腫瘤微環境對免疫檢查點抑制劑應答的影響
來源: 閑談 Immunology?

?腫瘤微環境中靶點蛋白表達水平,浸潤的T細胞,及其他類型的免疫細胞與免疫檢查點抑制劑(ICI)的應答密切相關。利用測序等生物信息學方法建立模型預測ICI的響應?

01

PD-L1表達?


預計PD-L1的表達對Anti-PD-L1或anti-PD1的治療有一定的作用。因此,免疫組織化學(IHC)檢測PD-L1蛋白的表達已被應用于臨床。目前,FDA已批準PD-L1IHC作為NSCLC患者anti-PD1治療的配套診斷。例如,pbrobrolizumab被批準用于PD-L1非小細胞肺癌患者(定義為PD-L1,至少50%的腫瘤細胞用于一線使用,至少1%用于二線使用)。盡管如此,PD-L1的表達仍然是免疫檢查點抑制劑(ICI)反應一個不完全的預測因子。對多種腫瘤類型的多項研究發現PD-L1的表達與ICI反應或OS呈正相關,而其他研究則未發現相關性(如頭頸部腫瘤等)。

PD-L1生物標志物研究結果矛盾的潛在原因包括使用不同的檢測方法、PD-L1表達的時態和ITH以及評估陽性程度的非標準化標準,例如PD-L1相對染色強度,和百分比等。此外,即使PD-L1的表達與反應相關,也有許多低到無PD-L1表達的患者經歷了持久的臨床受益。因此,PD-L1狀態可能不是臨床治療決策的一個足夠全面的獨立生物標記物。重要的是,一項對聯合使用anti-CTLA 4和anti-PD1的非小細胞肺癌患者的研究發現,PD-L1染色和TMB是獨立的反應預測指標,包含這兩種因素的多變量模型提高了預測的敏感性和特異性。最近,在keynote189三期臨床試驗中,有報道說PD-L1水平可能是在NSCLC患者一線治療中對pembrolizumab單抗加化療的反應的預測。研究人員觀察到,PD-L1在各級表達水平上,對免疫治療加化療方案的應答者的PD-L1表達增強,但隨著PD-L1閾值的放寬,PD-L1陽性表達的預測作用明顯減弱。作為另一個重要的警告,一些研究發現PD-L1表達的細胞類型也應該考慮到。在黑色素瘤和尿路上皮癌患者的獨立隊列中,發現PD1在腫瘤浸潤的免疫細胞上的表達,而在腫瘤細胞本身上不表達,分別與抗PD1和抗PDL1的反應有關。?

02?

腫瘤浸潤淋巴細胞:密度、表型和多樣性?


人們認為,免疫檢查點抑制劑(ICI)治療,特別是anti-PD1和anti-PD-L1,部分是通過激活已有的腫瘤免疫應答起作用的。因此,ICI反應的另一個潛在預測因素是腫瘤內腫瘤浸潤淋巴細胞(TILs)的密度。事實上,TIL密度是一些腫瘤類型的強陽性預后指標,而不考慮ICI治療。例如,一種被稱為免疫核心的指標,涉及對腫瘤中心和周圍的CD8 T細胞進行量化,是OS的一個強有力的預測因子,可以補充CRC中傳統的腫瘤淋巴結轉移(TNM)分期或MSI狀態。值得注意的是,單細胞測序顯示CD4記憶T細胞也在對ICI 有反應的人類黑色素瘤中富集。在抗PD1治療的背景下,據報道,IHC在腫瘤侵襲性邊緣測量的TIL密度與抗-PD1反應密切相關,這種方法可能很有前途,但很難標準化,需要更多的數據來說明該方法的通用性。

越來越多的證據表明,影響ICI結果的不僅僅是TIL的位置和密度,還有TIL的表型。例如,雖然抗PD1治療后,抗CTLA 4的患者TIL濃度沒有明顯變化,但應答與T效應細胞活性指標CYT 50(以穿孔素1(PRF 1)和顆粒酶轉錄水平54的幾何平均數計算)的增加有關。值得注意的是,不論腫瘤類型如何,CYT與tmb都有顯著的相關性,這支持了這樣的觀點,即癌癥的免疫控制涉及T細胞介導的對來自nssnv的腫瘤新抗原的溶細胞反應。

除了T效應細胞活化表型外,其他T細胞表型標記也與ICI反應相關。例如,TIL表面表達的PD1水平可能與抗腫瘤免疫反應的效果有關。具體來說,對非小細胞肺癌患者TIL的分析顯示,在PD1表達的基礎上,有三種不同的CD8 T細胞。PD1表達最高的腫瘤群體稱為PD1Tumour(PD1T),因為PD1T與慢性病毒感染相關的PD1hi細胞在轉錄上明顯不同。在三個分離的CD8 T細胞群中,只有PD1T細胞能夠在體外對自體腫瘤細胞產生細胞因子反應,這表明該細胞群在腫瘤抗原特異性T細胞中富集。重要的是,治療前PD1T細胞水平與抗PD1應答呈正相關;然而,這些結果仍有待于驗證隊列的驗證。相反,在小鼠體內的研究表明,由于Treg細胞相互作用、染色質重塑或轉錄重組,在慢性抗原暴露下,PD1高表達的T細胞可能表現出不可逆轉的耗竭表型。此外,一項對HNSCC患者的研究發現,高PD1表達的腫瘤內T細胞百分比與切除后PFS 差直接相關,但這些患者未接受ICI治療,而HPV狀態可能是HNSCC的一個混雜變量。另一項針對抗PD1治療的非小細胞肺癌患者的研究發現,腫瘤和外周血中積累的CD4 FOXP 3?PD1hi T細胞(4PD1hi)是腫瘤負荷的一種功能。重要的是,治療時外周血4PD1hi細胞計數的下降與這個隊列中OS的改善顯著相關。NSCLC相關的PD1T細胞的一個獨特的特征是它們表達趨化因子CXCL13,它專門招募B和T濾泡輔助(TFH)細胞。CXCL 13-TFH細胞-B細胞軸曾被證明與非ICI治療的CRC患者的長期存活有關。雖然人們普遍認為B細胞和TFH細胞不是抗腫瘤免疫應答的主要成分,但這些發現表明腫瘤微環境的這一部分可能需要在ICI反應的背景下進一步研究。

應用新的單細胞RNA測序(scRNA-seq)平臺允許高分辨率的表型特征,這是不可能的批量測序方法。對32例經ICIS治療的轉移性黑色素瘤患者的單細胞轉錄組數據進行了非監督聚類,確定了兩種主要的腫瘤內CD8 T細胞表型:記憶型和疲勞型。記憶樣TILs與疲勞TIL的比值與免疫檢查點抑制劑(ICIS)的反應密切相關.此外,還發現轉錄因子Tcf 7在具有記憶樣表型的T細胞中被選擇性表達。因此,CD8 tcf 7和CD8 tcf 7?TIL的比值與抗-pd 1治療的黑色素瘤患者的應答和生存密切相關,即使在總T細胞浸潤沒有明顯差異的情況下也是如此。

一種有效的T細胞反應涉及特異性抗原反應T細胞克隆的激活和擴增.因此,腫瘤內或外周T細胞庫的克隆結構可能是與ICI反應相關的腫瘤免疫原性的另一個指標。T細胞庫多樣性可以用兩種互補指標來量化:豐富度,即獨特的TCR序列數和克隆性,即序列分布的均勻性(低克隆性表示所有克隆的分布相等,高克隆性表示傾斜或寡克隆群體,少數克隆占主導地位)。腫瘤內或外周T細胞的多樣性與ICI反應之間的關系似乎是復雜的,因為一些研究發現治療前或治療后的克隆性水平與反應呈正相關,而另一些研究表明,只有在治療中增加克隆性與抗-PD1應答相關。另一項針對30例黑色素瘤患者的研究發現,TIL多樣性與抗-PD1反應或存活無關,但沒有檢測治療后的變化。有趣的是,一項對29例經抗PDL 1治療的尿路上皮癌患者的研究發現,治療前外周T細胞克隆性與PFS和OS呈負相關,而T細胞內克隆性與生存期無相關性。同樣,一項對25例轉移性胰腺癌患者的研究發現,抗CTLA 4治療的患者外周血T細胞克隆性與生存呈負相關,但與抗PD1無關。更復雜的是,先前的免疫治療暴露可能會影響T細胞儲備動力學在隨后的抗-PD1的使用。具體來說,在治療中,抗CTLA4治療的黑色素瘤患者體內T細胞豐富度的增加與抗PD1反應有關,而T細胞克隆性的增加與免疫治療中的抗PD1反應有關。這些結果表明,需要做更多的工作來闡明腫瘤內和外周T細胞多樣性作為ICI反應指標的效用。?

03

腫瘤微環境不只有T細胞?


許多其他類型的免疫細胞可能影響ICI的療效。雖然目前還沒有通過FDA批準的檢測方法來預測免疫檢查點抑制劑(ICI)的療效,但目前正在做的工作是破譯這些細胞類型對應答率的影響。為了更全面地了解腫瘤的免疫微環境,從RNA測序結果中提取免疫細胞表型和豐度數據的方法已經發展成。這種計算被應用于治療前和治療后黑色素瘤患者的腫瘤樣本,發現抗-PD1反應與CD8 T細胞自然殺傷細胞的增加和巨噬細胞的減少有關。這一補充數據提示髓系細胞在ICI反應中具有潛在的抑制作用。在一組獨立的黑色素瘤患者中,腫瘤相關巨噬細胞(TAMS)與不良的抗PD1反應之間存在類似的相關性。

此外,在黑色素瘤患者中,骨髓源性抑制細胞(MDSCs)的低分化群體的外周血水平與抗CTLA 4反應不佳有關。事實上,在一項利用機器學習來識別所有TCGA腫瘤樣本CYT預測參數的研究中,最關鍵的特征之一是缺乏MDSC 。該模型的另一個主要特征是CD8 T細胞、γδT細胞和自然殺傷細胞的富集,以及Treg細胞的耗竭。值得注意的是,免疫表型核心在兩組獨立的ICI患者中區分應答者和非應答者的敏感性和特異性都很高。在一項對腎癌患者的獨立研究中,在接受抗-PDL 1的患者中,高的瘤內髓樣信號與PFS中位數下降近有關,再次強調髓系細胞對ICI反應的抑制作用。值得注意的是,聯合使用VEGF抑制劑可使髓細胞含量高的腫瘤患者的中位pfs增加8倍以上,這表明髓系信號可能是選擇RCC患者聯合治療的有用的生物標記物。

髓系細胞的特異性亞群可能在調節T細胞排斥中起重要作用。據報道,LY6ClowF4/80巨噬細胞可調節T細胞對胰腺癌的排斥作用。這些巨噬細胞位于腫瘤微環境之外,它們協調了獲得性T細胞免疫特權的位點,并消除了它們,提高了免疫治療誘導T細胞依賴性腫瘤殺傷的能力。總之,對腫瘤微環境的檢查顯示出作為ICI療效的預測生物標記物的巨大前景。?


04

轉錄和表觀遺傳標記?

RNA測序數據的生物信息學分析已被用于揭示與ICI反應或耐藥性相關的全球腫瘤和微環境特征。一項研究確定了治療前的特征,包括28個黑色素瘤患者組中與抗PD1抵抗相關的26個轉錄亞信號。然而,在另外兩個獨立的黑色素瘤組中,這一特征與抗CTLA 4或抗PD1反應無關,這表明它可能反映了分析過的原始隊列特有的特征。另一項對抗PD1治療的黑色素瘤患者的研究發現,治療前RNA表達特征與腫瘤克隆結構的治療改變有關。據推測,由于腫瘤克隆結構的改變與反應和OS有關,治療前的RNA信號也可能是治療結果的預測。事實上,這一RNA特征與改善兩個獨立黑色素瘤組的存活率有關,其中一個只使用抗PD1,另一個用抗CTLA 4或抗PD1治療。

初步數據表明,這種炎癥基因特征在預測腫瘤類型中具有預測價值。最近的工作已經利用單細胞轉錄組分析精細的細胞分辨率來確定與T細胞排斥相關的腫瘤細胞轉錄程序。這一特征是預測不良的ICI反應和降低生存率在多個獨立的黑色素瘤患者隊列。值得注意的是,體外實驗表明CDK 4和CDK 6抑制可以逆轉這種T細胞排斥方案,從而為表達這一轉錄程序的腫瘤患者提供了一種潛在的聯合策略。

除了基因組和轉錄特征外,表觀遺傳改變也可能與對ICIS的反應有關。利用DNA甲基化微陣列,與ICI反應相關的表觀遺傳標記在NSCLC患者的獨立隊列中被識別和驗證。此外,單個基因FOXP3的甲基化狀態也可以預測ICI的應答。

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