在非小细胞肺癌（NSCLC）人群中，表皮生长因子受体（EGFR）突变的发生率为28.6%，东亚和东南亚人群发病率远高于欧洲人群。临床试验显示， EGFR-酪氨酸激酶抑制剂（EGFR-TKI）治疗NSCLC患者在无进展期和不良反应方面优于化疗，几种EGFR-TKIs（如afatinib, erlotinib, gefitinib, icotinib, osimertinib）已被批准用于具有激活EGFR突变的晚期NSCLC患者的一线治疗。临床上，医生通常会进行EGFR突变检测来检查患者的突变模式，以确定治疗方案。但目前EGFR的伴随诊断主要针对突变热点区域，对于罕见变异无能为力。

饱和突变扫描（DMS）技术是一种高通量、系统性研究基因突变体的新方法，能够快速地对大量VUS突变体进行功能验证。该技术于2010年前后建立，在随后的6年中缓慢发展，2016年后受到重视进入快速发展期。河南大学安磊团队和郑州大学精准医学中心许红恩团队是国内最早一批关注并且发展DMS技术的团队，该团队首次利用DMS技术系统研究了74389种EGFR罕见变异突变对5种临床一线EGFR-TKI靶向药的敏感性，该研究方法具有通用性，可以用于研究其他靶向抑制剂的敏感突变和抗药突变。

近日，该项研究成果以“Defining the Sensitivity Landscape of EGFR Variants to Tyrosine Kinase Inhibitors”为题发表在Translational Research上。

文章发表在Translational Research上

临床意义

1. EGFR罕见变异对靶向药敏感性的研究，能推动解决数量众多的罕见变异的临床精准用药问题，推动靶向药伴随诊断的深入发展。

2. 意义不明突变（VUS突变体）的功能解读是基因测序行业面临的瓶颈问题，饱和突变扫描技术（Deep mutational scanning）有望助力行业瓶颈问题的快速解决。

主要研究内容

为覆盖所有主要的突变类型，研究团队采用MITE方法构建了两个EGFR文库，所有突变均位于EGFR突变热点（18-21号外显子），平行合成的寡核苷酸被用来构建饱和EGFR Sub-Del（Substitution和Deletion突变体）文库，多个简并引物被用来构建饱和EGFR Ins（Exon-20 insertion突变体）文库，在构建的EGFR替换缺失（Sub-Del）和外显子20插入（Ins）文库中共检测到3,914个和70,475个变异（图1）。

图1. 实验设计和数据分析

为系统地评估EGFR突变体对不同TKI的敏感性，研究团队以内源性EGFR耗竭的细胞系-人肺腺癌细胞株PC9为模型，将Sub-Del和Ins突变体导入PC9-Cas9细胞，并用5种TKI对其进行处理。结果显示，在erlotinib, gefitinib, icotinib, afatinib （50 nM）和osimertinib（200 nM）试验中，含有Sub-Del变异的细胞数量在第5和第7天大幅减少，在第9天达到最低，然后开始增加。afatinib（600 nM）和osimertinib（600 nM）试验中，细胞数量分别在第11天和第15天达到最低点。对于含有Ins变异的细胞，afatinib（600 nM）和osimertinib（600 nM）检测的细胞数量分别在第9天和第13天达到最小，而其他TKI检测的细胞数量在TKI处理的两周期内没有减少。

为研究TKIs孵育后变异的富集性，通过大规模平行细胞毒性试验，研究团队从每个TKI实验中收集细胞进行gDNA提取、突变区域扩增和高通量测序。与可逆TKI（erlotinib、gefitinib和icotinib）相比，不可逆TKI（afatinib50 nM和osimertinib200 nM）对Sub-Del变异显示出更强的抑制作用。对于Ins变异，osimertinib（200 nM）比其他TKIs具有更大的抑制作用。上述结果表明，Ins文库变异比Sub-Del文库变异对TKI治疗更有抗性，而osimertinib （200 nM）对这两个文库中的变异表现出更强的抑制作用（图2），且细胞毒性筛选结果与已知临床注释一致。

图2. EGFR-TKIs对Sub-Del和Ins文库变异具有不同的抑制作用

随后，研究团队以热图形式展示了每种变异在每个TKI试验中的变异富集分数（图3）。在系统细胞毒性筛选中，分别发现了813个和51个替代变异体，可能介导对EGFR可逆和不可逆TKI的耐药性。通过细胞增殖实验发现在3,914个Sub-Del变异体中，有221个在对照试验中快速增殖，并对EGFR-TKI敏感，是潜在的EGFR-TKIs敏感变异体。对于70,475个Ins变异体，在所有五种TKI细胞毒性试验中，770-774位氨基酸的插入都高度富集。

此外，前5%的富集型插入变体包括高频的甘氨酸或丝氨酸插入。

图3. EGFR Sub-Del文库突变体和EGFR Ins-1文库变体对五种TKIs的细胞毒性的富集情况

综上所述，该研究针对肺癌EGFR基因7,4389种罕见变异，通过系统性药物敏感性筛选实验，评估了相关突变对5种一线EGFR-TKI靶向药的敏感性，发现具有罕见EGFR突变的NSCLC患者最有可能从osimertinib治疗中受益。该研究方法具有通用性，可以用于研究其他靶向抑制剂的敏感突变和抗药突变、小分子靶向抑制剂的开发等。

此外，相关技术也用于研究其他基因突变与靶向抑制剂敏感性关系，推动肿瘤精准医疗的快速发展。

参考文献：

Lei An, Yueqiang Wang, Guangyao Wu. et al. Defining the Sensitivity Landscape of EGFR Variants to Tyrosine Kinase Inhibitors. Transl Res. 2022 Nov 5;S1931-5244(22)00244-4. doi: 10.1016/j.trsl.2022.11.002.