轉(zhuǎn)自 肺癌前沿

The evolving landscape of biomarkers for checkpoint inhibitor immunotherapy. Jonathan J. Havel, Diego Chowell & Timothy A. Chan  Nature Reviews Cancer (2019)

T細胞通過兩個信號（TCR-MHC-peptide  識別抗原肽 & CD28 –CD 80/86 共刺激信號）被激活。腫瘤細胞基因組的突變或異常表達的蛋白被加工成與MHC I類分子結合（或不能結合）的肽。具有免疫原性的peptide （MHC-bond immunogenic peptides）引發(fā)隨后的免疫反應。通常腫瘤突變負荷越高（每兆堿基體細胞堿基替換及插入缺失突變的突變總數(shù)），產(chǎn)生MHC-bond peptides 可能性也越高 （這就是我們所認識的新抗原）。

2019年 MSKCC 研究團隊分析了1,662名接受ICI治療的晚期癌癥患者和5,371名非ICI治療患者的臨床和基因組數(shù)據(jù)（MSK-IMPACT）測序，分析發(fā)現(xiàn)，在這些患者中，不論何種組織來源，TMB 處于最高20%分位時，患者能夠從ICI治療中獲得長期生存獲益（HR 0.61）。這種正相關出現(xiàn)在大多數(shù)腫瘤類型中。但TMB的cutoff 在不同腫瘤間存在較大差異，很難找到一個通用的cutoff值（比如 10或者20）。高TMB是個療效預測因素，不是預后因素，對于不接受PD-1治療的患者，TMB Hi vs low OS 沒有差別

 Timothy A.Chan, et al. Nature Genetics volume 51, pages202–206 (2019) ，

從該項研究公布的TMB cutoff（top 20%），中位值都小于100，其中結直腸癌的52 ，應注意存在MMRd的富集因素（測序樣本來自接受CPI治療的樣本）。

這個研究中的一個例外，RCC，透明腎細胞癌，這種腫瘤的突變負荷相對較低，但是表現(xiàn)為幾乎所有腫瘤中最高免疫細胞浸潤特征。
另外有研究提示，透明腎細胞癌具有19種腫瘤類型中最高的插入突變負荷，這種移碼突變被認為相較于nsSNVs變異具有高出3倍的產(chǎn)生新抗原的能力。

Insertion-and-deletion-derived tumour-specific neoantigens and the immunogenic phenotype: a pan-cancer analysis. Lancet Oncol. 18, 1009–1021 (2017) 

Neoantigen 最重要的特性可能在于，它是存在與大部分 還是 小部分腫瘤細胞。腫瘤細胞遵循克隆進化的規(guī)律（達爾文法則，現(xiàn)在的假說相信，那些由主干克隆突變（異質(zhì)性低的腫瘤）產(chǎn)生的新抗原比亞克隆突變（高度異質(zhì)性腫瘤）具有更高的免疫原性。

有意思的是，現(xiàn)在應用化療與CPI聯(lián)合的假說是 基于化療對細胞的直接殺傷可能刺激新生抗原的釋放，但需要了解另一種可能性，事先用化學療法治療可能會增加亞克隆突變的發(fā)生率并促進腫瘤內(nèi)異質(zhì)性。這兩個因素都CPI響應呈負相關。 此外有研究提示，在初次化療治療后復發(fā)的卵巢腫瘤中觀察到的新抗原的分析顯示，少于5％的新型新抗原可歸因于化療相關的特征。復發(fā)后獲得的絕大多數(shù)突變是由化療暴露前腫瘤固有的突變過程引起的。這些結果表明化療暴露不是影響新抗原生成的主要因素。臨床研究KN024的更新OS 也提示，在高PD-L1表達人群，一線CPI單藥的OS 要優(yōu)于化療后二線交叉到CPI 組。

“非我族類，雖遠必誅”，突變新抗原具有什么特點，才被視為“異己”？

A 免疫原性的新抗原（新生肽）來源于不同的突變：nsSNVs，插入/缺失 突變，移碼突變，表觀遺傳改變。不同的突變產(chǎn)生新抗原的概率具有很大差異。與原編碼序列差異越明顯的突變越容易產(chǎn)生被T細胞識別的新抗原

插入/刪除及移碼突變導致氨基酸序列和空間結構改變會比較大，與MHC分子結合的親和力會更強，被T細胞識別為新抗原的可能性越大。

B HLA 基因(人類白細胞抗原（英語：human leukocyte antigen，縮寫為HLA），是編碼人類的主要組織相容性復合體（MHC）的基因)，是人類基因組中具有高度多態(tài)性的基因。已知的HLAA,HLAB,HLAC等位基因多達數(shù)千種。每個個體具有HLA基因上的兩個等位基因，這產(chǎn)生了 萬億數(shù)量級（10 20）的組合差異，導致可能產(chǎn)生的腫瘤抗原類型數(shù)以千計。

C TCR識別并結合HLA呈遞的肽表位。 每個個體都具有通過體內(nèi)每個發(fā)育中的T細胞內(nèi)的可變（V），多樣性（D）和連接（J）基因區(qū)段的半隨機重組產(chǎn)生的獨特TCR譜。 通過末端脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶的活性，在基因區(qū)段連接處缺失或插入核苷酸進一步增加了TCR多樣性。 T細胞克隆隨后經(jīng)歷正向、負向胸腺選擇以富集結合自身MHC分子但不結合自身肽的T細胞?，F(xiàn)在認為，HLA和TCR基因都已進化為結合病原體衍生的序列。 這可能會決定哪些腫瘤衍生的新抗原最有可能引發(fā)有效的T細胞反應。 APC，抗原呈遞細胞。

Cell 2017 171, 1042-1056.e10DOI: (10.1016/j.cell.2017.09.048

有多種突變類型能夠引起基因組“超突變”。包括泛腫瘤的MMRd，我們都知道攜帶有這種變異的腫瘤（無論組織來源），對CPI（免疫檢查點）抑制劑治療都有較好的腫瘤應答。隨后的研究發(fā)現(xiàn)，MSI陽性腫瘤具有較高的突變負荷。其他的超突變包括，DNA聚合酶突變 POLE POLD，DNA 同源重組修復缺陷 （HRD）。這些突變的存在理論上可以增加新抗原負荷，從而增強腫瘤的免疫原性，帶來更好的對免疫檢查點抑制劑的應答。在臨床上驗證這一假設的工作正在進行。

HLA-I類分子雜合缺失（LOH）與更差的治療結局相關。

D. Chowell, L. G. T. Morris, C. M. Grigg, J. K. Weber, R. M. Samstein, V. Makarov, F. Kuo, S. M. Kendall, D. Requena, N. Riaz, B. Greenbaum, J. Carroll, E. Garon, D. M. Hyman, A. Zehir, D. Solit, M. Berger, R. Zhou, N. A. Rizvi, T. A. Chan, Patient HLA class I genotype influences cancer response to checkpoint blockade immunotherapy. Science 359, 582–587 (2018)

Timothy A. Chan 是這篇的通訊

免疫微環(huán)境：PD-L1表達；腫瘤浸潤淋巴細胞—密度，表型和多樣性；T細胞以外的其他免疫細胞；轉(zhuǎn)錄組和表觀遺傳學特征。這是一個最網(wǎng)紅的概念，此處省略3000字贅述。

但這種清晰的，涇渭分明的分類羅列，是科學家的智慧提煉的產(chǎn)物。實際上，我們能夠在實驗室里（可能沒有）看到的所謂 TME，長成如下這幾個“阿凡達”的樣子：

Cellular Characterization of Immune Infiltrates in Solid Cancers

(A)19中腫瘤的免疫細胞雅興。根據(jù)參與固有免疫或適應性免疫過程的免疫細胞亞型或突變負荷進行分類。

(B) 基于來自GSEA的NES得分計算的具有高，中和低突變負荷的腫瘤中的免疫細胞類型的富集（藍色）和缺失（黃色）的火山圖。

(C) 在不同突變負荷的不同腫瘤類型中，所選擇的免疫細胞亞群富集的分數(shù)

(D) 肺腺癌免疫細胞浸潤情況

(E)基于來自GSEA的NES得分計算的腫瘤I期至IV期癌癥的免疫細胞類型的富集（藍色）和缺失（黃色）的火山圖

Charoentong, P. et al. Pan-cancer immunogenomic analyses  reveal genotype-immunophenotype relationships and predictors of response to checkpoint

blockade. Cell Rep. 18, 248–262 (2017).

癌癥患者從免疫治療中獲益的程度取決于其整體免疫系統(tǒng)功能，可受癌癥和治療以外其他因素的影響，包括參與誘導，調(diào)節(jié)和執(zhí)行腫瘤靶向免疫的基因變化;通過病毒感染或藥理學試劑導致全身免疫抑制;以及腸道微生物群的組成。此外，人體系統(tǒng)的多種因素可以改變?nèi)砻庖呶h(huán)境，有利于產(chǎn)生具有免疫抑制活性的未成熟骨髓細胞，通過改變腸道微生物組（生態(tài)失調(diào)），以及釋放細胞因子和其他淬滅抗癌免疫的因子影響應答。許多這些變化可能參與促進腫瘤抵抗治療，因此構成了開發(fā)新型治療干預的有希望的目標。這些和其他一些循環(huán)因子能夠提示免疫效應細胞的功能從而知道治療決策。已知的外周血組成的其他幾個特征與ICI反應有關，包括總淋巴細胞計數(shù)，T細胞克隆性，單核細胞計數(shù)，循環(huán)Treg細胞水平，細胞因子水平（例如，IL-6，IL-8和IL-10）， 相對嗜酸性粒細胞計數(shù)，循環(huán)單核細胞或MDSCs和乳酸脫氫酶（LDH）活性。

共棲微生物，就是俗稱 腸道菌群，可能對健康人群的免疫反應與疾病免疫應答療效產(chǎn)生影響。更重要的是，目前看起來腸道菌群而非口腔菌群的組成和多樣性能夠影響免疫檢查點抑制劑治療的療效。自2011以來，關于microbiota與腫瘤免疫應答之間關系的高影響力研究 陸續(xù)見刊。

2015年，SCIENCE 雜志上發(fā)表了一項來自法國的免疫學家Laurence Zivogel博士領導的研究小組發(fā)現(xiàn)，CTLA-4抗體治療的T細胞應答，與腸道中多形擬桿菌（B. thetaiotaomicron）和脆弱類桿菌（B. fragilis）的存在有關，他們證明了，通過脆弱類桿菌移植，可以增強CTLA-4抗體療法的抗癌特性。同年，SCIENCE上還發(fā)表了芝加哥大學的Thomas Gajewski研究團隊，證明了腸道中雙歧桿菌屬（Bifidobacterium）的存在，有利于PD-L1抑制劑的抗腫瘤效果。

2018年 1月 SCIENCE連發(fā)三篇文章，闡述了腸道微生物菌群，抗生素使用，與黑色素瘤，肺癌，腎癌，尿路上皮癌對免疫抑制劑治療應答產(chǎn)生了影響。這幾項研究中發(fā)現(xiàn)的“能夠增強免疫應答的菌群”不完全一致，但同樣都提示，腸道菌群多樣性的增加能夠有益于提高腫瘤對CPI治療的應答。

抗生素對免疫治療的療效可能產(chǎn)生影響  Routy 研究中發(fā)現(xiàn) 在接受免疫檢查點抑制劑治療前的2個月內(nèi)或者治療后1個月內(nèi)接受廣譜抗生素 broad-spectrum combination ATB (氨芐青霉素+粘菌素+鏈霉素) ，PFS/OS 都相對較未接受抗生素治療患者更短，分析人群 ：advanced NSCLC (n = 140), RCC (n = 67), or urothelial carcinoma (n = 42) ，其中69例接受ATB治（ β-內(nèi)酰胺+/-抑制劑，氟喹諾酮類或大環(huán)內(nèi)酯類），其他研究中發(fā)現(xiàn) 在免疫檢查點抑制劑使用前30天內(nèi)使用  β內(nèi)酰胺和氟喹諾酮 類抗生素可能影響療效。Derosa et al Ann Onc 2018。

含有特定腸道微生物群的患者接受免疫治療療效好。Routy 等對 PD-1/PD-L1 抑制劑治療反應良好或沒有反應的患者的腸道菌群進行分析，發(fā)現(xiàn) AKK 菌（Akkermansia muciniphila）普遍存在于那些接受過 ICIs 治療之后達到緩解療效的患者體內(nèi)，那些抗PD-1療法治療效果很差的患者，體內(nèi)缺乏一種叫做Akkermansia muciniphila的細菌。而將 無應答患者的腸道菌群移植到小鼠模型后，同時補充這種細菌，則小鼠能重新獲得免疫應答。

Gopalakrishnan 等以 112 例接受過抗 PD-1 免疫療法的晚期黑色素瘤患者為研究對象，分析了患者糞便中微生物的多樣性，發(fā)現(xiàn)腸道菌群與 PD-1 抗體的療效有關；對 PD-1 抗體治療有反應的 30 名患者與沒有反應的 13 名患者的腸道菌群明顯不同，PFS 獲益者體內(nèi)普遍存在 Faecalibacterium 和 Clostridiales 兩種細菌。

Matson 等發(fā)現(xiàn)，相比于 26 名對免疫治療沒有反應的黑色素瘤患者，包括長雙歧桿菌（Bifidobacterium longum）、產(chǎn)氣柯林斯菌（Collinsella aerofaciens）和屎腸球菌（Enterococcus faecium）在內(nèi)的幾種特定細菌在 16 名對 ICIs 作出反應的患者中更加豐富；定量患者體內(nèi)「好」菌群和「壞」菌群的比例顯示，「好」菌群/「壞」菌群>1.5 與更好的免疫治療療效相關。 

L. Zitvogel, Y. Ma, D. Raoult, G. Kroemer, T. F. Gajewski, The microbiome in cancer immunotherapy: Diagnostic tools and therapeutic strategies. Science 359, 1366–1370 (2018). 
腸道微生物群改善免疫治療療效的機制可能包括，包括：益生菌能增加腫瘤組織中 IL-12 依賴的 CCR9+CXCR3+CD4+ T 細胞向瘤床的募集；增強 DC 功能和 Th1 反應，進而引起腫瘤組織及腸道 CD8+T 細胞增殖和活化；下調(diào) CD4+ Treg 細胞的數(shù)量等。 有假說認為假說認為微生物組能通過其抗原激活T細胞的應答，或是直接作用于腫瘤特異的免疫應答，或是交叉影響到腫瘤特異的抗原。腸道微生物在固有免疫和適應性免疫中扮演著終身的重要角色，它們精確而有序的參與者炎癥，感染，對事物和其他共棲抗原的免疫應答和免疫耐受。

2018年11月12日，Nature Medicine發(fā)表了一份病例報告，2名癌癥患者在接受糞菌移植后，由免疫治療引起的結腸炎得到顯著緩解。該研究初步數(shù)據(jù)分析表明，利用健康腸道微生物可以消除免疫檢查點抑制劑治療引起的結腸炎，重建患者的腸道菌群，并相對增加結腸粘膜中調(diào)節(jié)性T細胞的比例。該研究是人們首次證明糞菌移植對免疫治療相關并發(fā)癥有著良好的治療效果。Nature Medicine報道的這項最新研究強調(diào)了糞菌移植在治療癌癥免疫治療副作用方面的巨大潛力。

Jonathan J. Havel, Diego Chowell & Timothy A. Chan  Nature Reviews Cancer (2019）

總而言之，我們遠沒有像期待的那樣找到一個統(tǒng)一的免疫檢查點抑制劑療效生物標志物。如下圖所示，需要找到一種預測模型可以講所以上述討論過的因素綜合考慮，但是目前將這些海量的信息整合進臨床決策仍然存在巨大的挑戰(zhàn)。

1.需要整合基因組學，表觀遺傳學和免疫原性異質(zhì)性的信息。對于腫瘤微環(huán)境的多點，動態(tài)取樣（在整個治療開始前和治療進行中）可能克服由于腫瘤進化和腫瘤異質(zhì)性帶來的bias。但可操作性的挑戰(zhàn)巨大。 2.詳細研究包括生物能量代謝，自噬，細胞衰老和免疫調(diào)節(jié)在內(nèi)的這些過程，如何在基質(zhì)，內(nèi)皮細胞和免疫浸潤中起作用，以及這些功能如何在抗腫瘤免疫調(diào)節(jié)中連接在一起。 3.盡管免疫組化能夠有效染色細胞內(nèi)或膜結合蛋白，但是腫瘤微環(huán)境中的細胞因子的檢測仍然是挑戰(zhàn)。 在現(xiàn)在和未來的臨床試驗/臨床實踐中，如何對患者的微生物組進行有效監(jiān)測？