中国临床肿瘤学进展·2019
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肺癌免疫治疗的耐药机制及研究进展

程颖 张良 柳菁菁 张爽
吉林省肿瘤医院
免疫检查点抑制剂的出现带来了肿瘤治疗的革命性突破,迅速成为研究热点,在肺癌领域成功实现了从后线治疗、一线治疗到局部晚期巩固治疗的跨越,在早期肺癌的新辅助和辅助治疗中也初现端倪,形成肺癌治疗新格局。虽然免疫治疗取得了巨大成功,但耐药问题限制了其疗效和应用,晚期NSCLC二线免疫单药治疗的有效率不足20%,一线免疫联合治疗的有效率在47%~64%左右,仍有相当大比例的患者免疫治疗无效或初始有免疫应答反应,但随后的一段时间出现进展。免疫反应受多种分子机制和肿瘤微环境的调控,免疫检查点抑制剂的耐药机制错综复杂,了解和阐明免疫治疗的耐药机制,对于选择最佳获益人群、制定治疗策略、研发新药、提高临床疗效有重要的意义。本文就肺癌免疫治疗的耐药机制及研究进展进行综述。

一、免疫治疗耐药机制概述

免疫检查点抑制剂的作用机制不同于传统化疗及靶向药物,治疗重点从肿瘤本身转移到宿主的免疫系统,调动免疫细胞来识别并最终消灭肿瘤细胞,免疫反应也是不断变化和动态发展的,会受到环境、遗传因素或某些治疗手段(手术、化疗、放疗等)的影响,所以免疫治疗的耐药机制也更为复杂。2016年Jonathan等将免疫检查点抑制剂的耐药机制概括为:肿瘤本身内在因素、肿瘤微环境以及宿主相关的外部因素。2017年Padmanee等将免疫治疗的耐药模式分为三类:①原发性耐药:肿瘤对于初始免疫治疗无反应;②适应性耐药:免疫系统能够识别肿瘤,但是肿瘤能够通过适应免疫攻击来保护自己,鉴于免疫细胞和肿瘤细胞相互作用的进化特点,适应性免疫耐药在临床上表现可能为原发性耐药、混合反应或者获得性耐药;③获得性耐药:肿瘤最初对免疫治疗有反应,但一段时间后出现疾病复发或进展。2018年Russell等总结了免疫检查点抑制剂的耐药机制包括:①缺失足够的或合适的新抗原;②肿瘤抗体处理、提呈过程受损;③肿瘤内部浸润的免疫细胞缺陷;④IFN-γ信号受损;⑤代谢和炎症介质干预;⑥免疫抑制细胞;⑦变化的免疫检查点;⑧严重的T细胞衰竭;⑨T细胞表观遗传学改变。

二、肿瘤内在耐药机制

(一)肿瘤基因谱表达特征
1.EGFR/ALK/ROS1/基因 多项研究证实EGFR基因阳性的患者免疫单药治疗效果欠佳,对CheckMate057研究EGFR突变亚组进行分析,82位EGFR突变人群中44位接受Nivolumab治疗,38位使用多西他赛化疗,结果显示化疗组OS获益更大(HR=1.18,95%CI 0.69~2.00);OAK研究中85位EGFR突变且靶向治疗耐药患者,42位接受Atezolizumab治疗,43位接受多西他赛治疗,两组OS分别为10.5vs16.2个月(HR=1.24,95%CI 0.71~2.18);在一项Pembrolizumab一线治疗EGFR突变人群的Ⅱ期研究中,入组患者均PD-L1表达阳性(PD-L1≥1),其中高表达(PD-L1≥50%)人群占73%,免疫治疗的ORR仅为9%,由于缺乏疗效而提前终止研究;在ATLANTIC研究中,EGFR+/ALK+且PD-L1≥25%患者的ORR为12.2%,而EGFR+/ALK+且PD-L1<25%患者的ORR仅为3.6%,中位PFS仅有1.9个月。Skoulidis教授报道在ALK、ROS1或RET重排人群中,免疫治疗的ORR为4.9%。Gainor教授报道EGFR突变或ALK重排的患者使用PD-1/PD-L1抑制剂治疗的ORR为3.6%(1/28),该研究进一步深入分析了肿瘤细胞PD-L1表达和肿瘤微环境中CD8+TIL水平,结果显示EGFR突变人群PD-L1阳性率24%,仅有4.2%人群CD8+高表达,肿瘤微环境中PD-L1和CD8+ TILs低表达可能是免疫治疗耐药的原因之一;EGFR、ALK、ROS、RET基因突变或重排通常发生于非吸烟人群中,可能与较低的TMB相关,Offin教授证实和EGFR野生型人群相比,EGFR突变人群TMB更低(3.77 vs 6.12m/MB, P=0.001);此外,EGFR基因突变导致癌组织高表达CD73,CD73是肿瘤微环境中的免疫抑制因子,影响免疫系统识别和杀伤肿瘤细胞,这些机制均可能是导致突变人群免疫治疗耐药的原因。
2.STK11/LKB1突变 STK11/LKB1是一种抑癌基因,通过AMPK信号通路调节细胞代谢、细胞极化、细胞凋亡和肿瘤转移。在NSCLC中STK/LKB1突变常与KRAS突变共存,美国Skoulidis等报告了STK11/LKB1突变与免疫治疗疗效的关系,该研究证实在KRAS突变型肺腺癌患者中,STK11/LKB1突变是PD-1抑制剂原发耐药的主要驱动基因,该研究进一步阐明了STK11/LKB1与PD-L1和TMB的关系,发现STK11/LKB1突变常见于中/高TMB和PD-L1阴性的肿瘤中,STK11/LKB1突变常伴随着肿瘤微环境中CD8+ T淋巴细胞的降低,与“冷”的肿瘤免疫微环境有关。2019年ASCO会议一项口头报告分析伴有STK11/LKB1突变的非鳞NSCLC患者给予Pembrolizumab联合化疗的疗效,该研究377例患者接受Pembrolizumab联合培美曲塞/卡铂治疗,其中102例患者合并STK11/LKB1突变,突变率为27.1%,突变组和无突变的PFS分别为4.8个月和7.2个月( P=0.006 3),OS为10.6个月和16.7个月( P=0.008 3)。而在STK11/LKB1突变患者中,Pembrolizumab联合培美曲塞/卡铂方案较单纯化疗方案,并没有改善患者的中位PFS(4.8m vs 4.3m, P=0.75)和OS(10.6m vs 10.3m, P=0.79),该研究结果再次证实STK11/LKB1突变可能会导致免疫逃逸和免疫治疗耐药。在鼠模型中发现与KRAS突变的肿瘤相比,STK/LKB1突变的肿瘤CD4和CD8T细胞低表达IFNγ和Ki67,而且肿瘤浸润的淋巴细胞高表达PD-1,TIM-3,LAG3,CTLA4等T细胞功能抑制标志物,这些机制可能与STK11/LKB1突变导致免疫治疗原发耐药有关。
3.KIR基因突变 KIR是主要表达于NK细胞和部分T细胞表面的一组免疫球蛋白样超家族成员,广泛参与肿瘤的免疫调节反应。Trefny教授等收集了35例接受Nivolumab单药治疗NSCLC患者的数据,分析免疫治疗应答者和无应答者的基因表达和多态性对疗效的影响,结果显示KIR3DL1等位基因纯合患者的ORR为40%,KIR3DS1等位基因变异患者的ORR为0( P=0.01),KIR3DS1等位基因变异的患者PFS更差(HR=2.68,95%CI 1.58~4.61; P=0.03),这种相关性在NSCLC的独立队列中得到证实,在对135例NSCLC患者的多因素分析中,PFS与KIR3DS1等位基因变异显著负相关(HR=1.72,95%CI 1.10-2.68, P= 0.017),未接受免疫治疗的患者没有发现这种关系,证实KIR3DS1等位基因变异与抗PD-1治疗的原发性耐药性有关。为了进一步了解KIR3DS1表达与免疫治疗耐药的关系,该研究采用流式细胞术检测KIR3DS1在外周血免疫细胞上的表达,KIR3DS1/L1主要表达于NK细胞上,相比于KIR3DS1等位基因变异患者,纯合子KIR3DL1患者外周血NK细胞的PD-1表达极低,KIR3DS1变异可能导致NK细胞的持续刺激和潜在的NK细胞衰竭,在PD-1抑制剂治疗前和治疗期间的细胞检测提示耐药可能是由于NK细胞功能障碍所致。
4.HLA杂合子缺失 人类白细胞抗原(Human Leucocyte Antigen,HLA)是MHC的表达产物,肿瘤细胞表面上也存在HLA,参与抗原的处理和呈递,对CD8+ T Cell识别肿瘤细胞十分重要。人体大部分细胞含有两套HLA分子编码基因:一套基因遗传自母亲,另一套基因遗传自父亲。基因变化能够导致一套基因全部或部分丢失,称为杂合子缺失(LOH)。当HLA位点发生LOH,有可能促进免疫逃避,从而导致免疫治疗耐药。2017年11月 Cell发表的一篇文章作者对90位非小细胞肺癌患者进行了HLA LOH鉴定,发现40%的患者具有HLA杂合性缺失,显示HLA LOH在肺癌进化过程中是一种常见的免疫逃避机制。2017年12月 Science发表的一篇文章报道接受免疫检查点抑制剂治疗1535名晚期癌症患者的HLA基因型与免疫检查点抑制剂疗效的关系,这项研究调查了两组队列,一组为接受抗CTLA-4或抗PD-1治疗的369例晚期黑色素瘤或晚期非小细胞肺癌患者;另一组为1 166人的不分癌种队列,包括了黑色素瘤和非小细胞肺癌,接受抗CTLA-4、抗PD-1/PD-L1治疗或是免疫联合治疗,研究结果表明HLA的表型对免疫药物疗效影响甚大,HLA的多样性越多,能呈递新抗原的种类就越多,免疫药物的疗效就越好,HLA LOH是肿瘤免疫逃逸的主要机制之一,可能原因是HLA的多样性减少,导致部分新抗原不能呈递到细胞表面,引起毒性T细胞反应,从而形成原发性耐药或免疫药物无应答的情况。
5.MDM2/MDM4基因扩增疾病超进展是免疫治疗原发性耐药一种特殊形式,在NSCLC中的发生率在10%~16%,Singavi教授对696例晚期实体肿瘤患者基因进行分析,发现有26例(4%)患者携带MDM2/MDM4扩增,其中3例MDM2/MDM4扩增的患者接受免疫治疗,2例(包括1名NSCLC患者)出现了疾病暴发进展;Kato教授等也探索了与免疫治疗超进展有关的基因标志物,155例恶性肿瘤患者接受免疫(包括38例NSCLC患者),6例MDM2/MDM4基因扩增患者均在免疫治疗2个月内出现疾病进展,其中4例出现超进展(包括2名NSCLC患者),研究再次证实MDM2/MDM4扩增与PD-1/PD-L1抑制剂治疗后超进展有关。但MDM2/MDM4基因扩增导致超进展的确切机制尚不明确,可能的潜在机制包括MDM2/MDM4可以结合并抑制抑癌基因p53功能,促进P53等抑癌基因产物降解而促进肿瘤发展;免疫检查点抑制剂导致IFN-γ水平升高,进而激活JAK-STAT信号,导致干扰素调节因子IRF8表达增加,IRF8与MDM2启动子结合并诱导MDM2表达,在MDM2扩增的存在下可能发生过表达,但这些机制仍需进一步的深入研究,MDM2抑制剂目前正处于临床开发阶段,联合治疗策略可能限制免疫治疗超进展的发生。
(二)肿瘤新抗原的丢失
肿瘤细胞中非同义体细胞突变可以改变蛋白质的氨基酸序列,免疫系统能识别这些外来突变,因此肿瘤特异性的新抗原可能影响抗肿瘤免疫反应。Anagnostou教授报道42例NSCLC患者接受抗PD-1或抗PD-1联合抗CTLA-4治疗,对获得性耐药患者治疗过程中肿瘤新抗原的变化情况进行分析。该研究对治疗前和耐药后肿瘤匹配分析,治疗前和耐药后标本取自相同的解剖位置(CGLU117)或离解剖位置较近(CGLU116、CGLU127和CGLU161),进行全外显子测序,发现在耐药的基因组出现7-18个突变相关新抗原的丢失。为了探索免疫治疗的耐药机制,该研究对蛋白编码基因进行全基因组序列分析和T细胞受体克隆分析,并进行自体T细胞活化功能检测,这些新抗原产生的肽引起克隆T细胞的扩增,表明它们产生了功能性免疫反应。新抗原的丢失与肿瘤亚克隆的消除或染色体区域的缺失以及与T细胞受体克隆性的改变有关,该研究表明免疫治疗获得性耐药与突变的进化有关,对免疫治疗期间突变环境的动态了解,靶向肿瘤新抗原的免疫疗法可能克服免疫治疗的耐药。
(三)表观遗传学改变
表观遗传学改变会导致肿瘤细胞免疫相关基因的表达,可能影响免疫治疗疗效。Duruisseaux教授报道了DNA甲基化特征与免疫检查点抑制剂疗效的关系,该研究回顾分析142例接受抗PD-1治疗的NSCLC患者资料,对肿瘤存档标本进行全外显子测序,建立基于微阵列DNA甲基化特征(EPIMMUNE)的表观基因组图谱,提示EPIMMUNE标记是免疫治疗PFS和OS的独立预测指标,EPIMMUNE阳性人群比EPIMMUNE阴性人群获得更长的PFS(HR=0.010,95%CI 0.000~0.028, P=0.006 7)和OS(HR=0.080,95%CI 0.017~0.373, P=0.001 2);在验证队列中FOXP1(一种衍生的甲基化标记物)未甲基化的人群比FOXP1甲基化人群有更长的PFS(HR=0.423,95%CI 0.192~0.928, P=0.032)和OS(HR=0.486,95%CI 0.239~0.987, P=0.045)。研究发现用于预测免疫反应的EPIMMUNE特征包括肿瘤细胞的内在和外在因素,影响免疫治疗敏感性的内在因素包括肿瘤细胞特异性的改变,这些改变与多种致癌物质、肿瘤抑制因子和DNA修复途径有关,会影响免疫系统对特定肿瘤的反应。对抗PD-1治疗有应答反应的NSCLC患者的EPIMMUNE谱特征进行分析,结果显示肿瘤细胞β-catenin信号受到抑制,DNA修复缺陷,IFN-γ反应活化;该研究进一步分析EPIMMUNE阴性患者的肿瘤微环境,发现肿瘤微环境中富含肿瘤相关的巨噬细胞和中性粒细胞、肿瘤相关的成纤维细胞和衰老的内皮细胞,这可能与免疫治疗效果欠佳,导致免疫耐药有关。

三、肿瘤细胞外的因素

除了肿瘤细胞自身因素外,包含免疫细胞和基质细胞,细胞因子,肿瘤血管等众多成分的肿瘤微环境以及宿主的免疫状态,肠道菌群等因素也是影响免疫检查点药物能否发挥抗肿瘤免疫应答的重要因素。
(一)免疫表型与耐药
肿瘤微环境中免疫细胞的数量、种类、功能以及分布情况与是否能够引发有效的抗肿瘤免疫应答密切相关。2015年James Allison等首先根据肿瘤组织是否富含浸润的淋巴细胞和PD-L1表达情况提出免疫原性肿瘤(富含TILs,PD-L1表达,即“热”肿瘤)和非免疫原性肿瘤(缺少TIL浸润,PD-L1不表达,即“冷”肿瘤)的概念,非免疫原性肿瘤对免疫治疗缺少应答。随后2017年Mellman教授和Chen教授在免疫周期的基础上将肿瘤组织分为免疫炎症型、免疫豁免型和免疫沙漠型。免疫豁免型在肿瘤基质中存在丰富的免疫细胞,免疫治疗后免疫细胞虽然能够增殖活化,但不能渗透到肿瘤实质中,通常对免疫治疗缺少临床应答。免疫沙漠型无论是肿瘤基质还是肿瘤实质都缺少T细胞,对免疫治疗也缺少应答。在Durvalumab联合Olaparib治疗复发SCLC的一项2期研究中,进行了免疫治疗疗效与免疫表型相关性研究,研究发现免疫豁免型和免疫沙漠型的患者对免疫治疗没有应答。Lieskovan等在对38例接受Pembrolizumab治疗的NSCLC的分析中发现,缺少应答的患者组织CD8阳性T淋巴细胞少见,这些研究提示肿瘤免疫表型是介导肺癌免疫耐药的因素。
(二)免疫细胞与耐药
CD8+T细胞是抗肿瘤免疫的效应细胞,研究发现肿瘤组织中浸润的CD8+T细胞是异质性的一群。Yannick Simoni1jiao等在对肺癌和肠癌患者的研究中发现并不是所有的CD8+T细胞都能特异性的识别肿瘤抗原,肿瘤特异性和肿瘤不相关的CD8+ T细胞存在CD39表达的差异,转录组分析发现CD39+CD8+T细胞表达的基因富集在细胞增殖和适应性免疫应答相关通路,是慢性抗原持续刺激的特征,通过解除免疫检查点抑制是可能发挥抗肿瘤作用的细胞;而CD39-CD8+T细胞与慢性炎症刺激不相关,研究发现在EGFR野生型NSCLC有更高比率CD39+CD8+T细胞,而50%的EGFR突变NSCLC几乎找不到的CD39+CD8+T细胞,提示EGFR突变的NSCLC对免疫治疗缺少应答可能与存在大量的CD39-CD8+T细胞有关。另外研究者在对接受免疫治疗NSCLC肿瘤内浸润的CD8+T细胞分析中发现,存在一种同时高表达PD-1和CXCL13细胞趋化因子的亚型(PD-1 TTILs),这一亚型的T细胞不但能够发挥经典的细胞毒作用,而且还能够募集免疫细胞的浸润,在PD-1 TTILs与疗效的分析中发现,肿瘤组织中PD-1 TTILs亚型占总TILs少于1%的NSCLC对免疫治疗缺少应答且OS更短。
T细胞耗竭是个渐进的过程,通过PD-1/PD-L1抑制剂恢复抗肿瘤免疫,仅限于有限耗竭型T细胞的肿瘤,存在严重耗竭型的PD-1+TIGIT+CD8+ T细胞的患者,接受免疫治疗常常缺少应答,提示T细胞耗竭的程度与PD-1/PD-L1治疗耐药。Kim等在PD-1/PD-L1抑制剂治疗的NSCLC患者发生疾病超进展的研究中发现,CCR7-CD45RA+占外周血CD8+T细胞比例低的患者与免疫治疗发生超进展相关,CCR7-CD45RA+细胞有发生凋亡的倾向,抗PD-1治疗通过过度的活化,诱导部分CCR7-CD45RA+免疫细胞死亡,不能使T细胞恢复细胞毒作用,而发生免疫治疗耐药。
Gettinger等用多重免疫荧光评估肿瘤组织T细胞浸润和T细胞活化增殖情况,根据CD3,颗粒酶(GZB)和ki-67表达情况,将39例接受免疫治疗的NSCLC患者分为三种不同的表型,type1:低CD3(Low CD3),type2:高CD3/低GZB和低Ki-67(High CD3/low GZB and Ki-67),type3:高CD3/高GZB或高Ki-67(High CD3/high GZB or Ki-67),与type2相比,type1或者type3接受免疫治疗的PFS和OS更短,研究者也回顾性分析了110例Ⅰ~Ⅳ期未接受免疫治疗NSCLC肿瘤组织T细胞浸润、活化情况与生存的相关性,发现三种类型患者的OS没有显著差异,提示PD-1轴的阻滞能够使肿瘤组织中静止的T细胞重新活化增殖,发挥抗肿瘤免疫作用;而存在高比例的活化增殖T细胞的患者,接受PD-1轴的阻滞治疗T细胞发生额外激活的潜能有限,可能对免疫治疗缺少应答。
骨髓来源的抑制性细胞(Myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)、M型肿瘤相关巨噬细胞(Tumor Associated Macrophages,TAMs)及调节性T细胞(Regulatory T cells,Tregs)等通过不同机制抑制免疫应答。MDSCs可通过多种不同的方式介导肿瘤微环境中的免疫抑制,对肿瘤微环境内营养物质的消耗,从而阻碍免疫细胞的增殖,同时造成肿瘤微环境内的氧化应激,对免疫细胞的活性产生影响,发挥免疫抑制作用。M2型TAMs分泌多种细胞因子,趋化因子和蛋白酶等,促进细胞外基质重塑,肿瘤细胞生长、转移,肿瘤血管、淋巴管新生及免疫抑制。缺氧和糖酵解与肿瘤耐药相关,NSCLC动物模型和肿瘤患者的研究发现TAM分泌TNF-α加速肿瘤细胞糖酵解,促进肿瘤微环境缺氧环境,清除TAM能够增加肿瘤细胞PD-L1的表达和TILs,改善PD-1/PD-L1抑制剂的疗效。Tregs是CD4 + T细胞中的一种免疫抑制亚群,表达调节转录因子,通过抑制效应细胞的活性而促进肿瘤生长。Tregs在肿瘤中含量丰富,Tregs能够上调TIM-3,LAG-3,TGIT等CTLA-4和PD-1以外免疫抑制信号,此外,Tregs能够诱导TGF-β活化,高水平的TGF-β进一步促进Tregs分化,免疫抑制功能的活化和维持。在多种实体瘤包括NSCLC,肿瘤组织中高比例的Tregs与不良预后相关。
(三)其他免疫检查点表达上调
除了PD-1与CLTA-4,T细胞上还存在其他的抑制性免疫检查点,包括TIM-3、LAG-3、BTLA、TIGIT和VISTA等。在肿瘤微环境中,TIM-3、LAG-3、TIGIT高表达在失去功能或衰竭的T细胞表面,联合受体阻滞有很强的协同作用,阻断后可改善CD8+T细胞和NK细胞的功能,降低Tregs细胞的抑制。Koyama等报道一项研究显示抗PD-1治疗后出现耐药的肺癌患者,T细胞TIM-3表达增加,联用抗TIM-3显著提高了生存率。当肿瘤对抗PD-1和抗TIM-3联合治疗再次发生耐药后,T细胞上其他抑制性免疫检查点如CTLA-4,LAG-3的表达都明显升高,提示其他抑制性免疫检查点表达升高会导致免疫治疗耐药。Thommen等对32例NSCLC患者肿瘤浸润T细胞抑制性受体的多样性和表达模式进行了全面的描述,发现TIM-3、CTLA-4、LAG-3、BTLA和PD-L1共表达与抗PD-1治疗耐药相关。
(四)免疫细胞代谢变化
免疫细胞的代谢状态在免疫应答时发生复杂变化,代谢紊乱可能导致ICIs治疗耐药。IDO是色氨酸沿犬尿氨酸途径代谢的限速酶,上调犬尿氨酸,增强Tregs及MDSCs的免疫抑制功能,导致抗PD-1治疗耐药。Botticelli等通过血清色氨酸(trp)和犬尿氨酸(kyn)浓度比评估IDO活性,分析了26例Nivolumab二线治疗NSCLC患者治疗前kyn/trp与PFS和OS的关系,研究发现kyn/trp高的患者接受免疫治疗有更短的PFS和OS,提示kyn/trp比值增高可能预测对抗PD-1治疗的耐药。

四、宿主因素

(一)肠道菌群对免疫治疗的影响
肠道微生物群是一个极其复杂的群体,被认为是人体器官或人类的第二基因组,不仅与肠道免疫的关系密切,而且影响了全身免疫系统。肠道微生物群通过促进宿主免疫系统的发育,DC识别细菌及其代谢产物诱导肠道黏膜相关淋巴组织发育;以及TLR识别肠道细菌,激活信号通路,产生不同的细胞因子,进而调节T细胞向不同亚群分化,实现细菌耐受与免疫的平衡。此外,细菌的代谢产物也可以从肠腔转位到肠黏膜固有层中,影响宿主免疫相关基因的表达。抗生素的应用,改变肠道菌群的种类和分布,进而影响免疫治疗应答。2018年 Science的一篇文章对接受过PD-1/PD-L1抑制剂二线或以上治疗的249例患者进行分析,其中NSCLC患者140例,与未使用抗生素组相比,NSCLC中应用抗生素组的mOS降低7个月(ATB:NoATB:8.3 vs 15.3 mo, P=0.001),而且单因素和多因素分析显示,抗生素治疗是NSCLC患者接受PD-1抑制剂发生原发耐药的独立预后因子(NSCLC:HR=2.31),研究还发现对免疫治疗应答的患者存在AKK菌的富集,动物模型研究中将AKK菌移植到对nivo治疗无应答的鼠,引发Th1细胞因子IL-12的释放、CCR9/CXCR3+的CD4+T细胞在肿瘤组织中募集、CD4+ Treg细胞降低等一系列肿瘤免疫微环境的改变,进而逆转耐药。最近中国研究者分析了来自CheckMate 078和CheckMate 870两项研究中的37例接受nivo治疗的晚期NSCLC患者肠道菌群与免疫治疗疗效的相关性,研究通过16S rRNA测序分析肠道菌群多样性,发现与拥有较高肠道菌群多样性的患者(Shannon index>2.31)相比,拥有较低的肠道菌群多样性的患者(Shannon index><2.31)接受免疫治疗的PFS更短(52天vs 209天, P=0.005),对菌种的分析发现,免疫应答与无应答患者存在7种肠道菌种的差异,在无应答的患者存在未分类的胃球菌的富集。可见肠道菌群的构成,菌种的类型与免疫治疗应答相关,肠道微生物群可能成为一个潜在的预测免疫治疗疗效的生物标志物。此外,在接受ICIs治疗前后应尽量避免使用抗生素,对部分患者进行粪便移植有望提高免疫治疗疗效,管理肠道微生物群也成为了免疫治疗管理的一个重要内容。
(二)糖皮质激素
糖皮质激素被广泛用于治疗肺癌患者的严重并发症,包括呼吸困难、脊髓压迫以及有症状的脑转移等。糖皮质激素具有免疫抑制属性,尤其是其对T细胞潜在的抑制作用,治疗前使用糖皮质激素,可能会阻碍CD8+T细胞的增殖,进而降低免疫检查点抑制剂的疗效。一项发表在 Journal of Clinical Oncology的报道提示晚期NSCLC患者给予单药PD-1/PD-L1抑制剂治疗,基线使用过糖皮质激素(≥10mg)的患者对免疫治疗的总体缓解率是6%,而未使用糖皮质激素(<10mg)的总体缓解率是19%;两组患者的中位OS分别是5.4个月和12.1个月,该研究提示免疫治疗前应慎用糖皮质激素。但是在免疫联合化疗一线的研究显示应用激素没有降低免疫反应的疗效,免疫治疗过程中因irAE使用激素也没有影响疗效,激素是否会导致免疫耐药仍需进一步深入探索。

五、免疫治疗耐药的监测

免疫耐药是动态变化的过程,实现血液或组织耐药机制的动态监测对临床治疗决策有重要参考价值。与靶向药物耐药的动态监测不同,免疫药物的耐药监测更为复杂。肿瘤微环境的基线评估通常包括突变负荷、驱动突变和基因表达的分子分析,免疫分析包括CD8+ T细胞、PD-L1表达和T细胞克隆性分析。在治疗期间(基线、治疗期间和进展)对肿瘤组织、血液、排泄物的微生物组学、口腔的微生物组学进行纵向评估、深入分析,可以揭示治疗耐药性的潜在机制,提前预知可能发生的获得性耐药,及时干预延缓耐药。有研究报道早期ctDNA清除是PFS和OS的重要预后因素,对免疫治疗有应答的患者开始治疗后ctDNA水平显著降低,而无应答的患者ctDNA水平没有显著变化或水平增加,最初出现应答随后产生获得性耐药的患者,ctDNA水平先是下降然后上升,ctDNA可以比CT提前8.7周预测临床受益。此外,与TMB相比,ctDNA能更准确地预测PFS和OS。目前关于肺癌免疫治疗耐药监测的研究仍较少,且理想的检测方法、指标等问题都需要进一步探索,是未来免疫治疗重要的研究方向。

六、免疫治疗耐药的应对策略

随着耐药机制的逐步明晰,人们尝试通过各种联合治疗策略来增强肿瘤免疫原性、降低抑制性细胞和分子的活性、增强TILs浸润、抑制免疫共抑制受体表达等来克服耐药,如联合其他类型免疫治疗药物、化疗、抗血管生成治疗、靶向治疗以及放疗等(附表1)。
(一)联合化放疗
传统观念认为化疗可通过影响淋巴细胞数量或其功能导致免疫抑制,但随着研究的而深入,有证据提示化疗药物可增加肿瘤细胞的抗原性、免疫原性及敏感性,还能抑制TME中Tregs及MDSCs,增加细胞毒性淋巴细胞/调节性T细胞的比例,并促进DCs功能。在KEYNOTE 189和KEYNOTE 407研究中,无论PD-L1表达状态如何,Pembrolizumab联合化疗与单用化疗相比在ORR、PFS和OS都获得了显著改善,即使对于PD-L1<1%的患者,联合策略也能得到ORR和OS的显著获益,PFS也有获益趋势,基于此Pembrolizumab联合化疗被批准用于NSCLC的一线治疗。放疗可以引起免疫原性细胞死亡,促进抗原递呈细胞增加、肿瘤TME中T细胞的募集及其功能,与免疫治疗有协同作用。此外,也可使DC活化并上调促炎细胞因子,导致TILs升高。免疫联合放疗可以显著改善黑色素瘤的生存,PACIFIC研究也证实了同步放化疗后给予Durvalumab治疗能够给患者带来获益,目前有多项放疗联合免疫药物治疗肺癌的临床研究正在进行中。
(二)联合靶向药物
目前已经有多项免疫药物联合小分子抑制剂或单克隆抗体的临床研究正在进行。抗血管药物可以使肿瘤中的血管正常化和重塑,增加了免疫细胞浸润、增加了免疫效应细胞的杀伤活性;免疫靶向药物通过免疫刺激和激活效应细胞分泌IFN,调节肿瘤血管重塑,实现血管正常化,和抗血管药物发挥协同作用。在Impower150研究中,Atezolizumab联合贝伐珠单抗/化疗能够显著改善NSCLC的PFS和OS,并因此获批用于晚期NSCLC的一线治疗。虽然抗血管生成药物取得了成功,但小分子抑制剂与免疫药物联合却并不理想,克唑替尼联合PD-1抗体治疗后患者因为出现了严重的肝毒性而中止治疗;在Durvalumab联合奥希替尼的TATTON试验中,有34%的患者出现了间质性肺炎,其中5例≥3级,显著高于单用奥希替尼时间质性肺炎的发生率,因此该研究被停止招募。
(三)联合其他免疫靶向药物
双免疫药物联合应用可促进引流淋巴结中CD8+细胞和DC活化迁移到肿瘤部位,使CD40L,TIFNγ表达增加,进而激活CD103+ DCs,并进行抗原提呈,使CD8+细胞识别抗原、并杀伤肿瘤;同时增加IL-12产生,又进一步活化CD4+Foxp3-细胞,实现正反馈调节。KEYNOTE021研究初步探索了Pembrolizumab联合Ipilimumab治疗复治晚期NSCLC的安全性和初步抗肿瘤活性。Checkmate012研究证实Nivolumab联合Ipilimumab一线治疗晚期NSCLC的ORR为13%~39%,PFS达到4.9~10.6个月,且安全性可管理。在Ⅲ期研究Checkmate227中,Nivolumab联合Ipilimumab一线治疗可将高TMB晚期NSCLC患者的PFS显著延长1.8个月,且无论PD-L1是否表达,都能观察到PFS的获益,此外PROs也得到显著改善。除CTLA-4抑制剂外,一些临床试验正在检测肿瘤微环境中LAG-3、TIGIT、ISTA等抑制性免疫检查点以及相关抗体单一或联合使用的疗效。
目前NSCLC联合治疗的众多,虽然已经有部分治疗模式已经在临床中应用,但联合治疗不是简单的药物叠加,仍有许多问题需要探索。应进一步提供精准联合治疗的理论基础,根据不同病理类型、对放疗和化疗的敏感性、不同基因检测结果和特异蛋白免疫组化结果,制订出最合理的以PD-1单抗或PD-L1单抗为基础的联合治疗方案。同时,也要充分考虑联合治疗的毒副作用,评估患者对联合治疗的耐受性,实现针对适应人群的精准联合策略。

七、总结

免疫治疗虽然改变了肺癌的临床实践,但其耐药机制十分复杂,是多因素共同作用的而结果,需要深入高通量测序等精准检测技术的应用为免疫耐药机制的发现、监测等提供了有力的技术支撑,未来还需要基础医学、转化医学以及临床医生的深入合作,挖掘和阐明耐药机制并寻找解决策略,以更好地提高患者疗效。
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附表1 肺癌免疫治疗耐药机制研究