肿瘤免疫治疗疗效预测标志物的研究进展
本文来源：国际肿瘤学杂志, 2021,48(4) : 220-224.
摘 要
免疫检查点抑制剂成为近年来肿瘤治疗的热点，越来越多的肿瘤患者从免疫治疗中获益。由于免疫治疗费用较高，未检测人群免疫治疗获益率仅为20%。因此，精准地选择预测性生物标志物对于肿瘤患者个体化免疫治疗至关重要。反映肿瘤免疫微环境和肿瘤细胞内在特征的生物标志物，如程序性死亡蛋白1(PD-1)及其配体PD-L1、肿瘤突变负荷、微卫星不稳定性等，均已被证实与抗PD-1/PD-L1治疗效果相关。同时，基于组织和血清的标志物层出不穷，如何真正实现精确的肿瘤免疫治疗仍有待进一步临床研究。
免疫系统在肿瘤细胞的监视和消除中具有重要作用，通过各种机制对肿瘤细胞群体进行免疫逃避被认为是肿瘤的特征之一。肿瘤克隆的瘤内异质性和肿瘤生态系统中的免疫抑制微环境导致了肿瘤治疗的固有困难。肿瘤免疫治疗是目前研究最广泛的治疗策略，主要包括嵌合抗原受体T细胞、双特异性抗体、肿瘤疫苗、溶瘤病毒和免疫检查点抑制剂。选择和验证生物标志物来预测肿瘤对免疫检查点抑制剂的反应，需要个体化的遗传背景、肿瘤微环境和免疫特征之间的相互联系。随着人工智能和下一代测序技术的进步，基因组和蛋白质组方法的整合将使肿瘤免疫治疗向个性化医疗过渡。现对常见的肿瘤免疫治疗疗效预测标志物进行作一综述。
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蛋白标志物
程序性死亡蛋白配体1(programmed death ligand-1，PD-L1)不仅是第一个被提出用于预测免疫治疗反应的蛋白质生物标志物，也是目前为止应用最广泛的预测因子，许多研究也注意到更多PD-L1表达阳性的患者能从免疫治疗中受益。如在KEYNOTE-052研究中，应用派姆单抗治疗尿路上皮癌患者，PD-L1表达10%以上的亚组比表达1%以下的亚组免疫治疗有效率更高(39% vs. 11%)。然而，在一些试验中，PD-L1表达升高与高应答率之间的相关性被推翻。事实上，大多数研究观察到PD-L1阴性肿瘤患者的客观反应率通常为11%～20%。在CheckMate 067黑色素瘤研究中，纳武单抗单药治疗的有效率高达41%，纳武单抗联合伊匹单抗的有效率高达54%。这些数据表明抗PD-1或抗PD-L1治疗的阴性预测价值不理想，纳武单抗的阴性预测价值为58%，纳武单抗联合伊匹单抗方案对黑色素瘤患者的阴性预测价值为45%(基于CheckMate 067研究数据)。
基于上述试验，研究者提出诸多假说来解释这种差异，如检测平台的差异、分析条件、评分系统以及PD-L1在肿瘤内表达的时间、空间异质性等。这些局限性都增加了分析的不一致性和选择的复杂度。在综合治疗中，尽管PD-L1表达的预测价值存在上述诸多局限性，但PD-L1表达仍是预测免疫治疗疗效的核心预测因子。
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基因生物标志物
2.1 错配修复缺陷和微卫星不稳定性
除PD-L1外，微卫星不稳定性(microsatellite instability，MSI)是另一个用于预测结果和选择患者进行免疫治疗的临床相关生物标志物。大约5%的实体肿瘤被发现有错配修复缺陷(mismatch repair deficiency，dMMR)，以一个或多个dMMR蛋白的缺失为特征。错配修复系统参与DNA复制过程中碱基-碱基错配、插入和缺失的纠正。错配修复系统的成员包括MLH1、MSH2、MSH6和PMS2，它们有助于维持基因组稳定性，而dMMR可促进肿瘤发生，尤其是在胃肠道肿瘤中。dMMR可导致突变的积累和潜在新抗原的产生。Le等研究了高度微卫星不稳定性(high microsatellite instability，MSI-H)对抗PD-L1治疗的影响，在多发性肿瘤dMMR患者中观察到了令人满意的疗效(客观缓解率为53%，完全缓解率为21%)。通常认为dMMR与MSI-H在生物学上具有一致性。MSI-H/dMMR与接受抗程序性死亡蛋白1(programmed death-1，PD-1)及其配体PD-L1治疗的患者预后良好相关。这主要是由于MSI-H的不稳定性和高突变特性，MSI-H的肿瘤也倾向于表达高水平的检查点蛋白，包括PD-1和PD-L1，这使得MSI-H的肿瘤患者对PD-L1/PD-1阻断药物的免疫治疗更加敏感。与此同时，相关研究指出，MSI-H/dMMR的疗效增强归因于肿瘤浸润淋巴细胞密度增加、肿瘤突变负荷(tumor mutational burden，TMB)升高、PD-L1表达上调和更强的肿瘤特异性免疫反应。
2.2 TMB
TMB是另一个在概念上与MSI相似、能够有效预测免疫治疗疗效的基因生物标志物。TMB越高，意味着肿瘤突变产生的新抗原越多，肿瘤浸润的T淋巴细胞越多，使肿瘤更具免疫原性，抗肿瘤免疫反应越强。目前的研究试图从两个角度验证TMB对肿瘤的长期影响。一个是TMB作为免疫治疗预测性生物标志物的作用，另一个是不同TMB水平患者免疫治疗与常规治疗相比的疗效。多项研究表明，TMB肿瘤患者的应答率更高，无进展生存期和总生存期更长。
TMB与免疫治疗反应之间的关系正在为肿瘤的精准免疫遗传学治疗方法铺平道路。PD-L1高表达和高TMB患者免疫治疗的临床疗效更好。TMB已被证明是一种有效的、独立的免疫治疗疗效预测生物标志物。基于多种肿瘤类型的证据证明，TMB是最有前途的免疫治疗预测性生物标志物之一，但其临床应用的测定费昂贵、技术要求高，且在临床病理实验室中并不常用，限制了其在临床中的广泛应用。
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外周血生物标志物
与肿瘤组织的活检标本相比，外周血标本异质性更小，是目前为止比较方便检测的生物标志物。
3.1 外周血中的免疫细胞
Krieg等利用大规模细胞检测和生物信息学分析得出结论，外周血CD14+CD16- HLA-DRhi单核细胞高表达的患者，抗PD-1/PD-L1治疗效果较好。据推测，CD14+CD16-HLA-DRhi单核细胞促进T细胞从外周血向肿瘤浸润，增强T细胞介导的肿瘤杀伤活性。此外，Kamphorst等研究发现，抗PD-1治疗后外周血PD-1+Ki-67+CD8+ T细胞早期扩增与治疗效果更好有关。外周血PD-1+Ki-67+CD8+ T细胞可表达更多的激活相关标志物，如细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4和诱导T细胞共刺激因子。
3.2 外周血中的炎性细胞
已有研究认为，炎性细胞在肿瘤微环境中对肿瘤的发生发展有重要影响，而全身炎性标志物可能为预后提供有用的信息。Fujisawa等研究发现，中性粒细胞/淋巴细胞比值(neutrophil to lymphocyte ratio，NLR)和乳酸脱氢酶水平与黑色素瘤患者对纳武单抗的反应相关。NLR升高预测治疗效果较差，而外周乳酸脱氢酶增加与反应倾向差相关。NLR作为一种提示预后的生物标志物一经提出便引起了广泛的关注，并且其能够很容易地从全血计数的不同组织中计算出来，是一种廉价、易于测量、可重复的检测方法。NLR除了可以作为预后指标外，还可以作为一种预测指标。有研究还对绝对嗜酸性粒细胞计数、溶血单核细胞计数、血小板/淋巴细胞等基于血球计数的标志物进行了研究，其中一些也同样与免疫应答相关。总之，炎性细胞肯定有预后价值，但可能不是治疗特异性的。
3.3 外周细胞因子和其他参数
外周细胞因子也可反映肿瘤免疫微环境状态和抗PD-1/PD-L1治疗的有效性。泌乳素可参与免疫成熟和激活，而高泌乳素可通过介导白细胞介素(interleukin，IL)-10抑制免疫应答。在纳武单抗治疗期间，适应性高泌乳素血症伴有不良反应，泌乳素浓度稳定的患者表现出明显较高的反应率。此外，一项Ⅱ期研究显示，预处理后患者外周血中显示高水平的干扰素-γ、IL-6和IL-10，这与接受纳武单抗治疗的黑色素瘤患者客观应答率增加有关。细胞因子直接参与免疫反应，细胞因子对免疫治疗的预测价值有待进一步探讨。
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液态活检
液体活检生物标志物是预测和跟踪检查点封锁免疫疗法治疗反应的有前途的非侵入性指标，而且对于转移性黑色素瘤和非小细胞肺癌是高质量的证据。循环肿瘤DNA(circulating tumor DNA，ctDNA)和外泌体是最有前途的下一代液体活检生物标志物，具有转化为临床实践的潜力。
4.1 ctDNA
ctDNA是液体活检的一个重要组成部分，相关研究已证实其在免疫治疗中具有预后价值。ctDNA能够评估转移环境中的肿瘤负荷，是使用免疫检查点抑制剂的关键生物标志物。此外，ctDNA检测是免疫治疗反应性的预测因子，为肿瘤活检取样提供了一种非侵入性替代方法。相关验证报告也表明，ctDNA水平在病程早期的定量变化是评估免疫检查点抑制剂反应性的一个很有前途的工具，这可能是标准方法的补充。这项技术的其他应用目前也在研究中，如早期发现免疫治疗的耐药性和鉴定耐药性的机制。仅对ctDNA进行分析不能评估肿瘤微环境或免疫细胞动力学。使用NGS进行测序所需的深度可能会限制靶向序列的数量。此外，ctDNA的全外显子测序目前的成本也可能阻碍大规模临床应用。其他限制包括使用现有技术无法在所有转移癌患者中检测到ctDNA，以及在治疗过程中瘤内异质性和扩散亚克隆动态发生变化，因此需要定期采样和分析。
4.2 外泌体
外泌体是多用途的、细胞来源的纳米囊泡，它天生具有精确的靶向特异性和克服体内生物屏障的能力。由于外泌体的稳定性高，与循环肿瘤细胞和ctDNA等来源相比，外泌体在循环中具有足够的浓度，在液体活检中具有优势。在接受PD-1阻滞的黑色素瘤患者中，外泌体PD-L1水平与肿瘤负荷和治疗反应相。目前尚不清楚外泌体PD-L1是否与肿瘤或免疫PD-L1状态直接相关，但它可能作为PD-1/PD-L1阻断的预测生物标志物。与传统治疗中的外泌体相似，含有PD-L1的外泌体可能是治疗耐药的调节因子和生物标志物。
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患者既往病史、病理特征及其他预测因素
慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)参与肿瘤发生，COPD相关慢性炎症影响肺癌患者免疫环境。同时存在COPD的肺癌患者往往具有更高的抑制标志物。研究人员推测COPD是抗PD-1/PD-L1治疗的潜在预测因子。此外，肠道菌群与宿主免疫的相互作用也影响PD-1/PD-L1治疗的抗肿瘤效果。某些微生物，如长双歧杆菌、大肠杆菌和屎肠球菌，也被发现可增加黑色素瘤患者对PD-1抗体的反应。微生物组与免疫检查点抑制剂作用之间的相关性仍需确认。
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结 语
免疫治疗已成为晚期驱动基因阴性肿瘤患者的重要治疗选择之一，但并非所有PD-L1高表达的患者都能从抗PD-1/PD-L1治疗中获益，甚至有发生疾病超进展的风险。机体的免疫系统是一个非常复杂的体系，而肿瘤具有动态性和异质性，单一和通用的预测标记可能不现实。今后可结合其他分子标志物甚至临床预后因素建立一个综合预测模型，从平衡角度研究肿瘤的预后，进而为恶性肿瘤免疫治疗预测标志物的选择提供准确的见解。尽管免疫阻断治疗比传统化疗更有效，但不可预测的不良反应有时可能是致命的，如何将不良反应降到最低也是研究的重点内容。相信未来将出现大量的治疗性临床试验，前瞻性地验证复合性生物标志物，实现精确的免疫治疗。