免疫检查点抑制剂失效的8个标记
重点摘要
1、致癌基因和蛋白的影响
2、基因和表观失灵
3、缺少足够的或者适合的抗原
4、T淋巴细胞失活
5、肿瘤微环境缺少炎症反应
6、肿瘤免疫代谢失调
7、共生菌群的影响
8、宿主免疫反应不足
对于免疫效应的肿瘤，例如黑色素瘤和非小细胞肺癌，针对PD-1和CTLA-4的免疫检查点抑制剂这一革命性的疗法显著延长了患者的生存时间。然而免疫检查点耐药，是该疗法面临的最大挑战。美国癌症学会的一篇综述文章，总结了对免疫检查点耐药的近期研究成果，指出需要采用患者层面的多组学整合分析，才能更好的提升药效，并指导接下来的药物开放。
对免疫检查点抑制剂抗药性的研究，分为以下4个目标，首先是确认抗药性发生的模式，其次是定义每种独立的抗药性表型，三是在个体的抗药性机制和抗药表型之间建立映射，最终目标是对耐药表型进行整合性验证，以指导临床结果。
上图展示了癌症的转移和发展。中间指出目前的癌症治疗方式中，最有希望的免疫治疗，之后针对免疫治疗耐药的机制，设计了对应的检测方式，包括动物模型，显微镜影像，病理切片，计算模型，测序，代谢组等。之后针对免疫治疗抗药，结合生物标志物，基因调控网络，发生机制等，用于揭示新的药物靶点和治疗方法。未来的进展可能包含提供高度准确的预测能力，从而有可能识别出可能会对免疫治疗抗药的患者以便更有意义的治疗应用免疫治疗。
免疫治疗抗药的8个标记示意图
1）致癌基因和蛋白的影响
肿瘤微环境，以及肿瘤附近的正常组织，对抗原免疫反应有深远的影响。可能导致抗药反应的因素包括1）致癌信号合作2）排除CD8 T细胞3）诱导调节性 t 细胞(Treg)和髓源性抑制细胞(MDSC) 4）干扰抑制剂对干扰素信号通路和 PD-L1表达。对该因素，目前学界的了解是最欠缺的。
TCGA数据库，阐述了10个已知且典型的的肿瘤和其免疫微环境共进化中的致癌协作通路[1]。对相互排斥和共同发生的通路的探索表明了致癌基因的潜在影响可以协同性的促进治疗耐药以及免疫逃避。Kras 和 Myc 基因之间的致癌合作，在发炎的血管上会产生高度增殖的肿瘤。使用小鼠肺模型，也已证明条件性 KrasG12D 和诱导性 Myc 在免疫抑制的基质中，Myc 过度表达能够迅速清除肿瘤。致癌基因驱动的 t 细胞排除，可以关闭抗肿瘤免疫，与原发肿瘤和转移肿瘤中 t 细胞缺乏有关，这也是致癌基因造成影响的另一层面[2]。近年来，人们还发现了一种受体酪氨酸激酶(RTK)受体也属于原癌基因，RAS 信号通路通过稳定 PDL1 mRNA，可以上调肿瘤细胞 pd-l1的表达，从而与免疫抑制直接相关。
2) 基因和表观失灵
人类白细胞抗原抗原(HLA)的抗原呈现抗原是T 细胞介导的抗肿瘤反应的基础。肿瘤细胞可以通过减少表面的 HLA 蛋白(HLA 缺失)来进化以逃避免疫识别，从而导致免疫治疗失效。导致HLA 以及间接影响的抗原呈递通路APM通路上一部分基因或靶基因缺失，基因层面的改变，也包含表观层面的改变。例如对258个肿瘤的前瞻性研究，56% 的肺腺癌和78% 的肺癌鳞状细胞癌，由于HLA或APM区域的杂合性缺失（LON）有抗原呈递中断的迹象。B2M 等位基因在MHC-I抗原传递中起到关键作用，其杂合性的完全缺失，在免疫治疗抗药中经常出现。而B2M基因上肿瘤特异的表达，以及移码突变或杂合性缺失，在30%的免疫治疗抗药人群中被观察到。
在49% 至60% 的胃癌样本中，HLA 1型基因上的启动子会发生甲基化，相比来说，只有6-19%的临近正常样本会有该现象。HLA基因中，A、B、C区域及B2M基因的表达，收到DUX4转录因子的调控，因此DUX4上的变异，会导致 IFNg 反应性的减少和MHC表达量的降低[3]
然而更大样本量的荟萃分析中，却没有发现HLA型别，HLA杂合性及HLA缺失和免疫治疗耐药相关。对此，需要捕捉所有导致HLA表达下调的因素，从而准确地评估他们对免疫治疗结果的影响，设计策略来逆转或组织免疫治疗抗药的发生。此外HLA缺失指出了NK细胞在肿瘤发生中发挥的作用，NK细胞检测人类白细胞抗原在感染或转移的细胞中丢失 i 类表达并启动靶细胞杀伤。因此HLA缺失的细胞，会演化出对NK细胞的耐药。而探索以 NK 细胞为基础的治疗方法可以延长免疫治疗有效的的时间。
3）缺少足够的或者适合的抗原
T细胞对癌细胞的有效杀伤，不止需要抗原呈递，还需要免疫上合适的抗原，以足够数量产出。因此抗原适合性和抗原逃逸可以造成免疫治疗抗药。对肿瘤抗原表达的全面映射，能够促成识别出具有那些特征的抗原，能够对免疫检查点抑制剂导致的肿瘤免疫力。使用肿瘤浸润淋巴细胞(TIL)的继承性转移研究表明，T细胞为一个显性的新抗原而富集可以推导出转移性癌症患者的对免疫治疗的效应程度。一个抗原适合程度基线，更好地定义新抗原和他们的作用，最大化抗肿瘤免疫力，并预防或逆转免疫治疗耐药性，最终有可能改善临床结果。
4) T淋巴细胞失活
T 细胞介导的抗肿瘤免疫反应是免疫治疗成功的关键，而其功能丧失，在免疫治疗抗药中发挥了关键作用。在慢性病毒感染和恶性肿瘤的环境中，经由慢性抗原暴露，免疫检查点受体表达的上调，以及T细胞的不完全启动，耗竭的T细胞逐渐失去其功能。免疫治疗中，阻塞Pd-1通路的药物，反而会加速肿瘤特异性 T细胞的衰竭过程，导致对免疫治疗的抗药。对此，一个关键的问题是功能失调的T细胞是否可以通过表观遗传被重新编程或选择性地删除，以腾出空间给新的T细胞，从而避免T细胞失活。
除了同源肽 -MHC 复合物，CD28-CD80/86介导的共刺激作用参与是T 细胞活性的关键。T细胞失活和低反应性有关的转录调节因子(Batf，Egr1，Prdm1，Ptpn11，Ptpn12，Dusp1），以及抑制性细胞表面受体(Pdcd1，Lag3，Cd160和 Ctla4）都被会在肿瘤转移后一到2天过表达，而这样过度的响应最终会加速免疫治疗抗药。
位于组织中的T记忆细胞，是抗肿瘤免疫和免疫治疗抑制剂的重要介质。理解CD8p T记忆细胞产生和维持对抗肿瘤的记忆所需的机制和条件，对提高免疫疗法的疗效是至关重要的，特别是如果免疫记忆可以产生持久的效果。一个有成效的和长期的抗肿瘤免疫反应可能涉及多个免疫细胞的协同作用。因此充分了解 T细胞记忆的产生和持续，将有可能帮助我们更好地选择适合免疫检查点抑制剂治疗的患者。通过评估肿瘤免疫反应的质量，深度和持续时间，可预测免疫治疗的耐药性。
5) 肿瘤微环境缺少炎症反应
在肿瘤微环境的视野上，发炎的肿瘤被称为热的，而缺少免疫或免疫排除的情况，例如肿瘤微环境中缺乏功能性效应T细胞，这种情况被称为冷的。因而维持免疫治疗的响应，需要阐述肿瘤炎症反应发生或缺乏的机制。失活的T细胞的运输和浸润，与 pd-l1的表达一起，妨碍了肿瘤组织必要的炎症反应，而炎症反应正是免疫治疗有效的必要条件。
6)肿瘤免疫代谢失调
免疫代谢是一个具有局部和全身影响的核心过程，可能直接或间接地调节对免疫检查点抑制剂治疗的响应和耐药。对免疫检查点的阻断，导致糖醇解的减少，以及T细胞功能的增加，这表明关键的代谢介质ATP和NADþ以及控制其分解代谢的外酶可能在影响免疫治疗耐药中发挥关键作用。4-1BB共刺激可以通过增加线粒体质量和细胞毒性T细胞的呼吸能力来提高PD-1抑制剂的转移能力和活性。针对这样潜在的代谢靶点的免疫代谢重编程药物，通过和免疫治疗结合，可以促进免疫激活，加强免疫反应持久性，并可能避免免疫治疗耐药。从浸润的 t 细胞的肿瘤细胞中识别特征也可以利用免疫代谢的异质性避免免疫治疗抗药。
7)共生菌群的影响
人体共生菌群是一种复杂的微生物群落，它对人体的新陈代谢、免疫、寄主的荷尔蒙和体内平衡功能等生理功能有重要影响。小鼠模型和人类研究强调了肠道菌群和肿瘤微生物群对抗癌疗法的潜在临床反应。通过对粪便样本的宏基因组测序，可以找到和免疫治疗耐药相关的微生物标志物。目前正在对转移性黑色素瘤(148例)、肾脏(149例)和肺癌(142例)的样本进行评估。例如抗 CTLA-4抗体导致了脆弱类杆菌属(B.fragilis)和伯克霍尔德科(Burkholderiaceae)属的相对丰度增加。
8)宿主免疫反应不足
宿主的系统免疫，不仅包含T细胞发挥的功能，在原发性及之后的肿瘤转移中，发挥着不可获取的作用。为了更好地理解系统免疫在癌症发生中起到的作用，一个纵向的系统生物学方法建立大数据量的健康和癌症人群的免疫功能队列。通过检测免疫细胞的分布变化，以及T细胞监测功能的减少，可以评价老年人系统免疫的降低。相关基因上特定的SNP位点，例如与rs2282055/PDL1的T/T基因型相比，G/G和G/T基因型，肿瘤加速生长的风险更高。
总结来看，免疫耐药性是由多种、复杂、相互关联和不断进化的机制驱动的。该研究强调了系统地研究免疫耐药性并将数据集集成到一个框架中的重要性，该框架将使我们能够识别通常会干扰患者对免疫检查点抑制剂治疗的响应和耐药性模式。文中概述的具体的问题，如果应用多组学分析得到回答，将大大扩展我们对免疫耐药性的看法，并可能产生可用于临床实验的假设。
鉴于生成、分析和集成这些数据集所需的资源，确保对数据的广泛且开放的访问至关重要。从技术上讲，我们需要数据存储、数据共享和分析基础设施来集成这些数据，以推进数据整合。学界需要一个全领域的肿瘤学研究框架，在所有部门之间进行稳健的协调和数据共享，以建立一个数据驱动的“实时”免疫治疗耐药框架。该框架可在临床场景中进行系统性地测试、分析和迭代。虽然最初很困难，这一框架将极大地为未来的研究提供方向，并规划实现提高癌症患者生存率的这一目标的可行路径。
参考文献：
[1] Sanchez-Vega F, Mina M, Armenia J, Chatila WK, Luna A, La KC, et al. Oncogenic signaling pathways in The Cancer Genome Atlas. Cell 2018;173:321–37.
[2] Kortlever RM, Sodir NM, Wilson CH, Burkhart DL, Pellegrinet L, Brown Swigart L, et al. Myc cooperates with Ras by programming inflflammation and immune suppression. Cell 2017;171:1301–15.
[3] Chew GL, Campbell AE, De Neef E, Sutliff NA, Shadle SC, Tapscott SJ, et al. DUX4 suppresses MHC class I to promote cancer immune evasion and resistance to checkpoint blockade. Dev Cell 2019;50:658–71.
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