腫瘤突變負荷作為免疫治療生物標誌物的挑戰

2021-01-09 健康界

前言

免疫檢查點抑制劑（ICIs）正在深刻地改變許多癌症的治療前景。一種T淋巴細胞相關抗原4（CTLA-4）抑制劑和6種程序性細胞死亡蛋白途徑抑制劑（PD-1/PD-L1）已獲得美國食品和藥物管理局（FDA）對多種惡性腫瘤的監管批准。儘管有些人可以獲得持久的完全緩解，但這些藥物作為單一療法的總有效率（RRs）依然很低（15%-20%）。

對ICIs反應的差異性突出了識別預測性生物標誌物的必要性。免疫組織化學（IHC）檢測PD-L1表達是最直觀的預測生物標誌物之一。另一個最近引起廣泛關注的生物標誌物是腫瘤突變負荷（TMB），它是衡量腫瘤突變數量的指標；突變越多，新抗原越多，其中一個或多個自身新抗原具有免疫原性並觸發T細胞反應的機率就越高。許多研究報告了較高的TMB和ICI療效之間的聯繫，表明TMB可能是一個良好的預測性生物標記物。

TMB的定義及測定

TMB的概念定義是腫瘤標本中出現的突變總數。根據不同的方法，針對TMB考慮的基因改變類型的實際定義有所不同。TMB的特徵最初是通過全外顯子組測序（WES）來完成的，WES本質上認為遺傳改變僅限於外顯子（編碼區域）。WES的TMB計算包括編碼區的非同義突變，並通過減去匹配的正常樣本排除種系變化。


基金會醫學開發的324個基因（相當於1.1MB編碼基因組）的全面基因組分析檢測試驗（FoundationOne），被證實是WES對TMB的準確評估。最近， FDA批准了該檢測方法，作為對於>10個突變/Mb的TMB患者使用pembrolizumab的輔助診斷。

FoundationOne分析還包括其TMB中的同義突變和內含子區的插入缺失標記（Indels），這些都不包括在WES中。Indels通常會產生新的DNA開放閱讀框，從而產生一個全新的肽段，這些肽段可能有更高的機會編碼免疫原性新抗原。

另一個FDA批准的NGS檢測試驗是MSK-IMPACT，該試驗目前確定了468個癌症相關基因（約1.2MB）的體細胞外顯子突變。

TMB與腫瘤免疫應答

免疫逃避是腫瘤的一個重要特徵。T細胞通常識別由突變產生的新抗原，並由癌細胞表面的主要組織相容性複合物（MHC）蛋白呈現。為了生存，腫瘤劫持了通常作為檢查點的蛋白質來削弱免疫系統對其的殺傷作用。

通過阻斷免疫檢查點蛋白，如PD-1、PD-L1和CTLA-4，免疫系統可以被重新喚醒。然而，一旦活化，T細胞必須仍然能夠將腫瘤與正常細胞區分開來。如果腫瘤細胞表面存在免疫原性新抗原，則有助於對腫瘤細胞的識別。由於新抗原是由突變產生的，突變的數量越多（即TMB越高），MHC蛋白所呈現的一些新抗原具有免疫原性的可能性就越大。在此基礎上，高水平的TMB與ICI治療後更好的結果相關也就不足為奇了。

然而，任何將TMB的預測能力二分法的嘗試都是不完美的，因為理論上，T細胞識別的新抗原可以起源於低突變環境（儘管可能性較低）；相反，大量突變並不一定轉化為免疫原性新抗原。

影響TMB作為抗癌免疫治療生物標記物的環境和宿主因素

幾種不同的因素可能會導致腫瘤細胞基因組的改變，其數量可以通過TMB進行量化。環境因素（例如，紫外線）和DNA編輯錯誤（MSI）導致不同特徵下的突變模式。每一個特徵不僅可能影響突變的數量，還可能影響作為突變體負載的新抗原的質量和免疫原性。

宿主的固有特性也會影響新抗原的呈現和識別。例如，MHC多樣性定義了新抗原的呈現程度，而TCR群集可以定義新抗原識別。表觀遺傳調控（如組蛋白修飾和DNA甲基化）也可能影響宿主產生有效免疫反應的能力。

TMB作為生物標記物的應用與挑戰

TMB作為免疫治療早期患者預後標誌物的作用

臨床上，TMB與PD-1/PD-L1抑制劑的客觀反應之間存在顯著相關性。在使用ICIs治療的151例晚期實體瘤患者中，TMB低水平患者的RRs為5%（<5個突變/Mb），TMB中間患者的RRs為25%（6-19個突變/Mb），TMB高水平患者的RRs為45%（>20-49個突變/Mb），以及TMB非常高的個體（>50突變/Mb）的RRs為65%。

將鱗狀細胞與其他組織學進行比較也是相關的。鱗狀細胞腫瘤的TMB高於非鱗狀細胞癌，其中皮膚鱗狀細胞瘤的TMB最高，41%表現為非常高的TMB（>50突變/Mb）。在接受免疫治療的鱗狀細胞癌患者中，較高的TMB（>12突變/Mb）與顯著更好的預後相關，皮膚鱗狀細胞癌的ICI臨床受益率最高。

低TMB並不排除對ICIs的反應

即使在TMB較低的情況下，ICIs也可以有效，儘管患者的百分比很小（5%）。例如，卡波西肉瘤是一種病毒相關的惡性腫瘤，對ICI有反應。事實上，接受抗PD-1單藥治療的9名患者中有6名（67%）獲得了完全或部分緩解；所有患者的TMB均較低，PD-L1陰性。

Merkel細胞癌是另一個有趣的例子，其中晚期患者的ICI 治療RRs約為56%。Merkel細胞癌可能與紫外線或默克爾細胞多瘤病毒感染相關，而由紫外線引起的Merkel細胞癌呈高水平TMB，帶有Merkel細胞多瘤病毒的Merkel細胞腫瘤呈TMB低水平，但病毒抗原本身具有免疫原性。

TMB作為複合生物標誌物的一部分來預測ICI的預後

開發精確的ICI反應預測因子需要深入了解免疫反應和耐藥的複雜性，並將多個變量整合到複合生物標記物中，該生物標記物可能包括TMB、PD-L1、PD-1的表達和其他檢查點，並考慮其表達的細胞，腫瘤分子特徵、新抗原免疫原性等多方面特徵。這一整合的概念模型被稱為「癌症免疫圖」。

癌症免疫圖的七個參數類別之一是腫瘤外來性。雖然TMB在定義新抗原的質量方面有其局限性，但它可以被視為外來性的一個代表。癌症免疫圖的其他參數包括與免疫浸潤和代謝相關的生物標誌物、抑制劑的缺乏、檢查點狀態以及腫瘤對免疫效應劑的敏感性。這個模型的一個關鍵方面是設定腫瘤免疫系統為動態的，是隨著疾病的發展而變化的。因此，在這個複合系統中，生物標誌物可以隨著疾病的發展而增加或移除。

小結

多方面的證據表明，較高的TMB與ICI治療後更好的結果相關。儘管FDA最近批准了抗PD-1抗體pembrolizumab在TMB >10突變/Mb的實體瘤中的應用，並且正在開發評估TMB的血液測試，但作為臨床生物標記物，TMB的進一步開發仍面臨許多挑戰。

例如，TMB對免疫療法與靶向藥物或化療聯合應用的預測價值尚未確定。此外，認識到低TMB患者中有一小部分（5%）對ICIs反應良好，而超過50%的高水平TMB患者無反應，這一點至關重要。這反映了免疫系統的複雜性，需要將多個其他變量納入一個複合生物標記物中，以便更準確地預測ICI結果，並充分發揮免疫治療的潛在益處。

參考文獻：

1.The Challenges of Tumor Mutational Burden as an Immunotherapy Biomarke

r. Cancer Cell. 2020 Oct 14;S1535-6108(20)30495-5.

本文轉載自公眾號小藥說藥，作者小藥說藥

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