晚期非小细胞肺癌免疫治疗中面临的问题

杜静怡 徐兴祥

作者单位：1. 225001 江苏 扬州，扬州大学医学院

2. 225001 江苏 扬州，江苏省苏北人民医院呼吸内科

肺癌是全世界最常见的癌症死亡原因，每年大约有160万人死亡[1]，其中非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer, NSCLC)占所有肺癌的85%至90%。肺腺癌是NSCLC中最常见的亚型，鳞癌是第二常见亚型[2]。化学疗法、放射疗法和外科技术的进步导致晚期NSCLC的无进展生存期(progression-freesurvival,PFS)和总生存期(overall survival,OS)显著提高，但OS仍然很低。针对程序性死亡蛋白1(programmed death-1, PD-1)/程序性死亡配体1(programmed death-ligand 1, PD-L1)的免疫检查点抑制剂(immune checkpoint inhibitors, ICIs)的出现，拓宽了晚期NSCLC患者的治疗选择范围，且它们具有毒性小、疗效佳的特点。但是并非所有的NSCLC患者都能从ICIs治疗中获益，这可能是由于缺乏理想的疗效预测标志物和不可避免的临床耐药所致。本文将就ICIs在晚期NSCLC治疗方面面临的问题进行综述。

ICIs疗效预测标志物

ICIs是一类新的癌症治疗药物，靶向抑制性免疫检查点分子，如PD-1、PD-L1或细胞毒性T淋巴细胞抗原4(cytotoxic T lymphocyte antigen-4, CTLA-4)，可以增强免疫系统的激活及抗肿瘤活性，在特定的患者中产生持久的应答[3-4]。近年来，ICIs在无阳性驱动基因突变的NSCLC中的研究取得了重大进展。ICIs单药的疗效从二线到一线治疗均得到了证实。尽管如此，接受PD-1/PD-L1抑制剂治疗的晚期NSCLC患者中，应答率仅约为30%，仍有相当一部分患者获益很小或没有获益。因此，研究预测ICIs疗效的生物标志物是必要的。

一、PD-L1

PD-L1是一种跨膜糖蛋白，也被称为B7-H1，在人类中由CD274基因编码，并与其受体PD-1结合。PD-L1不仅在T细胞上表达，在肿瘤细胞表面也有表达，可以直接抑制抗肿瘤细胞毒性T细胞的活性[5]。在前瞻性临床试验中，肿瘤细胞上PD-L1的表达，被证实是NSCLC患者ICIs疗效的预测因素。PD-L1表达≥50%的NSCLC患者对Pembrolizumab一线治疗有明显的反应，但仍有一些PD-L1低表达甚至阴性的患者在ICIs二线治疗中延长了PFS和OS[6]。肺鳞癌患者对Nivolumab的临床应答与PD-L1的表达水平无关，这可能是因为应答是由突变负荷和突变特征介导的，或仅仅因为肺鳞癌是一种高免疫浸润性肿瘤[7]。在大多数PD-1和PD-L1抑制剂的Ⅲ期试验中，评估了PD-L1表达的预测作用[8]。但是由于肿瘤微环境中PD-L1动态、异质性表达，检测评估方法的差异，使其并不是预测ICIs疗效的良好生物标志物。

二、TMB

肿瘤突变负荷(tumor mutation burden, TMB)已成为ICIs疗效预测的另一生物标志物。TMB是指对肿瘤标本进行DNA测序时发现的体细胞突变的数目。有两种最常用的方法来测量TMB。一是全外显子组测序(wholeexome sequencing, WES)，由于成本高、检测时间长，在临床实践中不可行。另一种是综合基因组图谱(comprehensive genomic profiling,CGP)，在临床试验和常规实践中更常用。Rizvi等人进行的一项回顾性研究表明，在接受Pembrolizumab治疗的34例晚期NSCLC患者中，高TMB(WES定义为≥178个非同义突变)与更好、更持久的客观反应(objective responses,OR)相关，并且在PFS方面获益[9]。在Checkmate227 Ⅲ期研究中，联合应用Nivolumab和Ipilimumab治疗高TMB的晚期NSCLC，与化疗相比，显示出更长的PFS和更高的客观缓解率(objective response rate,ORR)，且疗效与PD-L1的表达无关[10]。高TMB可诱导肿瘤内新抗原的产生，并增加肿瘤的免疫原性。但是新抗原对肿瘤免疫原性的影响并不相同，其高度异质性可能与ICIs较短的PFS有关[11]。因此，需要对TMB进行前瞻性验证，开发探索新的生物标志物。

除PD-L1、TMB外，大量实验表明，微卫星不稳定、肿瘤淋巴浸润、肿瘤组织免疫表型、肠道微生物组也可作为预测ICIs疗效的生物标志物。无论是根据现有的疗效预测生物标志物进行联合预测，还是探索更多新的潜在生物标志物，都需要进行大量临床研究。

ICIs耐药性

ICIs在癌症治疗中显示出巨大的潜力，与传统方法治疗晚期NSCLC相比，有更显著的疗效。到目前为止，美国食品药品监督管理局(Food and DrugAdministration, FDA)已批准了几种抗PD-1/PD-L1或CTLA-4的单克隆抗体用于癌症的治疗。然而，临床数据显示，只有20%～50%不同类型的癌症患者可以从抗PD-1/PD-L1治疗中获益[12-14]。随着ICIs的广泛应用，越来越多的晚期NSCLC患者出现耐药问题，进而导致治疗失败或预后不良。目前ICIs治疗导致的耐药可分为原发性、适应性和获得性耐药。由于对与临床应答相关的免疫学、分子学和临床因素的了解不足，以及对ICIs治疗长期优势的认识不足，ICIs的耐药机制尚不明确。因此，为了使晚期肿瘤患者获得更大的生存获益，深入探索与了解耐药机制，具有深远的临床意义。

一、原发性、适应性耐药机制

原发性耐药是指患者对免疫治疗无反应的临床情况。适应性耐药是一种免疫系统能够识别肿瘤，但肿瘤可通过适应免疫攻击来保护自身的抵抗机制。在临床上可表现为原发性耐药、混合反应或获得性耐药。肿瘤不对ICIs产生反应的最直接原因可能是缺乏足够的免疫原性肿瘤抗原[15]，或者，癌细胞可能具有肿瘤抗原，但抗原提呈机制的改变使其提呈至主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex,MHC)表面及MHC本身受限[16]，进而导致耐药的发生。

1 肿瘤细胞内源性机制：肿瘤细胞内源性机制包括肿瘤细胞中某些基因和通路的表达或抑制，从而阻止免疫细胞浸润或在肿瘤微环境中发挥作用。其中包括①通过MAPK通路的信号传导和/或PTEN表达缺失，增强PI3K信号传导；②WNT/β-catenin信号通路表达；③干扰素-γ(interferon gamma, IFN-γ)信号通路缺失；④肿瘤抗原表达缺失导致缺乏T细胞应答。

2 肿瘤细胞外源性机制：肿瘤细胞外源性机制涉及肿瘤微环境中除肿瘤细胞以外的其他成分，包括调节性T细胞(Tregs细胞)，髓样衍生抑制细胞(myeloid- derived suppressor cell, MDSC)，肿瘤相关巨噬细胞和其他抑制性免疫检查点。上述成分均可能有助于抑制抗肿瘤免疫反应。

二、获得性耐药

癌症免疫治疗的一个标志是诱导持久的肿瘤反应。尽管约20%的NSCLC患者对ICIs有持久的反应，但中位反应时间为1～2年，大多数患者会产生耐药性，从而疾病进展[17]。这种最初对免疫疗法有反应，但一段时间后肿瘤复发并进展的临床情况称为获得性耐药。由于ICIs在临床应用的时间有限，缺乏分析耐药机制的患者样本，导致这些药物获得性耐药的分子机制尚未明确，可能包括T细胞功能丧失(由于表观遗传功能障碍或获得其他免疫抑制信号)，肿瘤抗原提呈下调导致T细胞识别肿瘤能力降低以及IFN-γ抵抗。

1 T细胞功能丧失：在持续的抗原刺激下，PD-1在CD8+T细胞上表达，但刺激会导致T细胞衰竭。严重的T细胞衰竭，使得CD8+T细胞重新获得持久的免疫记忆具有挑战性，尤其是在肿瘤抗原持续存在的情况下。PD-1/PD-L1阻断可使衰竭的CD8+T细胞恢复抗肿瘤功能[18]。一项使用慢性淋巴细胞脉络从脑膜炎病毒感染小鼠模型的研究，分析了与PD-1通路阻断相关的细胞、转录和表观遗传学变化。研究表明，CD8+T细胞的表观遗传稳定性可能会导致ICIs的获得性耐药[19]。

独立于PD-1/PD-L1轴的其他抑制性免疫检查点蛋白也可以破坏抗肿瘤T细胞的功能，包括CTLA-4、T细胞免疫球蛋白3(T cellimmunoglobulin 3, TIM-3)、淋巴细胞激活基因3(lymphocyte activation gene 3, LAG-3)和T细胞活化的V结构域Ig抑制因子(V-domain Ig suppressorof T-cell activation, VISTA)等[20-21]。Koyama等人使用两种具有完全免疫活性的肺腺癌小鼠模型，观察到PD-1抗体结合的T细胞中TIM-3的上调[22]。此外，该研究还发现，在PD-1阻断治疗失败后，用TIM-3阻断抗体治疗的小鼠具有生存优势。为了证实这一理论，进一步分析了来自人类患者的肿瘤标本，结果显示，在抗PD-1治疗失败时，TIM-3在阻断抗体结合的T细胞方面也出现了类似的上调。这表明，下调TIM-3的表达可能会提高肿瘤细胞对PD-1阻断的敏感性。肿瘤浸润淋巴细胞上VISTA表达的上调也在对PD-1阻断剂产生获得性耐药的病例中得到证实[23]。

2 肿瘤抗原提呈下调：抗原/新抗原的表达和提呈，对于T细胞识别肿瘤和结合T细胞受体是至关重要的。β2-微球蛋白(β2-microglobulin, β2M)同源缺失或下调，导致人类白细胞抗原(human leukocyte antigen,HLA) I类抗原加工和提呈受损，被发现是肺癌患者对ICIs产生获得性耐药的机制之一[24-25]。在具有免疫活性的肺癌小鼠模型中，基因编辑技术(clustered regularly interspaced shortpalindromicrepeats,CRISPR)介导的β2M基因敲除，在体内产生了对PD-1阻断的抵抗[25]，这证明了β2M的缺失与ICIs耐药性之间的存在因果关系。

在免疫治疗中，突变的新抗原也被证明对T细胞识别肿瘤较为重要。Anagnostou等人最近的一项研究检测了NSCLC患者在使用抗PD-1抗体对免疫检查点阻断产生初步反应后，出现获得性耐药期间肿瘤新抗原的演变情况[26]。研究表明，对PD-1/PD-L1轴阻断的获得性耐药可能是肿瘤突变演变的结果，其中一些突变，编码了免疫原性新抗原，这可能会导致新抗原的丢失。这种丢失使肿瘤微环境中的T细胞失去了识别恶性肿瘤细胞为异物的能力，从而使得PD-1轴阻断治疗无效。

3 IFN-γ：IFN-γ是由识别和结合适当肿瘤抗原的CD8+T细胞产生的，主要通过识别肿瘤细胞或抗原提呈细胞表面的抗原蛋白，来激活免疫细胞毒性，是增加MHC表达/抗原呈递，向肿瘤募集更多的T细胞，诱导癌细胞直接抗增殖和凋亡的主要手段[27]。然而持续的IFN-γ刺激会导致癌细胞免疫编辑，从而产生免疫逃逸[28]。IFN-γ与IFN-γ受体结合，激活JAK1和JAK2，随后募集和磷酸化转录激活因子STAT1和STAT3[29]。然后该复合物转运至细胞核，激活IFN调节因子1。该因子的转录活性最终导致IFN-γ的抗肿瘤作用，以及PD-L1表达[30]。JAK1和JAK2功能缺失的突变，会破坏IFN-γ信号传导通路，使得IFN-γ抗肿瘤作用丧失以及肿瘤细胞上PD-L1表达减少或缺失[31]。尽管肿瘤细胞仍能被T细胞识别和结合，但其JAK1/2突变使它们对IFN-γ刺激具有抗性。肿瘤细胞在IFN-γ信号传导通路中缺乏活性，对IFN-γ的抗增殖作用不敏感，且缺乏IFN-γ诱导的PD-L1和MHCI类分子的表面表达，从而导致免疫抵抗。

ICIs联合治疗

由于ICIs在治疗中出现耐药，大大限制了其疗效，且缺乏明确的生物标记物来选择可能受益于ICIs单药治疗的患者，我们可以通过将ICIs与化疗、放射治疗、靶向治疗和其他免疫疗法相结合，最大限度地发挥其临床效益。目前已有大量临床试验正在进行中。

一、ICIs与化学疗法

化学疗法，特别是以铂类为基础的双药化疗(platinum-based doubletchemotherapy, PT-DC)，是晚期NSCLC患者的一线治疗方案。细胞毒性药物不仅会杀伤肿瘤细胞，释放癌症相关抗原，以启动T细胞的激活，而且还会干扰一系列免疫活性细胞的功能。例如，蒽环类药物可促进树突状细胞活化，环磷酰胺可提高抗肿瘤CD4+细胞活性，顺铂可抑制Tregs细胞和MDSC的活性。ICIs与化学疗法结合可以通过多种机制发挥协同抗肿瘤作用，包括改善T细胞的抗原提呈和消除肿瘤免疫微环境中的免疫抑制因子[32]。大量临床研究表明，Pembrolizumab、Nivolumab和Atezolizumab这三种已获FDA批准的抗PD-1/PD-L1药物与化疗联合治疗NSCLC均取得了令人鼓舞的结果。在一项名为Keynote 021的Ⅱ期随机试验中，与单独使用化疗相比，Pembrolizumab、卡铂和培美曲塞的联合使用可以改善ORR。前者ORR为29%，而后者ORR为55%[33]。对于晚期非鳞状NSCLC患者而言，这种联合治疗可能是一种有效且可耐受的一线治疗方案。Checkmate 012 Ⅰ期试验显示，Nivolumab联合铂类化疗对晚期NSCLC一线治疗的ORR范围为33%～47%，可以改善晚期NSCLC患者的预后，并延长其生存期[34]。Atezolizumab联合PT-DC作为局部进展或转移性NSCLC的一线治疗，具有良好的疗效，ORR范围为60%～75%[35]。然而，由于上述研究的样本量较小、随访时间短，导致缺乏改善PFS和OS的数据。此外，由于这些药物可以调节免疫应答，且功效具有协同作用，联合使用可能使它们的毒性成倍增加，从而导致不良反应的产生。因此，需要设计出精确的给药方案以便在毒性可耐受的情况下发挥出最大的抗肿瘤活性。

二、ICIs与放射治疗

与化学疗法类似，放射治疗是NSCLC的另一种常见的非手术治疗手段。放疗除了具有直接杀死肿瘤细胞的能力外，还能够触发局部免疫反应，使肿瘤微环境能够募集到有效的T细胞[36]。但是放疗触发的局部免疫反应远不能产生全身性的抗肿瘤免疫。然而，ICIs能够增强放疗引发的局部免疫对全身抗肿瘤作用的反应，即非局部效应。大量研究数据表明，添加ICIs可提高放疗或单纯免疫治疗的效果[37-38]。更为重要的是，在放疗前或放疗期间使用PD-1/PD-L1抑制剂，比放疗后使用更能产生长期的抗肿瘤作用。因为放疗可以调节肿瘤的免疫应答，并使肿瘤细胞上PD-L1表达上调[39-40]。此外，放疗和免疫疗法有着相对不重叠的毒性特征。

三、ICIs与靶向治疗

一些研究表明，PD-L1的表达与NSCLC中EGFR突变、ALK重排或KRAS突变有关[41-45]。通过上调NSCLC中PD-L1的表达，癌基因驱动因子可以增强肿瘤细胞的免疫逃逸。EGFR突变型肺癌在体外可以通过激活PD-1/PD-L1通路来抑制T细胞功能，增强PD-L1的表达，从而抑制肿瘤免疫[46]。这些研究表明，抗PD-1/PD-L1与表皮生长因子受体-酪氨酸激酶抑制剂(epidermal growth factor receptor-tyrosine kinase inhibitors,EGFR-TKIs)联合应用可提高NSCLC的治疗效果。

ICIs不良反应

任何一种药物均有不良反应或副作用，ICIs同样不能避免。ICIs不良反应通常分为一般性不良反应和免疫相关不良事件(immune-related adverse events,irAEs)。前者主要包括皮肤瘙痒、发热、食欲下降、恶心和乏力等[47]。PD-1/PD-L1通路是平衡T细胞活化和耐受性的关键调控因子[48]。阻断PD-1/PD-L1通路即阻断T细胞上PD-1和肿瘤细胞上PD-L1的相互作用，使肿瘤细胞对T细胞介导的凋亡产生额外的抵抗力，从而阻止其抵抗抗肿瘤免疫反应[49]。然而，阻断上述通路可能会诱发自身免疫性疾病和全身性炎症，从而出现一系列irAEs。irAEs可累及全身器官系统，产生广泛的临床表现。根据器官系统分类的irAEs包括皮肤疾病(如皮炎、自身免疫性大疱性天疱疮)、胃肠疾病(如腹泻、结肠炎、肝炎)、内分泌疾病(如垂体炎、甲状腺炎、甲状腺功能亢进、甲状腺功能减退)、呼吸系统疾病(如肺炎)、神经系统疾病(如重症肌无力、脑炎)等[50]。据报道，在针对亚洲人群的多项PD-1/PD-L1临床试验中，irAEs发病率有低至12%，也有高达90%以上[51-52]。对于某些PD-1抑制剂而言，irAEs的发病率可能会随着剂量的增加而增加[53]。然而，大多数irAEs可以使用皮质类固醇和其他辅助药物成功治疗，只有不到10%出现严重irAEs的患者，需要永久停用ICIs[54]。

总结与展望

在过去二十年中，常规的肺癌治疗手段包括手术、放化疗、靶向治疗等。ICIs的出现改进了肺癌的治疗方式，极大提高了晚期NSCLC患者的生存率。尽管有诸多优势，但不可否认，有许多问题亟待解决。临床上有一部分接受ICIs治疗的患者已产生耐药性，导致治疗失败、甚至死亡，我们需要对相关耐药机制进行研究，识别出最有可能从ICIs治疗中获益的患者，开发出能预测ICIs疗效的生物标记物。使用ICIs治疗，可能会因为过度免疫反应刺激或其他原因导致irAEs的发生，如何减少甚至消除ICIs治疗导致的不良反应，以及控制irAEs与维持ICIs的抗肿瘤作用之间的平衡，值得我们进一步探索。此外，ICIs与常规治疗的联合治疗必须根据具体情况进行优化，争取早日实现晚期NSCLC的个体化、精准化治疗。在今后的免疫治疗发展中，我们需要综合考虑患者的临床特点、肿瘤表型和肿瘤微环境等因素，最大限度地发挥免疫治疗对晚期NSCLC患者的作用。