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    腫瘤精準免疫診斷領域,我們盤點熱門生物標志物后發現這些趨勢

    來源:動脈網       點擊量:2208      時間:2020-03-09

    公元前2500年左右,古埃及醫生印和闐在行醫筆記中記錄了一位患者的癥狀:乳房上鼓起的腫塊,又硬又涼,且密實如河曼果,潛伏在皮膚下蔓延。印和闐是個偉大的醫生,他的手稿里對多種病例注明了詳細的治療方法,然而在癌癥這一案例里,他只寫了短短的一行字:“沒有治療方法”,這也是人類最早關于乳腺癌的記載。


    千百年來,癌癥一直是人類生命健康的最大威脅。據《2017年中國腫瘤登記年報》統計,我國每天有約1萬人確診為癌癥,平均每分鐘就有7個人確診。


    免疫療法為腫瘤治療帶來新的希望,反應率成瓶頸


    腫瘤免疫療法(Immuno-Oncology Therapy,I-O)首次出現于 19世紀末期,經過130多年的漫長探索,終于開始被人們視為最有希望攻克癌癥的手段。2014年9月,在日本上市的全球首個PD-1抗體藥物納武利尤單抗,將晚期非小細胞肺癌的五年生存期從不到5%提高到了16%。


    腫瘤免疫治療是指通過激活機體免疫系統實現對腫瘤細胞的殺傷的一種療法,其基本思路是解除腫瘤微環境的免疫抑制、提高抗原呈遞細胞的抗原呈遞功能及促進機體產生T 淋巴細胞等方式激活人體自身的免疫系統,從而達到識別和殺傷癌細胞的目的。


    在21世紀的第二個10年,是免疫療法發展最迅猛的10年,免疫調節劑PD-1、CAR-T細胞治療等新型腫瘤治療方案,紛紛完成了從科研成果到臨床應用的轉化。


    自2014年以來,全球共批準上市了9款PD-1/PD-L1藥物。據Evaluate Pharma數據顯示,2016年全球腫瘤免疫療法的市場規模達619億美元,預計到2021年將增長至1200億美元。


    在國內,免疫療法擁有著同樣的爆發力。據米內網數據顯示,2018年中國公立醫療機構終端抗腫瘤單抗的市場規模首次突破百億,增速達到41.36%,為抗腫瘤藥9個小類中最快。


    2018年至今,隨著特瑞普利單抗注射液、信迪利單抗注射液、注射用卡瑞利珠單抗等多個抗腫瘤單抗新品獲批上市,另有20余款PD-1抑制劑正在國內開展臨床試驗。


    從研發到臨床的腫瘤免疫治療領域熱浪之下,異常激烈的市場競爭已經不可避免?,F階段,擴增適應癥和降低價格是腫瘤免疫藥廠爭奪市場份額的常規手段。


    例如,帕博利珠單抗自首次獲批用于黑色素瘤治療以來,已經覆蓋了15個癌種的23個以上適應癥。再如,目前國內陸續上市的6款PD-1/PD-L1單抗藥物,價格呈現明顯的下降趨勢。


    不過,縱然市場端競爭愈演愈烈,免疫療法在腫瘤治療中也取得過巨大的成功,各種類型免疫療法呈現一致的患者響應率底下卻是不可回避的事實。


    腫瘤免疫療法作為個性化精準治療的重要組成部分,基于組學數據篩選最合適的潛在患者以優化臨床效果,是提高藥物響應率的主流思路。FDA將用于免疫治療有效性判斷的診斷方法分為"伴隨診斷"和"補充診斷"兩種。


    伴隨診斷對于接受相應藥物治療是必須進行的檢測,能夠為治療用品的安全性和有效性提供必要信息。


    伴隨診斷的優點在于可基于預先設定的cut-off值將患者嚴格分為兩部分,即生物標志物陽性和陰性患者,生物標志物陽性患者才能用藥,以保證患者在安全用藥的基礎上獲得最大的臨床獲益機會。


    補充診斷對于接受相應藥物治療不是必須的檢測,但可以提供個體治療相關的信息,輔助醫生或者患者做決策。


    免疫療法在臨床實踐中逐漸普及開來后,腫瘤精準免疫伴隨診斷成為了腫瘤相關基因檢測新的兵家必爭之地。目前,FDA已經批準了PD-L1表達陽性、MSI-H等指標指導PD-1/PD-L1抑制劑的臨床用藥。


    找到并合理設置腫瘤免疫診斷生物標志物(Biomarker),是腫瘤精準免疫診斷的關鍵?,F階段,基因檢測服務商主要圍繞PD-L1表達水平(TPS/CPS)、MMR/MSI檢測、TMB等熱門生物標志物提供檢測產品,他們會根據適應癥、標本類型、臨床證據等不同而構建不同的測序組合。


    主流生物標志物產品紛紛走向合規化


    PD-L1表達


    PD-L1表達是目前預測多種實體瘤患者是否適合使用PD-1/PD-L1抑制劑的三大預測指標之一,臨床主要檢測方法是免疫組化(IHC)。PD-L1表達越高,表明腫瘤越有可能是通過PD-1/PD-L1信號通路而非其它信號通路發生免疫逃逸。


    早期研究顯示:隨著PD-L1表達升高,PD-1/PD-L1抑制劑療效增加,疾病控制時間延長,并且患者預后改善。


    2017年5月,羅氏研發的腫瘤學試劑盒VENTANA PD-L1(SP263)獲得FDA批準上市。這個試劑盒首先用于阿斯利康的德瓦魯單抗治療局部晚期或轉移性尿路上皮癌患者,功能是提供患者腫瘤程序性死亡配體-1(PD-L1)表達狀態的相關信息。


    一年后,安捷倫科技Dako PD-L1 IHC 22C3 pharmDx試劑盒獲得FDA批準上市,作為用于治療宮頸癌的帕博利珠單抗伴隨診斷試劑。


    目前,PD-L1免疫組化檢測試劑有五種:22C3、28-8、SP263、SP142和73-10。五種免疫組化檢測抗體分別在兩個免疫組化平臺DAKO和Ventana進行檢測。


    藍印計劃結果顯示,22C3、28-8、SP263檢測腫瘤細胞具有染色一致性,SP142檢出陽性細胞較少,因此22C3抗體在評估其他免疫用藥上面具有通用性。


    國際肺癌研究協會對多款PD-L1檢測試劑盒進行對比發現,DAKO 22C3檢測試劑盒在檢出率、準確率和整體可靠性方面均優于其他產品。

    不過,PD-L1表達縱有千般好,也并非預測免疫療效真正可靠的指標。臨床證據在為PD-L1表達背書的同時,也提供了相反的證據。上也有不同癌種的患者PD-L1不表達但使用免疫檢查點抑制劑仍然有效的情況。


    例如,在腎癌中,PD-L1表達不具有預測作用。此外,PD-L1表達的預測作用與患者的吸煙史也有一定關系。


    PD-L1表達預測作用好壞因PD-L1表達機制、檢測方法、閾值確定及評估標準等而有所差異。


    MMR及MSI


    MMR(Mismatch-repair),即錯配修復,是 DNA 復制后的一種修復機制,可以維持 DNA 復制的準確度,控制基因變異;MSI(Microsatellite Instability),即微衛星不穩定性,指與正常組織相比,在腫瘤中某一微衛星由于重復單位的插入或缺失而造成的微衛星長度的任何改變,出現新的微衛星等位基因現象。代表腫瘤基因組突變水平,間接反映腫瘤免疫原性。


    2015 年,《新英格蘭醫學雜志》發表了一項由約翰霍普金斯大學 Luis Diaz 博士和 Bert Vogelstein 博士團隊領導的研究。研究證明,免疫檢查點抑制劑對結直腸癌患者的一個亞型有療效。


    在這項研究中,研究者招募了 41 位 dMMR(錯配修復缺失)和pMMR(無錯配修復缺失)的結直腸癌患者,以及一些 dMMR 的其它癌種患者,并對患者進行每兩周一次帕博利珠單抗治療。


    結果顯示,與 pMMR 結直腸癌患者相比,dMMR 患者的無進展生存期(PFS)和總生存期(OS)相對較長,對治療的響應率較高。


    2017年5月,FDA加速批準了PD-1抑制劑帕博利珠單抗(pembrolizumab,Keytruda)用于治療攜帶微衛星不穩定性高(MSI-H)分子特征,且不可切除或轉移性實體瘤的成人和兒童癌癥患者——FDA批準的首款不依照腫瘤來源,而是依照生物標志物進行區分的抗腫瘤療法。


    同年8月1日,FDA又加速批準了納武利尤單抗用于MSI-H或dMMR的結直腸癌患者中。從這兩個例子也可以清楚的看到MMR及MSI在腫瘤預測中的關鍵作用。


    不過,MSI-H在不同癌種中的分布差異較大,子宮內膜癌、消化道癌中可達到25%左右,而在肺癌和其他癌種中甚至不足5%。


    且基于10萬腫瘤患者數據分析,絕大多數MSI-H(83%)的患者,都落在了TMB-H的區域,就是存在很多微衛星穩定的患者,使用免疫藥物療效也很好,所以單一使用這個biomarker會漏掉很多合適用藥的人群。


    TMB


    腫瘤突變負荷(TMB)是指,每百萬堿基中被檢測出的基因突變個數。在不同的癌癥中體細胞突變數量從0.01突變/Mb~超過400突變/Mb不等,這些突變中有些會轉錄表達多肽抗原表位或腫瘤新生抗原。


    理論上,攜帶基因突變越多的癌癥患者,癌細胞產生的新生抗原越多,就與正常細胞越不一樣,被免疫細胞識別的可能性更高,更有可能從中獲益。


    2014年,科學家分析了CTLA-4抗體治療患者的全外顯子測序(WES)數據,發現了TMB與治療效果之間的關系,這是TMB首次被應用于免疫治療中。


    2015年,科學家再次通過WES分析了PD-1抗體治療的肺癌患者,發現高TMB與臨床效果呈正相關,其結果發表于頂級雜志《科學》上。


    2016年,回顧分析CheckMate026臨床試驗的WES數據,發現高TMB患者,接受PD-1抑制劑治療后,臨床獲益顯著優于化療。由此,TMB開始引發引全世界關注。


    而TMB真正開始走紅,是在多基因(Panel)測序出現之后。早期TMB研究采用WES測序方法,成本高昂,于是人們嘗試Panel測序替代WES測序。


    2018年,Panel檢測TMB的前瞻性研究數據出爐,CheckMate227與CheckMate568同時證明TMB≥10muts/Mb的晚期非小細胞肺癌患者接受免疫療法效果更佳。


    隨后,歐洲臨床腫瘤學會(ESMO)和美國國立綜合癌癥網絡(NCCN)分別基于CheckMate227和CheckMate568的數據,在其指南中納入了TMB作為可能的生物標志物,由此引發基因公司開發Panel檢測產品的熱潮,其中不乏國內基因檢測公司的身影。


    不過,一路高歌猛進的TMB最近遭遇了折戟風波。


    首先是BMS(百時美施貴寶)的納武利尤單抗聯合伊匹單抗(Yervoy)在生存結果上與TMB無關。近年來,BMS積極探索包括 PD-L1,TMB,MSI 和 TIL 等分子標記物。


    然而,在2019年3月,新的臨床試驗數據顯示,腫瘤TMB水平高或低的患者的生存結果沒有差異,BMS與FDA討論后已撤回了其補充生物制品許可申請。


    幾乎同時,在生物標志物臨床應用上駕輕就熟的默沙東將TMB作為生物標志物加入多個臨床研究中后,也遭遇了挫敗。此外,10月初剛剛結束的2019ESMO中,來自美國的Corey Jay Langer教授宣告了在Keynote-021中,TMB在帕博利珠單抗聯合化療的患者中與生存結果無關聯。


    實際上,TMB是一個研究中的指標,尚無相應的行業標準和共識出臺,Panel設計、算法、評判TMB高低的cut-off值都缺乏標準,不同臨床試驗采取不同檢測機構提供的TMB檢測結果不具有可比性,臨床應用必須基于臨床性能驗證和前瞻性研究結果數據。


    冷門生物標志物或推動免疫伴隨診斷走向精準


    圍繞單一生物標志物做測序研究并試圖預測免疫治療效果,是主流生物標志物產品普遍采用的設計思路。誠然,經過持續迭代的單一生物標志物測序產品能夠在一定程度上區分獲益人群,但是無論是使用哪個生物標志物都存在較高假陽性率和假陰性率的缺陷。


    換言之,現有免疫治療預測方式存在挑選出的高水平患者對免疫治療不響應,而有些低水平的患者反而對免疫治療有響應的困境。


    因此,已經有研究人員陸續把焦點集中在采用多個生物標記物對患者進行分層。


    研究人員發現,人類白細胞抗原雜合性丟失(HLA-LOH)、腫瘤新生抗原負荷(TNB)等此前關注較少的指標可以作為前述主流指標的輔助,進一步提高療效預測的特異性,動脈網就這類冷門生物標記物的預測原理采訪了相關業內人士。


    實際上,TNB的腫瘤免疫響應預測原理與TMB具有相似性,但存在本質差異。在腫瘤微環境中,基因突變經過轉錄、翻譯,最終以肽段的形式被MHC呈遞到細胞表面,T 細胞通過識別腫瘤特異的肽段來辨別腫瘤。這些特異的肽段也被稱為腫瘤新生抗原,腫瘤突變越多,產生新生抗原的概率越大,越可能引發T細胞的免疫反應。


    “目前,利用TMB對腫瘤突變進行了量化,與之對應的新生抗原的量化指標為TNB,即腫瘤基因組編碼區中平均每百萬堿基區域中檢測到的新生抗原數量?!毕嚓P業內人士向動脈網解釋道,“所以可以說TMB是間接反映腫瘤的免疫原性,而TNB是直接反映腫瘤的免疫原性?!?


    不過,從基因突變到產生新生抗原設計一系列復雜步驟?!澳[瘤突變負荷高(TMB-H)不一定會表現出腫瘤新生抗原負荷高(TNB-H)?!痹撓嚓P人士強調。真實世界研究數據顯示,臨床上存在TMB-H,但TNB-L的患者,這部分患者該概率不會對免疫藥物響應。因此,所以使用TMB+TNB雙元模型進行評估可以提高預測的準確性。


    有趣的是,另一個生物標志物HLA預測免疫治療響應率與特定患者的TNB狀況也存在相關性。HLA是存在于抗原呈遞細胞表面負責抗原呈遞的蛋白分子,其等位基因數量異常龐大,目前發現的已達17331個,每種HLA等位基因可表現出對同一新生抗原不同的親和呈遞能力。


    如果其雜合性缺失將導致HLA識別新生抗原介導的免疫監視功能削弱,以致攜帶突變的腫瘤克隆易于免疫逃逸,表現出高TMB的情況。


    HLA作為生物標記物預測免疫響應率的準確率也于腫瘤微環境下其他生物標記物水平強相關。


    在2019年9月結束的ASCO會議上,有研究人員匯報HLA I類基因 LOH是TMB-H的中國癌癥患者對PD-1/PD-L1產生耐藥的一個潛在因素。所以只進行患者胚系HLA分型,會遺漏腫瘤細胞HLA的實際情況,無法準確指導免疫用藥。檢測TMB的同時再檢測腫瘤細胞的HLA LOH,可以更加有效地篩選免疫用藥有效人群。


    小結


    免疫療法是近幾年腫瘤治療研究領域的熱點,其中PD-1/PD-L1檢查點抑制劑在癌癥治療中取得了令人矚目的成果。為了使更多接受PD-1/PD-L1抑制劑治療的患者獲益,尋找有效的預測性生物標志物刻不容緩。


    從目前結果來看,似乎很難有一個單一的指標來預測免疫治療的療效。實際上,無論是主流的PD-L1、MMR、TMB還是現階段關注度較低的HLA、TNB,其免疫響應預測原理都存在相關性,提高免疫響應預測準確性,整合不同生物標記物,設計合理的大Panel檢測產品似乎是必由之路。


    在未來的研究中,通過多維度的檢測結果(包括但不限于基因測序、免疫組化、蛋白質組等數據),基于人群用藥療效數據,構建恰當的預測模型,綜合評估藥物靶點基因、TMB、TNB、HLA 分型及雜合缺失、免疫通路基因、免疫耐藥基因、免疫治療超進展相關基因等指標,可能是預測免疫治療療效的關鍵。


    期待這一天,在全球相關領域工作者的共同努力下,可以早點到來。讓腫瘤免疫治療給全人類帶來更多福祉。

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