文献解读:非小细胞肺癌NOCTH突变与免疫治疗

小伙伴们大家好呀,今天要为大家介绍的是于2020年7月15日发表于clinical cancer research(IF=10.107)的文章,题目Identification of Deleterious NOTCH Mutation as Novel Predictor to Efficacious Immunotherapy in NSCLC
 
本研究的研究重点是NOTCH信号在非小细胞肺癌(NSCLC)中的作用。过往的研究已经表明了NOTCH信号与非小细胞肺癌(NSCLC)的肿瘤发生,诱变和免疫耐受相关,于是假设NSCLC中的NOTCH突变可能是免疫治疗功效的可靠预测指标。研究采用了多态性表型分析v2(PolyPhen-2)系统对免疫治疗NSCLC患者相关的基因组、转录组和临床等数据进行分析。并运用CIBERSORT和基因集富集分析的方法,在癌症基因组图谱(TCGA)数据中研究了分子机制。结果揭示了在NSCLC的免疫检查点抑制剂(ICI)方案中添加NOTCH抑制剂以进行个性化联合免疫疗法的可能性。

  
科学问题
免疫检查点抑制剂(ICI)是一种新型高效的非小细胞肺癌(NSCLC)患者的标准治疗方法。但是,ICI的持久应答仅在极少数人中发生,这需要进一步研究预测临床获益的生物标志物。NOTCH通路是高度保守的信号系统, 和免疫治疗功效之间的存在联系。首先,通过抑制TP53引发的肿瘤需要NOTCH1对MDM2的调控,这是一种与免疫治疗中过度进展有关的强大生物标志物。其次,受DDR通路调节的肿瘤免疫原性可通过NOTCH1抑制来增强,可能是通过NOTCH1与突变的共济失调-毛细血管扩张之间的直接结合来实现的。第三,在免疫微环境中,髓样抑制细胞(MDSC)上的NOTCH配体与肿瘤细胞上的NOTCH受体相互作用,从而提高了癌症干细胞(CSC)的能力,从而增加了NOTCH配体在MDSC上的表达,构成积极反馈,最终导致免疫耐受。基于这些观察,我们推测NSCLC中的NOTCH突变可能预测免疫疗法的临床效果。
 
结果分析
(1)在本研究中,纳入58例抗PD-1 / PD-L1治疗之前采用ctDNA测序的NSCLC患者,以研究ICI疗效与基因组改变之间的关系。在该队列中,86.2%的患者接受了抗PD-1治疗,其余患者接受了抗PD-L1治疗。与以前的研究一致,相对于治疗无反应者,反应者中TP53和KRAS的突变率更高(图1A)。除此之外,还发现NOTCH突变在应答者中也很丰富。另外,NOTCH1 / 2/3的突变与较高的ORR,较长的PFS,以及EGFR / ALKWT NSCLC患者的生存率显着相关。这些结果表明,NOTCH突变可能与免疫疗法的临床益处有关(图1B-D)。

图1. NOTCH1 / 2/3突变与NSCLC中对ICI的相关性
 
(2)为了进一步评估NOTCH家族的预测价值,分析了另外四个具有肿瘤组织或ctDNA基因组变化和存活率信息的ICI公共队列,包括来自Rizvi,POPLAR / OAK,Van Allen和MSKCC的队列。
 
NOTCH家族由四个成员组成,其潜在的不同机制是NSCLC发展的基础。在OAK / POPLAR和Rizvi / MSKCC队列的样本中,NOTCH的突变率分别为6.11%(NOTCH1),5.19%(NOTCH2),4.12%(NOTCH3)和6.72%(NOTCH4),在肺鳞状细胞癌和肺腺癌。
 
在EGFR / ALKWT人群中,在所有免疫治疗性客观反应率(ORR),无进展生存期(PFS)总体生存率(OS)被描述,ORR(图2A–C),PFS(图2A–C)和OS(图2E–G)中观察到NOTCH1 / 2/3突变的有益趋势。汇总结果,与NOTCH WT组相比,NOTCH1 / 2 / 3mut组表现出更好的ORR(图2D),PFS更长(图2D)和OS(图2H)。在所有结果中,异质性的统计分析均不显着,表明在这些人群中,NOTCH1 / 2/3突变与ICI的有效性之间的关联具有一致性。

图2. NOTCH1 / 2/3突变与EGFR / ALKWT NSCLC中ORR, PFS和OS的分析
 
(3)如图3A所示,在POPLAR / OAK和MSKCC队列中的所有NOTCH突变中,错义突变均占主导地位。
为了排除通常不会影响蛋白质功能的良性突变,我们实施了PolyPhen-2分析,以区分具有较高或较低影响蛋白质结构可能性的NOTCH的错义突变(分别缩写为NOTCHmis-high和NOTCHmis-low)。由于截短和高错位突变都明确影响所涉及基因的生物学功能,因此我们将这两种改变组合在一起,并将其定义为del-NOTCHmut。相对而言,将NOTCH1 / 2/3的低错突变和所有NOTCH4突变鉴定为non-del-NOTCHmut,而没有任何NOTCH突变的患者则归为对照组(NOTCHWT)。工作流程如图3B所示。

图3. NOTCH突变类型以及分析流程
 
为了研究NOTCH突变的预测作用的潜在机制,我们首先旨在确定del-NOTCHmut与EGFR / ALKWT NSCLC中包括PD-L1表达和更高TMB的稳健预测因子之间是否同时发生。我们从OAK试验中确定了一个队列,在该队列中,结果如图3C所示,代表9个子组的这9个正方形中的数字是del-NOTCHmut的发生率,无论PD-L1表达如何,del-NOTCHmut的发生率都富含bTMB-H子组。
 
此外,但是与NOTCHWT个人相比,del-NOTCHmut和non-del-NOTCHmut组中bTMB的水平明显更高。此外,在TCGA数据库的EGFR / ALKWT NSCLC患者中观察到相似的TMB趋势。
 
del-NOTCHmut对DDR的影响尽管在del-NOTCHmut和非del-NOTCHmut组中发现了相似的突变负担水平,但在这两组之间修复错误编码DNA的基本机制(即DDR途径)可能并不相同。与非del-NOTCHmut(图3G)和NOTCHWT(图3G)组相比,GSEA显示del-NOTCHmut组中与DNA修复相关的签名显着丰富。详细而言,DDR可以根据其多种功能定义为八种不同的途径,包括同源重组修复,错配修复,碱基切除修复,核苷酸切除修复,范可尼贫血途径,病灶DNA合成,非同源末端连接(NHEJ)和检查点因素。在这里,我们进一步探索,相对于NOTCHWT(图3H)和nondel-NOTCHmut(图3I)组,NHEJ以外的所有途径的信号均在del-NOTCHmut组中显示富集,而在非-NOTCHmut组中则未发现差异。del-NOTCHmut组和NOTCHWT组(图3J)。在不同的DDR途径之间存在成员共享,并且为了排除相同的基因在多个DDR途径中发挥多重意义的可能性,进行了前沿分析,发现仅有限的DDR基因会影响各种富集。另外,通过比较del-NOTCHmut组和NOTCHWT组,进一步分析了前沿分析中所有基因的表达。
 
这些结果表明,与非del-NOTCHmut的EGFR / ALKWT NSCLC中的DDR通路相比,与非del-NOTCHmut的DDR通路而言,DDR通路的激活可能会增强,尽管这两个集群中的TMB水平相当。TMB是诱变和DNA修复之间对抗的结果。可比的TMB,但del-NOTCHmut NSCLC中DDR系统的激活更高,可能表明在带有del-NOTCHmut的NSCLC中发生更剧烈诱变的可能性。

图3. EGFR / ALKWT NSCLC中TMB和DDR上的NOTCH突变。
 
(4)如图4A所示,与NOTCHWT组相比,del-NOTCHmut组揭示了多个显着的免疫激活富集,包括抗原加工和呈递,B细胞受体(BCR)/ T细胞受体(TCR)下游信号传导,CD4 / CD8 T细胞和自然杀伤性T细胞(NKT)的激活,调节性T细胞(Treg)的抑制,程序性细胞死亡和类固醇激素的代谢。相反,与NOTCHWT组相比,non-del-NOTCHmut组的富集度要低得多。
 
另外,相对于NOTCHWT组,IL标记的GSEA揭示了del-NOTCHmut组中IL1和IL12通路的激活,以及非del-NOTCHmut组中IL6,IL10和IL12家族的激活。极为重要的是,根据先前在非del-NOTCHmut NSCLC中激活Treg的结果,IL10信号传导富含与抗炎和免疫抑制微环境相关的非del-NOTCHmut NSCLC。
 
综上所述,del-NOTCHmut与M1巨噬细胞浸润,通过蛋白酶体降解,抗原交叉呈递,BCR / TCR下游信号传导,CD4T细胞/ CD8T细胞/ NKT细胞活化,抗原的失活,抗原加工,肿瘤细胞的程序性细胞死亡以及类固醇激素的代谢正相关。这些结果描述了相对于非delNOTCHmut或无NOTCH突变的EGFR / ALKWT NSCLC,过度活跃的免疫微环境和强大的免疫反应,与非delNOTCHmut或无NOTCH突变的EGFR / ALKWT NSCLC相比,可能与del免疫疗法带来的更大收益有关-NOTCHmut EGFR / ALKWT NSCLC患者。

图4. EGFR / ALKWT NSCLC中免疫基因表达的有害NOTCH突变
 
(5)为了直接评估del-NOTCHmut在晚期EGFR / ALKWT NSCLC的免疫疗法或化学疗法的临床决策中的效用,相对于docetaxel,atezolizumab在del-NOTCHmut,non-del-NOTCHmut和NOTCHWT组中的PFS和OS受益计算并比较。如图5A所示,在意向治疗(ITT)人群中,观察到有限的ORR和PFS获益,并且这种较弱的改善在NOTCHWT亚群中变得更加温和且微不足道。相反,在非delNOTCHmut组中观察到了中度获益,而且显着在del-NOTCHmut组中获得了获益。结果,NOTCH突变(del-NOTCHmut与非del-NOTCHmut与WT)和治疗选择(阿托珠单抗与多西他赛)之间对PFS的相互作用具有显着性,认识到del-NOTCHmut突变是PFS的预测生物标志物,受益于免疫疗法而不是化学疗法。
 
对OS的好处进行了相同的分析(图5B)。与多西他赛相比,阿奇单抗单药治疗在NOTCHWT组中降低了33%的死亡危险,在非del-NOTCHmut组中降低了49%,在del-NOTCHmut组中,这一比例更高,为52%。

图5.有害的NOTCH突变作为EGFR / ALKWT NSCLC中ICI治疗的预测生物标志物
 
总结
分析了3DMed队列(n = 58)和其他四个队列(Rizvi,POPLAR / OAK,Van Allen和MSKCC;n = 1,499),在EGFR / ALK WT人群中发现NOTCH1 / 2/3突变与更好的ICI结果之间存在显着相关性,包括客观反应率(ORR),无进展生存期(PFS)置信区间(CI)为0.46-0.81和总体生存率(OS)。
Del-NOTCH mut表现出比非轻度的NOTCH突变更好的预测功能,这可能是通过与DNA损伤反应和免疫激活相关的基因的更多转录来实现的。
 
Del-NOTCH mut与TCGA队列的预后和化疗反应无关,但与免疫治疗获益相关,描述了del-NOTCH mut的预测性的潜在应用潜力,而不是预后性。
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