PD-1/PD-L1抑制劑治療肺癌的療效預(yù)測因素

吳笑馳，倪 磊

0 引言

肺癌是世界上最常見的惡性腫瘤之一，每年確診160萬例新病例，也是全世界癌癥死亡的主要原因，每年造成140萬例死亡[1]。盡管在肺癌的治療方面已有一系列方法，包括手術(shù)治療、放化療和分子靶向治療等，但晚期肺癌的5年生存率不足5%。研究表明，腫瘤的生成不僅依賴于癌細(xì)胞的特性，還與免疫系統(tǒng)的相互作用有關(guān)[2]。T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)受到刺激信號(hào)和抑制信號(hào)的調(diào)節(jié)。在腫瘤細(xì)胞中，調(diào)節(jié)因子蛋白的功能紊亂會(huì)導(dǎo)致腫瘤的免疫耐受，最終導(dǎo)致腫瘤的免疫逃逸。

免疫療法是治療肺癌的一種很有前途的方法。目前，針對(duì)程序性死亡分子1(Programmed death-1,PD-1)及其配體PD-L1的相關(guān)藥物已被批準(zhǔn)用于肺癌的治療，抗PD-1單抗的代表性藥物有Nivolumab和Pembrolizumab(MK-3475)。2015年10月，美國FDA批準(zhǔn)了Nivolumab作為二線藥物用于治療轉(zhuǎn)移性鱗狀細(xì)胞癌或者非鱗狀細(xì)胞非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)，Pembrolizumab作為二線藥物用于治療腫瘤細(xì)胞高表達(dá)PD-L1的轉(zhuǎn)移性非小細(xì)胞肺癌；2016年10月又批準(zhǔn)Pembrolizumab用于無EGFR、ALK突變且PD-L1表達(dá)超過50%的NSCLC治療?？筆D-L1單抗的藥物有MPDL3280A和MEDI-4736，現(xiàn)已進(jìn)入Ⅲ期臨床研究階段。但目前治療的客觀緩解率(Overall response rate,ORR)較低(在非選定的肺癌患者中平均不到20%)，而且這些抗體的成本很高。因此，探索抗PD-1/PD-L1治療的有效性預(yù)測因素對(duì)于更有效地確定最有可能受益的患者，而不排除可能受益的患者顯得尤為重要。

1 PD-L1的組織表達(dá)

PD-1又稱為程序性死亡受體1(Programmed cell death-1)，主要在T細(xì)胞、原始B細(xì)胞、單核細(xì)胞和NK細(xì)胞中表達(dá)，在正常人體中，其與配體結(jié)合后可以促進(jìn)活化的淋巴細(xì)胞凋亡，從而中止免疫活化作用，避免了免疫系統(tǒng)的過度活化而產(chǎn)生的自身免疫性疾病，在免疫調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。PD-L1或程序性死亡配體-1，主要表達(dá)在淋巴細(xì)胞的抗原提呈細(xì)胞中，也常在各種惡性腫瘤中表達(dá)，可以通過抑制T細(xì)胞相關(guān)激酶來阻止細(xì)胞毒性T細(xì)胞對(duì)腫瘤的反應(yīng)[3-5]。PD-L1可以在腫瘤細(xì)胞中表達(dá)，也可以作為一種獲得性、適應(yīng)性免疫抵抗機(jī)制表達(dá)。在NSCLC中，有27%的患者表達(dá)了PD-L1，其表達(dá)主要位于細(xì)胞膜或細(xì)胞質(zhì)中[6-8]。抗PD-L1或抗PD-1免疫治療使固有免疫系統(tǒng)對(duì)腫瘤生長發(fā)揮作用。一項(xiàng)包括了155例NSCLC患者的MEDI-4736臨床研究中[9]，其中58例可評(píng)估的NSCLC患者，客觀緩解率(ORR)為16%，PD-L1陽性與PD-L1陰性的腫瘤相比ORR更高(25%vs.3%)，疾病控制率(Disease control rate,DCR)總體35%，PD-L1陽性患者與PD-L1陰性患者相比DCR更高(45%vs.24%)。在一項(xiàng)包括194例晚期NSCLC患者的Pembrolizumab研究[10]表明，在未篩選PD-L1狀態(tài)的患者中，ORR為20%，而在PD-L1陽性患者中ORR為23%，PD-L1陰性患者中ORR為9%。PD-L1表達(dá)似乎可以預(yù)測治療反應(yīng)，但是許多PD-L1陽性的腫瘤患者對(duì)治療沒有反應(yīng)，而一些PD-L1陰性的腫瘤患者對(duì)治療顯示出臨床反應(yīng)[11-12]。因此，PD-L1表達(dá)與臨床反應(yīng)之間存在顯著的相關(guān)性，是治療反應(yīng)的輔助預(yù)測因子，但作為單一的生物預(yù)測標(biāo)志物來選擇治療方法仍有較大的局限性。

免疫系統(tǒng)是一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的系統(tǒng)，受多種機(jī)制的調(diào)節(jié)，PD-1/PD-L1阻斷治療的臨床反應(yīng)并不完全依賴于PD-L1表達(dá)，其他影響因素包括：其他的免疫調(diào)節(jié)機(jī)制，包括PD-L2、LAG1等；其他免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞的存在和作用；細(xì)胞因子的環(huán)境。另外，由于PD-L1表達(dá)的異質(zhì)性并且可以由于時(shí)間及既往的治療而發(fā)生動(dòng)態(tài)性變化，多種細(xì)胞因子、靶向治療等均可誘導(dǎo)PD-L1表達(dá)，因此，對(duì)PD-L1的組織表達(dá)進(jìn)行抗PD-1/PD-L1治療前大樣本的評(píng)估比較困難。進(jìn)一步的研究必須明確最佳的IHC分析方法，驗(yàn)證和規(guī)范PD-L1陽性的定義，并探討PD-L1蛋白不同表達(dá)水平之間的關(guān)系，以及這種水平對(duì)肺癌患者預(yù)后的影響。

2 腫瘤突變負(fù)荷(Tumor mutation burden,TMB)和新抗原瘤內(nèi)異質(zhì)性(Intratumoral heterogeneity,ITH)

已經(jīng)證實(shí)大量突變的腫瘤更有可能對(duì)抗PD-1藥物。一些腫瘤突變被轉(zhuǎn)譯為新抗原，從而使腫瘤細(xì)胞被免疫細(xì)胞識(shí)別[13]。在腫瘤如NSCLC的治療中，對(duì)T細(xì)胞檢查點(diǎn)封鎖的一種解釋是促進(jìn)T細(xì)胞對(duì)新抗原的反應(yīng)，新抗原是T細(xì)胞的抗原決定簇，是腫瘤特異性突變的結(jié)果[14]。在NSCLC中，暴露于煙草會(huì)增加腫瘤的突變負(fù)荷，除此之外，DNA修復(fù)機(jī)制的缺陷也可能是基因突變的原因。隨著突變數(shù)量的增加，高突變負(fù)荷和對(duì)檢查點(diǎn)封鎖的反應(yīng)將會(huì)增加新抗原的數(shù)量。在Rizivi等[15]的關(guān)于NSCLC的抗PD-1治療的報(bào)告中，確定了T細(xì)胞對(duì)許多預(yù)測的新抗原的反應(yīng)，新抗原反應(yīng)的CD8+T細(xì)胞的水平與腫瘤的突變負(fù)荷有關(guān)。在16個(gè)發(fā)現(xiàn)隊(duì)列患者和18個(gè)驗(yàn)證隊(duì)列患者中，由全外顯組測序確定的NSCLC突變景觀和對(duì)pembrolizumab的反應(yīng)的研究顯示，在發(fā)現(xiàn)隊(duì)列中，有高非同義突變負(fù)荷的患者(高于中值)的ORR組高于低突變負(fù)荷(低于中值)者(63%vs.0，P=0.003)。在高非同義突變負(fù)荷的患者中，疾病控制率(DCR)的比例高于低突變負(fù)荷的患者(73%vs.13%，P=0.004)，無進(jìn)展生存期(Progression-free survival,PFS)的時(shí)間也更長(平均14.5個(gè)月 vs.3.7個(gè)月，P=0.01)。驗(yàn)證隊(duì)列中在高非同義突變負(fù)荷的患者中，DCR更高(83%vs.22%，P=0.04)，PFS的時(shí)間明顯更長(未達(dá)中值 vs.3.4個(gè)月，P=0.006)。較高的非同義突變負(fù)荷與Pembrolizumab的臨床療效及預(yù)后改善顯著相關(guān)，非同義突變負(fù)荷和DCR之間有很高的一致性。臨床中仍有相當(dāng)一部分患者具有較高的突變負(fù)荷而無法獲得理想的免疫療效。低的腫瘤新抗原ITH也可能是影響免疫治療反應(yīng)的重要因素。McGranahan等[16]發(fā)現(xiàn)，PD-L1在具有較高的新抗原負(fù)荷和較低的新抗原異質(zhì)性的腫瘤中表達(dá)較多，在7個(gè)原發(fā)性NSCLC腫瘤中，新抗原異質(zhì)性的差異很大，平均只有44%的新抗原在腫瘤區(qū)域的亞群中發(fā)現(xiàn)。此外，癌癥基因組圖譜(TCGA)NSCLC腺癌數(shù)據(jù)顯示，高突變負(fù)荷且低ITH(<1%)聯(lián)合與單一的突變負(fù)荷相比，與長生存時(shí)間更具有相關(guān)性，值得注意的是，這種關(guān)聯(lián)在NSCLC鱗狀細(xì)胞群沒有被觀察到。在具有高突變負(fù)荷且低ITH(<1%)的腫瘤患者中，患者的臨床效果比單一高突變負(fù)荷的患者更持久(P=006)，且無進(jìn)展生存率(P=0.001 7)和整體生存率(P=0.008)更高。與單一的突變負(fù)荷相比，這些特征似乎與持久的臨床受益更具有相關(guān)性。

分析表明，與突變相關(guān)的新抗原識(shí)別是內(nèi)源性抗腫瘤免疫反應(yīng)的重要組成部分，免疫相關(guān)的新抗原可以通過計(jì)算方法識(shí)別，腫瘤突變負(fù)荷聯(lián)合新抗原瘤內(nèi)異質(zhì)性能更好地預(yù)測PD-1/PD-L1的阻斷效果。

3 肺癌組織亞型

根據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)/國際肺癌研究協(xié)會(huì)(IASLC)分類標(biāo)準(zhǔn)，肺癌可分為2種主要的亞型:小細(xì)胞肺癌(Small cell lung cancee,SCLC)和非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)。NSCLC被進(jìn)一步劃分為幾個(gè)子組，最常見的是鱗狀細(xì)胞癌、腺癌、大細(xì)胞癌和肉瘤樣腫瘤。目前不同的免疫阻斷藥物在肺癌的不同組織亞型中研究結(jié)果尚不統(tǒng)一。在一項(xiàng)有關(guān)Nivolumab(抗PD-1藥物)的多中心Ⅰ期臨床研究[17]中，收集了129例晚期NSCLC患者，結(jié)果表明，在NSCLC的不同組織亞型中(鱗狀細(xì)胞癌17%，非鱗狀細(xì)胞癌18%)和EGRF突變型、KRAS突變型或野生型中，ORR(客觀緩解率)相似?？筆D-1或抗PD-L1藥物在鱗狀細(xì)胞癌中活性更高，可能與鱗狀細(xì)胞癌中腫瘤浸潤T細(xì)胞更豐富有關(guān)，但在臨床試驗(yàn)中沒有顯示這種相關(guān)性[18]。PD-1/PD-L1表達(dá)與EGFR表達(dá)之間的相關(guān)性是有爭議的，可能由于EGFR與樣本年齡有關(guān)[19]。在一項(xiàng)對(duì)125例NSCLC患者的回顧性分析研究[20]中發(fā)現(xiàn)，PD-1陽性和KRAS突變存在顯著相關(guān)性(P=0.006)，沒有發(fā)現(xiàn)和EGFR突變或ALK轉(zhuǎn)位存在相關(guān)性；PD-L1陽性和EGFR突變存在顯著相關(guān)性(P=0.002)，與腺癌之間存在顯著聯(lián)系(P=0.005)。另一種具有顯著表達(dá)PD-L1的組織學(xué)亞型是肉瘤樣NSCLC，在69%的病例中表達(dá)PD-L1，而非肉瘤樣的NSCLC為27%[21]。分析表明，Nivolumab在野生型EGFR/KRAS突變患者中，在PFS和總生存期(Overall survival,OS)方面表現(xiàn)出更大的受益[22]。在KEYNOTE-010亞組分析中顯示,Pembrolizumab在野生型EGFR患者中，在OS方面顯示更大的受益[23]。

現(xiàn)在對(duì)SCLC的研究較少，一些研究也顯示出了可行性。PD-1和PD-L1分子是在SCLC細(xì)胞系中共同表達(dá)的，研究者認(rèn)為，PD-1及其配體在細(xì)胞毒性T細(xì)胞上的生長抑制可能會(huì)參與腫瘤細(xì)胞的生長抑制，但仍需進(jìn)一步的證實(shí)[24]。一項(xiàng)針對(duì)廣泛期SCLCⅠb期的臨床試驗(yàn)(KEYNOTE-028)中報(bào)告了Pembrolizumab對(duì)表達(dá)PD-L1陽性SCLC的ORR為31%，安全性和其他腫瘤類型的安全性一致[25]。在一項(xiàng)針對(duì)SCLC的多中心開放性Ⅰ期及Ⅱ期臨床試驗(yàn)中，Nivolumab單一療法和Nivolumab聯(lián)合Ipilimumab治療，對(duì)既往接受過治療的SCLC患者，顯示出抗腫瘤活性，并具有持久的反應(yīng)和較好的安全性[26]。目前很多相關(guān)研究仍在進(jìn)行中。

4 吸煙的分子標(biāo)記

煙草煙霧中的致癌物質(zhì)是導(dǎo)致NSCLC中突變的重要原因[27]。與吸煙相關(guān)的肺癌比從不吸煙患者的肺癌有更大的突變負(fù)荷[28]。煙草煙霧致癌物質(zhì)與DNA相互作用，導(dǎo)致產(chǎn)生癌癥發(fā)展的基因變化，以及許多可產(chǎn)生免疫原性的新抗原[29-30]。一些對(duì)PD-1和PD-L1藥物的研究表明，有吸煙史的肺癌患者反應(yīng)率較高。在236例Pembrolizumab治療肺癌患者的研究[31]中，結(jié)果顯示ORR為21%，然而，大多數(shù)患者都有吸煙史，在有吸煙史或現(xiàn)在吸煙者中ORR是27%，而從不吸煙者的ORR是9%。另外，在1個(gè)MPDL3280A治療晚期NSCLC患者的1期臨床試驗(yàn)[32-33]中，ORR是23%，其中，有吸煙史或現(xiàn)在吸煙的患者中ORR是26%，而從不吸煙患者中ORR是10%。在對(duì)Nivolumab的Ⅰ期研究[34-35]中，結(jié)果表明，在有吸煙史或現(xiàn)有的吸煙者中ORR(20/75，27%)高于輕度/從不吸煙者(0/13，0%)(P=0.034)，與無反應(yīng)的患者相比，有應(yīng)答反應(yīng)患者的煙草暴露量顯著增加(P=0.036)。根據(jù)堿基C到A的轉(zhuǎn)換頻率，一個(gè)已被證實(shí)的分子標(biāo)志可用來區(qū)分是否吸煙[36]，吸煙患者標(biāo)記為TH(Transversion-high)、不吸煙患者標(biāo)記為TL(Transversion-low)。Rizivi等[15]研究發(fā)現(xiàn)，在TH患者中ORR為56%，而在TL患者中ORR為17%(P=0.03)；持續(xù)臨床獲益(Durable clinical benefit,DCB)的比率分別為77%和22%(P=0.004)；在TH患者中，PFS的時(shí)間更長(P=0.000 1)，自我報(bào)告的吸煙史并沒有顯著區(qū)別，DCB和PFS在吸煙者和從不吸煙者之間(P=0.66和P=0.29)或重度吸煙者與輕度/從不吸煙者(P=0.08和P=0.15)之間無明顯差異。與吸煙史相比，吸煙分子標(biāo)志與DCB、PFS有更顯著的相關(guān)性。而且，突變的吸煙分子標(biāo)志可能具有更廣泛的應(yīng)用，不僅對(duì)肺癌，對(duì)其他吸煙相關(guān)性的腫瘤，作為PD-1/PD-L1阻斷的預(yù)測生物標(biāo)志具有臨床價(jià)值。

5 腫瘤浸潤性T淋巴細(xì)胞(Tumor infiltrating T-lymphocytes,TIL-T)

T細(xì)胞活化并浸潤是腫瘤免疫中的重要環(huán)節(jié)，部分對(duì)PD-1阻斷治療無反應(yīng)的患者中缺乏T細(xì)胞浸潤[37]。新抗原特異性T細(xì)胞可以調(diào)節(jié)與PD-1阻斷相對(duì)應(yīng)的臨床反應(yīng)。與來自于外周血的CD8+T細(xì)胞或健康志愿者的CD8+T細(xì)胞相比，從NSCLC中分離出來的CD8+TILs表達(dá)的PD-1增加。此外，PD-L1抗體阻斷PD-1/PD-L1途徑，增加細(xì)胞因子的產(chǎn)生，提高了CD8+TILs的增殖能力，并在體外產(chǎn)生干擾素[38]。T細(xì)胞的反應(yīng)只有在開始治療后才會(huì)被檢測出來，最初會(huì)迅速增加，然后達(dá)到穩(wěn)定。新抗原特異性T細(xì)胞反應(yīng)是在使用PD-1阻斷治療患者的外周血淋巴細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的，外周血的新抗原特異性T細(xì)胞檢測有希望作為比較簡易、快速的手段對(duì)PD-1阻斷治療的反應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測。

6 結(jié)語

免疫療法，尤其是免疫檢查點(diǎn)抑制，已經(jīng)改變了腫瘤治療的范式，PD-1/PD-L1阻斷劑已經(jīng)作為臨床治療肺癌的一線藥物。為了在肺癌患者中應(yīng)用更精確和更有效的免疫療法，從而使更多的肺癌患者獲益，迫切需要在臨床應(yīng)用中確定更好的預(yù)測生物標(biāo)志，而動(dòng)態(tài)變化的免疫系統(tǒng)對(duì)PD-1/PD-L1阻斷治療的預(yù)測提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，聯(lián)合應(yīng)用多種預(yù)測標(biāo)志物或多種手段綜合評(píng)估可能是一個(gè)有效途徑。本文綜述了目前對(duì)肺癌PD-1/PD-L1阻斷治療的可能影響因素，并評(píng)估它們是否具有潛在的診斷、治療或預(yù)后價(jià)值。此外，腫瘤免疫原性、協(xié)同刺激/抑制、腫瘤微環(huán)境的免疫細(xì)胞、系統(tǒng)免疫等，都可能影響PD-1/PD-L1阻斷的療效，進(jìn)一步研發(fā)精確預(yù)測阻斷療效的生物學(xué)標(biāo)志，對(duì)于提高免疫阻斷治療應(yīng)答率、建立合理有效的聯(lián)合治療方案具有重要意義。