非小细胞肺癌免疫治疗相关基因研究进展

何帆 王华萍 赵家义 殷钢 韩一平

1海军军医大学第一附属医院呼吸与危重症医学科,上海200433；2郑州联勤保障中心450000

肺癌是全球范围内发病率最高的实体肿瘤[1]。最新的统计数据表明,肺癌的发病率占癌症总发病率的11.6%,死亡率占癌症总死亡率的18.4%,严重威胁着人们的健康[2]。作为肺癌的传统标准治疗方案,含铂双药联合化疗方案也进入了瓶颈期[3]。以表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂 (epidermal growth factor receptor-tyrosine kinase inhibitors,EGFR-TKIs)为代表的分子靶向治疗虽然延长了驱动基因阳性的非小细胞肺癌 (non-small cell lung cancer,NSCLC)患者的无进展生存期 (progression free survival,PFS),但很多患者在治疗一段时间后都会出现耐药性[4]。近年来随着对肿瘤免疫学和分子生物学的深入研究,免疫治疗为肿瘤治疗提供了新方向[5]。然而免疫检查点抑制剂价格昂贵,且在未经选择的患者中有效率不高,只有15%～20%的患者从中获益[6],如何优化选择优势人群至关重要。随着研究深入,发现基因突变与免疫治疗疗效密切相关。本文就影响免疫治疗疗效的突变基因作一综述。

1 免疫治疗疗效负相关的基因突变

1.1 EGFR 基因 EGFR 基因是NSCLC 患者中最重要的驱动基因之一。EGFR 基因突变在白种人中的发生率约为15%[7],在亚洲人中的发生率约为40.3%～64.5%[8]。多项临床试验表明,EGFR 突变患者无法从免疫治疗中获益。Check Mate 057试验主要分析了二线使用PD-1抑制剂纳武单抗及多西他赛单药治疗晚期NSCLC 患者效果的差异,结果显示,EGFR 突变患者无法从免疫检查点抑制剂中获得总生存优势,而EGFR 野生型患者则在总生存期(overall survival,OS) 和 PFS 上 均 明 显 受 益[9]。KEYNOTE-010试验也证实了上述观点[10]。OAK 研究结果表明,晚期NSCLC 患者接受PD-L1抑制剂阿特珠单抗治疗相较于接受多西他赛治疗,OS 明显延长 (P=0.000 3)。而深层分析该研究入组的85例EGFR 突变的晚期NSCLC患者,免疫治疗无明显优势[11]。一项大型荟萃分析纳入了5 项临床试验 (Check Mate 017[12]、Check Mate 057[9]、KEYNOTE-010[10]、OAK[11]和POPLAR[13]),其中EGFR 突变的晚期NSCLC患者共有271例,接受免疫检查点抑制剂与化疗相比较,差异无统计学意义(HR=1.11,95%CI：0.80～1.53,P=0.54)[14]。EGRF 突变对免疫治疗疗效影响的研究,除了临床试验综合分析,也可以从个案报道中获得启示。在用PD-1 抑制剂帕博利珠单抗治疗EGFR 突变NSCLC患者的典型病例中,1例EGFR-L858R突变的肺腺癌患者 (PD-L1表达阴性,吸烟),经免疫治疗2个周期后病情急剧进展；另1例EGFR 基因19外显子缺失的肺鳞癌患者 (PD-L1表达强阳性,不吸烟),经免疫治疗3个周期后疾病也很快进展[15]。以上临床研究及个案报道均表明,EGFR 突变NSCLC患者接受免疫检查点抑制剂单药治疗相比于传统化疗并无明显获益。

然而,部分学者发现少数EGFR 突变的NSCLC 患者也可以从免疫治疗中获益[16]。ATLANTI研究纳入了444例不可手术的Ⅲ期NSCLC 患者接受PD-L1抑制剂德瓦鲁单抗治疗,结果显示,免疫检查点抑制剂与安慰剂相比,PFS可延长超过11个月[17]。值得注意的是,EGFR/ALK突变且PD-L1表达水平＞25%的患者,也可从免疫检查点抑制剂治疗中获益。此外,一项纳入了25 例EGFR-TKI治疗耐药后的晚期NSCLC 患者研究结果表明,EGFRT790M 阴性患者接受免疫抑制点抑制剂治疗的效果优于EGFR-T790M 阳性患者 (中位PFS：2.1个月比1.3个月)[18]。EGFR 突变患者对免疫检查点抑制剂反应不同可能与各实验存在异质性有关,其中有回顾性研究、小样本实验、个案报道,meta分析中的各实验入组标准也存在差异,且各实验使用的检测技术和方法学也不尽相同。此外,EGFR 突变的晚期NSCLC 患者中PD-L1表达水平＞25%或EGFR-T790 M 阴性也可能是其能从免疫治疗中获益的原因。

综上可见,EGFR 突变的晚期NSCLC患者二线使用免疫检查点抑制剂后整体治疗效果欠佳,原因可能有以下几个方面：第一,EGFR 突变通过影响PD-L1表达从而影响免疫检查点抑制剂疗效。有基础研究表明EGFR 通过p-ERK1/2/p-c-Jun通路促进PD-L1表达,EGFR 基因突变会激活EGFR 通路,致使ERK 及c-Jun磷酸化,从而上调PD-L1 的表达[19]；值得指出的是,也有临床研究显示EGFR 突变对PD-L1 表达存在负向调控作用,Li等[20]对4 857例肺癌患者数据进行meta分析显示,EGFR 突变型患者与野生型相比,其肿瘤PD-L1表达率较低 (36.7%比44.1%,P＜0.05)。不同研究结果相互矛盾可能与样本来源的异质性和PD-L1检测技术有关。综合各研究EGFR 突变与PD-L1表达的关系有以下特点：(1)PD-L1表达水平与EGFR 突变类型无关,L858R 突变与19 外显子缺失相比较,PD-L1表达差异无统计学意义[21]；(2)PD-L1表达水平与EGFR-TKI耐药机制有关,EGFR-T790 M 阴性患者PD-L1表达强阳性比例显著高于EGFR-T790 M 阳性[22]；(3)EGFR 突变患者PD-L1表达≥50%发生率只有0.5%～9.9%[23]。第二,Mazzaschi等[24]发现EGFR 突变患者肿瘤微环境中CD8+和PD-1+肿瘤浸润淋巴细胞显著减少,从而导致免疫检查点抑制剂难以发挥疗效。第三,Huang等[25]研究显示,EGFR 突变基因可通过促Treg细胞的生成而抑制肿瘤特异性杀伤细胞的表达,从而减弱免疫检查点抑制剂抗肿瘤作用。第四,肿瘤突变负荷 (tumor mutation burden,TMB)。TMB 是肺癌免疫检查点抑制剂疗效预测标志物之一,TMB 值越高,肿瘤免疫原性增强,免疫治疗效果越好[26]。而多项研究表明EGFR 突变患者TMB值低。Spigel等[27]研究显示EGFR 突变肺癌患者具有较低TMB值。Dong等[15]分析了TCGA、Broad和GLCI数据库,结果均显示EGFR 野生型TMB 中位数明显高于EGFR 突变型。

1.2 ALK 基因 ALK 基因也是NSCLC 患者中重要的驱动基因之一。其中EML4-ALK 融合基因突变是最常见的一种类型。有研究表明EML4-ALK 阳性细胞相较于EML4-ALK 阴性细胞,PD-L1 表达水平显著增高[28]。ATLANTI研究中,74例ALK 突变且PD-L1 表达阳性的NSCLC组患者,三线使用德瓦鲁单抗的有效率达12.2%(9/74)[17]。但另一项回顾性数据表明,与阴性患者相比,EGFR 或ALK 突变患者接受免疫检查点抑制剂治疗,其客观缓解率明显下降 (23.3%比3.6%,P=0.053)。这可能与ALK 突变患者CD8+和PD-1+肿瘤浸润淋巴细胞在肿瘤内存在比率低有关[29]。ALK 基因与免疫治疗关系复杂,以上研究样本量较小,尚需要大样本、前瞻性的实验去进一步证实。但在ALK 突变的NSCLC 患者中,免疫检查点抑制剂整体疗效并不突出。

1.3 其他基因 除上述基因,STK11、MET14 exon等基因突变患者免疫治疗效果也并不理想。NSCLC 患者中MET 外显子14突变的发生率大约为2%～4%,这部分患者TMB 值较低,对免疫检查点抑制剂反应不佳。而STK11突变患者PD-L1表达通常较低且肿瘤微环境中效应T 淋巴细胞浸润少,也无法从免疫治疗中获益[30]。

2 免疫治疗疗效正相关的基因突变

2.1 KRAS基因 KRAS基因是最早发现的癌基因,作为NSCLC患者中重要的驱动基因之一,其突变发生率为15%～20%,其中白种人突变率为25%～50%,亚洲人突变率为5%～15%[31]。KRAS是RAS基因家族中对人类肿瘤影响最大的一种,是EGFR 信号下游一个重要的调节位点,通过MAPK 信号途径,促进肿瘤细胞增殖、转移。Rizvi等[32]针对帕博利珠单抗治疗NSCLC 的研究发现,相较于无持续获益组 (1/17),达到持续临床获益组患者 (7/14)中高表达KRAS突变。可见,与KRAS基因野生型相比,KRAS基因突变型患者可从免疫治疗中获益更多。Check Mate 057 临床试验结果与此相符,KRAS 基因突变型患者可从纳武单抗治疗中获益,而KRAS基因野生型患者不能从免疫治疗中获益[9]。一项回顾性研究也显示EGFR 突变或ALK 突变的NSCLC 患者使用免疫检查点抑制剂单药治疗后获益有限,而KRAS突变患者可以从免疫治疗中获益[33]。BIRCH 研究也证实KRAS突变型患者一线使用阿特珠单抗治疗疗效要优于野生型,中位OS分别为31.9个月、21.3个月,PFS 分别为9.8个月、7.1个月[34]。Dong等[35]还评估了KRAS合并其他突变对免疫治疗疗效的影响,研究回顾性分析了174例使用免疫检查点抑制剂的存在KRAS 突变的肺腺癌患者,结果显示KRAS/TP53共突变患者临床疗效最好,其次是仅KRAS突变组,KRAS/STK11 共突变患者获益最少,这提示STK11基因突变可能是KRAS突变患者对免疫检查点抑制剂耐药的主要原因。

KRAS基因突变型患者可从免疫治疗中获益可能的原因包括：(1)KRAS突变发生率与吸烟相关性肺癌密切相关。一项回顾性研究探讨了吸烟状态对于免疫检查点抑制剂治疗致癌基因突变阳性的NSCLC 患者疗效的影响,结果发现吸烟状况是与KRAS 基因突变显著相关的唯一因素。吸烟者TMB 值高,肿瘤免疫原性强,对免疫检查点抑制剂治疗的客观反应率显著高于不吸烟者[36]。(2)有研究表明KRAS基因突变会促进PD-L1的表达和CD8+T 细胞浸润[35]。Chen等[37]研究也显示相较于KRAS野生型肺癌患者,KRAS突变型PD-L1表达明显增高。但另有一项回顾性研究却发现,高KRAS 突变率的患者低表达PD-1[38]。KRAS 基因与PD-1/PD-L1 通路之间关系复杂,仍有争议,尚需要更权威、样本量更大的临床实验去验证。

2.2 TP53基因 TP53基因是一种抑癌基因,位于人类第17号染色体短臂上,参与细胞周期调控、DNA 修复、细胞分化、细胞凋亡等重要生物学功能。有研究发现TP53突变肿瘤可能会有更好的免疫疗效。2017年世界肺癌大会上报道的一项研究,分析了KRAS 合并TP53 突变 (KP型)、KRAS合并LKB1突变 (KL型)、仅KRAS突变 (K型)3类肺癌患者对免疫治疗疗效的影响。结果显示KP型、KL 型和K 型的客观缓解率分别为35.7%、7.4%、28.6% (P=0.000 73),表明相比于其他两型,KRAS合并TP53突变的免疫治疗疗效最好。另有研究表明TP53突变可以促进PD-L1表达,增加TMB值[35]。Shinbrot等[39]和Cortez等[40]均支持上述观点,认为TP53突变患者能从免疫检查点抑制剂治疗中获益。

2.3 POLE基因 POLE 基因是编码DNA 校正酶的相关基因,该酶参与DNA 复制和修复过程。有研究发现POLE基因突变会导致突变负荷和肿瘤浸润淋巴细胞数量的升高,对免疫检查点抑制剂更敏感,从而更易从免疫治疗中获益[41]。另有研究显示POLE基因突变的肺癌患者使用免疫检查点抑制剂后效果显著[42]。为了进一步证实POLE 基因突变与免疫治疗疗效的关系,有研究者分析了TCGA 数据库中早期子宫内膜癌的患者,发现相较于微卫星不稳定肿瘤,POLE突变肿瘤拥有更高的PD-L1表达,更高比例的CD8+T 细胞和活化的自然杀伤细胞[43]。而PD-L1、TMB高表达以及效应T 细胞数量的增加是免疫治疗反应较好的标志物。综上可见,POLE 突变患者是免疫治疗的优势对象。

2.4 其他基因 除此之外,POLD1、BRCA1、BRCA2、LIG3等少见基因突变也会影响免疫治疗的疗效,它们是编码DNA 复制过程中具有修复功能蛋白的相关基因。这些基因突变会引起TMB 高表达以及肿瘤浸润淋巴细胞的增加,从而更易从免疫检查点抑制剂中获益[41]。

3 免疫治疗耐药相关的基因突变

3.1 PTEN 基因 PTEN 基因是至今发现的第一个具有双特异磷酸酶活性的抑癌基因,其所编码的多功能磷酸酶在维持细胞增殖、分化、凋亡中起重要作用。PTEN 可抑制PI3K 通路,后者在肿瘤存活和增殖等一些关键细胞处理加工过程中起调节作用。而PTEN 表达缺乏则会激活PI3KAKT 通路,进而减少淋巴T 细胞浸润,降低效应T 细胞的肿瘤杀伤作用[44]。在TCGA 的黑色素瘤数据库中也证实了PTEN 基因缺失与IFN-γ基因表达的下降和CD8+T 淋巴细胞浸润的减少显著相关。有研究发现,在黑色素瘤患者中,有30%的免疫检查点抑制剂的耐药与PTEN 基因的缺失有关[45]。另有研究报道,与PTEN 表达缺乏的黑色素瘤患者相比,PTEN 表达的患者接受免疫检查点抑制剂治疗的抗肿瘤效果更显著,使用选择性PI3K-β抑制剂可增强抗免疫检查点抑制剂疗效[46]。综上可见,PTEN 基因缺失通过激活PI3K-AKT 信号通路从而诱导免疫耐受,联合使用选择性PI3K 抑制剂可增强免疫检查点抑制剂疗效。

3.2 JAK1或JAK2基因 JAK 激酶是一类胞质内可溶性的酪氨酸蛋白激酶,在细胞因子信号传递中起重要作用。JAK 蛋白酪氨酸激酶家族包括4 个成员：TYK2、JAK1、JAK2和JAK3。Shin等[47]研究发现JAK1/2基因突变的患者,可能对免疫治疗原发耐药。Zaretsky等[48]分析了4例黑色素瘤患者免疫治疗前和复发耐药后肿瘤细胞的全基因组序列,其中2 例患者复发耐药后分别发生了JAK1 和JAK2突变。JAK2 突变肿瘤细胞虽能够产生IFN-γ,但JAK2-STAT 信号通路不能被IFN-γ 激活,也不能上调PD-L1表达,从而导致IFN 对JAK2 突变肿瘤细胞杀伤作用弱。而JAK1突变细胞则对IFN 各类型作用均不敏感。以上研究提示,JAK1/JAK2 基因突变肿瘤细胞对IFN 的杀伤作用不敏感,且PD-L1表达水平低,使其突变的肿瘤细胞对免疫检查点抑制剂产生抗耐药。

3.3 B2M 基因 B2M 是HLAⅠ类分子的重要组成部分,参与MHCⅠ类分子的折叠及运输,在肿瘤抗原的加工和提呈过程中起重要作用。有研究发现B2M 突变可导致MHCⅠ类分子在APCs表面的表达受损,继而导致抗原递呈受损,从而发生免疫治疗耐药[49]。另有研究发现CRISPR 介导的敲除肺癌小鼠模型中的B2 M 基因可导致其对免疫检查点抑制剂产生耐药性[50],这也证明了B2 M 突变在免疫治疗耐药中的作用。

4 免疫治疗后肿瘤爆发性进展相关的基因突变

爆发性进展 (hyper-progressive disease,HPD)是肿瘤反常加速生长的一种疾病进展模式。迄今为止,权威肿瘤临床实践指南中尚未对HPD 给出确切定义。2018年11月,由Ferrara等[51]共同完成的至今样本量最大的一项关于HPD 的临床研究,共纳入406例NSCLC 患者。结果发现,在接受免疫检查点抑制剂治疗后,HPD 发生率为13.8% (56/406),并将HPD 定义为免疫治疗后首次评价疗效时肿瘤生长速率比治疗前增加＞50%。NSCLC 患者中HPD 的发生率约为9%～29%[52]。

4.1 MDM2/MDM4基因 MDM2基因是一种癌基因,参与调控肿瘤蛋白P53基因的表达。Wezel等[53]发现,具有MDM2/MDM4扩增的患者,接受免疫治疗后易出现HDP现象。Kato等[54]对接受免疫检查点抑制剂治疗的38 例NSCLC 患者进行了基因测序分析,结果显示有6 例(16%)患者携带MDM2/MDM4 扩增,其中4 例 (67%)MDM2/MDM4扩增患者发生HPD,另2例患者的临床症状也迅速恶化。MDM2基因扩增导致HPD 的原因认为可能与高表达的MDM2抑制了野生型P53基因表达有关[55]。

4.2 EGFR 基因 EGFR 基因突变可能是HDP 发生的独立预测因子。有研究对696例做过基因测序的患者进行了分析,发现26例 (4%)患者携带EGFR 基因突变,有2例EGFR 突变患者接受了免疫检查点抑制剂治疗,其中1例EGFR 突变患者发生HPD[56]。另有研究报道,接受免疫治疗的10例EGFR 突变患者中有2例发生HPD,且肿瘤体积分别增长了53.6%和125%[54]。分析HPD 发生可能与EGFR 突变肿瘤细胞高表达CD73有关。CD73会使腺苷酸去磷酸化生成腺苷,继而导致肿瘤微环境中腺苷堆积。而腺苷具有显著的免疫抑制作用,从而抑制免疫检查点抑制剂的抗肿瘤效果[57]。

5 总结与展望

随着肺癌发病率的居高不下,寻求一种高效方法治疗这种恶性肿瘤是医师和患者共同的目标。相比于化疗和靶向治疗,免疫治疗是通过调动自身机体免疫系统来抵抗肿瘤细胞,具有不良反应小、疗效持久等优点,已成为治疗恶性肿瘤的一种重要手段,为肿瘤患者带来新的希望。但免疫治疗优势人群的选择仍是一道难题。基因突变与免疫治疗关系密切,但免疫治疗疗效和特定基因及相关基因通路关系的研究较少,尚需一系列前瞻性、大样本的临床研究来探究基因突变状态在免疫治疗疗效预测中的价值。因此,通过基因测序分析等技术筛选出免疫治疗的优势群体,以增强治疗的适用性和精准性是我们今后努力和研究的方向。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突