前言

免疫檢查點抑制劑(ICIs)正在深刻地改變許多癌癥的治療前景。一種T淋巴細胞相關(guān)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(jiān)管批準。盡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志物的必要性。免疫組織化學(IHC)檢測PD-L1表達是最直觀的預測生物標志物之一。另一個最近引起廣泛關(guān)注的生物標志物是腫瘤突變負荷(TMB),它是衡量腫瘤突變數(shù)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并觸發(fā)T細胞反應的幾率就越高。許多研究報告了較高的TMB和ICI療效之間的聯(lián)系,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(xiàn)的突變總數(shù)。根據(jù)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的特征最初是通過全外顯子組測序(WES)來完成的,WES本質(zhì)上認為遺傳改變僅限于外顯子(編碼區(qū)域)。WES的TMB計算包括編碼區(qū)的非同義突變,并通過減去匹配的正常樣本排除種系變化。

基金會醫(yī)學開發(fā)的324個基因(相當于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批準了該檢測方法,作為對于>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(nèi)含子區(qū)的插入缺失標記(Indels),這些都不包括在WES中。Indels通常會產(chǎn)生新的DNA開放閱讀框,從而產(chǎn)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批準的NGS檢測試驗是MSK-IMPACT,該試驗目前確定了468個癌癥相關(guān)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征。T細胞通常識別由突變產(chǎn)生的新抗原,并由癌細胞表面的主要組織相容性復合物(MHC)蛋白呈現(xiàn)。為了生存,腫瘤劫持了通常作為檢查點的蛋白質(zhì)來削弱免疫系統(tǒng)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(tǒng)可以被重新喚醒。然而,一旦活化,T細胞必須仍然能夠?qū)⒛[瘤與正常細胞區(qū)分開來。如果腫瘤細胞表面存在免疫原性新抗原,則有助于對腫瘤細胞的識別。由于新抗原是由突變產(chǎn)生的,突變的數(shù)量越多(即TMB越高),MHC蛋白所呈現(xiàn)的一些新抗原具有免疫原性的可能性就越大。在此基礎(chǔ)上,高水平的TMB與ICI治療后更好的結(jié)果相關(guān)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于低突變環(huán)境(盡管可能性較低);相反,大量突變并不一定轉(zhuǎn)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(huán)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(shù)量可以通過TMB進行量化。環(huán)境因素(例如,紫外線)和DNA編輯錯誤(MSI)導致不同特征下的突變模式。每一個特征不僅可能影響突變的數(shù)量,還可能影響作為突變體負載的新抗原的質(zhì)量和免疫原性。

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

TMB作為生物標記物的應用與挑戰(zhàn)

TMB作為免疫治療早期患者預后標志物的作用

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(guān)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(guān)的。鱗狀細胞腫瘤的TMB高于非鱗狀細胞癌,其中皮膚鱗狀細胞瘤的TMB最高,41%表現(xiàn)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)與顯著更好的預后相關(guān),皮膚鱗狀細胞癌的ICI臨床受益率最高。

低TMB并不排除對ICIs的反應

即使在TMB較低的情況下,ICIs也可以有效,盡管患者的百分比很小(5%)。例如,卡波西肉瘤是一種病毒相關(guān)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(guān),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作為復合生物標志物的一部分來預測ICI的預后

開發(fā)精確的ICI反應預測因子需要深入了解免疫反應和耐藥的復雜性,并將多個變量整合到復合生物標記物中,該生物標記物可能包括TMB、PD-L1、PD-1的表達和其他檢查點,并考慮其表達的細胞,腫瘤分子特征、新抗原免疫原性等多方面特征。這一整合的概念模型被稱為“癌癥免疫圖”。

癌癥免疫圖的七個參數(shù)類別之一是腫瘤外來性。雖然TMB在定義新抗原的質(zhì)量方面有其局限性,但它可以被視為外來性的一個代表。癌癥免疫圖的其他參數(shù)包括與免疫浸潤和代謝相關(guān)的生物標志物、抑制劑的缺乏、檢查點狀態(tài)以及腫瘤對免疫效應劑的敏感性。這個模型的一個關(guān)鍵方面是設(shè)定腫瘤免疫系統(tǒng)為動態(tài)的,是隨著疾病的發(fā)展而變化的。因此,在這個復合系統(tǒng)中,生物標志物可以隨著疾病的發(fā)展而增加或移除。

小結(jié)

多方面的證據(jù)表明,較高的TMB與ICI治療后更好的結(jié)果相關(guān)。盡管FDA最近批準了抗PD-1抗體pembrolizumab在TMB >10突變/Mb的實體瘤中的應用,并且正在開發(fā)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(fā)仍面臨許多挑戰(zhàn)。

例如,TMB對免疫療法與靶向藥物或化療聯(lián)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(guān)重要。這反映了免疫系統(tǒng)的復雜性,需要將多個其他變量納入一個復合生物標記物中,以便更準確地預測ICI結(jié)果,并充分發(fā)揮免疫治療的潛在益處。

參考文獻:

1．The Challenges of Tumor Mutational Burden as an Immunotherapy Biomarker． Cancer Cell

． 2020 Oct 14;S1535-6108(20)30495-5．