 | B | SE | Wald χ2 | P | OR(95% CI) |
|---|---|---|---|---|---|
| 性别 | -2.751 | 1.609 | 2.926 | 0.087 | 0.064(0.003~1.494) |
| 病理类型 | 7.415 | 337.656 | 0.000 | 0.982 | 1 660.057(0.000~4.302×10290) |
| mTOR突变 | 3.364 | 1.418 | 5.630 | 0.018 | 28.905(1.795~465.365) |
| 治疗前EB病毒DNA≥400 copies/mL | 1.978 | 1.418 | 1.946 | 0.163 | 7.226(0.449~116.341) |
3. 讨 论
在鼻咽癌以铂类为基础的同期放化疗联合尼妥珠单抗治疗方案中，仍有大约20%的患者因局部复发或者远处转移而导致治疗失败[1]。虽然鼻咽癌进入了免疫治疗时代，但分子靶向治疗仍然是治疗手段之一，目前缺乏鼻咽癌特异性靶点及相关信号通路研究，随着NGS技术的进步和新兴靶点药物的研发，针对鼻咽癌驱动基因及相关信号转导通路的靶向治疗将有助于实现个体化治疗。
PI3K-Akt通路调节各种细胞功能，其中涉及引起放疗抵抗的最重要机制(包括内部放疗抵抗、肿瘤细胞增殖和乏氧)，同时PI3K-Akt通路通过多种途径引起耐药，从而影响临床预后[9-11]。头颈部鳞癌常有PI3K和PIK3CA催化亚基的基因突变[12-13]，这些突变可由PI3K-Akt介导产生，尤其是人乳头瘤病毒(human papilloma virus，HPV)阴性下咽癌患者。本研究发现PI3K-Akt信号通路驱动基因TP53突变方式包括错义突变、无义突变和剪接，EGFR主要突变方式为错义突变，就预后而言PI3K-Akt信号通路突变患者的3年RFFS及DFS均显著低于PI3K-Akt通路未突变患者。Zhang等[14]对24例喉癌患者术后肿瘤标本的PI3K和P-Akt蛋白表达进行了分析，多变量分析表明高PI3K表达患者生存时间显著降低。与本研究结果一致，可能与PI3K-Akt引起鼻咽癌耐药及放疗抵抗相关，本研究中PI3K-Akt信号通路突变及未突变患者的3年LFFS及DMFS无显著差异，考虑与随访时间较短及样本量较少有关。目前PI3K-Akt抑制剂在乳腺癌中取得了重大进展，在头颈部鳞癌中也有尝试，PI3K-Akt抑制剂可能是未来鼻咽癌靶向研究的方向之一。
mTOR信号通路是哺乳动物不同癌症进展及干细胞体内平衡的关键途径，在细胞生长、增殖、分化、代谢及体内平衡中起着至关重要的作用[15]。mTOR同时也是PI3K-Akt信号通路中一个关键的分子靶点。本研究发现mTOR信号通路驱动基因结节性硬化症复合物2(tuberous sclerosis complex 2，TSC2)基因主要突变方式包括错义突变和剪接，胰岛素样生长因子1(nuclear insulin‑like growth factor 1 receptor，IGF1R)基因的主要突变方式为错义突变。mTOR通路突变患者3年RFFS及DFS均显著低于mTOR通路未突变患者。Carcia-Carracedo等[16]发现在头颈部鳞癌标本中S6磷酸化(mTORC1活化的替代标志物)的患病率较高。Chen等[17]的研究也证实了mTOR信号通路与鼻咽癌患者的总生存显著相关，与本研究结果一致，其机制可能与mTOR信号通路被激活引起肿瘤细胞加速增殖，从而导致鼻咽癌患者预后差有关。本研究中mTOR信号通路突变及未突变患者的3年LFFS及DMFS无显著差异，考虑可能与随访时间较短及样本量较少有关，需要长时间随访及扩大样本量来证实。目前mTOR抑制剂的临床研究主要集中于乳腺癌、胰腺癌及肝癌，根据本研究结果推断mTOR抑制剂也可在鼻咽癌中进一步研究。
AMPK是广泛存在于动植物体内的重要蛋白激酶，在调节细胞能量代谢、氧化应激及自嗜方面发挥着重要作用，正好为肿瘤的特殊能量代谢有氧糖酵解提供了条件[18-19]。本研究结果显示AMPK信号通路驱动基因胰岛素受体底物2(insulin receptor substrate 2，IRS2)基因的主要突变方式是错义突变和拷贝数变异，TSC2主要突变方式主要包括错义突变和剪接。AMPK信号通路未突变患者CR率显著高于该通路突变患者。AMPK通路突变患者3年RFFS及DFS均显著低于AMPK通路未突变患者。Lu等[20]研究揭示了AMPK活性的下降与LMP1介导的糖酵解和辐射诱导的凋亡抗性有关。AMPKα的降低与鼻咽癌患者放疗的临床效果较差有关，这与本研究结果相反，可能与基因检测方法有差异相关，需要进一步研究证实。Lyu等[18]揭示了潜在的直接针对AMP激活的蛋白激酶α1催化亚基的分子机制，从而可调节AMPK信号通路，导致鼻咽癌细胞的生长，这与本研究AMPK突变患者疗效及预后差结果一致，可能与AMPK通路被激活导致鼻咽癌细胞增殖、分化及AMPK介导的放疗抵抗相关，本研究中AMPK信号通路突变及未突变患者的3年LFFS及DMFS无显著差异，可能同样与随访时间较短及样本量较少有关。目前AMPK抑制剂的研究还处于细胞和动物试验阶段，这在鼻咽癌研究中是一个全新的方向，本研究有望为AMPK抑制剂在鼻咽癌的基础研究提供理论依据。
本研究中PI3K-Akt/mTOR/AMPK信号通路与性别、年龄、T分期、N分期、M分期、临床分期、病理类型、治疗疗前EB病毒DNA拷贝数等临床变量之间均无显着差异，这可能与本研究样本量较少有关。此外，本研究发现女性鼻咽癌患者基因突变频率较低，可能与鼻咽癌女性患者预后较好相关，Ma等[21]研究发现鼻咽癌女性患者生存率显著高于男性，但Liu等[22]研究显示鼻咽癌男女患者之间生存率并无显著差异。鼻咽癌患者性别是否对基因突变频率有影响尚待进一步研究。
综上所述，本研究发现应用NGS技术检测PI3K-Akt/mTOR/AMPK信号通路有望为鼻咽癌个体化靶向治疗提供指导，但由于本研究的患者较少，随访时间较短，尚需进一步扩大样本量及长时间随访来加以证实。
基金资助
中国癌症基金会北京希望马拉松基金(LC2016W05, LC2016W06)；湖南省自然科学基金(2016JJ6088)；湖南省卫生和计划生育委员会项目(B2016048)；长沙市科技局基金(kq1901082)。
This work was supported by the Beijing Hope Run Special Fund of Cancer Foundation (LC2016W05, LC2016W06), the Natural Science Foundation of Hunan Province (2016JJ6088), the Project of Health and Family Planning Commission of Hunan Province (B2016048), and Science and Technology Project of Changsha (kq1901082), China.
利益冲突声明
作者声称无任何利益冲突。
作者贡献
陈彦竹 论文构想、撰写和修订；何倩、马宏志、张琳、韩亚骞 数据采集、病例收集、统计分析；韩亚骞、刘峰 论文修改。
原文网址
http://xbyxb.csu.edu.cn/xbwk/fileup/PDF/202202165.pdf
参考文献
- 1. Zhang Y, Chen L, Hu GQ, et al. Gemcitabine and cisplatin induction chemotherapy in nasopharyngeal carcinoma[J]. N Engl J Med, 2019, 381(12): 1124-1135. 10.1056/NEJMoa1905287. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
- 2. Pardanani A, Lasho T, Elala Y, et al. Next-generation sequencing in systemic mastocytosis: Derivation of a mutation-augmented clinical prognostic model for survival[J]. Am J Hematol, 2016, 91(9): 888-893. 10.1002/ajh.24426. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
- 3. Wang H, Ou Q, Li D, et al. Genes associated with increased brain metastasis risk in non-small cell lung cancer: Comprehensive genomic profiling of 61 resected brain metastases versus primary non-small cell lung cancer (Guangdong Association Study of Thoracic Oncology 1036)[J]. Cancer, 2019, 125(20): 3535-3544. 10.1002/cncr.32372. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
- 4. Ediriweera MK, Tennekoon KH, Samarakoon SR. Role of the PI3K/AKT/mTOR signaling pathway in ovarian cancer: Biological and therapeutic significance[J]. Semin Cancer Biol, 2019, 59: 147-160. 10.1016/j.semcan-cer.2019.05.012. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
- 5. Juric D, Castel P, Griffith M, et al. Convergent loss of PTEN leads to clinical resistance to a PI(3)Kα inhibitor[J]. Nature, 2015, 518(7538): 240-244. 10.1038/nature13948. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
- 6. Lawrence MS, Sougnez C, Lichtenstein L, et al. Compre-hensive genomic characterization of head and neck squamous cell carcinomas[J]. Nature, 2015, 517(7536): 576-582. 10.1038/nature14129. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
- 7. Herzig S, Shaw RJ. AMPK: guardian of metabolism and mitochondrial homeostasis[J]. Nature reviews. Molecular cell biology, 2018, 19(2): 121-135. 10.1038/nrm.2017.95. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
- 8. Wu K, Zhang X, Li F, et al. Frequent alterations in cyto-skeleton remodelling genes in primary and metastatic lung adenocarcinomas[J]. Nature Communications, 2015, 6(1): 10131. 10.1038/ncomms10131. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
- 9. Bussink J, van der Kogel AJ, Kaanders JH. Activation of the PI3-K/AKT pathway and implications for radioresistance mechanisms in head and neck cancer[J]. Lancet Oncol, 2008, 9(3): 288-296. 10.1016/s1470-2045(08)70073-1. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
- 10. Goesswein D, Habtemichael N, Gerhold-Ay A, et al. Expres-sional analysis of disease-relevant signalling-pathways in primary tumours and metastasis of head and neck cancers[J]. Sci Rep, 2018, 8(1): 7326. 10.1038/s41598-018-25512-7. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
- 11. Yi Z, Ma F, Li C, et al. Landscape of somatic mutations in different subtypes of advanced breast cancer with circulating tumor DNA analysis[J]. Sci Rep, 2017, 7(1): 5995. 10.1038/s41598-017-06327-4. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
- 12. Dai W, Dong P, Liu J, et al. Euscaphic acid inhibits proliferation and promotes apoptosis of nasopharyngeal carcinoma cells by silencing the PI3K/AKT/mTOR signaling pathway[J]. Am J Transl Res, 2019, 11(4): 2090-2098. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
- 13. Perri F, Pacelli R, Della VSG, et al. Radioresistance in head and neck squamous cell carcinoma: Biological bases and therapeutic implications[J]. Head Neck, 2015, 37(5): 763-770. 10.1002/hed.23837. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
- 14. Zhang S, Yue W, Xie Y, et al. The fourmicroRNA signature identified by bioinformatics analysis predicts the prognosis of nasopharyngeal carcinoma patients[J]. Oncol Rep, 2019, 42(5): 1767-1780. 10.3892/or.2019.7316. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
- 15. Yang C, Peng J, Jiang W, et al. mTOR activation in immature cells of primary nasopharyngeal carcinoma and anti-tumor effect of rapamycin in vitro and in vivo[J]. Cancer Lett, 2013, 341(2): 186-194. 10.1016/j.canlet.2013.08.004. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
- 16. Garcia-Carracedo D, Villaronga MA, Alvarez-Teijeiro S, et al. Impact of PI3K/AKT/mTOR pathway activation on the prognosis of patients with head and neck squamous cell carcinomas[J]. Oncotarget, 2016, 7(20): 29780-29793. 10.18632/oncotarget.8957. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
- 17. Chen J, Hu CF, Hou JH, et al. Epstein-Barr virus encoded latent membrane protein 1 regulates mTOR signaling pathway genes which predict poor prognosis of nasopharyngeal carcinoma[J]. J Transl Med, 2010, 8(1): 30-30. 10.1186/1479-5876-8-30. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
- 18. Lyu X, Wang J, Guo X, et al. EBV-miR-BART1-5P activates AMPK/mTOR/HIF1 pathway via a PTEN independent manner to promote glycolysis and angiogenesis in nasopharyngeal carcinoma[J]. PLoS Pathog, 2018, 14(12): e1007484. (2018-12-17)[2021-12-26]. 10.1371/journal.ppat.1007484. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
- 19. Chen ZT, Zhao W, Qu S, et al. PARP-1 promotes autophagy via the AMPK/mTOR pathway in CNE-2 human nasopharyngeal carcinoma cells following ionizing radiation, while inhibition of autophagy contributes to the radiation sensitization of CNE-2 cells[J]. Mol Med Rep, 2015, 12(2): 1868-1876. 10.3892/mmr.2015.3604. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
- 20. Lu J, Tang M, Li H, et al. EBV-LMP1 suppresses the DNA damage response through DNA-PK/AMPK signaling to promote radioresistance in nasopharyngeal carcinoma[J]. Cancer Lett, 2016, 380(1): 191-200. 10.1016/j.canlet.2016.05.032. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
- 21. Ma J, Mai H, Hong M, et al. Is the 1997 AJCC staging system for nasopharyngeal carcinoma prognostically useful for Chinese patient populations?[J]. Int J Radiat Oncol, Biol, Phys, 2001, 50(5): 1181-1189. 10.1016/s0360-3016(01)01537-1. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
- 22. Liu M, Hsieh C, Chang T, et al. Prognostic factors affecting the outcome of nasopharyngeal carcinoma[J]. Jap J Clin Oncol, 2003, 33(10): 501-508. 10.1093/jjco/hyg092. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]