【Nature Medicine】从基因组学视角聊聊和肿瘤免疫相关的事

近几年来，免疫治疗在多个复发或难治性的恶性肿瘤中展现出强尽的治疗效果，凭借实力再次夺得关注，带来了满满的希望！但同时免疫疗法也带来了一系列问题，例如：如何筛选有效人群？如何判断假性进展和超进展？如何让患者长期获益？如何处理不良反应……

为了更加接近真相，科研者们尝试从基因组学角度来揭示免疫应答的分子机制，包括抗原形成和T细胞识别的分子机制（图左）和促进肿瘤逃逸及诱导免疫抑制细胞的募集机制（图右）。

今天，小编为大家整理了目前免疫治疗所关联的基因组特征。敲黑板！请看知识点：

一．肿瘤表位和突变

1. 肿瘤的突变可能会产生新抗原，如果这些新抗原被递呈给免疫系统，机体会对癌细胞产生适应性的免疫应答，而免疫检查点抑制剂可以加强这种适应性免疫应答。
2. 在黑色素瘤和非小细胞肺癌的研究中发现，具有较高的新抗原负荷患者经CTLA-4和PD-1治疗后有效。
3. 研究发现在头颈癌、尿路上皮肿瘤，肺癌中，肿瘤的突变负荷会影响检查点抑制剂的疗效，并影响临床结局，因此，一些研究尝试设定突变负荷的阈值来预测治疗效果。但在一些癌种中并未观察到突变负荷与检查点抑制剂疗效的关联（如霍奇金淋巴瘤、肾细胞癌，以及病毒介导的肿瘤等）。
4. 虽然较高的突变负荷和新抗原负荷会增加T细胞对肿瘤产生应答的可能性，但仍依赖于T细胞可以识别的特异性新抗原。
5. 主克隆（突变）新抗原可能存在于大多数的肿瘤细胞中，肺癌和黑色素瘤的研究中发现主克隆新抗原对PD-1和CTLA-4的治疗更加敏感，而没有响应的患者存在很多亚克隆产生的新抗原，还需进一步的临床标志物验证。
6. 除了肿瘤产生的新抗原，生殖细胞产生的抗原表达于正常的生殖组织，它们由非突变的self肽段组成，诱导不完全的T细胞耐受，从而促进肿瘤免疫逃避。

二．抗原递呈

1. HLA通路的改变。

人类白细胞抗原基因(HLA，其中的HLA-A, HLA-B,HLA-C编码MHC I类蛋白)，可以将肿瘤细胞表面的新抗原呈递给TCR，而β-2微球蛋白(B2M)基因的作用是使将其稳定在细胞表面。

• HLA基因的突变、HLA等位基因多样性的丧失或HLA表达的改变会降低对检查点抑制剂的响应。
• HLA的LOH也会导致免疫逃逸。
• 编码RNA结合蛋白的基因MEX3B，其高表达会导致HLA-A下调，与黑色素瘤中的原发耐药和抗PD1治疗有关。
• B2M突变和杂合性丧失被证明是黑色素瘤患者对CTLA-4和PD-1抑制剂的原发耐药和获得性耐药机制。

2. IFN-r通路的改变。

• 当T细胞识别到新抗原被激活后，会释放IFN-r，IFN-r与肿瘤的IFN-r受体结合会触发JAK-STAT信号通路，增加PD-L1和MHC分析的表达。
• IFN-r通路中拷贝数的改变或基因改变也被认为是检查点抑制剂的耐药机制。

三．PDL1的扩增和调控

1. PDL1扩增

• 染色体9p24.1区段涵盖了PDL1,PDL2,JAK2。 JAK-STAT信号的增强和PD-L1过表达有助于提高复发或难治性非经典霍奇金淋巴瘤的抗PD-1应答率。
• PDL1过表达在T细胞非霍奇金淋巴瘤中出现较差的预后，这一发现说明：不能在由T细胞驱动的肿瘤中使用PD-1阻滞剂。
• PDL1在实体瘤中的扩增率为0.7%，主要富集在肝细胞胆管癌、头颈部鳞状细胞癌、鼻咽癌、未分化软组织肉瘤、肾肉瘤样肉瘤、甲状腺间变性癌，且PDL1扩增的肿瘤并不总是出现PDL1的高表达。

2. PDL1调控

• 最近研究发现，CDK4和SPOP可以调控PDL1蛋白的丰度，进而增强PD1抑制剂治疗的应答。
• 单倍体遗传筛选和CRISPR-Cas9敲除实验发现，CMTM4和CMTM6可以减少肿瘤患者的PD-L1蛋白泛素化，增强了T细胞的抑制作用，仍需在临床试验中进一步验证。

四．DNA修复和突变特征

1. 错配修复缺陷和其他DNA修复改变

• 错配修复缺陷已成为免疫检查点响应的一个可靠指标。相关基因MLH1、MSH2、MSH6和PMS2会导致DNA复制错误和大量的突变，产生免疫原性新抗原，这些新抗原会被T细胞识别和靶向。
• 其它DNA修复基因POLE也会影响PD1抑制剂疗效。

2．突变特征

突变的类型不同，会引起的不同突变进程，进而影响免疫检查点抑制剂的疗效。

• 具有吸烟signature的患者经检查点抑制剂治疗后具有较高的缓解率。
• 在膀胱癌和头颈癌中，具有APOBEC signature的患者倾向于在抗PD1治疗的患者中获益。

五．致癌的信号通路

1.致癌基因和抑癌基因

• 抑癌基因STK11(也称LKB1)的失活与肺腺癌的肿瘤浸润淋巴细胞减少有关，且该基因失活的患者对免疫检查点抑制剂响应差。
• 抑癌基因PTEN的缺失与免疫抑制因子的增加、T细胞浸润的减少有关，在黑色素瘤和子宫平滑肌肉瘤患者中，该基因的缺失与PD-1抑制剂治疗后较差的响应有关。
• 致肿瘤基因的改变（如WNT/β-catenin和TGF-β）与瘤内免疫阻隔以及检查点抑制剂的耐药相关。

2.克隆驱动基因的改变

• 在EGFR突变的非小细胞肺癌中，其抗PD-1/PD-L1治疗的响应率低。
• 同时具有TP53和KRAS突变的肺癌患者经PD-1抑制剂的治疗有更好的效果。

六．转录特征和肿瘤微环境

1．免疫浸润和基质信号

• CD8A, EOMES, GZMA, GZMB 和IFNG的高表达反应了T细胞的效应和IFN-γ通路的活性。在非小细胞肺癌和转移性肾细胞癌患者中，这些基因的高表达可以提高PD-L1抑制剂治疗的生存率。
• 由18个基因组成的T细胞炎症基因表达谱可以预测抗PD-1免疫治疗的疗效。
• 转录组分析发现肿瘤微环境中基质和内皮成分与免疫检查点治疗的耐药有关。

2. 细胞功能障碍和阻隔

• 通过转录组数据可以预测冷肿瘤中的T细胞阻隔和热肿瘤中的T细胞失调，进而来预测免疫检查点抑制剂的疗效。
• 单细胞的转录组测序可检测特定肿瘤亚群的耐药机制，如癌细胞、免疫细胞和成纤维细胞等。

七．T细胞的功能性和异质性

1. T细胞的寡克隆性

• 在黑色素瘤中对TCR的CDR3区域β链测序来评估寡克隆性，寡克隆性的增加反应了患者对PD-1有更好的应答。

2. 细胞的耗竭性和多能性

• 在小鼠的模型中发现，当CD8 + PD-1 +的机体遭受慢性感染或癌症一段时间之后，部分T细胞逐渐失去效应功能，记忆T细胞特征也开始缺失，T细胞会进入功能耗竭的状态，这种亚群称为耗竭性T细胞，耗竭性T细胞的特征是不表达CXCR5或TCF7但表达TIM-3，这类T细胞并不会对PD-1/PD-L1免疫检查点抑制剂出现响应。另一类T细胞亚群称为多能性T细胞，这类亚群的特点是表达CXCR5或TCF7不表达TIM-3，这类T细胞亚群会提高T细胞效应，对PD-1/PD-L1治疗出现应答。

八．染色质修饰基因

• 编码PBAF SWI-SNF染色质调节复合物的PBRM1基因失活，会影响免疫检查点抑制剂的效果。对肾细胞癌患者的研究中发现PBRM1缺失突变的临床获益主要是对于接受VEGF抑制剂治疗的患者，而不是接受抗PD-1/PD-L1作为一线治疗的患者。

九．其它的高发遗传突变

• SERPINB3/ SERPINB4基因突变的黑色素瘤患者在经CTLA-4治疗后有更长的预后。
• 拷贝数变异与免疫检查点抑制剂的疗效相关，在黑色素瘤患者中，发现有更高拷贝数负荷的患者经抗CTLA-4治疗后生存效果更差。

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大家若想详细了解每个知识点的研究，可去原文中搜索对应的参考文献：

Keenan T E, Burke K P, Van Allen E M. Genomiccorrelates of response to immune checkpoint blockade[J]. Nature medicine, 2019:1