PD-1/PD-L1免疫檢查點抑制劑抗腫瘤療效預測中腫瘤相關生物標記物和HPD預測因子的應用

李陽，默峰，王濤，周曄，鄧新娜，李慶霞

1 河北省人民醫院腫瘤科，石家莊 050051；2 河北省人民醫院神經外科；3 河北醫科大學第一醫院腎內科

程序性死亡受體1（programmed death 1，PD-1）是CD28 超家族中重要的免疫抑制分子，由人PDCD1 基因編碼，在腫瘤壞死因子的刺激下其表達增強。PD-1 的主要配體為程序性死亡配體1（programmed death-ligand 1，PD-L1）、PD-L2。近年來，以PD-1/PD-L1 抑制劑為代表的免疫檢查點抑制劑（immune checkpoint inhibitors，ICIs）是腫瘤治療領域的研究熱點。目前，PD-1/PD-L1 抑制劑已被美國食品藥品監督管理局（FDA）批準用于一二線抗腫瘤治療中。黑色素瘤［1］、頭頸部癌［2］、乳腺癌［3］、非小細胞肺癌［4］等多種腫瘤組織及腫瘤浸潤型淋巴細胞中均可檢測到PD-L1表達。ICIs的治療原理為阻斷PD-1與PD-L1 的結合，使T 細胞恢復殺傷腫瘤細胞的活性［5］。目前接受PD-1/PD-L1 抑制劑單藥治療的腫瘤患者總體客觀緩解率（objective response rate，ORR）僅為10%～40%，甚至部分患者在PD-1/PDL1 抑制劑治療后出現疾病的超進展（hyperprogressive disease，HPD）［6-7］。

因此在PD-1/PD-L1抑制劑治療之前，對療效預測相關的生物標志物進行檢測，篩選潛在的治療獲益人群，避免無效治療及經濟損失十分重要。某些生物標志物表達水平越高，患者臨床獲益越多。臨床研究中通常把與療效正相關的這類生物標記物稱為正向生物標記物［16］。有的生物標志物高表達可導致PD-1/PD-L1抑制劑治療療效差或腫瘤耐藥時，將該生物標記物稱之為PD-1/PD-L1 抑制劑治療相關的負向生物標記物。此外還有部分生物標志物提示PD-1/PD-L1 抑制劑治療中出現疾病超進展（HPD）的肯能性大，稱為免疫療效超進展預測因子，如EGFR、ALK、MDM2/MDM4 等。根據療效生物標志物對PD-1/PD-L1抑制劑療效不同的預測作用，分類進行綜述如下。

1 正向生物標志物在PD-1/PD-L1 抑制劑治療效果預測中的應用

最新研究認為，PD-L1、微衛星高不穩定性（microsatellite instabil-ity-high，MSI-H）/錯配修復缺陷（deficient mismatchrepair，dMMR）、腫瘤突變負荷（Tumor Mutational Burden，TMB）、瘤浸潤淋巴細胞（TILs）等可能是PD-1/PD-L1 抑制劑療效相關的正向生物標志物。

1.1 PD-L1 PD-L1是目前臨床應用最廣泛的預測腫瘤免疫治療效果的標記物之一。FREEMANKELLER 等［8］研究發現，高表達的PD-L1是惡性黑色素瘤患者治療后總生存率低的獨立危險因素。FUCHS 等［9］在KEYNOTE-059 研究中發現，相較PDL1 表達陰性的腫瘤患者，接受派姆單抗治療的二線晚期胃癌及胃食管連接處癌患者中，腫瘤或間質細胞中PD-L1陽性的患者治療效果更好。表皮生長因子受體（EGFR）或漸變性淋巴瘤激酶（ALK）陰性的晚期或轉移性非小細胞肺癌患者中，PD-L1 表達≥1%且EGFR 或ALK 突變陰性的晚期/轉移性非小細胞肺癌患者接受單藥派姆單抗治療總生存期顯著長于化療組［10］。MITTENDORF 等［11］研究發現，與非三陰性乳腺癌組織比較，三陰乳腺癌組織標本中PDL1 mRNA 的相對表達量高，后續進一步研究提示，PD-L1 三陰性乳腺癌獨立的預后預測因子。既往研究中，多采用免疫組織化學（immunohistochemis-try，IHC）法檢測腫瘤組織PD-L1，部分研究者認為，IHC檢測結果為PD-L1 表達陰性，也并不意味著患者對PD-1/PD-L1抑制劑的治療無效。

PD-L1 陰性表達的腫瘤患者也可通過免疫相關藥物治療獲益。VOKES 等［12］比較了Nivolumab、多西他賽治療晚期鱗狀細胞肺癌和非鱗非小細胞肺癌的臨床效果后發現，即使腫瘤組織中PD-L1 陽性表達率低于1%，與多西他賽編校，nivolumab 治療的患者中位OS 更長。猜測其可能原因為，PD-L1 的表達在不同腫瘤類型、不同部位中存在異質性，而治療方式及疾病進展不同，可能也會影響PD-L1 的表達。不同的檢測抗體、設定的陽性閾值以及檢測平臺的差異也會影響檢測結果。PD-L1 不僅在腫瘤細胞中表達，在免疫細胞中也表達，而多數IHC檢測忽略了免疫細胞表達，且在免疫治療的過程中PD-L1 的表達也會發生變化。但現有的研究普遍顯示，PD-L1陽性率較高的患者應用PD-1/PD-L1 抑制劑治療效果較好，獲益時間更長，因此PD-L1是目前臨床上常用PD-1/PD-L1抑制劑療效的正向生物標志物。

1.2 MSI-H/dMMR MMR 的主要功能是糾正DNA復制中出現的錯誤，確保復制過程的保真性，但啟動子的超甲基化、移碼突變等，使錯配修復蛋白表達缺失導致MSI-H/dMMR。存在MSI-H/dMMR 的患者可能從PD-1/PD-L1抑制劑中獲益，約15%的結直腸癌患者基因檢測結果為MSI-H 型［13］。ASAOKA 等［14］首次報道，對存在MMR 的腫瘤患者采用Pembrolizumab 治療，25 例患者有16 例（57%）出現治療相關反應，另9 例患者（32%）病情穩定（SD）。2017 年Pembrolizumab 成為在美國獲批的首個抗PD-1 藥物，提示MMR 狀態可預測Pembrolizumab 的臨床療效。HAUSE 等［15］通過基因組測序分析了多個腫瘤的5 930 個基因組后發現，其中14 種惡性腫瘤組織存在MSI-H，結直腸癌、胃癌及子宮內膜癌組織中MSI-H 頻率顯著高于其他腫瘤，但占惡性腫瘤患者的比例仍然較小。目前臨床上普遍認可胃、結直腸惡性腫瘤患者，腫瘤組織中MSI-H/dMMR 的患者應用PD-1/PD-L1抑制劑療效更好，獲益率更高。

1.3 TMB TMB 為腫瘤基因組中平均1Mb（100 萬個堿基）范圍內所含體細胞突變的數量。TMB 越高，說明人體內可以被免疫細胞識別的突變新抗原越多，免疫反應越容易被激活。TMB 高的肺癌、腸癌和黑色素瘤患者對PD-1/PD-L1 抑制劑治療的響應率更好或臨床收益更高。RIZVI等［16］研究顯示，高突變負荷非小細胞肺癌患者更容易從PD-1/PD-L1抑制劑治療中獲益。YARCHOAN 等［17-18］研究發現，肺癌、直腸癌及肝癌等多種惡性腫瘤的患者均接受PD-1/PD-L1抑制劑治療，治療前患者TMB與ORR呈顯著正相關。HELLMANN 等［19］采用Nivolumab 聯合Ipilimumab 治療了晚期或復發性非小細胞肺癌患者，結果發現，高TMB的腫瘤患者較低TMB患者的中位PFS更長。一項Ⅲ期KEYNOTE-158研究分析了Keytruda（pembrolizumab）治療進展期實體瘤患者療效與TMB 的關系，結果發現Keytruda 單藥對于非tTMB-H（＜10 mut/Mb）患者，客觀緩解率（ORR）僅為6.7%，而tTMB-H患者的ORR可以達到30.3%。

1.4 TILs 腫瘤組織中PD-1/PD-L1 的表達分為誘導表達和固有表達兩種［20］。TILs 分泌的IFN-γ 等細胞因子能誘導腫瘤細胞PD-1/PD-L1表達，提示腫瘤中PD-1/PD-L1表達與TILs存在有關。TUMEH等［21］建立了CD8+TILs 表達與PD-1/PD-L1 免疫抑制劑療效的預測模型，檢測患者腫瘤侵襲邊緣及腫瘤內部CD8+TILs 表達與PD-1/PD-L1 免疫抑制劑治療療效的相關性，結果發現與治療無效患者比較，PD-1/PD-L1 免疫抑制劑治療有效的患者腫瘤邊緣及內部CD8+T 細胞數量明顯增高，且腫瘤內部的CD8+T 細胞與腫瘤退縮程度呈正相關。URYAEV 等［22］研究發現，在惡性黑色素瘤及非小細胞肺癌中CD4+和CD8+TILs 豐度與PD-1/PD-L1 抑制劑治療后的反應率均呈正相關。但當CD8+TILs計數≥1 900/mm2時在非小細胞肺癌患者中PD-1/PD-L1 抑制劑治療療效遠不及惡性黑色素瘤，提示在不同腫瘤中TILs的PD-1/PD-L1免疫抑制劑療效預測作用可能存在差異。

1.5 其他 隨著腫瘤免疫治療的迅猛發展，對于分子標記物的探索越來越多。POLE、POLD1、KRAS、TP53、CDK12、ARID1A 和ARID1B 等基因均可能是PD-1/PD-L1免疫抑制劑療的正向預測生物標志物。

POLE和POLD1基因均參與DNA的復制及損傷修復，如若發生突變可能會引起修復功能的缺失，導致損傷DNA 積累，進而使腫瘤突變負荷增加，因此POLE 和POLD1基因突變的患者可能從PD-1/PD-L1抑制劑治療中獲益。KRAS或TP53基因突變可能會導致PD-L1的表達增加，CD8+T細胞浸潤增加及腫瘤免疫原性增強。CHEN等［23］研究發現，KRAS突變可以通過p-ERK 信號誘導肺腺癌中PD-L1 的表達。KRAS 或TP53基因突變也可能是正性預測生物標志物。

CDK12 基因的雙拷貝缺失基因型的腫瘤中可能含有更多的免疫細胞，其細胞表面新生抗原也相對多，更易被免疫系統識別并清除，因此能更好地對PD-1/PD-L1抑制劑治療作出反應。

7%的非小細胞肺癌患者攜帶ARID1A 突變，4%患者攜帶ARID1B 突變。進一步研究發現，存在ARID1A、ARID1B 突變的非小細胞肺癌患者對PD-1/PD-L1 抑制劑治療的反應更好，提示ARID1A 和ARID1B 突變有可能作為晚期非小細胞患者對免疫抑制劑敏感性的新型生物標志物［24］。

2 負向生物標志物在PD-1/PD-L1 抑制劑抗腫瘤治療效果預測中的應用

調節性T 細胞（Regulatory T cells，Tregs）、β2-微球蛋白（B2M）及JAK1 基因可能是PD-1/PD-L1 抑制劑抗腫瘤治療效果預測的負性標志物。它們的高表達提示患者應用PD-1/PD-L1 抑制劑抗腫瘤治療效果較差。篩選PD-1/PD-L1 抑制劑治療相關的負向生物標志物，有助于臨床醫師在PD-1/PD-L1抑制劑治療前篩選不獲益人群，保證患者的有效治療時間，提高患者預后。

Tregs 是調控免疫反應性的一類T 細胞亞群，可通過抑制腫瘤微環境參與腫瘤的免疫逃逸，降低免疫治療的效果，可作為PD-1/PD-L1抑制劑抗腫瘤治療的負向標志物。Tregs 細胞可通過分泌IL-10、TGF-β 等負性免疫調節因子，發揮免疫抑制作用。高表達的IL-10 可抑制腫瘤細胞中APC 的浸潤、分化、成熟以及對抗原的趨化反應，使細胞毒性T淋巴細胞（CTL）處在免疫無能狀態［25］。Treg 細胞同時可促進TGF-β 的分泌，抑制NK 細胞及CTL 的活性、抑制Teff 細胞分化為Th1 和Th17 細胞，促進T 細胞的耗竭［26］。研究發現，接受PD-1/PD-L1抑制劑治療的黑色素瘤、肝癌、腎細胞癌患者中，Tregs細胞水平與患者預后均呈負相關，即Tregs 細胞水平越高，患者應用PD-1/PD-L1抑制劑治療效果越差［27-29］。

B2M、JAK1、PTEN 基因可能也是PD-1/PD-L1抑制劑抗腫瘤治療效果預測的負性標記物。B2M蛋白與HLA 形成及運輸至細胞表面相關，該基因發生缺陷導致CD8+T 細胞的識別降低，可能導致患者出現PD-1/PD-L1抑制劑耐藥。

JAK1或JAK2的繼發突變可能通過介導腫瘤細胞對干擾素敏感性降低，導致患者對免疫治療的出現耐藥。PTEN 蛋白的缺失可能引起T 細胞腫瘤浸潤降低、T 細胞擴展受到影響，影響PD-1/PD-L1 抑制劑的治療效果。

3 HPD 的預測因子在PD-1/PD-L1 抑制劑抗腫瘤治療效果預測中的應用

在臨床工作中，部分患者在應用PD-1/PD-L1抑制劑治療后效果較差或耐藥，9%左右的腫瘤患者在接受免疫治療后出現HPD。目前免疫治療后患者出現HPD 的具體作用機制尚不明確。但臨床工作中發現部分基因突變可能導致患者應用PD-1/PDL1 抑制劑后出現HPD，其中EGFR、ALK、MDM2/MDM4等基因的作用機制相關研究較深入。

3.1 EGFR 突變或ALK 重排 EGFR 突變或ALK重排可能影響PD-1/PD-L1抑制劑的療效，約20%的存在EGFR 突變或ALK 重排的腫瘤患者發生HPD。RAMALINGAM 等［30］對PD-L1≥50%的非小細胞肺癌患者采用pembrolizumab 治療，亞組分析結果顯示，存在EGFR 突變的非小細胞癌患者中位OS 顯著低于EGFR 野生型患者，EGFR 突變陽性的患者腫瘤組織中PD-L1表達水平及CD8+TILs浸潤數量均少于野生型患者。LIU 等［31］研究發現，存在EGFR 或ALK基因突變的腫瘤患者PD-L1+/CD8+相對較低。Nivolumab 治療后的EGFR 或ALK 突變的腫瘤患者PFS及5年生存率低，甚至部分患者出現HPD。

3.2 MDM2/MDM4擴增 KATO等［32］研究發現，155例接受免疫檢查點抑制劑治療的腫瘤患者中，6例患者治療失敗時間TTF＜2個月，其中攜帶MDM2/MDM4擴增的患者中67%（4/6）發生HPD。可能作用機制為免疫抑制劑可促進干擾素調節因子-8 的表達，通過JAK-STAT信號傳導與MDM2啟動子結合，進一步導致MDM2 擴增過表達。MDM2/4 的擴增可能是PD-1/PD-L1抑制劑治療后出現HPD的預測因子。

此外，DNMT3A 失活突變、BRCA2 突變也可能是PD-1/PD-L1 抑制劑治療后出現疾病超進展（HPD）的預測因子。

綜上所述，PD-L1、MSI-H/dMMR、TMB 等PD-1/PD-L1抑制劑療效相關的正向預測因子，Tregs、B2M等PD-1/PD-L1 抑制劑療效相關的負向預測因子，EGFR、ALK、MDM2/MDM4 等PD-1/PD-L1 抑制劑治療后HPD 的預測因子，均可作為PD-1/PD-L1 抑制劑療效預測的生物標記物。但上述的療效預測生物標記物往往并非單獨發揮作用，不同生物標記物在腫瘤標本或血液標本中相互作用。有研究［33］證實，PD-L1 對免疫性T 細胞的強化效應和TMB 共同決定PD-1/PD-L1 抑制劑的療效。多個預測生物標記物的聯合應用才能更好地篩選出免疫檢查點抑制劑治療的優勢人群，使患者臨床獲益最大化。VILAIN等［34］分析了接受抗PD-1 抑制劑治療的黑色素瘤患者治療前、治療2 個月內以及進展后PD-L1 的表達豐度和相關免疫細胞的變化。研究發現隨著治療的進行，PD-1 的表達豐度在不斷變化，因此，有些生物標記物只有實時監測才能真正實現療效預測。最新研究［35］發現，腫瘤微環境中特定淋巴樣細胞的存在和相對平衡，包括T 細胞活化、記憶和調節和NK 細胞亞群，可更好反應免疫抑制劑的治療敏感性。對外周血中這些細胞亞群的分析作為更易獲得和均質的樣本可能有助于有關免疫檢查點抑制劑療效快速預測的臨床決策。今后應進一步進行聯合生物標志物檢測，建立多維度綜合預測模型，探索其在PD-1/PD-L1 抑制劑治療效果預測中的作用，以期找到更加高效、精確的生物標志物。