饱和突变扫描揭示FGFR激酶域激活与耐药性突变全景图谱

《Nature Genetics》：Saturation mutagenesis identifies activating and resistance-inducing FGFR kinase domain mutations

本研究针对FGFR点突变在癌症中的临床意义不明确问题，通过饱和突变扫描技术系统鉴定了FGFR1-4激酶域所有可能点突变的功能特性。研究发现474个激活突变和738个耐药突变，首次建立了包含301个可靶向突变的功能图谱，临床验证准确率达97%，为FGFRi精准治疗提供了权威决策依据。

　　

在精准肿瘤学时代，基因组测序技术的飞速发展使得癌症患者的基因变异检测成为常规操作。然而，临床实践中面临的最大挑战之一是如何解读检测到的无数基因变异——特别是那些"意义不明的变异"(VUS)。对于成纤维细胞生长因子受体(FGFR)家族基因而言，这一挑战尤为突出。FGFR作为重要的受体酪氨酸激酶(RTK)，在多种癌症中扮演着驱动基因的角色，但除了少数热点突变外，大多数FGFR点突变的功能特性及其对药物敏感性的影响仍然未知。

尽管美国FDA已批准了多种FGFR抑制剂(FGFRi)，如pemigatinib、futibatinib和erdafitinib，用于治疗携带特定FGFR变异的癌症患者，但这些批准主要针对FGFR融合或重排变异。相比之下，分布在FGFR激酶域的大量点突变往往被排除在靶向治疗考虑范围之外，因为医生无法判断这些突变是否真正激活FGFR信号通路，或者是否会介导对现有FGFRi的耐药性。这种认知空白严重限制了患者从已有靶向药物中获益的机会。

为了解决这一关键问题，由德国癌症研究中心Sven Diederichs教授领导的研究团队在《Nature Genetics》上发表了突破性研究成果。研究人员开发了一套全面的饱和突变扫描平台，对FGFR1-4激酶域所有11,520种可能点突变进行了系统功能分析，绘制了首张完整的FGFR激酶突变功能图谱，为临床决策提供了可靠依据。

研究团队采用饱和突变扫描技术，通过在MCF10A细胞系中进行生长因子非依赖性增殖筛选鉴定激活突变，在NCI-H1581细胞系中通过pemigatinib和futibatinib处理筛选耐药突变。利用临床样本队列（来自MATCH-R和STING临床试验的27例患者）验证筛选结果的临床相关性，并通过免疫印迹、细胞活力测定和软琼脂克隆形成实验对筛选结果进行正交验证。

激活突变的功能全景图谱

研究人员在FGFR1-4激酶域中鉴定出474个激活突变，占所有测试错义突变的5.6%。这些突变根据激活强度被分为四个等级：潜在激活(1.5-2.5倍)、弱激活(2.5-5倍)、激活(5-10倍)和强激活(>10倍)。FGFR2含有最多激活突变(58%)，而FGFR3最少(5%)。研究发现8个突变在所有四种FGFR中均具有保守的激活效应，包括Ile544Val、Asn546Lys等。

耐药突变谱系解析

针对两种临床常用FGFRi的耐药性筛查发现，pemigatinib耐药(PemR)突变635个，futibatinib耐药(FutR)突变407个。FGFR4含有最多的耐药突变(40%)。值得注意的是，32%的FGFR2耐药突变对两种抑制剂均产生耐药性，而10%的突变仅对futibatinib耐药，这些突变主要集中在futibatinib的共价结合位点Cys491附近。

计算预测工具的局限性

研究团队将实验结果与REVEL、EVE和AlphaMissense等常用致病性预测工具进行比较，发现这些工具对富集突变(>1)仅显示弱正相关，而对耗竭突变(<1)显示中度至强负相关。通过对比高REVEL评分但低实验激活的突变与低REVEL评分但高实验激活的突变，研究证实计算预测工具不足以准确分类FGFR功能突变。

功能突变与结构特征的关联

研究发现羧基末端无义突变在FGFR2中具有激活效应，同时鉴定出多个功能丧失(LoF)突变。特别值得注意的是，功能获得(GoF)突变倾向于增加氨基酸疏水性，而LoF突变则倾向于降低疏水性，这一发现揭示了突变功能效应与理化性质之间的内在联系。

可靶向性突变分类与临床验证

结合激活和耐药数据，研究人员将突变分为七种不同的可靶向性类别。对于FGFR1和FGFR2，大多数突变可被一种或两种FGFRi治疗；而FGFR3和FGFR4的大多数突变则对两种测试抑制剂均产生耐药性。通过测定六种抑制剂对七种FGFR2突变的IC₅₀值，研究验证了筛选结果的可靠性。

临床相关性验证

研究团队收集了27例接受FGFRi治疗后产生获得性耐药患者的临床数据，共鉴定出28个单核苷酸突变。令人瞩目的是，其中27个突变(96%)在筛选中显示对pemigatinib耐药，22个(79%)对futibatinib耐药。对于主要耐药突变，93%在筛选中显示对两种药物的耐药性。总体而言，功能筛选数据正确预测了29例中的28例(97%)临床耐药情况，显示出极高的临床转化价值。

这项研究通过系统性功能分析，解决了FGFR点突变在癌症精准医疗中的重大挑战。研究建立的饱和突变扫描平台不仅提供了全面的FGFR激酶域突变功能图谱，更重要的是为临床决策提供了即时可用的功能证据，相当于ACMG/AMP指南中的强PS3/BS3证据等级。这意味着当在癌症患者中发现FGFR点突变时，医生可以立即从本研究的数据库中获取该突变的可靶向性信息，而无需等待耗时的功能验证实验。

该研究的另一重要贡献在于揭示了不同FGFR亚型之间的显著差异：FGFR2含有最多可靶向的激活突变，而FGFR4的突变大多对现有FGFRi耐药，这一发现对药物开发和临床治疗策略具有重要指导意义。此外，研究证实了功能获得突变与疏水性增加之间的关联，为理解激酶突变的功能机制提供了新视角。

随着更多FGFR抑制剂的开发和临床应用，本研究建立的平台可以快速扩展至新药物的敏感性测试。未来，结合其他耐药机制（如MAPK/ERK或PI3K通路共突变）的研究，将进一步完善FGFR靶向治疗的精准化策略。这项研究标志着癌症基因组学向功能基因组学的重要转变，为实现真正的个性化癌症治疗奠定了坚实基础。