EGF和EGFR的發現
說到EGF/EGFR，不得不提到一位美國的生物化學家和諾貝爾獎獲得者——斯坦利·科恩（Stanley Cohen）。1953年作為聖路易斯華盛頓大學的一名教員，他與義大利神經生物學家麗塔·萊維·蒙塔爾奇尼（Rita Levi-Montalcini）合作發現了神經生長因子（NGF, nerve growth factor）。
Stanley Cohen (1922–2020)
而表皮生長因子 (EGF, Epidermal growth factor)的發現是科恩在NGF研究工作中派生出的一個成果——一道充滿驚喜和意外的附加題。
1959年，科恩作為生物化學助理教授來到範德堡大學，當他使用含有NGF的唾液腺提取物注射給新生小鼠後，發現了一個意想不到的「副效應」動物的眼瞼提前睜開，牙齒也提前萌發，可是NGF純品則沒有這種作用。這提示著在提取物中肯定存在其它的生物活性因子，而這種因子同樣具有生長刺激作用。1962年科恩分離出了這種因子，並取名表皮生長因子EGF。隨後，在70年代初搞清楚了這種蛋白質的分子結構——由53個胺基酸殘基組成的一種小肽。
在接下來的幾十年裡，科恩堅持不懈又卓有成效地探索了 EGF 的作用機制。在研究EGF及其它生長因子的過程中，最令人費解的謎題莫過於這些因子的調節信息是如何從細胞膜傳入細胞核內的。科恩認為EGF應該先與細胞膜表面的受體結合，然後，EGF-受體複合物再轉入細胞內產生生物效應。表皮生長因子受體EGFR（epidermal growth factor receptor）的鑑定為闡明表皮生長因子在靶細胞中激發細胞增殖等生物反應的機制提供了一個起點。
1986年的諾貝爾生理學醫學獎
NGF與EGF的發現使得蒙塔爾奇尼和科恩兩位科學家榮獲了很多榮譽和獎項，最終，1986年的諾貝爾生理學醫學獎也頒發給了他們。諾貝爾評選委員會認為「他們共同發現了控制細胞生長和發育的因子，這些發現為基礎醫學研究開闢了很多重要的領域，讓人們對發育畸形、老年痴呆、經久不愈的傷口以及腫瘤都有了更多的理解」。
但是在諾貝爾委員會做出預見性的決定時，他們沒有預料到的是科恩的EGFR 研究為開發用於抗腫瘤的靶向治療奠定了基礎，因為那時距離腫瘤精準醫學的出現還有10多年。
EGFR及相關通路
科恩之外，對於EGFR 比較系統的研究開始於1977年，Falricat等篩選了多種細胞株，發現一些腫瘤細胞株含有很高的EGFR；1981年Shih等在腦細胞瘤中發現原癌基因NEU；隨後研究者們又發現NEU基因，EGFR基因與禽類病毒致癌基因v-ErbB具有同源序列，所以把他們及之後發現的2個受體都歸類為EGFR家族，並進行統一命名，分別為：EGFR (ErbB-1/HER1)、ErbB-2 (Neu，HER2)、ErbB-3 (HER3) 和 ErbB-4 (HER4)。這一家族都是受體酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinase family，RTK)，有高度同源的胺基酸序列及相似的結構特徵，但配體各不相同。
第一個被發現的人表皮生長因子受體EGFR (ErbB-1/HER1)是其中最為廣泛研究的，基因位於第7號染色體，由28個外顯子組成，編碼1186個胺基酸，糖蛋白分子量約為170 kDa，廣泛分布於除血管組織外的上皮細胞膜上。EGFR與其它RTK有著一致的結構：含有配體結合位點的細胞外結構域、單次跨膜的疏水α螺旋區、以及含有酪氨酸蛋白激酶活性的細胞內結構域。基於這一結構，EGFR受體激活由一系列相應的事件觸發：
配體結合：每個配體與受體的胞外結構域結合，EGFR的配體包括EGF，轉化生長因子-α (TGF-α)，雙調蛋白 (AR)， β 細胞素 (BTC)，肝素結合表皮生長因子 (HB-EGF) 和表皮調節素 (EPR)
受體二聚化：配體與EGFR結合後，改變EGFR的三維構象，使EGFR形成同源二聚體或EGFR與ErbB家族另一成員結合形成異源二聚體
二聚化的受體發生交聯磷酸化，即一個受體使另外一個受體上特定酪氨酸殘基磷酸化，激活胞內區的酪氨酸激酶（TK 亞區），從而啟動下遊最主要的信號通路包括 JAK/STAT通路、P13K/AKT 通路、MAPK/ERK通路，PLCγ/PKC通路
通過這樣的方式，有絲分裂信號從細胞外傳遞到細胞內，從而有效調節細胞的存活、生長、增殖、分化、血管生成、抗凋亡、遷移、侵襲、黏附和DNA損傷修復等等一系列的過程。
簡單理解也就是說跨膜的EGFR蛋白一端伸出細胞膜外用來與生長因子結合，另一端則在細胞內連著蛋白激酶，一旦生長因子受體的一端與生長因子結合，另一端的激酶也會被激活並釋放，使得蛋白磷酸化，然後一層層激活下遊信號通路，觸發一系列級聯效應，來調控細胞的方方面面。
圖片參考來源：Lee J, Moon C. Exp Biol Med 2011;236:375–389
EGFR信號通路與腫瘤的發生發展
腫瘤是一類複雜，多因素，毀滅性的疾病，多年來一直困擾著研究人員和臨床醫生。2000年和2011年由同一作者發表在《Cell》雜誌上的2篇經典綜述，hallmarks of cancer / hallmarks of cancer: the next generation，不斷揭示區別於正常細胞的腫瘤的生物學特徵，以及以此為基礎的腫瘤治療手段的研發。
自給自足的生長信號是腫瘤非常關鍵的一個生物學特徵。正常的細胞在從靜息期變為活化增殖期是需要有絲分裂生長信號，這些信號通過EGFR這類的跨膜受體來傳遞給細胞，也就是說沒有正常細胞是可以在不存在這些刺激信號的情況下去增殖的。但腫瘤細胞的行為卻與此形成了鮮明的對比，腫瘤細胞對外源性生長刺激的依賴性顯著降低，打破了正常細胞至關重要的穩態機制。
腫瘤細胞打破這種穩態的分子策略可以簡單概況為以下三個方面：
改變胞外的生長信號水平：許多腫瘤細胞獲得了合成並分泌自己生長因子的能力，於是它們可以相互激發並創建一個反饋迴路，促使更多的腫瘤細胞分裂，同時也合成更多的生長因子
調節自身的生長因子受體：讓細胞膜表面的生長因子受體遠大於正常細胞，意味著腫瘤細胞對於腫瘤微環境中的生長因子十分敏感，對於正常細胞而言不足以觸發細胞生長的生長因子水平在腫瘤細胞中卻是有效的；此外，還可以讓自身生長因子受體的結構發生改變，永遠處於激活的狀態，不再需要生長因子
腫瘤細胞可以改變信號轉導的下遊通路，生長因子和受體的調控就會被繞過
這些促進腫瘤發生發展的策略在不同瘤種或者不同的時期都各有體現，多種腫瘤類型中都觀察到的EGFR過度表達就是其中的策略之一，並也因此啟發靶向的抗腫瘤治療。
不同瘤種EGFR高表達的情況
數據參考來源：Hanahan D, et al. Cell 2000;100:57-70; Hanahan D, et al. Cell 2011;144:646-74；Herbst RS, et al. Cancer 2002;94:1593–1611.
頭頸部鱗癌的抗EGFR治療探索和發展
EGFR的高表達可見於多種腫瘤類型，如各種上皮來源的腫瘤，尤其是鱗狀上皮癌。例如在頭頸部鱗癌SCCHN中EGFR高表達可見於80-100%的腫瘤細胞，這種過度表達的EGFR使下遊信號通路不斷強化，促進腫瘤細胞的體內外增殖，促進腫瘤新生血管的生成，促進腫瘤的遠處轉移，或者保護腫瘤細胞不進入凋亡等等。所以，通常EGFR蛋白高表達的患者其生存預後要更差。
目前進入臨床實踐靶向EGFR家族來治療腫瘤的藥物分為兩類，抗EGFR單克隆抗體以及EGFR酪氨酸激酶抑制劑，在頭頸部腫瘤中這兩類藥物也同樣進行了探索：
01
抗EGFR的單克隆抗體
抗EGFR單克隆抗體通過識別受體的胞外區，與配體競爭性結合EGFR，幹擾EGFR的自身磷酸化及阻礙細胞表面EGFR二聚體的形成，抑制信號轉導通路的激活，從而抑制腫瘤細胞增殖，轉移和血管形成。
圖片參考來源：Voigt M, et al. Neoplasia 2012;11:1023–1031; Adams GP, Weiner LM. Nature Biotechnol 2005;23:1147–1157.
從腫瘤EGFR通路發現至今為止，西妥昔單抗（Cetuximab）仍然是第一個也是唯一一個在頭頸部腫瘤中證實治療有效性的單克隆抗體， 已經獲FDA/EMA批准用於局部晚期以及復發轉移SCCHN的治療，2020年2月25日也獲得中國國家藥品監督管理局的批准。西妥昔單抗是IgG1型的人鼠嵌合抗體，該抗體最初源自一個小鼠骨髓瘤細胞系，其構建過程為將抗EGFR 的小鼠單克隆抗體（M225）的重鏈和輕鏈克隆，改造後與人κ-輕鏈和人γ-1重鏈的恆定區一起表達。這種嵌合的過程使得產生的抗體與EGFR 的親和力比內源性配體例如EGF和TNF-α 高一個對數級，從而有效的胞內結構域的活化和後續酪氨酸激酶依賴的信號轉導通路。同樣，西妥昔單抗也刺激EGFR的內化，消除細胞膜表面的EGFR，從而阻止與配體的反應。除此之外，作為一個IgG1單克隆抗體，西妥昔單抗的ADCC效應（抗體依賴性細胞介導的細胞毒性）還發揮著抗腫瘤的免疫效應：抗體Fab段與腫瘤靶細胞表面的抗原決定簇特異性結合後，同時西妥昔單抗Fc段與NK細胞上的CD16受體結合，可以誘導NK細胞的活化和對腫瘤靶細胞的裂解殺傷。
除了西妥昔單抗，也有其它一些抗EGFR單克隆抗體在頭頸鱗癌中進行探索，包括帕尼單抗(Panitumumab)，扎魯木單抗(Zalutumumab)，尼妥珠單抗(Nimotuzumab)。這些抗體中，帕尼單抗有3期研究去探索在局部晚期和復發轉移SCCHN的治療療效與安全性，但是很遺憾都是陰性的研究結果，沒有為這些疾病階段的患者帶來有效的臨床獲益。一些研究者認為這是因為帕尼單抗是IgG2單抗，不能誘發ADCC效應或者NK細胞活化後的免疫效應。
但是同樣作為IgG1的單克隆抗體，在含鉑治療失敗的R/M SCCHN患者使用扎魯木單抗聯合化療對比單純化療治療的3期研究沒有達到主要研究終點（中位總生存），中位無進展生存也僅提高1.5周。3期研究DAHANCA 19中，扎魯木單抗聯合放療與尼莫拉唑治療局部晚期SCCHN，提示扎魯單抗的加入並沒有改善局部控制率與生存數據。
02
靶向EGFR的小分子抑制劑（TKI）
EGFR-TKI能進入細胞內作用於EGFR的胞內區，幹擾ATP結合，抑制酪氨酸激酶活性，阻斷激酶的自身磷酸化及底物的磷酸化，以及異常的酪氨酸激酶信號轉導。在SCCHN中有探索的EGFR-TKI包括吉非替尼，厄洛替尼，阿法替尼，達可替尼，拉帕替尼。
吉非替尼（Gefitinib）
一項2期研究顯示，吉非替尼治療R/M SCCHN，疾病控制率DCR可達53%，但是隨後3期臨床研究來比較吉非替尼和甲氨喋呤時，並沒有得到吉非替尼延長OS，改善ORR的結果。同樣，吉非替尼聯合多西他賽的3期研究E1302研究也未證實對比多西他賽單藥有OS，TTP或ORR的改善。
厄洛替尼（Erlotinib）
這些研究提示，單靶點的吉非替尼與厄洛替尼，不論是單藥還是聯合，對於SCCHN患者都帶來了非常有限的臨床獲益。
阿法替尼（Afatinib）
阿法替尼可不可逆的抑制EGFR和HER2。在探索性的2期研究中， 阿法替尼對比西妥昔單抗來治療含鉑治療失敗後的R/M SCCHN，看到了相似的療效，但是很多患者因為阿法替尼嚴重的藥物相關的AE而停止治療（23% vs. 5%）包括3級以上的藥物相關的皮疹/痤瘡，腹瀉，口腔炎/黏膜炎。3期研究LUX-Head&Neck 1評估了阿法替尼對比甲氨喋呤在含鉑治療失敗後的R/M SCCHN，可以看到阿法替尼改善了PFS (2.6 vs 1.7個月; HR = 0.80)以及疾病控制率DCR (49% vs 39%)，但沒有觀察到OS的改善，最常見的3/4級AE包括皮疹/痤瘡和腹瀉。
達可替尼（Dacomitinib）
達可替尼也是一種不可逆的泛Erb抑制劑，已公開發表的2期研究提示達克替尼一線治療 R/M SCCHN 患者有部分臨床活性，12.7%的患者取得部分緩解。達可替尼治療最常見的3級以上的藥物相關不良反應為腹瀉、痤瘡樣皮炎和疲勞，11.6% 的患者因藥物相關不良反應而中止研究。
拉帕替尼（Lapatinib）
拉帕替尼是一種可逆的EGFR/Erb2雙靶點抑制劑。一項小樣本的2期研究對初治的LA SCCHN患者評估CRT之前使用拉帕替尼，顯示相比於安慰劑組，拉帕替尼組患者腫瘤細胞增殖率下降，ORR為17%對比0%。另外一個2期研究中拉帕替尼聯合同步CRT時僅看到有略微改善PFS和OS的趨勢。一項針對SCCHN高危患者術後拉帕替尼來聯合CCRT的3期研究顯示，拉帕替尼和安慰劑在無病生存方面沒有顯著差異，並且拉帕替尼治療的患者中，48%發生了嚴重的不良反應。對於R/M SCCHN患者的2期研究中，對於不管是否經EGFR-TKI治療過的RM SCCHN患者，拉帕替尼治療都未觀察到PR或CR。最新的一個研究評估拉帕替尼聯合卡培他濱治療有過化療或者放療史的RM SCCHN，ORR可以達到21%，最常見的3/4級AE為脫水、腹瀉、手足症候群（各11%）。
頭頸部腫瘤的抗EGFR治療關鍵數據總結
參考文獻：
1.Bonner JA, Harari PM, Giralt J, et al. N Engl J Med.2006;354(6):567–578.
2.Burtness B, Goldwasser MA, Flood W, et al. J Clin Oncol. 2005;23 (34):8646–8654.
3.Vermorken JB, Mesia R, Rivera F, et al. N Engl J Med. 2008;359(11):1116–1127.
4.Vermorken JB, St hlmacher-Williams J, Davidenko I, et al. Lancet Oncol. 2013;14(8):697–710.
5.Stewart JS, Cohen EE, Licitra L, et al. J Clin Oncol. 2009;27 (11):1864–1871.
6.Argiris A, Ghebremichael M, Gilbert J, et al. J Clin Oncol. 2013;31(11):1405–1414.
7.Harrington KJ, Temam S, D』Cruz A, et al. J Clin Oncol. 2014;32(5s):Abstract 6005.
8.Machiels JP, Haddad RI, Fayette J, et al. Lancet Oncol. 2015;16(5):583–594
9.https://science.sciencemag.org/content/367/6484/1307.full
10.https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1986/cohen/lecture/
CHN/ERBMCRC/0320/0092d