【肺癌进展报告2021】肺癌免疫治疗耐药机制 关键研究盘点
2021-12-09
1599

很长一段时间里,驱动基因阳性肺癌患者可以选择靶向治疗,驱动基因阴性患者只能用化疗。PD-1/PD-L1免疫检查点抑制剂给很多驱动基因阴性肺癌提供了新选择,不少患者得以长期生存。
 
遗憾的是,免疫检查点抑制剂也面临耐药的挑战,耐药机制的复杂程度,相比靶向治疗,有过之无不及。
 
本文主要从肿瘤细胞和免疫细胞两个方面,盘点了免疫治疗耐药机制的关键研究。
 
一、肿瘤细胞
 
肿瘤细胞是正常细胞恶变而来,具有正常细胞所没有的新抗原(肿瘤抗原),这些肿瘤抗原被免疫细胞发现后,免疫系统会发起攻击,将之清除。
 
然后,如果肿瘤细胞没有表达免疫细胞可以识别的抗原,或者虽表达肿瘤抗原,但抗原呈递机制异常,免疫系统就不会发现恶变的肿瘤细胞,也就不会发起攻击,导致免疫治疗无法发挥功效。
 
再就是细胞信号通路异常,免疫系统认为“天下天平”,免疫治疗也无能为力。
 
(一)PD-L1同族兄弟B7-H3表达上调 预后不良
 
免疫检查点PD-1及其受体B7-H1(PD-L1)是免疫治疗的作用靶点,但对其他B7家族成员知之甚少。
 
B7家族成员之一的B7-H3(CD276)是一种I型跨膜蛋白,属于免疫球蛋白(Ig)超家族。虽然人体内B7-H3 mRNA广泛存在于多个器官,包括乳腺、膀胱、肝脏、肺、淋巴器官、胎盘、前列腺和睾丸,但在蛋白质水平上,B7-H3表达较低且罕见。据报道,在包括非小细胞肺癌(NSCLC)在内的多种恶性肿瘤中,B7-H3表达上调。
 
在临床前模型中,在T细胞主导的癌症免疫中,推测B7-H3既有刺激作用,也有抑制作用。在人类肝细胞癌中,B7-H3表达与T细胞增殖减少和干扰素-γ生成减少相关。
 
在胰腺癌小鼠模型中,阻断B7-H3,可增加CD8+T细胞流入和抗肿瘤作用。在NSCLC中,B7-H3蛋白表达与预后不良相关。在一项1期研究中,一种针对B7-H3的人源化Fc优化单克隆抗体Enoblituzumab(也称为MGA271),在部分预治疗实体瘤中显示出抗肿瘤反应,且耐受性良好。目前,Enoblituzumab单药或与CTLA-4或PD-L1单克隆抗体联合的临床研究,正在进行中。尚不清楚B7免疫调节分子共表达的生物学意义、它们在肿瘤微环境(TME)中的相互作用,以及它们对PD-1轴抑制剂原发性和获得性耐药的影响。
 
2017年9月,Altan等发表在《Clin Cancer Res》的一项研究[1],测定了NSCLC患者B7-H3蛋白的表达水平,并评估了其与肿瘤浸润淋巴细胞(TIL)、PD-L1、B7-H4的相关性,还评估3个NSCLC队列的主要临床病理特征。
 
使用多重自动定量免疫荧光法(QIF),评估了634例NSCLC患者。结果发现,B7-H3蛋白表达率为80.4%(510/634)。B7-H3蛋白水平较高(前10个百分位)与总生存率较低相关(P<0.05)。
 
在3个队列中,B7-H3升高与吸烟史相关,但与性别、年龄、临床分期和组织学无关。
 
B7-H3和PD-L1共表达病例占17.6%(112/634),与B7-H4共表达病例占10%(63/634)。仅在1.8%(12/634)的NSCLC患者同时检测到B7-H4和PD-L1。B7-H3的表达与CD3-、CD8-和CD20-阳性TIL的水平无关。
 
这项研究表明,多数NSCLC患者表达B7-H3蛋白,并与吸烟史相关。B7-H3蛋白水平较高对肺癌预后有负面影响。B7-H3与PD-L1和B7-H4共表达相对较低,表明这些靶点有一定生物学作用。
 
(二)免疫抑制受体LAG-3的新配体—FGL1升高 预后不良
 
淋巴细胞活化基因3(LAG-3,CD223)是一种跨膜蛋白,主要存在于活化的T细胞上。LAG-3蛋白由4个与CD4高度同源的细胞外Ig样结构域(D1-D4)组成。在活化的T细胞上,IL-2和IL-12可上调LAG-3表达,LAG-3主要作为传递抑制信号的受体发挥作用。
 
LAG-3的主要配体是主要组织相容复合体II型(MHC-II)。然而,LAG-3发挥免疫抑制功能,MHC-II是否为唯一起作用的配体,仍存在争议。
 
2019年1月,Wang等发表在《Cell》的一项研究[2],证明纤维蛋白原样蛋白1(FGL1)(一种肝分泌蛋白)是LAG-3的另一种主要功能配体,独立于MHC-II。
 
FGL1可抑制抗原特异性T细胞活化,敲除小鼠的FGL1可促进T细胞免疫。单克隆抗体可阻断FGL1-LAG-3相互作用,刺激肿瘤免疫,并以受体-配体相互依赖的方式治疗肿瘤模型小鼠。
 
人体中的癌细胞可产生大量FGL1,患者血浆中FGL1升高与预后不良和抗PD-1/B7-H1治疗耐药相关。该研究揭示了一种免疫逃避机制,并对癌症免疫治疗的设计具有指导意义。
 
(三)IL-8升高 免疫治疗化疗结局较差
 
C-X-C基序趋化因子配体8(CXCL8,也称为IL-8),是第一个被发现的趋化因子,是多种癌症都有表达的一种血管生成多肽。IL-8可有效调节人体中中性粒细胞的趋化性,有直接致瘤作用,包括促进血管生成、肿瘤细胞去分化(例如,上皮-间质转化)和侵袭和/或转移。IL-8趋化活性对肿瘤中中性粒细胞和其他T细胞抑制性髓系细胞的作用,目前为止所知甚少。
 
研究者报告,在接受免疫检查点抑制剂治疗的晚期黑色素瘤或NSCLC患者的小型回顾性队列中,早期血清IL-8水平升高是结局不良的一个强有力预测因子,这表明IL-8表达与抗肿瘤免疫再活化无效有关。
 
2020年5月,Schalper等发表在《Nat Med》的一项研究[3],通过对4项3期随机临床试验的回顾,评估了血清IL-8水平对晚期癌症患者抗肿瘤结局的影响。结果发现,在3期临床试验中,基线血清IL-8水平升高与晚期癌症患者(n=1344)纳武利尤单抗和/或伊匹单抗、依维莫司或多西紫杉醇治疗结局较差相关。
 
这表明,评估血清IL-8水平对于识别不良肿瘤免疫生物学有重要作用,可作为免疫检查点抑制剂治疗患者的独立生物标志物。
 
(四)β2M缺失 介导NSCLC免疫治疗获得性耐药
 
目前对肺癌免疫检查点抑制剂原发性和获得性耐药的机制,知之甚少。非同义突变负荷较低,与黑色素瘤和肺癌对免疫治疗原发性耐药相关。在NSCLC中,尽管依据所使用的生物标志物有一定差异,没有检测出PD-L1表达的肿瘤对这些药物反应较低。这些因素是否也免疫检查点抑制剂获得性耐药性有关,尚未确定。
 
截至目前,在肺癌中,新抗原丢失与对免疫检查点抑制剂获得性耐药相关。在黑色素瘤中,肿瘤细胞中通过JAK1/2失活突变的干扰素信号自主性缺陷,或通过β-2微球蛋白(β2M)的有害突变导致HLA I类抗原处理缺陷,可介导对PD-1抑制剂的获得性耐药。在对伊匹木单抗和帕博利珠单抗原发性耐药的黑色素瘤中,也发现了IFN信号通路的缺陷,在对帕博利珠单抗耐药的转移性结肠癌中,发现了β2M突变。进一步理解这些通路对免疫检查点抑制剂耐药的影响,非要重要。
 
2017年12月,Gettinger等发表在《Cancer Discov》的一项研究[4],收集了14例免疫检查点抑制剂耐药肺癌患者的样本,研究了编码HLA I类抗原加工和递呈机制(APM)成分或干扰素信号的基因改变,是否在PD-1或PD-L1抑制剂获得性耐药中起作用。
 
在队列中未检测到复发突变或拷贝数变化。在一个病例中发现B2M获得性纯合子缺失,导致肿瘤和匹配的患者来源异种移植物(PDX)细胞表面HLA I类表达缺失。来自ICI耐药肿瘤的另外两个PDX也发现β2M下调。在免疫活性肺癌小鼠模型中,CRISPR介导的β2M基因敲除,在体内产生了对PD-1抑制剂耐药性,证明了其在免疫检查点抑制剂耐药中的作用。这些结果表明,HLA I类APM破坏可介导肺癌的免疫检查点抑制剂逃逸。
 
随着免疫检查点抑制剂越来越多地成为各种恶性肿瘤的标准治疗,获得性耐药的情况也越来越多。研究者发现,抗原加工和递呈有缺陷可作为肺癌免疫治疗耐药的机制。
 
(五)抗原递呈缺陷 导致NSCLC免疫治疗耐药
 
人类白细胞抗原(HLA)是人类多态性最丰富的遗传系统,与人类的免疫系统功能密切相关。其中部分基因编码细胞表面抗原,成为每个人的细胞不可混淆的“特征”,是免疫系统区分本身和异体物质的基础。因此,HLA有人体生物学“身份证”之称。
 
MHC基因产物在不同细胞表面表达,对抗原递呈和免疫信号传递起关键作用。HLA主要包括HLA-I类、HLA-II类和HLA-III类三个区。
 
HLA-I类基因包括HLA-A、HLA-B和HLA-C等,分布于几乎所有有核细胞表面,以淋巴细胞表面密度最大。细胞表面的HLA-1复合物由三部分组成:HLA-1重链、β2M和源自内源性蛋白质的8~12个氨基酸肽。
 
HLA-II类基因包括HLA-D家族,主要有HLA-DP、HLA-DQ和HLA-DR等,主要分布于B淋巴细胞、巨噬细胞和树突状细胞等专职抗原提呈细胞表面。HLA-II是膜糖蛋白,由一条α多肽链和一条β多肽链组成。
 
HLA这组基因的特征,是研究癌症发病机制中涉及复发和热点位点的一个有价值的工具。
 
2021年5月,Datar等发表在《Clin Cancer Res》的一项研究[5],分析了HLA I类和HLA II类亚单位在NSCLC中的分布、相关免疫组织和临床意义。
 
利用空间分辨和定量多重免疫荧光技术,研究了β2M、HLA-A和HLA-B、-C重链在肿瘤/基质组织的分布、癌细胞特异性缺陷和临床病理/生存相关性,以及来自4个独立队列的>700个免疫治疗未经治NSCLC中的HLA II类β链。使用两个公开的队列进行NSCLC患者HLA基因的基因组分析。
 
30.4%的病例发现癌细胞HLA标志物特异性下调。9.8%(70/714)β2M下调,9%(65/722)HLA-A下调,12.1%(87/719)HLA-B、-C下调,17.7%(127/717)HLA II类下调。常见β2M、HLA-B、-C和HLA II类同时下调。小于5%的肺癌检测到HLA基因的有害突变。
 
癌细胞特异性β2M下调的肿瘤T细胞减少,自然杀伤(NK)细胞浸润增加。癌细胞HLA-A下调的样本,CD8+T细胞和NK细胞浸润中度增加。癌细胞选择性HLA-B、-C或HLA II类下调的样本,T细胞和NK细胞浸润减少。
 
标志物与临床病理变量和KRAS/EGFR突变的相关性有限。癌细胞HLA亚单位选择性下调与总生存期缩短相关。
 
研究结果揭示,免疫治疗未经治NSCLC中,HLA I类和HLA II类蛋白亚单位表达的不同缺陷与TME组成不同和患者生存率相关。
 
二、肿瘤浸润淋巴细胞(TILs)
 
免疫治疗应答,高度依赖改变TME中效应T细胞浸润。大量活化肿瘤特异性T细胞和效应T细胞在TME的浸润,是免疫治疗应答的关键。在TME内,CD8+T细胞常处于耗竭或功能障碍的状态。
 
(一)休眠TIL 阻断PD-1后可恢复活力
 
最近的研究表明,黑色素瘤中,肿瘤突变负荷或预测的I类新抗原含量升高,与PD-1或CTLA-4抑制剂应答率和生存率更高相关。在错配修复缺陷癌症和PD-1轴抑制剂治疗的NSCLC患者中也有类似的发现。这支持了如下假设,突变越多的肿瘤可能产生更多的新表位,可被肿瘤浸润淋巴细胞(TILs)识别。免疫检查点阻断抗体治疗可刺激新抗原特异性TILs,并介导肿瘤消退。其他研究表明,在肿瘤人群中,以较高等位基因频率出现的新抗原(例如,“克隆性”新抗原),在生物学上更具相关性。
 
然而,在肿瘤中,新抗原特异性淋巴细胞水平相对较低,仅可检测到少数突变表位。此外,还有一些突变负荷相对较低的肿瘤也对免疫检查点阻断剂敏感,如肾细胞癌。既往关于黑色素瘤、NSCLC和错配修复缺陷癌症的报告也表明,一些突变负荷极高的肿瘤不能从PD-1和CTLA-4阻断中明显获益。
 
对癌症基因组图谱(TCGA)数据集的分析表明,存在突变或候选MHC I类新抗原升高与穿孔素和颗粒酶-A mRNA转录水平升高相关,表明基因组水平的改变与有效抗肿瘤免疫反应存在联系。然而,哪些种类的细胞产生这些细胞溶解酶,尚未确定,这种相关性仅在某些类型肿瘤中显著,如宫颈癌(HPV阳性)、肺癌和结直肠腺癌;但在黑色素瘤、膀胱癌和肺鳞状细胞癌中不显著。使用TCGA数据库的其他研究表明,与肺腺癌相比,肺鳞癌有效免疫监测标志物减少,尽管其候选新抗原水平相当。鳞状细胞癌抗肿瘤免疫应答较低,与抗原递呈基因低表达相关,这表明不同于突变负荷的机制,可以调节这种恶性肿瘤的抗肿瘤免疫应答。
 
2018年8月,Gettinger等发表在《Nat Commun》的一项研究[6],为了阐明肿瘤内T细胞的作用及其与肿瘤基因组景观的相关性,对接受PD-1轴阻断剂治疗NSCLC患者与治疗前样本进行配对,进行全外显子DNA测序,以及用多重定量免疫荧光(QIF)测量CD3+TIL水平、原位T细胞增殖(CD3中的Ki-67)和效应能力(CD3中的颗粒酶B)。
 
突变负荷、候选I类新抗原或肿瘤内CD3信号升高,与治疗反应良好显著相关。此外,“休眠”TIL信号与接受免疫检查点阻断剂患者生存获益相关,其特征为TIL升高,激活和增殖水平低下。本研究进一步证明,在患者来源的异种移植模型中,阻断PD-1后,休眠TIL可以恢复活力。
 
(二)VISTA一个与PD-1和PD-L1同源的新靶点
 
人类VISTA是一种包括311个氨基酸的Ig结构域的I型跨膜蛋白,在体外和体内能够抑制T细胞活化。值得注意的是,该蛋白与PD-1和PD-L1具有序列同源性,可作为抗原呈递细胞的配体和T淋巴细胞的受体。
 
既往研究表明,VISTA在CD11b+髓样细胞中高表达,而在CD4+和CD8+T细胞以及CD4+/Foxp3+T调节淋巴细胞(Treg)中低水平表达。截至目前,还没有VISTA在肿瘤细胞中表达的明确证据。
 
已经报道,在PD-1或VISTA单基因敲除动物中,慢性炎症和T细胞自发激活,并且这种表型在双基因敲除小鼠中增强。此外,与单基因敲除动物相比,双基因敲除小鼠在接受外源抗原攻击后,T细胞应答幅度协同增加,支持VISTA和PD-1通路的非冗余免疫抑制效应。尽管存在这些功能相关性,PD-1、PD-L1和VISTA在人类肿瘤中的表达模式与可能的联系,仍有待探索。近期,一项黑色素瘤小鼠模型研究表明,使用单克隆抗体阻断VISTA,可增加循环肿瘤特异性T细胞的比例,促进肿瘤免疫浸润并减缓肿瘤生长。此外,在鳞状细胞癌模型中,阻断VISTA、CTLA-4和PD-1不同程度的增加抗肿瘤作用。
 
2018年4月,Villarroel-Espindola等发表在《Clin Cancer Res》的一项研究[7],考察了VISTA/PD-1H在人类NSCLC中的定位表达模式和临床意义。
 
采用多重定量免疫荧光法(QIF),对来自组织微阵列格式代表的3个独立队列的758例I-IV期NSCLC的VISTA、PD-1和PD-L1蛋白进行了定位测量。
 
在细胞角蛋白+肿瘤上皮细胞、CD3+T细胞、CD4+T辅助细胞、CD8+细胞毒性T细胞、CD20+B淋巴细胞和CD68+肿瘤相关巨噬细胞中选择性测定靶点。确定靶点、临床病理/分子变量与生存率之间的相关性。还对来自TCGA的肺癌病例进行了基因组分析。
 
99%的NSCLC检测到VISTA蛋白,以膜/细胞质染色模式为主。肿瘤和间质细胞的表达率分别为21%和98%。
 
VISTA水平与PD-L1、PD-1、CD8+T细胞和CD68+巨噬细胞呈正相关。VISTA在T淋巴细胞中的表达高于巨噬细胞;而在细胞毒性T细胞中的表达高于辅助性T细胞。
 
VISTA升高与肺腺癌EGFR突变缺失和突变负荷降低相关。肿瘤小室中存在VISTA,预示着5年生存期更长。
 
VISTA在人类NSCLC中频繁表达,并与肿瘤浸润淋巴细胞增多、PD-1轴标记物、特异性基因组改变和结局相关。这些结果支持VISTA在人类NSCLC中发挥免疫调节作用,并提示其作为治疗靶点的潜力。
 
(三)“燃烧型”CD8+T细胞亚群 与耐药相关
 
在TME中,CD8+T细胞的分化可能发生改变,导致其异质性更为复杂。同时,人类TME是一种复杂而独特的生态系统,由肿瘤遗传多样性、空间异质性和抗肿瘤治疗的非对称改变组成,这更可能有助于形成CD8+TIL的多样性,并可能决定CD8+TIL独特的分化途径。因此,通过深入了解存在功能障碍的CD8+TILs,可改善患者T细胞的抗肿瘤反应。
 
2021年7月,Sanmamed等发表在《Cancer Discov》的一项研究[8],采用两种方法,使用单细胞质量细胞仪和组织成像技术,从25例可切除患者和35例晚期NSCLC患者中分离TIL。
 
研究者确定了一个“燃烧型”CD8+TIL亚群(Ebo),该亚群在TME中特异性积累,但不在邻近的非肿瘤组织中积累。Ebo的增殖和活化标志物表达最高,但产生的IFNγ量最低,是高凋亡的CD8+TIL亚群。
 
该研究使用人源性患者肿瘤异种移植模型,证明了Ebo在TME内以PD-1/B7-H1通路依赖的方式扩增。基线肿瘤组织中Ebo丰度与NSCLC患者抗PD治疗的耐药相关。该研究确定了一个功能失调的TIL亚群,特征与既往描述的耗竭T细胞不同,并意味着一种克服免疫治疗耐药的新策略。
 
总之,该研究识别出一个高增殖、过度激活和高凋亡的功能失调肿瘤浸润CD8+亚群,其功能不同于既往描述的耗竭型T细胞。在肺癌组织中这一亚群以PD-1/B7-H1依赖性方式扩增,其丰度与肿瘤免疫治疗耐药相关,因此为一种潜在的组织生物标志物。
 
三、克服免疫治疗耐药 确定耐药机制是关键
 
免疫耐药是动态而又复杂的过程,存在着多种多样的耐药机制,并且多种耐药机制可相互关联、相互影响。肿瘤本身和免疫微环境的适应性变化,均可导致免疫治疗耐药。
 
确定耐药机制对于设计治疗干预策略至关重要。积极发展新技术,进行耐药后临床研究,基于耐药机制研发新型药物,则是克服免疫治疗耐药的关键。  
 
 

 
 
(环球医学编辑:丁好奇)

免责声明

版权所有©北京诺默斯坦管理咨询有限公司。 本内容由环球医学独立编写,其观点并不反映优医迈或默沙东观点,此服务由优医迈与环球医学共同提供。

如需转载,请前往用户反馈页面提交说明:https://www.uemeds.cn/personal/feedback

参考资料

1. Altan M, Pelekanou V, Schalper KA, et al. B7-H3 Expression in NSCLC and Its Association with B7-H4, PD-L1 and Tumor-Infiltrating Lymphocytes. Clin Cancer Res. 2017 Sep 1;23(17):5202-5209. doi: 10.1158/1078-0432.CCR-16-3107. Epub 2017 May 24. PMID: 28539467; PMCID: PMC5581684.


2. Wang J, Sanmamed MF, Datar I, et al. Fibrinogen-like Protein 1 Is a Major Immune Inhibitory Ligand of LAG-3. Cell. 2019 Jan 10;176(1-2):334-347.e12. doi: 10.1016/j.cell.2018.11.010. Epub 2018 Dec 20. PMID: 30580966; PMCID: PMC6365968.


3. Schalper KA, Carleton M, Zhou M, et al. Elevated serum interleukin-8 is associated with enhanced intratumor neutrophils and reduced clinical benefit of immune-checkpoint inhibitors. Nat Med. 2020 May;26(5):688-692. doi: 10.1038/s41591-020-0856-x. Epub 2020 May 11. PMID: 32405062; PMCID: PMC8127102.


4. Gettinger S, Choi J, Hastings K, et al. Impaired HLA Class I Antigen Processing and Presentation as a Mechanism of Acquired Resistance to Immune Checkpoint Inhibitors in Lung Cancer. Cancer Discov. 2017 Dec;7(12):1420-1435. doi: 10.1158/2159-8290.CD-17-0593. Epub 2017 Oct 12. PMID: 29025772; PMCID: PMC5718941.


5. Datar IJ, Hauc SC, Desai S, et al. Spatial Analysis and Clinical Significance of HLA Class-I and Class-II Subunit Expression in Non-Small Cell Lung Cancer. Clin Cancer Res. 2021 May 15;27(10):2837-2847. doi: 10.1158/1078-0432.CCR-20-3655. Epub 2021 Feb 18. PMID: 33602682.


6. Gettinger SN, Choi J, Mani N, et al. A dormant TIL phenotype defines non-small cell lung carcinomas sensitive to immune checkpoint blockers. Nat Commun. 2018 Aug 10;9(1):3196. doi: 10.1038/s41467-018-05032-8. PMID: 30097571; PMCID: PMC6086912.


7. Villarroel-Espindola F, Yu X, Datar I, et al. Spatially Resolved and Quantitative Analysis of VISTA/PD-1H as a Novel Immunotherapy Target in Human Non-Small Cell Lung Cancer. Clin Cancer Res. 2018 Apr 1;24(7):1562-1573. doi: 10.1158/1078-0432.CCR-17-2542. Epub 2017 Dec 4. PMID: 29203588; PMCID: PMC5884702.


8. Sanmamed MF, Nie X, Desai SS, et al. A Burned-Out CD8+ T-cell Subset Expands in the Tumor Microenvironment and Curbs Cancer Immunotherapy. Cancer Discov. 2021 Jul;11(7):1700-1715. doi: 10.1158/2159-8290.CD-20-0962. Epub 2021 Mar 3. PMID: 33658301.

(3)
下载
登录查看完整内容