晚期肺癌免疫治療現狀及影像學療效評價和預測

楊舒一，單 飛，施裕新，張志勇,2*

1. 上海市(復旦大學附屬)公共衛生臨床中心放射科，上海 201508 2.復旦大學，上海 200433

中國是肺癌大國，肺癌的發病率及死亡率在男性人群中居所有惡性腫瘤的第1位，在女性中僅次于乳腺癌而位居第2位[1]。肺癌的治療手段主要包括外科切除、傳統放化療及近年新興的個體化治療(以靶向治療為主)和免疫治療等。對于早中期非小細胞肺癌(non-small-cell lung cancer, NSCLC)，一線治療手段為手術切除并選擇性結合術后放化療；而對于小細胞肺癌(small cell lung cancer, SCLC)，由于其對放化療敏感，加之晚期肺癌因侵犯鄰近主要臟器結構或發生遠處轉移，通常不可外科切除，故一般選取放化療或靶向治療，患者預后極差。

免疫治療作為一種新興且極具前景的治療手段，現已被應用于一些實體腫瘤中，尤在惡性黑色素瘤中療效顯著，在肺癌治療方面也取得了一些突破，為晚期肺癌患者，尤其是傳統治療無效者，提供新的治療思路[2-3]。目前，臨床上多采用實體瘤療效評價標準(response evaluation criteria in solid tumors, RECIST)對腫瘤患者進行療效評價。該評價標準主要以腫瘤治療前后大小的改變作為腫瘤負荷評估的標準，在評估時間點上具有延遲性。

影像學檢查目前仍是臨床診斷肺癌及評價治療療效最重要的檢查措施。隨著影像技術的發展，影像學已從傳統的以解剖學、病理學成像為主轉變為以功能成像為重要臨床及科研應用方向，力求描述病變微觀環境改變以早期診斷疾病、評價及預測腫瘤治療療效。隨著計算機等相關學科的不斷發展，人工智能(artificial intelligence, AI)與放射影像組學(radiomics)通過計算機從影像中高通量提取大量的量化信息，實現腫瘤的分割、特征提取與模型建立，憑借對海量影像數據信息更深層次的挖掘，對疾病進行診斷與預測分析。本文就晚期肺癌免疫治療的現狀及影像學療效評價與預測的研究進展作一綜述與展望。

1 晚期肺癌免疫治療的機制與現狀

1.1 晚期肺癌免疫治療的主要機制 腫瘤細胞賴以生存的復雜環境被稱為“腫瘤微環境”(tumor microenvironment)，主要由多種不同的細胞外基質和基質細胞組成，其中免疫細胞是基質細胞的重要組成部分，既包括通過吞噬和細胞毒作用而抑制腫瘤細胞生長的腫瘤相關吞噬細胞，又包括通過參與免疫耐受而抑制機體免疫力的調控性T細胞(Tregs)。腫瘤的免疫治療目前主要包括腫瘤疫苗、免疫檢查點阻斷治療、過繼性免疫治療及免疫調節劑的支持性免疫治療。其中免疫檢查點阻斷治療屬于靶向免疫治療，其針對性強，不良反應小，是目前晚期肺癌中極具前景的免疫治療手段[4-7]。免疫檢查點阻斷治療包括細胞毒性T淋巴細胞抗原4(cytotoxic T-lymphocyte-associated protein 4, CTLA-4)和程序性死亡受體1(programmed death 1, PD-1)或程序性死亡受體-配體1(programmed death-ligand 1, PD-L1)的抗體治療，其發揮抗腫瘤作用主要與腫瘤細胞的免疫逃逸機制有關。細胞毒性T淋巴細胞(cytotoxic T lymphocyte, CTL)為CD8+T細胞，在抗腫瘤應答中發揮主要作用；而CTLA-4與PD-1均可對T細胞殺傷腫瘤起負調節作用，其中CTLA-4主要體現在限制T細胞在淋巴結中的初始活化，而PD-1則進一步限制了T細胞在腫瘤微環境中的活化[8]。

1.2 晚期肺癌免疫治療的現狀 目前，以抗PD-1單克隆抗體(nivolumab、pembrolizumab)和抗PD-L1單克隆抗體(atezolizumab、duvalumab、avelumab)2大類、5種藥物為主，其中nivolumab是目前唯一在NSCLC和SCLC中均得到推薦的免疫靶向藥物[9]。Pillai等[10]通過Meta分析，比較了PD-1與PD-L1對非小細胞肺癌的治療療效，分析了包含23項研究，其中PD-1組共3 284例，PD-L1組共2 460例，結果表明二者療效基本一致。Keynote-024臨床試驗[11]結果顯示，Ⅳ期NSCLC伴腫瘤細胞PD-L1高度表達的患者可從PD-1免疫治療中獲益且預后優于以鉑類為基礎的化療藥物。基于此，美國食品藥品監督管理局(food and drug administration, FDA)于2016年批準Pembrolizumb為腫瘤PD-L1陽性的Ⅳ期NSCLC患者的一線治療方式。治療前，腫瘤細胞生長于典型的腫瘤微環境中，表現為低氧、低酸堿度、間質高壓、血管高滲透性及炎癥反應性。當治療有效時，腫瘤細胞數目減少、核漿比降低、低氧情況改善，同時隨著營養血管的破壞及腫瘤生長對氧和糖類等營養成分需求的降低，腫瘤血流灌注會減少，這些微觀改變都勢必早于腫瘤體積大小的變化，并可被功能影像學檢查探測到。

雖然PD-1/PD-L1靶向免疫檢查點阻滯抑制劑治療獲得了多個有效的結果，且獲批為部分晚期肺癌的一線治療手段，但其治療反應率低，僅對44.8%甚或23%～30.2%的腫瘤PD-L1陽性的晚期肺癌患者有治療效果[11-12]。

2 晚期肺癌免疫治療的評價

2.1 晚期肺癌免疫治療的評價機制 如何從肺癌人群中篩選可從免疫治療中受益的群體，尋找可靠的免疫治療療效預測指標成為現階段的熱點問題。目前，研究多集中在生物預測標志物的尋找，主要包括腫瘤PD-L1表達水平、腫瘤浸潤淋巴細胞(tumor infiltrating lymphocytes, TILs)、干擾素(interferon-γ, IFN-γ)、腫瘤突變負荷(tumor mutational load)和錯配修復(mismatch repair deficiency, MMR)基因缺失。有研究[13]顯示，腫瘤PD-L1表達水平越高，患者對PD-1/PD-L1治療反應性越好。但是亦有部分研究顯示，PD-L1表達水平與療效無顯著相關，原因可能包括以下3點：第一，PD-L1在腫瘤組織中多表達在IFN-γ+T細胞浸潤的區域，表達不均一使取材準確性下降[13]；第二，不同研究受試人群的判定標準不同，PD-L1檢測試劑(尚無統一陽性標準)和方法存在差異[11,14]；第三，PD-L1的表達可能發生動態性和誘導性變化，多種細胞因子、化療及放療等治療均可誘導PD-L1表達[15]。

目前，我國尚未引進國際研究采用的PD-L1檢測試劑，且少數國內試劑公司推出的PD-L1檢測試劑盒的準確性有待驗證，缺乏中國人群PD-L1陽性閾值的研究數據。因此，臨床廣泛開展PD-L1檢測仍無法實現。其他生物標志物在中國人群的研究更少[9]。目前為止，在國內外尚無預測性指標能夠準確識別PD-1/PD-L1免疫治療的潛在受益人群[16]。

2.2 實體瘤療效評價標準

2.2.1 RECIST評價標準 目前，針對實體瘤療效評價，國際上頒布了多種評價標準，以2000年頒布的RECIST標準及2009年1月在歐洲腫瘤學雜志(EuropeanJournalofCancer, EJC)發表的RECIST 1.1修訂版廣為應用[17-19]。RECIST標準適用于傳統細胞毒性藥物直接作用于腫瘤細胞，誘導腫瘤細胞凋亡或直接殺死腫瘤細胞而引起腫瘤體積縮小的療效評價。而隨著肺癌個體化治療(以分子靶向治療為代表)及免疫治療的發展，傳統RECIST評價標準是否仍然適用引來很多爭議[20-22]。臨床發現許多靶向藥物作用于肺癌腫瘤細胞時，CT上表現密度減低或空洞形成而沒有大小的改變，且部分病灶周邊可因炎性滲出或腫瘤內出血而使病灶體積變大[23]。在肺癌免疫治療過程中，激活免疫應答反應需要一定時間，而此時腫瘤細胞可能繼續生長或免疫細胞聚集浸潤使得在治療反應前出現腫瘤暫時增大，該種現象稱為腫瘤的“假性進展”[24-25]。顯然，通過傳統的RECIST及其修訂版在現階段評價肺癌治療存在一定局限性。Wolchok等[26]在2009年，基于一項針對惡性黑色素瘤的免疫治療Ⅱ期臨床試驗研究，提出了實體瘤免疫治療療效評價標準(immune-related response criteria, irRC)，將新發病灶大小納入腫瘤負荷計算，并通過2個時間點的判斷確認腫瘤是否進展，但仍未考慮治療后不同腫瘤微觀結構的改變且存在腫瘤療效判斷的延遲性。

2.2.2 影像學評價與預測 隨著影像學及計算機科學技術的發展，功能影像及影像組學的不斷成熟，影像組學的不斷研究與應用，利用影像學評價和預測肺癌治療療效近年來逐漸被報道。

CT三維容積成像可對病灶進行任意層面和角度觀察，可直觀清晰地顯示肺癌病灶及其鄰近結構，描述征象。有研究[27]提示，利用三維容積測量可評估肺癌治療前后體積的變化，比RECIST標準中單一維度測量準確性更高。但在臨床測量中，對于直徑在1 cm左右或周邊伴磨玻璃密度的病灶，測量軟件精準性下降，測值受掃描過程中呼吸運動及采集參數等多種因素的影響，且RECIST標準尚未將容積變化指標納入指南[28]。CT灌注成像(CT perfusion imaging, CTP)在一次掃描中可獲得更多的血流動力學定量信息，從而直接或間接反映腫瘤微環境改變。有多項研究[29-30]表明，CTP可作為肺癌治療后療效評價的理想手段。但CTP亦有其局限性，如不同廠家灌注分析軟件提供的灌注參考值不同，掃描技術條件不統一均可影響結果的比較，為隨訪帶來諸多不便。CT紋理分析可通過量化病變或組織內部像素值，描述像素值的分布規律，提供不易為人裸眼識別的腫瘤乏氧、血管生成等微觀信息，可用來評價腫瘤的異質性，為NSCLC患者治療療效提供新的獨立預測因素[31]。有研究[32]通過CT紋理分析評價晚期肺腺癌對化療的治療反應。

Eric Deutsch團隊借助AI與影像組學，通過回顧性研究方法，建立基于CT圖像的人工智能算法，得到可預測PD-1抑制劑治療療效的人工智能平臺。該平臺可區分患者對免疫治療的響應程度，預測療效，其中被認為有效患者的中位生存期為24.3個月，比預測無效患者的中位生存期(11.5個月)提高了1倍以上[33]。該研究為免疫治療療效預測提供了新的方向，但目前還需臨床試驗來進一步驗證。

隨著高場強MRI設備的應用，呼吸觸發技術、心電門控技術等發展，胸部MRI的臨床應用成為可能。且隨著功能成像的發展，MRI已經邁入檢測分子水平改變的分子影像時代。目前，在肺癌療效評價與預測的研究與應用中主要包括彌散加權成像(diffusion weighted imaging, DWI)及動態增強MRI灌注成像(dynamic contrast enhancement MRI perfusion, DCE-MRP)。現階段，國內外運用DWI技術評估肺癌治療療效主要集中在傳統放化療方面。根據表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient, ADC)絕對值及ADC的變化值(ΔADC)對肺癌進行療效評價，研究結果[34-36]表明，治療后腫瘤ADC值升高，治療有效，且早期ADC值變化可預測患者的遠期預后。而DWI評價肺癌個體化治療的相關研究很少，有一項研究[37]顯示，部分緩解病例治療前ADC值偏低，治療后ADC值明顯升高，穩定病例與之相反，提示ADC值有望評估NSCLC靶向治療療效。基于非高斯擴散運動模型的DWI可以更好地反映水分子在組織內的真實擴散運動情況，治療前由于腫瘤細胞大量增殖，核漿比例高，水分子擴散明顯受限；當治療有效時，腫瘤細胞核漿比減低，表現為擴散運動增強，可在早期敏感地檢測到腫瘤治療前后的微觀改變[38]。國內有前期研究[39]采用DWI成像評估兔肺VX2腫瘤射頻消融術后療效，結果顯示，幾種模型DWI可在不同程度反映腫瘤細胞壞死凋亡為主的病理反應，且初步確定了評估時間點。作為另一種重要fMRI技術，DCE-MRP可反映組織血流灌注、微血管滲透性及腫瘤異質性等信息，現已用于頭部、乳腺等部位腫瘤的治療療效評估[40-42]。近年來，隨著MRI軟硬件的更新發展，有研究[40]將圖像配準技術、非剛性運動校正及MRI快速動態掃描技術應用于胸部DCE-MRP，用于評估肺癌放化療的療效評估與預測，提示經過配準和校正的晚期NSCLC動態增強圖像具有中度以上滿意的圖像質量，提高了計算準確性，得到了多個反映腫瘤灌注及滲透性的定量參數。Tao等[40]研究結果顯示，治療前具有高微血管滲透性(如高容量轉移常數-Volume transfer constant, Ktrans、高回流速率-Reflux rate, Kep)、高組織活性及低細胞壞死性(低血管外細胞外間隙容積分數-Extravascular extracellular volume fraction, Ve)的進展期NSCLC對于同步放化療的反應更好，另與腫瘤退縮率對比，DCE-MRP的滲透性參數對療效評價優于血流灌注參數。

PET/CT現在較多應用于肺癌治療療效的評價中，肺癌化療藥物的細胞毒性作用可在幾小時甚至幾分鐘內影響腫瘤對葡萄糖的利用，直接反映在PET標準攝取值(standardized uptake value, SUV)的變化上[43]。PET特異性受體顯像在肺癌個體化治療療效評價中也有望成為新的預測檢查手段[44]。Young等[45]在1999年首次提出采用18F-FDG PET評價實體瘤治療療效的EORTC(European Organization for Rearch and Treatment of Cancer, EORTC)標準。該方法采用SUV作為評價腫瘤療效指標，但其重復性差、變異大且沒有設置參考本底，缺乏定量化的要求。2009年，Wahl等[46]據此提出實體瘤療效PET評估標準1.0版本框架草案的PERCIST(PET Response Criteria in Solid Tumors, PERCIST)標準。

3 小 結

綜上所述，肺癌免疫治療可為晚期肺癌患者提供一個新的治療思路，但傳統RECIST標準在評價該類治療患者療效的作用有限，且如何識別肺癌免疫治療的潛在受益人群，這些都是免疫治療發展中需要面對和亟待解決的問題。影像學檢查手段多樣且各有優勢，尤其近幾年功能影像學快速發展，可在腫瘤體積發生變化前敏感地探測腫瘤細胞凋亡、微循環改變，且AI與影像組學可從圖像挖掘出更深層次的數據信息，對腫瘤進行分割，建立數學模型，來早期評價腫瘤治療療效，預測患者遠期預后，并可能在治療前篩選對免疫治療有效的患者，有望為晚期肺癌免疫治療療效評價提供新的診斷及預判思路。