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重磅——TP53、STK11及EGFR基因状态可预测肺腺癌肿瘤免疫治疗疗效

发布时间:2018-09-19 20:17:18 来源: 求臻医学ChosenMed 作者: 求臻医学ChosenMed
本研究通过二代测序技术、免疫组化、流式等技术对肺腺癌标本进行深度分析,并依据肿瘤PD-L1表达从前瞻性队列分析PD-1抑制剂的疗效,并且使用公共临床数据库验证研究结果。研究发现STK11、EGFR及TP53突变的不同组合是肿瘤免疫谱(TIP)及肿瘤PD-L1表达的主要决定因素,在接受PD-1治疗的TP53-mut/STK11-EGFR-WT患者群体中,PFS延长(PFS:HR=0.32;95%CI,0.16-0.63,p<0.001),其中高PD-L1表达患者的临床获益则更加显著。提示TP53、EGFR及STK11突变的不同组合,以及肿瘤细胞的PD-L1表达,都是预测PD-1抑制剂疗效的有效标志物。

 摘要

本研究通过二代测序技术、免疫组化、流式等技术对肺腺癌标本进行深度分析,并依据肿瘤PD-L1表达从前瞻性队列分析PD-1抑制剂的疗效,并且使用公共临床数据库验证研究结果。研究发现STK11、EGFR及TP53突变的不同组合是肿瘤免疫谱(TIP)及肿瘤PD-L1表达的主要决定因素,在接受PD-1治疗的TP53-mut/STK11-EGFR-WT患者群体中,PFS延长(PFS:HR=0.32;95%CI,0.16-0.63,p<0.001),其中高PD-L1表达患者的临床获益则更加显著。提示TP53、EGFR及STK11突变的不同组合,以及肿瘤细胞的PD-L1表达,都是预测PD-1抑制剂疗效的有效标志物。

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概述


以免疫检查点(ICP)为靶点的免疫疗法正在逐步改变肿瘤治疗的前景。在非小细胞肺癌(NSCLC)中,靶向程序化细胞死亡1(PD-1)抗体已表现出非常好的应用前景,但仅有少数患者存在长期疗效。因此迫切需要发现ICP抑制剂的生物标记物,精准且经济地用于临床预测疗效。

 

在肿瘤免疫学领域,目前有多种预测抗PD-1治疗疗效的标志物,包括肿瘤突变负荷(TMB)、DNA错配修复缺陷、肿瘤细胞PD-L1表达,以及反映早期适应性免疫的基因特征。然而,其应用受到价格昂贵、标本质量要求较高、阳性阈值难以量化、原发/转移部位差异等诸多限制。肿瘤驱动基因(EGFR和KRAS)及抑制基因(TP53和STK11)突变可能对肺癌的免疫微环境产生重大影响,最近的一项研究显示TP53和/或KRAS突变患者接受PD-1抑制剂的疗效更佳,但并非所有此类患者都具有相同疗效。因此,发现精准的预测性标记物能够更好地理解肿瘤免疫微环境形成机制。

 

本研究旨在探索肿瘤细胞与其免疫微环境之间的相互作用,确定了三种主要的肿瘤免疫谱(TIPs),并发现共同发生的基因改变(尤其TP53、EGFR和STK11突变),是影响肿瘤细胞免疫组成和PD-L1表达的主要决定因素。并发现TP53、EGFR和STK11突变的不同组合可鉴别PD-1抑制剂的优势人群。

 

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纳入人群


2001年6月至2005年12月,对巴黎Hôtel-Dieu医院胸外科221例初治原发性肺腺癌患者进行了回顾性连续队列研究。所有患者均行根治术。第二个队列是连续选择24例初治原发性肺腺癌患者,在2015年3月至2017年6月之间接受手术。第三个队列由32名晚期肺腺癌患者组成,这些患者由Cochin免疫调节疗法多学科研究组(CERTIM)于2015年2月至2016年8月招募,接受纳武利尤单抗治疗(3mg/kg,14天一疗程),RECIST 1.1标准进行免疫治疗的疗效评价。集中收集31例接受帕博丽珠单抗治疗的NSCLC患者临床及基因突变数据。

 

3

结果


根据免疫细胞密度聚类定义三种不同的肿瘤免疫谱(TIPs)


为确定肺腺癌是否能够根据肿瘤免疫特征进行分类,首先使用221名患者的回顾性队列。通过免疫组化测定每个标本中性粒细胞(CD66b+细胞)、巨噬细胞(CD68+细胞)、肿瘤巢(CD8Tu)及基质 (CD8S)中的CD8 T细胞,以及反映第三淋巴结构存在的成熟DC(DC-Lamp+细胞)的密度。CD8Tu细胞与CD8S细胞密度之间相关性最强,其次是DC-Lamp+细胞与CD8S细胞密度。对免疫细胞密度进行分层聚类,以确定是否可以根据肿瘤的免疫特征更精确地分类。研究确定了三种不同的肿瘤免疫谱(TIPS)(图1E)。TIP-1的CD8 T细胞密度最高,具有强烈的适应性免疫应答(图1E,I和J)。TIP-2的主要特征是巨噬细胞的高度浸润(图1E和G)。TIP-3中尽管某些肿瘤显示高密度的中性粒细胞(图1E和1F-J),多数肿瘤中并无大量免疫细胞浸润。除了TIP-1中男性比例增加外,其余TIP之间无其他临床参数差异。

 


PD-L1表达仅影响TIP-1患者的生


本研究中, OS在TIP-1、TIP-2和TIP-3之间没有显著差异(图2A)。即使当TIP-2与TIP-3合在一起计算时,方可观察到TIP-1的OS延长趋势,P=0.06。(图2B)。这些结果表明,尤其在TIP-1中,CD8T细胞的肿瘤负荷可通过逃避免疫监视的机制而改变。通过研究不同TIP 肿瘤细胞PD-L1表达水平的差异,可解释OS无差异的原因(图2C-E)。TIP-1中PD-L1阳性细胞的平均百分率较高(图2F)。当阳性阈值≥1%时, TIP-1中PD-L1阳性肿瘤的比例升高(图2F)。PD-L1表达仅在TIP-1中存在预后指导作用(图2G)。


 

TP53、STK11及EGFR突变对TIPs影响显著


三种TIP中肿瘤细胞PD-L1表达水平的差异提示,各TIP中肿瘤细胞在分子水平存在差异。为确定肿瘤细胞的分子改变是否参与其免疫微环境的形成,我们分析了7种基因改变在每个TIP中的分布,包括肺腺癌中最常见的四种突变(TP53、KRAS、STK11和EGFR)。只有TP53和STK11突变在三个TIPs中分布存在差异(图3A)。TIP-1中存在TP53突变富集(图3A),而STK11突变在TIP-3中富集(图3A)。因此,TP53突变肿瘤的特征为CD8s密度和PD-L1表达较高(图3B)。与之相反,STK11突变的肿瘤特征为中性粒细胞密度较高,CD8s及DC-Lamp+细胞密度较低, PD-L1表达较低。EGFR突变与中性粒细胞、巨噬细胞、CD8Tu细胞及PD-L1低表达、以及成熟DC密度较高相关,而KRAS突变对肿瘤免疫微环境的组成无影响。


对TP53、STK11和EGFR突变亚型在三个TIP中的差异进行研究。多数TP53改变为错义突变,不同TIP中TP53突变的分布相似。EGFR突变中第19外显子缺失和第21外显子L858R突变约占所有EGFR改变的90%,其比例在三个TIP之间无显著差异。STK11突变可以导致潜在致癌功能(GOF)增强,或者与肿瘤抑制功能(TSF)相关。STK11-GOF和STK11-TSF突变的频率在TIPs中无显著差异。然而,GOF和TSF-STK11突变对肿瘤免疫微环境的组成的影响并无差别。


 

TP53、STK11和EGFR突变的不同组合显著影响TIP


NSCLC肿瘤具有高突变负荷,常伴随共同突变,包括TP53和STK11突变或TP53和EGFR突变。研究中探索TP53、STK11和EGFR突变的不同组合对肿瘤免疫微环境组成是否有影响。发现在TP53突变、且STK11、EGFR为野生状态(TP53-Mut/STK11-EGFR-WT)的肿瘤中,CD8Tu和CD8S细胞密度最高,肿瘤细胞PD-L1表达水平最高(图4D-F)。


在TP53突变亚组中,STK11伴随突变与PD-L1表达降低和CD8S细胞密度降低显著相关(图4E和F)。KRAS的伴随突变不影响两组主要表型患者(TP53-Mut/STK11-EGFR-WT,n=92;TP53-STK11-EGFR- WT,n=45)的免疫细胞密度和PD-L1表达。这一结果证实KRAS突变对肿瘤免疫谱并无影响。TP53-Mut/STK11-EGFR-WT肿瘤发生率在TIP-1(60%)明显高于TIP-2(42.4%)及TIP-3(28.8%)。STK11-Mut/ TP53-EGFR-WT肿瘤几乎仅发生于TIP-3。

 


TP53-Mut/STK11-EGFR-WT肿瘤的特征:T细胞趋化性、细胞毒性和MHC-I抗原呈递相关的基因上调


在24例肺腺癌患者的前瞻性队列中,应用流式细胞学研究CD8 TILs的效应器功能是否根据肿瘤突变状态而改变。在该队列中,20例患者在KRAS、TP53、EGFR或STK11中至少有一个突变。其中58%为KRAS突变,33%为TP53突变,8%为EGFR突变,4%为STK11突变。TP53突变的肿瘤中,不存在伴随STK11或EGFR突变。结果发现在TP53-Mut/STK11-EGFR-WT组中CD8Tu细胞密度及肿瘤细胞的PD-L1表达较高。


在同一前瞻队列中,比较TP53-WT肿瘤和TP53-Mut/STK11-EGFR-WT肿瘤之间与肿瘤免疫应答相关的基因表达谱。TP53-Mut/STK11-EGFR-WT中21个基因上调(P<0.01)。这些上调基因与T细胞趋化性、免疫细胞毒性以及MHC-I的抗原处理和抗原呈递通路有关。TP53-Mut/STK11-EGFR-WT组中表达MHC-I的肿瘤百分比高于TP53-WT组。肿瘤细胞的MHC-I表达与PD-L1高表达及CD8Tu细胞高密度密切相关。这些结果提示TP53-Mut/STK11-EGFR-WT肿瘤具有较强的免疫原性,能够更有效地募集细胞毒性CD8+TIL。

 

抗PD-1治疗的临床获益与TP53、STK11和EGFR突变密切相关


基于以上结果,可假设TP53/STK11/EGFR突变的不同组合能够预测PD-1抑制剂的疗效。CERTIM协作组前瞻性应用纳武利尤单抗治疗32例晚期肺腺癌患者。首先比较单个突变对于患者生存的影响。仅EGFR突变与OS降低显著相关,而在STK11突变肿瘤中PFS有降低趋势。继续比较三组病人接受纳武利尤单抗的疗效:TP53-Mut/STK11-EGFR-WT肿瘤、TP53-STK11-EGFR-WT肿瘤和STK11(或)EGFR-Mut肿瘤,结果显示在TP53-Mut/STK11-EGFR-WT肿瘤患者中表达PD-L1的肿瘤细胞百分比增加,但吸烟年包数也随之增加。在TP53-Mut/STK11-EGFR-WT肿瘤中患者存活率较高。TP53-Mut/STK11-EGFR-WT患者与STK11或EGFR-Mut患者相比,PFS(图6A)及OS显著延长。但在221例未接受抗PD-1治疗的肺腺癌数据进行分析。TP53-Mut/STK11-EGFR-WT患者OS存在降低趋势。


为验证CERTIM协作组研究结果,进一步分析31例晚期NSCLC患者资料,所有患者均按照NCT01295827方案接受帕博丽珠单抗治疗。Rizvi队列证实在TP53-Mut/STK11-EGFR-WT患者PFS延长(图6B),且该组TMB和新抗原负荷较高。结合CERTIM和Rizvi-队列结果,发现与其他两组相比, TP53-Mut/STK11-EGFR-WT肿瘤组的PFS显著延长、疗效更佳(HR=0.32;95%CI,0.16-0.63,p<0.001)。(6C和D)。


作者继续研究伴随KRAS突变是否可以提高可识别突变特征的准确性,以预测PD-1抑制剂的疗效。鉴于STK11或EGFR-Mut肿瘤、KRAS和EGFR突变相互排斥,仅研究KRAS对STK11-Mut/TP53-EGFR-WT肿瘤的影响。KRAS突变不影响STK11-Mut/TP53-EGFR-WT肿瘤或TP53-STK11-EGFR-WT肿瘤患者的PFS。而在TP53-Mut/STK11-EGFR-WT患者中,KRAS突变患者中PFS存在非显著延长趋势。


继续研究肿瘤细胞表达PD-L1是否可以提供额外信号以更精准识别疗效持续的患者。作者根据PD-L1表达水平将患者分为三组,分别为:PD-L1不表达(PD-L1阳性肿瘤细胞<1%,N)、PD-L1弱表达(1%≤PD-L1阳性肿瘤细胞<50%,W)和PD-L1高表达(PD-L1阳性肿瘤细胞百分比≥50%,S)。发现TP53-Mut/STK11-EGFR-WT肿瘤中PD-L1高表达的患者比例较高, PD-L1表达最高的患者PFS较长。在TP53-STK11-EGFR-WT肿瘤或STK11或EGFR-Mut肿瘤的患者中, PD-L1表达与PFS无关。


 

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讨论

 

作者发现肺腺癌的三个TIP分别以强CD8 T细胞密度(TIP-1)、强巨噬细胞密度(TIP-2)及弱免疫浸润(TIP-3)为特征。TIP-1患者中OS并无延长,表明CD8 T细胞对肿瘤的控制可以通过使肿瘤逃避免疫监视的机制而改变。PD-L1的预后价值仅限于TIP-1患者,其中TIL分泌的IFN-γ可能诱导PD-L1在肿瘤细胞的表达,从而诱导肿瘤细胞逃避CD8 TIL的控制。在TIP-2和TIP-3中,PD-L1表达可能通过致癌途径驱动,从而解释其对患者生存的影响较低的原因。此外, CD8 TIL耗竭在NSCLC中仅限于高度CD8 T细胞浸润的肿瘤,意为在TIP-1中,CD8 T细胞的PD-1表达可能高于TIP-2和TIP-3。这可能是PD-L1预后价值仅限于TIP-1的原因之一。

 

TP53突变和STK11突变肿瘤比例分别在TIP-1和TIP-3中增加。STK11突变肿瘤的免疫微环境表现为中性粒细胞密度高,基质中CD8 T细胞密度低,肿瘤细胞PD-L1表达低。本研究证实在TP53突变的肿瘤中表达PD-L1的细胞比例较高。PD-L1表达与TP53突变之间的部分联系可能是由于野生型p53蛋白能够增加miR-34的表达,通过结合PD-L1 mRNA的3’非翻译区而参与下调PD-L1表达,通过避免肿瘤细胞表达PD-L1而出现免疫逃逸。

 

作者继续研究不同突变组合(TP53、STK11和EGFR突变)对肿瘤微环境的免疫组成的影响。在TP53突变的肿瘤中,伴随STK11突变与间质中CD8 T细胞密度及肿瘤细胞PD-L1表达的显著降低相关。

 

KRAS突变是NSCLC中最常见的致癌驱动基因,但KRAS突变的表型异质性阻碍了靶向治疗发展。本研究发现在221例肺腺癌的队列中,无论患者组别,肿瘤免疫微环境的组成不受KRAS突变的影响。

 

作者研究单独突变对PD1/PD-L1抑制剂的疗效。在CERTIM-队列中证实EGFR突变与OS缩短有关,KRAS和TP53突变在统计学上不影响患者生存。但其他研究与此结论相冲突。需要进行更多研究,以确定在TP53-Mut/STK11-EGFR-WT肿瘤组中伴随KRAS突变是否会影响患者生存。

 

作者通过研究不同的突变组合对肿瘤免疫谱的影响。发现TP53、EGFR和STK11突变的综合评价较个体评价能够更好预测肿瘤免疫谱和抗PD-1疗效。在抗PD-1治疗患者中,TP53-Mut/STK11-EGFR-WT患者的生存时间更长。此外,研究结果提示PD-L1表达对PD-1抑制剂的疗效预测能力仅限于TP53-Mut/STK11-EGFR-WT肿瘤。

 

本研究为二代测序与PD-L1表达水平相关的理论提供依据,可以一定程度上预测肿瘤免疫治疗的疗效。

 

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点评

 

TP53、STK11及KRAS基因与肿瘤免疫治疗疗效存在一定关联并不是第一次报道,但本研究结合了免疫治疗的标准伴随诊断PD-L1,发现PD-L1的疗效预测仅发生在TIP-1人群,TP53基因突变这一既往归属于难治性预后不良的患者群体接受免疫治疗预后较好,而KRAS基因状态在本次研究中未能重复其既往免疫治疗的预测能力。本研究提示NGS可以在肿瘤突变负荷及PD-L1的基础上进一步将免疫治疗优势人群进行优选。

参考文献

TP53, STK11 and EGFR Mutations Predict Tumor Immune Profile and the Response to anti-PD-1 in Lung Adenocarcinoma. Clin Cancer Res. 2018 May 15.

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