PDE3A促进食道小细胞癌发生发展的机制和靶向治疗研究

Small cell carcinoma of esophagus (SCCE) is a rare malignancy, with rapid recurrence and dismal prognosis. Its molecular characteristics, pathogenesis and optimal treatments remain unclear. We previously found mutations or amplifications of PDE3A in 12.7% of SCCE patients. In patients with no mutation or amplification, PDE3A is generally overexpressed. In SCCE cell lines, overexpression of PDE3A promotes cell proliferation and invasion, while downregulation of PDE3A did the opposite. Overexpression of PDE3A decreases the level of its substrate cyclic adenosine monophosphate (cAMP). According to the previous reports, upregulation of cAMP and its downstream protein kinase A (PKA) leads to inhibition of tumor initiation, growth and metastasis. However, the role of PDE3A in the development of cancer remains unknown. Therefore, the objectives of the current project are to explore the mechanisms through which PDE3A mutations or amplifications lead to its elevated function, to find the transcription factors regulating its high expression, to confirm cAMP/PKA as the effector of PDE3A on the development of SCCE and to evaluate the therapeutic effect of targeting PDE3A. Completion of this study will not only reveal the mechanisms of PDE3A in promoting tumor development, but also clarify the therapeutic effect of targeting PDE3A, providing new insights into the diagnosis and treatment for SCCE.

食道小细胞癌（SCCE）是一种罕见的恶性肿瘤，具有高度侵袭、早期转移和预后极差的特点，其生物学特征、发病机制和治疗方法尚不明确。我们在12.7% SCCE患者中检测到磷酸二酯酶3A (PDE3A) 突变或扩增；进一步研究发现在未出现突变和扩增的患者中PDE3A普遍高表达；在SCCE细胞中上调PDE3A促进细胞增殖和侵袭，下调则抑制肿瘤增殖、侵袭和生长；过表达PDE3A后其底物cAMP活性下降。据报道cAMP及下游PKA上调可抑制肿瘤发生、生长和转移。然而，PDE3A在肿瘤发生发展中的作用并不明确。因此，本项目拟探索PDE3A突变、扩增激活其功能的分子机制；阐明调控PDE3A高表达的关键转录因子；确证PDE3A通过调控cAMP/PKA影响SCCE发生发展；鉴定靶向PDE3A对SCCE的治疗作用。本研究的完成将揭示PDE3A的促瘤机制，明确靶向PDE3A的治疗作用，为SCCE诊治提供新的思路。

虽然食道小细胞癌（SCCE）的基因组特征已经得到了解析，但其转录水平的异常调控和免疫微环境状态仍不清楚。通过超高深度的转录组测序，我们系统分析了9对SCCE肿瘤组织和癌旁组织的表达谱，并且与公共数据库中健康食道黏膜以及其他瘤种的表达谱作了全面的对比。结果发现，细胞周期，P53和Wnt信号通路在SCCE中存在异常转录调控。在信号通路异常调控维度，相较于食道鳞癌，SCCE和小细胞肺癌更加相似，而SCCE与食道鳞癌的区别主要集中于免疫相关通路的异常调控。基于转录组的免疫微环境解析发现SCCE的免疫微环境存在明显的瘤间异质性，小部分个体的肿瘤微环境存在大量效应性免疫细胞浸润和T细胞克隆性扩增，但大部分患者的免疫微环境处于相对抑制状态。免疫抑制基因CD276和LAG-3的表达量和M2型巨噬细胞在SCCE肿瘤组织中显著上调。此外，相较于正常食道黏膜组织，SCCE的癌旁组织免疫相关信号通路信号上调，呈现为炎症激活状态。进一步，我们发现SCCE的中位肿瘤突变负荷为3.64Muts/Mb，预测PD-1单药客观反应率为13.2%，而PD-L1阳性SCCE占比为43%。基于以上结果，免疫治疗策略可能可以为SCCE患者带来潜在的获益。因此，我们开展了一项探索二线使用特瑞普利单抗（PD-1抗体）治疗进展期或转移性SCCE的II期单臂临床研究（NCT03811379），研究共入组了8例患者，其中5例患者有疗效评价。在8例患者中，客观缓解率为0%，疾病控制率为12.5%，中位无进展生存期为1.43个月，中位总生存期为9.6个月。3级不良反应发生率为37.5%，无严重不良反映或死亡病例。这些结果提示二线使用PD-1抗体单药对SCCE疗效欠佳，免疫治疗联合治疗策略是后续研究开展的方向。