尿路上皮癌HER2靶向抗体药物偶联物敏感性的决定因素：基因组异质性、药物敏感性及临床意义

《Nature Communications》：Determinants of sensitivity to HER2-targeted antibody drug conjugates in urothelial cancer

本研究针对尿路上皮癌中HER2靶向疗法响应机制不明确的难题，通过大规模基因组分析、患者来源模型构建及单细胞测序，揭示了ERBB2突变/扩增的异质性特征，证实抗体药物偶联物T-DXd相较于激酶抑制剂neratinib具有更优疗效，尤其ERBB2共突变与扩增患者呈现显著临床响应，为尿路上皮癌精准治疗提供新策略。

　　

在泌尿系统肿瘤中，尿路上皮癌（包括膀胱癌和上尿路尿路上皮癌）是一种常见的恶性肿瘤。近年来，其治疗格局发生了显著变化，免疫检查点抑制剂、成纤维细胞生长因子受体3（FGFR3）激酶抑制剂以及靶向Nectin-4和HER2的抗体药物偶联物（ADC）等新型疗法相继获批。然而，尽管HER2（由ERBB2基因编码）的异常激活在尿路上皮癌中相当普遍，但早期的HER2靶向疗法，如单克隆抗体曲妥珠单抗和激酶抑制剂奈拉替尼，在晚期尿路上皮癌患者中的临床疗效却不尽如人意。这留下了关键的科学和临床问题：为什么尿路上皮癌对传统的HER2靶向治疗不敏感？新一代HER2靶向ADC药物，如曲妥珠单抗德鲁替康（T-DXd），其作用机制和疗效决定因素又是什么？

为了解答这些疑问，由纪念斯隆-凯特琳癌症中心的David B. Solit教授领导的研究团队，在《自然-通讯》（Nature Communications）上发表了他们的最新研究成果。他们开展了一项综合性研究，整合了大规模临床基因组数据、新型患者来源模型（包括类器官和异种移植瘤模型）的构建与表征、单细胞多组学分析以及临床真实世界数据，深入探索了尿路上皮癌中HER2靶向ADC敏感性的决定因素。

研究人员首先利用纪念斯隆-凯特琳癌症中心前瞻性肿瘤基因分析计划（MSK-IMPACT）产生的大规模基因组数据，描绘了尿路上皮癌中ERBB2改变的景观。在42,415个实体瘤中，14.5%的尿路上皮癌（n=295/2,035）存在致癌或可能致癌的ERBB2改变，包括突变（6.7%）、野生型ERBB2扩增（6.3%）以及两者共存（1.5%）。值得注意的是，ERBB2改变在膀胱原发肿瘤中比在上尿路肿瘤中更常见，并且与更高分级、分期以及微乳头状组织学相关。一个关键发现是，在匹配的原发和转移瘤样本中，ERBB2突变状态存在高达40%的不一致性，提示ERBB2改变可能是肿瘤进化过程中的晚期事件，并存在空间异质性。此外，与乳腺癌和食管胃癌相比，尿路上皮癌中ERBB2基因扩增的拷贝数中位数较低，这或许部分解释了传统HER2靶向疗法效果不佳的原因。

为了克服传统二维细胞系模型的局限性，研究团队成功建立了一个包含45个尿路上皮癌患者来源类器官（PDO）和患者来源异种移植瘤（PDX）的模型库。对这些模型的基因组分析再次证实了ERBB2状态的异质性，约46%的患者-模型配对中存在ERBB2突变状态的不一致，这与临床观察到的原发-转移瘤异质性相呼应。通过单细胞全基因组测序（scWGS）和单细胞RNA测序（scRNA-seq），研究人员在单细胞分辨率下揭示了ERBB2拷贝数和表达的异质性。例如，在SMBO-109类器官中，存在两个具有不同ERBB2拷贝数的细胞亚群。单细胞转录组分析还将模型分为管腔型和基底型分子亚型，并发现部分癌细胞同时高表达ERBB2和EGFR，后者可能通过影响ADC的内化而参与耐药。

接下来，研究团队在临床前模型中深入比较了HER2靶向ADC T-DXd与HER2激酶抑制剂奈拉替尼的疗效。在ERBB2扩增的乳腺癌细胞BT-474中，奈拉替尼能有效抑制下游信号通路蛋白pERK和pAKT的磷酸化，并诱导细胞死亡。然而，在多个尿路上皮癌类器官模型中，即使存在ERBB2改变，也需要更高浓度的奈拉替尼才能抑制pERK，而对pAKT的抑制效果甚微，表明这些肿瘤细胞对HER2激酶活性的依赖性较低。与之形成鲜明对比的是，在SMBO-170（HER2高表达）和SMBO-106（HER2低表达）PDX模型中，T-DXd均表现出远超奈拉替尼的强大抗肿瘤活性，甚至能在SMBO-106模型中引发完全且持久的肿瘤消退。进一步机制探索发现，SMBO-106类器官对T-DXd的有效载荷类似物exatecan（一种拓扑异构酶I抑制剂）高度敏感，提示细胞对细胞毒性载荷的敏感性可能是预测ADC疗效的关键因素，甚至比HER2表达水平更重要。

这些强有力的临床前发现得到了真实世界临床数据的支持。研究团队回顾性分析了40例接受T-DXd治疗的转移性尿路上皮癌患者。虽然中位无进展生存期为4.95个月，但观察到持久且深刻的治疗反应，有8例患者用药时间超过12个月。特别值得注意的是，对T-DXd响应时间最长的4例患者中，有3例同时存在ERBB2扩增和突变，这表明ERBB2共改变可能是预测卓越疗效的潜在生物标志物。同时，研究也再次印证了HER2状态的异质性可能是耐药机制之一，例如一例原发耐药患者的原发灶为HER2 3+表达，但进展后的转移灶却检测不到HER2表达。

为开展此项研究，作者团队运用了几个关键技术方法：首先，基于大规模前瞻性临床测序队列（MSK-IMPACT）进行基因组景观和异质性分析；其次，建立并表征了能反映疾病生物学复杂性的大型尿路上皮癌患者来源类器官（PDO）和异种移植瘤（PDX）模型库；第三，利用单细胞全基因组测序（DLP）和单细胞RNA测序技术，在单细胞水平解析肿瘤的基因组和转录组异质性；第四，通过体外药物敏感性检测（如MTT法、流式细胞术）和体内PDX模型药效实验，评估不同药物的抗肿瘤活性；最后，整合真实世界临床数据，验证临床前发现并探索潜在的生物标志物。

研究结果

ERBB2突变/扩增尿路上皮癌的基因组景观

通过对大规模前瞻性肿瘤基因组数据（MSK-IMPACT）的分析，研究发现尿路上皮癌中ERBB2改变的发生率较高（14.5%），且与特定临床病理特征（如高级别、晚期、微乳头状亚型）相关。ERBB2改变在原发和转移灶之间存在高频不一致性（40%），并且尿路上皮癌的ERBB2扩增水平低于乳腺癌和食管胃癌。共突变模式分析显示ERBB2突变和扩增与不同的基因组改变共存。

HER2改变膀胱癌患者来源模型的单细胞表征

研究成功构建了45个尿路上皮癌患者来源模型（PDO/PDX）。基因组比较揭示了患者肿瘤与其衍生模型之间存在显著的ERBB2状态不一致性（46%），反映了该基因改变的异质性。单细胞DNA和RNA测序证实了模型内ERBB2拷贝数和表达的异质性，并发现了EGFR与ERBB2共表达的细胞亚群。

尿路上皮癌中曲妥珠单抗德鲁替康（T-DXd）敏感性的决定因素

临床前实验表明，尿路上皮癌模型对HER2激酶抑制剂奈拉替尼的敏感性低于HER2扩增的乳腺癌细胞，提示其HER2致癌依赖性较弱。然而，在PDX模型中，T-DXd显示出比奈拉替尼和恩福单抗维多汀（Nectin-4靶向ADC）更优且更持久的抗肿瘤活性，即使在HER2低表达的模型中也能引发完全缓解。机制上，对T-DXd载荷exatecan的敏感性差异是疗效的关键预测因素。真实世界临床数据证实了T-DXd在尿路上皮癌中的活性，并提示ERBB2共突变与扩增可能与卓越响应相关，同时HER2状态异质性是潜在的耐药机制。

结论与意义

这项研究通过多组学整合分析，系统阐明了尿路上皮癌中HER2靶向治疗，特别是ADC药物T-DXd的响应机制和决定因素。其重要意义在于：首先，揭示了尿路上皮癌中ERBB2基因组改变的广泛异质性，强调了对转移性患者进行最新样本分子分型的重要性，而非仅依赖存档原发灶标本。其次，通过功能完善的患者来源模型，证实了T-DXd在HER2表达水平各异的尿路上皮癌中均具有强大疗效，其作用机制可能更依赖于细胞毒性载荷的效力而非传统的HER2致癌成瘾性，这为将T-DXd临床试验拓展至HER2低表达尿路上皮癌患者提供了理论依据。第三，发现ERBB2共突变与扩增可能作为预测卓越疗效的生物标志物，有助于精准筛选优势人群。最后，研究强调了开发功能性精准医学平台的重要性，通过预处理评估患者肿瘤对特定ADC载荷的敏感性，从而实现更个体化的治疗选择。总之，该研究为优化HER2靶向ADC在尿路上皮癌中的临床应用奠定了坚实的科学基础，推动了该领域向精准肿瘤治疗迈出重要一步。