非小细胞肺癌PD-1/PD-L1免疫治疗疗效预测研究进展

王婷 综述 朱丰林 审校

1.重庆北部宽仁医院呼吸科，重庆 400016；2.重庆市中医院风湿科，重庆 400021

肿瘤细胞通过上调程序性死亡受体配体1 (programmed cell death ligand 1，PD-L1)与T细胞上程序性死亡受体-1 (programmed cell death 1，PD-1)结合发生适应性免疫逃逸是肿瘤发生发展的重要过程。免疫检查点抑制剂(immune checkpoint inhibitor，ICIs)已经彻底改变了癌症治疗，尤其是肺癌。许多临床试验已经证明，使用免疫检查点抑制剂(ICIs)靶向PD-1或PD-L1能恢复抗肿瘤免疫并诱导持久缓解[1-2]。2015年3月4日，随着第三阶段Checkmate-037 试验结果的披露，纳武利尤单抗成为美国食品和药物管理局(FDA)批准的第一种ICI，用于在铂类化疗期间或之后进展的转移性非鳞状非小细胞肺癌患者[3]，随后PD-1抑制剂帕博利珠单抗[4]，PD-L1 抑制剂阿特珠单抗[5]、德瓦鲁单抗相继被批准在临床中使用。

然而，在实际工作中发现，在未筛选NSCLC 人群中单独使用ICIs治疗肿瘤，其有效率通常低于20%[6]，且部分患者在使用ICI 后出现疾病的快速进展(9%～29%)[7]。有研究表明，对纳武利尤单抗治疗无效的NSCLC患者其总生存期为1.4个月，而治疗有效的患者总生存期可达到13.5个月[8]。肿瘤的遗传背景，如高突变负荷产生大量新抗原，PD-L1表达增高，增加了患者对PD-1或PD-L1抑制剂治疗的反应，但仅44.8%的PD-L1阳性表达的NSCLC患者对帕博利珠单抗治疗有效[6]。免疫治疗因其昂贵的治疗费用以及可能会出现肺部、肝脏、肾脏、内分泌疾病、皮肤改变等相关副反应，加大了社会经济负担。因此，预测ICI治疗效果，筛选出能在免疫治疗中获益的患者[9]，最大程度的发挥免疫治疗的疗效，对肺癌的精准治疗具有重要意义[10]。本文对非小细胞肺癌患者ICI治疗的疗效预测做一综述。

1 PD-L1

迄今为止，临床上广泛使用PD-L1 作为预测免疫治疗疗效的生物标志物[11]，通过免疫组化评估PD-L1在组织切片中的表达[12]，研究Keynote-024 表明驱动基因阴性的PD-L1≥50%NSCLC 一线使用帕博利珠单抗单药治疗显著优于化疗，可使患者获益显著，中位无进展生存时间相较于化疗组的6个月延长到10.3个月，总生存期也相应延长，且不良反应较化疗少[13]，而在PD-L1 表达在1%～49%的患者则获益有限，随着PD-L1表达的增高，患者使用帕博利珠单抗治疗的OS逐步延长[14]。对于一线PD-1/PD-L1单药治疗，PD-L1的表达是一个非常重要的选择指标。PD-L1作为预测性生物标记物在指导肺癌免疫治疗中发挥重要作用，可选择出在抗PD-1/PD-L1单一疗法中获益最多的患者[15]。然而，基于PD-L1水平的疗效预测并不是100%准确的。例如，帕博利珠单抗单药治疗PD-L1表达＜1%、1%～49%、≥50%的NSCLC 患者的有效率分别为10.7%、16.5%和45.2%[6]。一小部分PD-L1 低表达的NSCLC 患者，看似“生物标志物阴性”，但仍然会对基于ICI 的治疗有反应。相反，并不是所有PD-L1高表达的患者都能从ICIs中获得临床益处。提示临床需要联合更多的预测因子来预估患者的疗效。

2 肿瘤突变负荷(tumor mutation burden，TMB)

TMB 是指肿瘤基因组每个编码区的突变总数，TMB 决定了肿瘤的免疫原性。早期的数据支持这样的假设：高的TMB 可能增加免疫治疗获益的可能性，因为高的肿瘤突变负荷可能通过增加新抗原的数量来增强肿瘤的免疫原性，这些新抗原被T 细胞认为是非自身的，从而导致抗肿瘤免疫反应[16]。TMB 与PD-L1表达高低无关[17]，但与抗PD-1、PD-L1治疗效果有明显相关性，在NSCLC及SCLC越高的肿瘤突变负荷抗PD-1/PD-L1 治疗有更好的反应率。在一项一线使用纳武利尤单抗治疗Ⅳ期或复发性NSCLC 治疗的研究中发现，将TMB分为0～100个突变(低负荷)、100～242 个突变(中等负荷)和243 个或更多突变(高负荷)，纳武利尤单抗组若不考虑PD-L1水平，其应答率高于化疗组(47%vs 28%)，无进展生存期更长(中位，9.7 个月vs 5.8 个月)，高TMB 的同时PD-L1≥50%的患者从纳武利尤单抗治疗中获益最大[18-20]。

3 KIR3DS1

杀伤细胞免疫球蛋白样受体(KIR)KIR3DS1 与非小细胞肺癌患者PD-1免疫治疗原发耐药有关，TREFNY 等[21]对135 例PD-1 免疫治疗的NSCLC 患者进行联合队列多变量分析，发现PFS与KIR3DS1等位基因的存在显著相关，而在没有接受免疫治疗的NSCLC患者中则没有发现相关性；还发现KIR3DS1等位基因变异的NSCLC患者更容易疾病进展，同时对PD-1抗体的治疗有更差的PFS[21]。笔者通过分析肿瘤组织及外周血发现KIR3DS1 基因主要表达于NK 细胞，进一步通过对免疫治疗前后患者的细胞分析发现NK细胞的活性可能与免疫治疗的抵抗有关。KIR3DS1 表达的NK 细胞与表达KIR3DL1 的NK 细胞相比，在使用PD-1抗体治疗后，其分泌细胞因子的能力下降，肿瘤细胞杀伤率下降[21]。KIR3DS1可以作为预测PD-1免疫治疗疗效的评估指标，指导临床中PD-1抑制剂的使用。

4 骨转移

有回顾性研究分析对比了纳武利尤单抗治疗有效及无效的患者，研究发现在ICI 治疗前即骨转移的患者有ICI耐药的倾向[8]。骨转移的骨髓微环境中，免疫反应性降低，T细胞和NK细胞比例极低，骨髓微环境中仅产生了一小部分有效的细胞毒性细胞和大量的未成熟和抑制的免疫细胞类型[22]。

5 FOXP1的甲基化状态

DURUISSEAUX 等[23]在纳武利尤单抗或帕博利珠单抗治疗的肿瘤样本中建立了基于微阵列DNA 甲基化特征(EPIMMUNE)的表观基因组图谱，他们发现了301个CpG位点的甲基化水平与NSCLC抗PD-1的疗效显著相关，存在这些位点甲基化的患者无论其PD-L1、CD8 状态及肿瘤突变负荷如何，抗PD-1 治疗的PFS及OS较未甲基化的患者显著延长，这些位点可以作为NSCLC 患者抗PD-1 疗效的独立预测因子。其机制可能与这些位点甲基化的NSCLC 患者有更多的淋巴细胞，特别是产生干扰素-γ的CD4+α/β T细胞，与肿瘤免疫相关的CD8+α/β 中心记忆T细胞以及介导抗肿瘤的自然杀伤细胞有关，同时，甲基化的患者有更正常的内皮细胞用于招募免疫效应细胞有关。该研究进一步深入分析了这301个甲基化位点所在调节区域试图找出预测NSCLC 患者对抗PD-1 治疗反应的最佳DNA 甲基化标记，发现了转录因子FOXP1。在ICI治疗的NSCLC患者中，未甲基化的FOXP1有更长的PFS 及OS，且FOXP1 的甲基化状态是PFS 的独立预后因素[23]，既往已知PD-L1表达、CD8状态、肿瘤突变负荷联合应用并不能提高FOXP1未甲基化状态单独提供的抗PD-1反应的预测。因此下一步可能需要将FOXP1的甲基化状态应用于PD-1疗效预测的前瞻性研究中。

6 肿瘤浸润性淋巴细胞

肿瘤浸润淋巴细胞(tumor-infiltrating lymphocytes，TIL)是人类肿瘤中常见的一种宿主对肿瘤细胞的免疫反应，反映了“肿瘤免疫编辑”的动态过程。PD-L1介导的肿瘤免疫逃逸与TIL对肿瘤的有效免疫反应之间的平衡可能提供与肿瘤相关的预后和治疗工具。肿瘤微环境中TILs 和PD-L1 的存在可能提示机体对内源性抗肿瘤活性存在适应性免疫抵抗，抗PD-1 主要诱导肿瘤浸润耗竭样CD8+T 细胞增殖及增强其功能，从而增强对肿瘤细胞的杀伤作用。根据PD-L1的状态和TILs的数目，最近有人提出将肿瘤分为四类，这包括Ⅰ型获得性免疫抵抗(PD-L1阳性和高TIL)、Ⅱ型免疫忽视(PD-L1 阴性和低TIL)、Ⅲ型内源性诱导(PD-L1 阳性和低TIL)和Ⅳ型免疫耐受(PD-L1阴性和高TIL)[24-25]。有研究表明，肿瘤微环境中CD8+肿瘤浸润淋巴细胞的PD-1低表达的患者在使用纳武利尤单抗后可延长无进展生存期[26]。也有研究表明PD-L1+TILs+肿瘤对抗PD-1/PD-L1 治疗可能更为敏感。在NSCLC肿瘤微环境中，PD-L1+TILs-的患者不管PD-L1 表达如何，对抗PD-1/PD-L1 治疗反应差，提示TILs在预测肿瘤的反应中起着重要作用[27]。

7 放射组学

肿瘤形态学在影像上的可视化很可能受到肿瘤生物学几个方面的影响。与传统的基于活检的检测方法不同，影像学图像反映了整个肿瘤的负荷，通过单一的非侵入性检查提供关于每个肿瘤病变的信息，这在免疫治疗中尤其重要。不同的病变可能有不同的微环境，可能导致不同的反应模式[28]。起源于人工智能(AI)的计算成像方法在自动量化肿瘤的放射学特征方面取得了令人印象深刻的成功[29]。基于放射学的人工智能表征被称为“放射组学”，可以提供比人工阅片更详细的表征。TREBESCHI等[30]通过AI技术分析了NSCLC患者CT的衍生放射生物标志物，通过比较免疫治疗有效组组与进展组的影像学，他们发现反应性病变的影像学表现出更高水平的不规则模式，具有更紧密的球形轮廓，肝脏、淋巴结和脾脏病变的形态异质性值随疗效增加而增加。TREBESCHI 等[30]进一步通过基因富集分析，发现与放射性生物标记物显著相关的顶级基因集参与了细胞周期进展和有丝分裂。这表明肿瘤的高增殖和对免疫治疗反应的改善之间可能存在联系，并为早期应用免疫治疗作为侵袭性快速扩张癌症的治疗选择提供了理论基础。

8 细胞增殖

肿瘤组织中广泛分布着低、中、高增殖的肿瘤细胞，与低水平PD-L1 表达的肿瘤组织相比，高表达PD-L1 的肿瘤更易中度增殖，而对于PD-L1 阴性的肿瘤，中度增殖的肿瘤比例较低增殖肿瘤低。PABLA等[31]研究表明，中度增殖的肿瘤有明显的生存优势，在使用ICIs 的NSCLC 患者中，PD-L1 阳性中度增殖的肿瘤患者中位生存期14.6 个月，PD-L1 阴性中度增殖患者中位生存期12.6 个月，PD-L1 阳性低或高增殖的肿瘤患者中位生存期11.5 个月，而PD-L1 阴性低或高增殖的肿瘤患者中位生存期仅7.6 个月[31]。提示细胞增殖可能是NSCLC 中对ICIs 反应的一种新的生物标志物。PABLA 等[31]进一步分析了不同ICIs 治疗反应患者的基因序列，发现了10 个与细胞增殖有关的基 因，包 括UB1、CCNB2、CDK1、CDKN3、FOXM1、KIAA0101、MAD2L1、MELK、MKI67 以及TOP2A。肿瘤微环境中细胞增殖的极端程度，即高增殖或低增殖，都与NSCLC患者对ICIs的耐药性有关，与细胞增殖相关的10 个基因集的表达水平可以被利用来筛选PD-L1 TPS评分以外的患者分层。基于细胞增殖状态的PD-L1 阴性非小细胞肺癌的额外分层为非小细胞肺癌对ICI治疗的反应引入了一种新的方法。

9 展望

免疫治疗现在已广泛适用于各种类型肿瘤的治疗，并且取得了较好的疗效，使肿瘤成为慢性病成为一种可能。对于NSCLC 免疫治疗的患者，使用PD-L1、TMB筛选已被广泛使用，但即使经过筛选，仅部分PD-L1阳性表达的NSCLC患者ICI治疗有效，且临床观察进一步发现小部分PD-L1 低表达的患者对ICI 治疗仍有较好的效果，选择合适的接受免疫治疗的肺癌患者是实现精准治疗的重要举措。

大量的研究中，干扰素-γ(IFN-γ)是肿瘤微环境中由活化的T 细胞、自然杀伤细胞(NK)和NK T 细胞产生的关键细胞因子，在协调先天和适应性抗肿瘤免疫这一过程中发挥着重要作用。然而，IFN-γ信号传递过程最终会导致反馈抑制，从而损害抗肿瘤免疫[31]。作为这个反馈循环的一部分，IFN-γ信号传递可使PD-1信号轴能够通过直接上调肿瘤、免疫浸润和基质细胞中的配体PD-L1和PD-L2而激活，这些配体与肿瘤浸润T细胞上的PD-1相互作用，下调细胞毒反应[32]。AYERS等[33]已在黑色素瘤中证实IFN-γ相关基因(IFNG、STAT1、CCR5、CXCL9、CXCL10、CXCL11、IDO1、PRF1、GZMA、MHCII HLA-DRA)的表达特征可预测黑色素瘤对PD-1ICI 的应答反应，同时在膀胱癌、胃癌、三阴性乳腺癌、胆管癌、结直肠癌、食管癌、卵巢癌等肿瘤中验证了其预测价值。NSCLC 患者中是否可使用IFN-γ相关基因预测ICI疗效是未来研究方向。

肿瘤微环境影响抗肿瘤免疫，量化T 细胞炎症的微环境是否可导向PD-1治疗反应，T细胞炎症的基因表达谱含有与抗原提呈、趋化因子表达、细胞毒活性和获得性免疫抵抗相关的干扰素-γ反应基因，是否可以预测ICI疗效，需要进一步的临床试验研究。同时在免疫检查点抑制剂治疗过程中动态监测肿瘤及浸润淋巴细胞的变化情况，目前有研究检测循环肿瘤细胞(CTCs)上PD-L1的表达，与组织活检有良好的相关性[7]，在免疫治疗过程中检测CTCs PD-L1表达的变化反应治疗的疗效，CTCs PD-L1阳性的患者对纳武利尤单抗的反应率低于PD-L1阴性的CTCs患者[34]。且在免疫治疗过程中PD-L1持续阳性的CTCs患者有更差的预后[35]。目前临床上广泛使用PD-L1、TMB作为免疫检查点抑制剂疗效预测因子，但临床观察表明多个预测因子的联合应用才能更好地筛选出优势人群，深入研究肿瘤的免疫微环境、基因组学、放射组学，多个预测因子有机整合，同时在ICI治疗过程中动态监测指标变化，才能最大程度地使肿瘤患者临床获益，实现精准治疗。