肿瘤突变负荷在免疫检查点抑制剂治疗中的应用

来源：肿瘤资讯

1916年美国人Ernest Tyzzer引入一个概念，即肿瘤细胞来源于体细胞突变（somatic mutation），同时期的Theodor Boveri提出染色体异常与肿瘤形成有关理论，这也是那个年代最接近肿瘤形成真相的理论。此后，经历了漫长的70年探索，到80年代进一步发现单基因突变是形成肿瘤的原因。自此，我们终于揭开了肿瘤发生的本质，发现肿瘤其实是一种“基因组疾病”。

图1 肿瘤突变的探索历程

2005年，人类癌症基因组计划（HCGP）正式启动，致力于对人类癌症基因组进行全面系统地探索，最终目的就是在所有肿瘤中完成基因组突变类型及发生频率的解读。于此，浅谈肿瘤突变负荷的认识及在肿瘤免疫检查点抑制剂治疗中又发挥着怎样的作用。

肿瘤突变负荷的定义

肿瘤突变负荷（Tumor Mutation Burden, TMB），简单来说，就是肿瘤细胞DNA上究竟承载了多少突变，是从基因组层面对肿瘤的探索。2013年Eric Lander和Gad Getz与Peter Campbell和Michael Stratton领导的团队先后在Nature上发表了多癌种大量肿瘤样本体细胞突变负荷分布（图2）。利用全外显子组测序和全基因组测序，Eric Lander和Gad Getz团队分析了来自于27种肿瘤3083个样本，平均每个样本肿瘤突变负荷为4.0／Mb，但是呈现多样性分布，儿科癌症最低平均位0.1／Mb，而肺癌与黑色素瘤最高为100／Mb。除此以外，同种癌症中，不同患者的肿瘤突变负荷也呈现多样性分布，如在肺癌与黑色素瘤中，患者突变负荷从0.1-100／Mb均有分布。类似地，Peter Campbell和Michael Stratton团队在30种肿瘤7042个样本中，发现肿瘤突变负荷从儿科癌症（0.001／Mb）到黑色素瘤(400／Mb)，呈多样性分布；并且同种癌症不同患者间突变负荷常常也是不同的。如果考虑到肿瘤异质性的话，同一个样本中不同肿瘤细胞中的突变负荷也可能不一样。

图2 体细胞突变在肿瘤中呈多样性分布

免疫检查点抑制剂——肿瘤治疗的“希望”

2011年FDA认证首个免疫检查点抑制剂伊匹单抗用于末期黑色素瘤的治疗，打开了肿瘤免疫检查点抑制剂治疗的大门。2012年在新英格兰医学杂志上发表了两篇重量级的临床医学文章，推动着肿瘤免疫治疗进入一个全新的时代。

图3 肿瘤免疫检查点抑制剂治疗原理

近些年研究发现，肿瘤细胞常利用免疫细胞表面免疫活性负调控受体（CTLA-4&PD-1），抑制微环境中免疫细胞活性，避免被免疫细胞清除。而免疫检查点抑制剂的作用原理就是利用特异性的单抗识别负调控受体，阻断其对免疫细胞的抑制，释放免疫活性，使其可以正常识别并清除肿瘤细胞，抑制肿瘤生长，从而达到治愈肿瘤患者的目的。

2012年针对PD-1／L1的免疫阻断剂单抗在肿瘤临床试验中获得很好效果，受益患者包括晚期非小细胞肺癌，黑色素瘤，肾细胞癌。而短短的5年间，多种anti-PD-1／L1免疫抑制剂单抗得到FDA获批，可用于包括非小细胞肺癌，黑色素瘤，肾细胞癌，霍奇金淋巴癌，结直肠癌，头颈部鳞癌等多种癌症晚期或复发转移患者。

图4 美国FDA获批的肿瘤免疫检查点抑制剂治疗药物

肿瘤突变负荷—分子标志物

虽然免疫检查点抑制剂治疗的问世，实现了对一些末期肿瘤患者的有效治疗。但是值得注意的是“一些”，目前这种治疗方式不是万能的，不是所有肿瘤患者均可以从治疗中获益。在黑色素瘤anti-CTLA-4治疗中目前的治愈比率约为25%，而anti-PD-1有效缓解肿瘤患者的比率也只有30%左右。加之肿瘤免疫检查点抑制剂治疗目前的成本并不低。综合这些因素，筛选合适的分子标志物，提高治疗的精准性是必要的。

图5 肿瘤突变负荷与免疫抑制剂治疗获益相关

2014年在接受过anti-CTLA-4治疗的黑色素瘤患者临床样本中，Timothy Chan课题组通过全外显子测序发现，治疗获益好的肿瘤患者普遍具有较高的体细胞突变负荷。同时，肿瘤突变负荷高的患者更易从anti-CTLA-4治疗中获益。1年后其在非小细胞肺癌中发现类似的现象(图5)。同时，其他课题组陆续也建立了肿瘤突变负荷与肿瘤免疫检查点抑制剂治疗获益的联系，归纳总结即为肿瘤突变负荷越高，免疫治疗效果相对越好(图6)。

图6 高肿瘤突变负荷癌种易从免疫抑制剂治疗中获益

今年FDA公布MSI可作为肿瘤免疫检查点抑制剂治疗的分子诊断标志物。具体表现就是具有MSI-H特征的肿瘤患者，或者错配修复基因缺陷（dMMR）的肿瘤患者，易从免疫检查点抑制剂治疗中获益。而Zachary Chalmers等在对6万多肿瘤样本的分析中发现MSI-H患者普通具有高肿瘤突变负荷（83%），97%的MSI-H患者的TMB不低于10/Mb。从另一方面也反映出肿瘤突变负荷与免疫检查点抑制剂治疗获益是相关的（图7）。

图7 MSI-H与TMB-H相关，并且与免疫抑制剂获益相关

当然，这里需要强调的是肿瘤突变负荷目前也不是“金”指标。其中最大的不足就是“一定程度的”准确度，存在明显的假阳性与假阴性。从数据中我们可以发现有些高肿瘤突变负荷的患者从治疗中获益较差（假阳性），而有些低突变负荷患者却可以有较好的治疗效果（假阴性）(图8)。

图8 TMB的局限性：假阳性与假阴性

目前，基于肿瘤基因组学分析获得的肿瘤突变负荷，还可以用于对肿瘤新抗原的预测，而肿瘤新抗原的累积与特征往往也与免疫检查点抑制剂治疗获益相关，并且对免疫疫苗的设计也有很大帮助，所以肿瘤基因组突变负荷的检测有着很大的应用价值。

结语

肿瘤免疫检查点抑制剂治疗方案为肿瘤的有效治疗带来了希望。PD-L1，肿瘤突变负荷等都如同一把钥匙，但是我们仍然需要更多的钥匙来打开这个盒子。

悬念：液体活检与肿瘤免疫治疗？

无论是PD-L1表达检测还是现在比较成熟的MSI检测（STR分型），大多需要进行肿瘤组织的提取。我们是否可以使用更为方便的液体活检来实现？

在即将召开的CSCO会议中，元码基因将于9月27日上午7:30-8:10 am举行“液体活检与肿瘤免疫靶向治疗”专题卫星会（厦门国际会展中心C区2楼204会议）。届时，元码基因将发布近期在液体活检应用于免疫治疗的最新研究数据成果，敬请期待！

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