近期，中山大學腫瘤防治中心張力教授、方文峰教授團隊聯合裕策生物發表了題為 “ Intratumoral heterogeneity as a predictive biomarker in anti-PD-(L)1 therapies for non-small cell lung cancer” 的文章。該研究揭示了腫瘤內異質性（ITH）是影響腫瘤免疫檢查點抑制劑治療療效的重要因素，同時指出了 ITH 具有較強的通用性與兼容性：適用于不同的瘤種，而且在腫瘤組織和外周血中均有所表現，不限于檢測技術手段（WES 或 panel 均可）。研究中ITH 是腫瘤突變負荷（TMB）的有效補充，可解釋某些TMB 指標不適用的情況。ITH 或將成為腫瘤免疫治療的另一重要生物標志物。
這一研究成果公布在 2 月23日的 Molecular Cancer（2019 IF 15.3，實時影響因子>26）雜志上，中山大學腫瘤防治中心方文峰教授、裕策生物金皓玄博士、中山大學腫瘤防治中心周華強博士和洪少東教授為文章共同第一作者，通訊作者為中山大學腫瘤防治中心張力教授和裕策生物高志博博士。下面，小編就為大家詳細解讀這項研究結果。
在過去十年內，免疫檢查點抑制劑（ICIs）在腫瘤的臨床治療中取得了顯著的進展。以 CTLA-4、PD-1 和 PD-L1 為靶點的 ICIs 可促進 T 細胞的抗腫瘤反應，顯著延長患者生存期，目前已有多款藥物在國內外獲批。但是免疫治療也存在有效人群占比不高、耐藥、超進展等問題，只有約 20% 的患者能夠從 ICIs 單藥治療中獲益，因此迫切需要尋找有效的生物標志物來篩選獲益人群。目前被廣泛接受的生物標志物（例如 PD-L1，TMB）并不夠完善，一些 TMB 低或 PD-L1 陰性的患者仍能從免疫檢查點抑制劑中獲益。
近年來，腫瘤內異質性（intratumoral heterogeneity，ITH）受到了越來越多的關注，被認為是影響腫瘤免疫耐藥的主要因素之一。ITH 實際上可認為是單個腫瘤中基因組多樣性在空間或時間上的不均勻分布，由不斷累積的基因突變所造成，這對精準的腫瘤治療提出了相當大的挑戰。2019 年，以色列魏茨曼科學研究院的 Yardena Samuels 教授與美國國家癌癥研究所的 Eytan Ruppin 教授聯合團隊發表的 Cell 文章中指出，在黑色素瘤中的 ITH 越高，免疫系統被抑制的程度越高，癌癥進展更快，免疫治療效果越差。
而 ITH 是否同樣能夠影響其他瘤種對免疫治療的敏感性仍未有詳細報道。為了探究該問題，研究團隊在非小細胞肺癌以及多個 ICIs 治療泛瘤種隊列中對 ITH 的表現進行了綜合評估。
優化后的 ITH 算法成功實現單點取樣即可估算患者的整體 ITH 程度
傳統的腫瘤內異質性（ITH）計算方法主要通過多點取樣的方式，綜合評估各個取樣位點的基因突變情況，進而計算出患者整體的 ITH 程度。張力教授團隊曾在 2019 年 Molecular Cancer 上發表了一項肺癌 ITH 研究，通過多點取樣獲得了 32 例肺癌患者的 181 個不同區域的病灶，經測序分析后發現攜帶 EGFR 突變的肺癌患者具有更高的 ITH index，據此認為ITH 可能是導致 EGFR 突變肺癌患者整體免疫治療響應較差的原因之一。
然而這種多點取樣計算 ITH 方法的可行性較差，很難在實際臨床上應用和推廣。因此，為解決這一臨床上的難題，張力教授和方文峰教授團隊聯合了裕策生物，對 ITH 的算法進行優化：通過基因的突變頻率，拷貝數和雜合性缺失信息，估算出腫瘤中不同突變頻率模式的細胞群體，區分出主克隆和亞克隆后計算整體的 ITH，并嘗試使用單次取樣的整體 ITH 來代表整個腫瘤組織多點取樣的 ITH。結果顯示，基于新算法計算的整體單次取樣 ITH在很大程度上可代表多點取樣的 ITH，并且與患者多點取樣 ITH 中位值高度相關，系數達 0.96，說明了使用該算法計算 ITH 具有相當高的可靠性。解決了這個問題后，研究團隊便能在更多的隊列中探究 ITH 對免疫治療響應的影響。
ITH 單獨或聯合 TMB 能預測非小細胞肺癌的免疫治療療效
研究團隊首先利用中腫 69 例二線接受PD-(L)1 單抗單藥治療的非小細胞肺癌（NSCLC）隊列進行研究，發現除了 TMB 外，ITH 在不同免疫治療療效患者中的分布也具有顯著差異。ITH-L 的患者具有更高的客觀緩解率和更長的無進展生存期 (DCB: 45.7% vs 11.8%, p = 0.003; ORR: 31.4% vs 8.8%, p = 0.034; mPFS: 160 vs 60 days, p = 0.0001, HR =2.71)。此外， ITH 分布與 TMB 并無顯著相關性，可以認為是兩個互相獨立的指標。當聯合 TMB 后，ITH 能夠在 TMB-L 的患者中進一步區分出療效好和療效差的兩組，其中 TMB-L 且 ITH-H 的患者，療效最差，對 ICIs 幾乎不響應 (DCB: 6.5%, ORR: 3.2%)。
ITH 的療效預測能力在多個免疫治療隊列中得到驗證，并在 ctDNA 中具有應用潛力
同時，研究團隊也引入了多個 ICIs 免疫治療隊列對 ITH 的療效預測能力進行驗證。在 Miao 的多癌種數據集和 Anagnostou 肺癌數據集里面，同樣發現了 ITH 單獨或聯合 TMB 的免疫治療療效預測能力。無論是整個隊列還是 TMB-L 患者群體，ITH-L 患者的生存曲線顯著優于 ITH-H。讓 ITH 這個 biomarker 得到了進一步的驗證。
隨著腫瘤檢測技術的發展，液體活檢的重要性得到越來越多的認可，尤其是外周血循環腫瘤 DNA（ctDNA）。為了探究 ITH 的預測效果能否適用于 ctDNA 數據，研究團隊也引入了 POPLAR 和 OAK 兩個免疫治療隊列。結果發現，在 POPLAR/OAK 的低 ITH 患者生存期有延長的趨勢，但未達到統計學意義。進一步分析發現，血液腫瘤突變負擔高 (bTMB)-H 組患者獲得了最好的臨床獲益，其次是 bTMB-L & ITH-L 組和 bTMB-L & ITH-H 組，這與研究的主要結果相一致。此外作者還對比了 POPLAR 和 OAK 隊列的化療組中 ITH 的表現，發現化療組的結果不顯著，提示 ITH 是 ICIs 治療響應的預測因素。
這一發現不僅進一步驗證了 ITH 在預測 NSCLC 免疫治療臨床獲益方面的穩定性，而且提示我們將來利用 ctDNA 檢測這種經濟、通用且無創的方法去推廣和應用 ITH。
泛腫瘤中的 ITH 與免疫治療之間關系
此外，研究團隊還通過 TCGA 數據庫，計算出了 ITH 在 20 多個癌種中的分布，發現 ITH 在不同腫瘤中的分布差異巨大。將各癌種的 ITH 中位值與這些腫瘤目前 ICIs 免疫治療的客觀緩解率進行相關性分析，發現中位 ITH 水平越低的瘤種，其抗 PD-(L) 1 治療的有效率越高的顯著性趨勢，這為不同腫瘤的免疫治療客觀緩解率差異提供了一個新的解釋機制。
具體對于除 NSCLC 以外的腫瘤類型，ITH 是否也同樣適用呢？研究團隊主要通過分析 MSKCC 的泛癌種免疫治療數據對 ITH 的預測效果進行了全面評估。發現在黑色素瘤、食管 / 胃癌、頭頸癌、腎癌中 ITH 能夠區分不同療效的患者群體，進一步擴大了 ITH 潛在應用的癌癥類型。值得注意的是，此處所使用的 MSKCC 泛癌種數據集，包括前面提到的 POPLAR 和 OAK 數據集，均是基于 Foundation Medicine 的組織和血液 panel 檢測的數據。這也從側面說明了 ITH 不僅在 WES 檢測中有效，也能在 panel 數據中進行預測，大大提高了 ITH 作為免疫治療療效預測 biomarker 在不同平臺上的適用性。
此外，研究團隊還在鼻咽癌和透明腎細胞癌兩個免疫治療隊列中成功驗證了 ITH的預測價值，而這兩個癌種的 TMB 為中等水平且無法通過 TMB 預測療效。這提示了 ITH 能夠成為 TMB 的有效補充，在 TMB 不適用的情況下發揮免疫治療療效的預測能力。
ITH 與腫瘤新生抗原
為了進一步探究 ITH 的內在機制，研究對 NSCLC 隊列中 ITH-L 和 ITH-H 患者群體的腫瘤新生抗原進行了預測和統計分析。發現 ITH-L 患者有較高比例的主克隆新生抗原，而且這部分新生抗原與 MHC 分子具有較高的親和力。說明了低 ITH 的患者在免疫治療過程中對新生抗原的識別和呈遞能力表現較好，這也在一定程度上解釋了這部分患者對 ICIs 的響應較好的現象。
綜上所述，研究團隊將 ITH 與 TMB 有機地結合起來，闡釋了影響患者免疫治療響應的重要因素。高 TMB 是免疫治療響應的積極因素，而高 ITH 是免疫治療響應的消極因素。TMB-H & ITH-L 類型的患者具有更高比例的主克隆突變，且大部分具有免疫原性的新生抗原都來自于腫瘤的主克隆，一旦被 T 細胞識別即可引起抗腫瘤反應，理論上攜帶該突變肽段的大部分腫瘤細胞都會被清除，因此免疫治療的效果最好。TMB-L & ITH-H 類型的患者免疫治療效果最差，不僅具有免疫原性的新生抗原數量少，而且大部分分布在腫瘤的亞克隆當中，因此只有少量的腫瘤細胞會被清除，對腫瘤免疫反應所起的作用有限。而 TMB-H & ITH-H，TMB-L & ITH-L 類型患者的免疫治療療效則介于前兩者之間。
ITH 亮點總結
1. 獨立性：ITH 與 TMB 的相關性低，可單獨作為 biomarker 使用，也能聯合 TMB 預測免疫治療療效。
2. 廣泛性：ITH 不僅在非小細胞肺癌中得到充分驗證，也在黑色素瘤、鼻咽癌、頭頸癌等瘤種中得到驗證，可適用于不同的瘤種。
3. 無創性：ITH 的檢測不僅適用于組織樣本，也能通過液體活檢方式進行。
4. 兼容性：ITH 的檢測不僅能夠在 WES 平臺上進行，也能夠在成本更低、通量更高的大 panel 平臺上進行。
ITH 的局限性
雖然 ITH 會是一個非常有潛力的免疫治療療效預測 biomarker，但是仍存在一些局限性：
1. ITH 的閾值有待確定。這與腫瘤類型有關，也與突變檢測的過濾標準有很大關系。
2. 尚未探究 ITH 與其他常見的免疫治療相關 biomarker 之間的關系，如 PD-L1 表達和微衛星不穩定性。
3. 基于組織和血漿的 ITH 計算是否具有相關性在本研究中尚未涉及。
4. ITH 在腫瘤進展中如何發揮作用的生物學機制解釋仍未清楚。
最后，本研究中所有數據均為回顧性數據，后續仍需要前瞻性臨床研究數據進行驗證。
結語
本研究是首個在多瘤種中驗證 ITH 對于免疫治療療效預測價值的研究，也是首個在泛癌種水平上發現ITH 中位值與免疫治療療效之間存在相關性，同時創新性地利用不同檢測方式和樣本來源的數據分析 ITH 的可行性。研究團隊首先使用優化后的 ITH 算法成功實現單點取樣即可估算患者的整體 ITH 程度，使得 ITH 具備了實際臨床上應用和推廣的可行性。進一步發現，ITH 是潛在的免疫治療生物標志物，可預測晚期 NSCLC 患者的療效，甚至可以預測其他瘤種患者接受 ICI 治療的療效。它在低 TMB 人群中的表現最為突出，提示 ITH 和 TMB 的綜合評估可進一步擴大 ICI 治療優勢人群。更可喜的是，ITH 不僅適用于不同瘤種，而且在腫瘤組織和外周血（ctDNA）中也能有所表現，并且不限于檢測的方式（WES 或 panel 均可），這種通用性和兼容性展現出 ITH 作為免疫治療 biomarker 的潛在臨床應用優勢。
延伸
尋找和探究免疫治療的療效預測生物標志物一直是裕策生物的重要探索方向，是踐行 “讓腫瘤免疫更有效” 使命的重要一環。雖然 TMB 的發現為腫瘤免疫檢查點抑制劑治療提供了一個可參考的標準，但是在臨床應用時 TMB 的局限性也逐步顯露。最大的問題在于 TMB 的計算對所有的突變都 “一視同仁”，但實際上是不是這樣呢？近年來的一些優化 TMB 算法的文章，如 “clonal TMB”，“HLA-corrected TMB” 等，都是基于不同突變對腫瘤免疫反應的貢獻存在差異這一理論假設，而造成這種差異的根本原因之一就是腫瘤內異質性。腫瘤免疫治療起作用的核心之一是具有免疫原性的新生抗原被識別和呈遞，進而激活 T 細胞的抗腫瘤反應，TMB 可以理解為對腫瘤新生抗原數量的描述，而 ITH 則是新生抗原質量的描述。腫瘤內異質性低意味著更高比例的具有免疫原性的主克隆突變在大部分腫瘤細胞中存在，一旦被 T 細胞識別引起抗腫瘤反應，理論上攜帶該突變肽段的大部分腫瘤細胞都會被清除；而腫瘤內異質性高則意味著具有免疫原性的突變肽段會分布在亞克隆腫瘤細胞中，只有少量的腫瘤細胞會被清除，因此這些患者的免疫治療效果較差。ITH 作為一個腫瘤內在的耐藥因素，早在 2016 年，就被發表在 Science 上的一項研究報道能夠提高腫瘤新生抗原負荷 (TNB) 對 ICIs 療效預測的準確性。TNB 高且 ITH 低 (即亞克隆新生抗原水平低) 的 NSCLC 患者相比 TNB 低或 ITH 高的患者而言，臨床獲益顯著增加；TNB 聯合 ITH 的預測效果相比單獨使用 TNB 預測，PFS 的 HR（Hazard Ratio, 即風險比率）更低。隨后，Miao 等研究者同樣觀察到對 ICIs 產生應答的 MSS 型實體瘤患者，克隆性非同義突變顯著高于無應答患者，而其亞克隆性突變低于疾病進展患者。2019 年，裕策生物發表在 AACR 上的 Poster 在使用 Nivo + 侖伐替尼聯合治療的肝內膽管癌患者中證實了上述結論，發現 TNB-H 且 ITH 低的患者相比其他患者，趨向于具有更長的 PFS 及 OS。
此外，除了 WES 所測 ITH 可以預測 ICIs 療效，本研究還采用了 POPLAR/OAK 隊列以及 MSKCC 的數據，觀察到基于 Foundation Medicine 的大 Panel 產出數據計算的 ITH 同樣可以在特定腫瘤和泛癌種中區分 ICIs 獲益人群。考慮到大 Panel 相比 WES 的檢測成本及周期更低，因此更有可能在臨床上得到推廣。然而，Panel 大小影響 ITH 檢測的準確性，在成本可控范圍情況下，Panel 應越大越好。裕策生物 2.31M 的 YuceOne? Plus 大 Panel 產品，相比 FM 的 Panel 更大 (約 1M)，不僅能完全滿足 TMB、TNB、HLA LOH、MSI、免疫正負向的指標的檢測，還可以檢測 ITH，助力臨床科研。通過算法優化，YuceOne? Plus 大 Panel 產品和 WES 檢測 ITH 的相關性為 0.82。
在免疫單藥治療的 NSCLC 隊列中，使用 YuceOne? Plus 大 Panel 產品進行 ITH 檢測，發現 ITH-H 相比 ITH-L 的患者 DCB 和 mPFS 顯著降低。ITH 與其他生物標志物聯合使用有望提高 ICIs 療效預測的準確性。
參考文獻
1.Mol Cancer. 2021 Feb 23; 20:37. doi: org/10.1186/s12943-021-01331-9.
2.Cell. 2019 Sep 19;179(1):219-235.e21. doi: 10.1016/j.cell.2019.08.032.
3.Mol Cancer. 2019 Jan 9;18(1):7. doi: 10.1186/s12943-019-0939-9.
4.Science. 2016 Mar 25;351(6280):1463-9. doi: 10.1126/science.aaf1490.
5.Nat Genet. 2018 Sep;50(9):1271-1281. doi: 10.1038/s41588-018-0200-2.
6.AACR 2019, poster 2250.
【 返回列表 】
Copyright?2021
深圳裕策生物科技有限公司 版權所有
粵ICP備16128839號
