综合基因变异及免疫微环境特征，构建Ⅰ期NSCLC术后复发风险预测模型

导读

手术切除是I期非小细胞肺癌 (NSCLC) 患者的标准治疗方法，然而术后仍有一定比例的复发转移风险，导致患者预后不佳。对于I期NSCLC患者，目前尚无有效的预后生物标志物和围术期治疗方法。尽管近年来，NSCLC围术期靶向和免疫治疗取得了突破性进展，但IB期NSCLC患者获益却不如II/IIIA期患者。更好的了解NSCLC基因组改变和免疫微环境特征，可能会为I期NSCLC围术期治疗找到新途径。

近日，中南大学湘雅二医院吴芳教授团队与世和基因合作，入组130例Ⅰ期NSCLC患者，通过NGS检测基因变异特征，免疫组化评估 PD-L1表达、CD3+和CD8+肿瘤浸润淋巴细胞 (TILs)水平，分析筛选与早期复发相关的标志物，并建立复发风险预测模型，有效识别高复发风险的Ⅰ期NSCLC患者（AUC达0.9以上），并为围术期治疗研究提供更多的临床依据。研究成果发表于Translational Lung Cancer Research (IF=6.498)。

专家简介

吴芳 副教授

湘雅二医院肿瘤中心

• 中南大学湘雅二医院肿瘤中心 副教授 硕士生导师

• 中南大学湘雅二医院科研部 副主任

• 肿瘤大数据智能化应用湖南省工程研究中心 副主任

• 湖南省优秀青年基金获得者

• 2020年、2022年美国临床肿瘤学会（ASCO）口头报告

• 第一/通讯作者在Lancet Oncology、JITC等杂志发表论文

• 主持国家级、省部级项目十余项

• 中华医学会肿瘤学分会青年委员会 委员

• 中国医师协会肿瘤多学科诊疗专委会 委员

• 国家远程医疗与互联网医学中心肺癌专委会 副主委

• 中国临床肿瘤学会（CSCO）青委会 常委

• 中国临床肿瘤学会（CSCO）非小细胞肺癌专委会 委员

• 湖南省医师协会肿瘤医师分会 常委兼青委会会长

• 湖南省医学会肿瘤康复与姑息治疗专委会青委会 副主委

• 湖南省医学会肿瘤学专业委员会肺癌学组 副组长

研究内容

本研究共纳入130例三年内复发或五年以上未复发的I期NSCLC患者（本地队列），探究术后复发预测标志物。文章首先进行了如下3个方面的分析探究：

1）分析患者临床特征与早期复发的相关性；

2）手术组织样本进行全外显子测序（WES），分析基因突变、拷贝数变异、肿瘤突变负荷 （TMB）以及肿瘤基因突变分数（TMS，依据基因变异分析结果构建）对I期NSCLC早期复发风险的影响；

3）评估和分析了PD-L1表达水平、CD3+和CD8+肿瘤浸润淋巴细胞 (TILs)，以及免疫评分（IS，根据CD3+和CD8+TILs的密度构建）与早期复发的关系。

上述标志物均在TCGA队列（n=97）进行了分析和验证。而后，研究通过logistic回归建立了综合的I期NSCLC早期复发风险预测模型，以70%本地队列患者作为训练集建模，剩余30%为验证集，评估模型预测性能。

研究结果

1、临床特征分析，I期肺腺癌患者的早期复发风险显著高于肺鳞癌

研究纳入的130例I期NSCLC患者中，早期复发组（三年内复发）69例（53.1%），无复发组（五年内无复发）61例（46.9%）。其中，肺腺癌（LUAD）患者占76.2%，肺鳞癌（LUSC）占23.8%。与 LUSC相比，LUAD的复发风险更高（p=0.008）。而其他临床特征，包括年龄、性别、吸烟史等均与早期复发无显著相关性。与本地队列一致，在TCGA数据集中，早期复发也与组织学类型显著相关，而与其他临床特征无关。

2、基因变异分析，MUC4突变、高TMB、高TMS与早期复发相关

基于WES检测的结果，对早期复发组和无复发组的基因突变、TMB、信号通路富集和拷贝数变异进行差异分析。单因素分析显示，本地队列中，MUC4突变和高TMB与早期复发风险相关（p=0.0008和<0.0001）（图1）。

图1 MUC4突变、TMB与早期复发风险相关

而后，通过Lasso回归分析（图2A、2B），确定了 11 个与早期复发相关的基因突变（图2C）：MUC4、KRTAP10-6、ZFHX4、TCF20、PRDM7、MEOX2、NPIPB5、FAM173B、ACP2、SCN5A、NSRP1，并利用74个本地队列样本构建了肿瘤基因突变分数（TMS）（图2D）。ROC曲线显示，TMS的AUC值高于MUC4突变和TMB（AUC = 0.869、0.717 和 0.671）（图2E）。本地队列中，早期复发组在I期NSCLC（p < 0.0001）、LUAD（p < 0.0001）和LUSC（p = 0.0028）中均显示出更高的TMS。与本地队列一致，TGCA队列中LUAD的早期复发组也表现出更高的TMS（p = 0.031）（图3）。

图2 Lasso回归选择早期复发风险相关基因并构建TMS

图3 本地队列和TCGA队列的TMS与早期复发风险的关系

3、免疫特征分析，IS与NSCLC早期复发风险显著负相关

研究评估了肿瘤中心（CT）以及浸润边缘（IM）的CD3 + 和CD8 + TILs水平，分析发现， 二者与早期复发呈显著负相关。研究进一步根据CD3 + 和CD8 + TILs的密度和浸润位置构建免疫评分IS（图4A），分析结果显示，IS0和IS4分别在早期复发组和无复发组中占最大比例（图4B、C），早期复发组IS更低（图4D），当IS ≥ 2时，复发风险降低。ROC曲线分析表明，IS比单独的CD3 + 或CD8 + TIL具有更好的预后价值（IS的AUC = 0.717；CD3 +或CD8 + T细胞均AUC < 0.7）（图4E）。

图4 本地队列的免疫特征与早期复发风险之间的关系

4、复发风险预测模型的构建和验证

本研究纳入了在单变量分析中具有统计学意义的四个因素（包括组织学类型、IS、TMS 和 TMB），以及有明确预后意义的因素肿瘤分期和分级，进行多因素分析。结果显示，低 IS（<2）和高TMS（<50%）（图5A）是I期 NSCLC早期复发的独立风险因素（IS p = 0.001，TMS p < 0.0001）。

而后，研究者将IS和TMS 整合到训练队列中构建复发风险模型（图5B），该模型在训练集中AUC为 0.935、HL检验 p = 0.2885（图5C、5D）。在验证集中AUC 为 0.932、HL检验 p = 0.5515（图5E、F）。

图5 logistic回归确定独立预测因子，并开发I期 NSCLC早期复发预测模型

结语

本研究通过基因测序和免疫组化，探究了临床特征、基因突变特征和肿瘤免疫特征与I期NSCLC早期术后复发风险之间的关系。研究发现高TMS和低IS是早期复发风险的独立预测因子，并整合TMS和IS构建了具有优异预测性能的早期复发风险预测模型。该研究为早期高复发风险患者的识别提供了一种新的生物标志物，并可能为围手术期治疗的转化研究提供依据。

参考文献

Chunhong Hu, Long Shu, Chen Chen, Songqing Fan, Qingchun Liang, Hongmei Zheng, Yue Pan, Lishu Zhao, Fangwen Zou, Chaoyuan Liu, Wenliang Liu, Feng-Lei Yu, Xianling Liu, Lijuan Liu, Lingling Yang, Yang Shao, Fang Wu. A prediction model integrated genomic alterations and immune signatures of tumor immune microenvironment for early recurrence of stage I NSCLC after curative resection. Transl Lung Cancer Res. 2022 Jan; 11(1): 24-42. doi:  10.21037/tlcr-21-751. 

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作者：XIXI   审核：杏仁儿露  排版：Moro

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基于ATG-Seq等液体活检技术的CALIBRATE系列多癌种围术期大型临床研究成果相继发表。2021年5月，前瞻性多中心早中期肠癌术后ctDNA MRD大型临床研究（CALIBRATE-CRC）发表于J Hematol Oncol（IF=17.388）；2021年9月，液体活检预测直肠癌新辅疗效的大型临床研究成果（CALIBRATE-RC-nCRT）发表于PLoS Med（IF=11.069）；2021年11月，前瞻性早中期肺癌术后ctDNA MRD大型临床研究成果（CALIBRATE-NSCLC）发表于Nature Comms（IF=14.919）

基于MERCURY多组学液体活检技术的DECIPHER系列多癌种早筛研究成果相继发表。2021年10月，大型肠癌早筛临床研究（DECIPHER-Colon）成果发表于J Hematol Oncol（IF=17.388）；2021年12月，大型肝癌早筛临床研究（DECIPHER-Liver）成果发表于Hepatology（IF=17.425）

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