中国肝癌和肺癌病人中HER2突变体对其蛋白功能影响及对靶向药物的反应机理的研究

HER2 belongs to the ErbB family of receptor tyrosine kinase, dysfunction of which associates with various types of cancer. Many mutations in HER2 were detected in tumors of various tissue types. With development and clinical application of the next generation of sequencing, many novel mutations in HER2 were identified. Impact of these mutations on function of HER2 protein remains elusive. 21st century has witnessed the most exciting progress in targeting therapy for cancer patients. Many HER2-targeting drugs are clinically available or in various stages of clinical trial. In clinic, the HER2 mutation positive patients show variable response to HER2 targeting reagents, which suggests distinct underlying mechanisms among mutations. Lung cancer and liver cancer are top two causes of cancer related deaths in China. Impressive success of targeting therapy has been achieved in treating mutant EGFR and EML4-ALK positive lung cancer patients. In contrast, little success was seen in treating lung cancer and liver cancer patients through targeting HER2 protein. To fulfill the clinical need in Chinese cancer population, we propose to: systematically profile HER2 mutations in Chinese lung cancer and liver cancer patients; investigate the functional impact imposed by specific recurrent mutations; elucidate the role of mutations in tumorigenesis and maintenance; demonstrate signaling network alteration of mutant HER2 and develop potential inhibitors.

HER2属于ErbB受体酪氨酸激酶家族，其功能紊乱与多种癌症相关。HER2在肿瘤中存在多种突变形式，且随着新一代测序技术的临床应用，新的高频突变不断被报道。但这些突变对HER2蛋白的功能影响尚不清楚，对肿瘤细胞的作用及影响也缺乏研究。 个性化治疗是目前肿瘤治疗中最成功的领域。以HER2为靶点的多种抗肿瘤药物已应用于临床或在试验阶段。但是HER2突变病人对这些靶向药物的反应因人而有较大的差异，提示不同的突变导致HER2激活和对药物的反应有着不同的分子机理。对其深入研究将为靶向HER2的个性化治疗提供重要的指导。 肺癌和肝癌是最主要的威胁中国人群的两个癌症，HER2的靶向治疗在这两个癌症中尚未取得明显成效。基于此，我们提议：系统地检测中国肺癌和肝癌病人中HER2突变；研究突变对蛋白功能的影响；突变在肿瘤发生和维持中的作用；这些HER2突变的信号传导的原理及探讨有效抑制HER2信号的手段。

在本项目中，我们对中国肝癌和肺癌病人群中的突变基因做了详细的分析，着重考察了HER2突变的情况，研究了突变对HER2蛋白功能的影响。我们还研究了肺癌中主要突变癌基因，进一步详细解析了特定癌基因突变阳性的癌症的精准治疗方案。.一、H878Y突变对HER2蛋白的影响。. 我们发现突变生成的Y878在癌细胞中是磷酸化的，并且通过离子键和R898相互作用，稳定了HER2蛋白的激活构象，从而使HER2传导强烈的活化细胞的作用而转化细胞。该部分结果发表在PLOS one(PLoS One. 2015 Apr 8;10(4):e0123623）。并构建了由该突变驱动的癌细胞模型和癌症小鼠模型，并在细胞和小鼠模型上探索了精准治疗的方案，结果发表在ONCOTARGET (Oncotaget, 2015 Oct 13;6(31):31628-39）。.二、我们对中国人肺癌的驱动基因的做了详细的分析。. 意外的是在我们从首都医科大学附属北京胸科医院收集的肺癌样品中，我们没有发现在中国肺癌病人中存在HER2的激酶区域突变，同时我们发现了其他的癌基因突变。.1）我们发现了经典的EGFR激酶区域的突变，并在考察临床中的信息后，我们发现该类型的肺癌能对热化疗敏感。在细胞水平，我们详细解析了EGFR激酶区域突变阳性的细胞对热化疗敏感的生物学机理 （Oncotaget, 2015 Oct 13;6(31):31628-39）。 .2）我们意外的发现了一部人EGFR突变阴性的病人存在EGFR扩增的现象，并对这部分病人的癌变机理做了深入分析，构建了转基因小鼠模型，确定野生型EGFR高表达能驱动肺癌的形成。进一步探讨了该种类型的肺癌的精准治疗的方案（Oncotarget. 2016 Jan 26;7(4):3884-96）。.三、在课题执行的过程中，为了制备转基因小鼠，我们建立了一种新型高效的构建转基因小鼠的方法。. 该方法基于小鼠的ES操作，在ES细胞中转入条件可控表达载体，使得转基因阳性的ES细胞能被高效的筛选，同时在ES细胞中通过荧光蛋白的考察癌基因的表达。该方法发表在scientific reports (Sci Rep. 2015, 5:16284)..四、我们还建立了肺癌的早期诊断手段。结果发表在Sci Rep. 2015 Jul 2;5:11805。