肺腺癌PD-L1表达水平与临床疗效、分子特征的相关性

    该文章的第一作者和通讯作者均来自美国纽约威尔康奈尔医学院纪念斯隆凯特琳癌症中心医学系。纪念斯隆凯特琳癌症中心始建于1884年,是世界上历史最悠久、规模最大的私立癌症中心,位于美国纽约。同时,据《美国新闻与世界报道》报道,纪念斯隆凯特琳癌症中心一直稳居“美国最佳医院癌症专科”排行榜前两名长达25余年,同时也是全美权威儿童癌症治疗医院之一。第一作者Adam J. Schoenfeld目前就职于该院的胸部肿瘤科,近年来主要致力于肺癌相关靶向治疗和免疫治疗相关的研究。

背景介绍

近年来基于免疫监测点抑制剂(immune checkpoint inhibitors ,ICIs)为主的免疫治疗在抗肿瘤领域取得重大突破,其中以PD-1/PD-L1为靶点开发的ICIs表现尤为瞩目。

ICIs的治疗常常依赖于肿瘤组织中PD-L1的表达水平。例如,在进展期肺腺癌中,PD-L1的表达水平是FDA批准应用anti-PD1治疗的唯一生物标志物。既往多个研究提示当肿瘤PD-L1的表达水平超过50%时,ICIs临床疗效较为可靠。但是,这些研究同时发现有相当一部分的肿瘤高表达PD-L1的患者对ICIs治疗无反应,然而少数低表达PD-L1甚至不表达PD-L1的患者对ICIs治疗有了客观临床疗效。

为什么会存在这类差异性?这需要进一步了解临床疗效和分子特征与肿瘤PD-L1表达之间的相互关系。

方法

论证流程图

样本:收集纪念斯隆凯特琳癌症中心病理数据库的被明确诊断为肺腺癌的样本,纳入同时进行了PD-L1免疫组化和基于MSK-IMPACT技术进行靶向基因二代测序的标本数据。

疗效评估:为了评估肺腺癌患者anti-PD-(L)±anti-CTLA-4治疗的疗效,回顾了既往从2011年4月至2017年12月期间的在治疗开始前/时进行了PD-L1表达测定的(无论是否进行了靶向基因二代测序)的有效数据(n = 148 with PD-L1 IHC only; n=346 with PD-L1 and MSK-IMPAC)。影像学回顾来自于胸部放射科医生,疗效评价采用采用实体瘤反应评价标准(RECIST) 1.1版评价。对于其中进行标准化anti-PD-(L)1的患者,其影像学检测大约为2月一次。同时进行了无疾病进行生存期(Progression-free survival,PFS) 和总生存周期( overall survival,OS),对于没有出现进展的,时间锁定在最后一次影像学扫描时间点,对于没有死亡的患者,时间锁定在最后一次联系的时间点。

PD-L1表达水平

PD-L1的表达评分被分为三个等级,低表达(<1%)、中表达(PD-L1 1%-49%)、高表达(≥50%),所有入组的患者肿瘤样本都通过免疫组化进行了PD-L1表达水平的检测。

MSK-IMPACT Sequencing

采用MSK-IMPACT二代测序技术对所有外显子和自定义基因面板中包含的内含子341 (n= 13)、410 (n= 198)或468 (n= 1375)进行二代测序,包括基因突变和多倍体将会被识别。体细胞非同义肿瘤突变负荷(TMB)将以总突变除以在每个面板捕获的编码区域以识别标准化计算。同时还将检测另外两个常用指标:拷贝数改变基因组分数(The fraction of copy number altered genome, FGA)、全基因组倍增(Whole genome doubling, WGD),进一步评估其与PD-L1表达水平和临床疗效之间的关系。

基因和通路分析

探究单个基因突变与PD-L1亚组的富集关系,除非另有说明,否认基因分析包括癌基因、类癌基因变种以及其他类型的基因变种。通过比较先前报道的基因通路和mskcc – impact面板中覆盖的重叠基因,整理出通路列表,探究这些通路突变与PD-L1亚组的富集关系。

统计分析

  1. 用费舍尔精确检验或皮尔逊卡方来比较比例。组间差异采用Mann-Whitney U检验(2组)和Kruskal-Wallis精确检验(3组);
  2. 当p值<0.05时设定PD-L1的表达具有显著性差异,为了减少多次测试导致的误差,q值< 0.15;
  3. 亚采样分析中,采用高基因改变频率PD-L1组与528例PD-L1阴性的随机亚采样组进行比较;
  4. 相关性用斯皮尔曼等级相关系数检验;
  5. 使用软件GraphPad Prism version 7和R version 3.3.3 software进行统计分析。

结果

结果一、临床特点和PD-L1表达

本研究纳入了1586名肺腺癌患者进入了生物标记(biomarker)组,494名患者进入了ICI治疗组。PD-L1的表达水平在性别、年龄、吸烟等分层上并未显示出明显的差异性。

结果二、肿瘤样本特点与PD-L1表达

Table-1示,源自于原发肿瘤病灶的PD-L1表达水平明显低于转移病灶样本的PD-L1表达水平(p<0.001)。此外,术中切除的肿瘤样本PD-L1表达明显低于病理活检标本的PD-L1表达水平。正如Figure 1a所示,进一步的分析发现不同器官的PD-L1表达水平存在一定程度的差异性

在转移性肿瘤病灶器官中如图Figure 1所示,淋巴结的PD-L1的表达最高(30%),骨组织的PD-L1表达最低(16%)。此外,在ICIs治疗有效的亚组分析中发现,PD-L1的高表达相对于低表达而言,即PD-L1高表达组对ICIs可能更有效。但是对于淋巴结和骨组织的PD-L1表达水平,这种预测效能会降低(PFS HR 0.63, 95% CI:0.38-1.04, p = 0.04 and HR 0.79, 95% CI:0.40-1.58, p = 0.50)

结果三、分子特点和PD-L1表达

1)总体分子突变与PD-L1表达的关系

此外无论TMB作为分段变量(chi-square p < 0.001)或连续变量(spearman rho = 0.167, p < 0.001),PD-L1的表达与TMB增加有一定程度关联性。但是,PD-L1的表达增加与拷贝数改变基因组分数(fraction of copy numberaltered genome, FGA)(spearman rho = 0.061, p =0.056, Figure 2b)和全基因组倍增(whole genome doubling ,WGD) (p = 0.07, Figure 2c)无明显相关性。

2)单个分子突变与PD-L1表达的关系

该研究发现了多个基因的表达改变与PD-L1表达相关。如图Figure 3a-b,其中「KRAS、TP53、MET」等基因突变在高表达PD-L1样本中存在富集现象。「ARID2、ARID1A、ARID1B、ATM」等基因也在PD-L1阳性组呈现富集现象。与之相反,基因「EGFR和STK11」的突变与DP-L1的低表达相关

根据肺癌常见基因突变进行亚组分组基因MET变异组中高表达PD-L1的样本所占比率最高(高达38%),而在基因STK11突变组高表达PD-L1的样本所占比率最低(仅为6%)

3)通路突变与PD-L1表达的关系

分析发现在低表达PD-L1组,肿瘤细胞「WNT信号和PI3K信号」通路突变更为频繁(p = 0.005, p =0.04)。与之相反,「抗原呈递、DDR、NOTCH和SWI/SNF信号」通路突变(p = 0.02, p < 0.001, p = 0.02, p = 0.005, Figure 3c)在PD-L1高表达组呈现富集现象。

4)部分分子或通路突变影响PD-L1表达对ICI疗效的预测价值

单个基因层面进行探究,某些基因突变影响PD-L1表达对ICI疗效的预测价值。如Figure 4a-d所示,在「EGFR突变」的患者中采用PD-L1表达对ICI治疗获益的预测价值最低,「STK11突变」的患者中该预测价值也会被弱化。但是在TP53和KRAS突变组PD-L1表达水平的预测价值得到充分肯定。

通路层面进行探究时,某些突变影响PD-L1表达对ICI疗效的预测价值。当肿瘤细胞出现「WNT信号」通路突变,PD-L1表达水平的预测价值将会丢失,但是若存在「RTK RAS、DDR和PI3K等信号通路」的改变,预测价值仍得以保留Figure 4e-f。

PD-L1突变与ICIs疗效的关系。值得注意的是,编码PD-L1的基因(CD274)改变十分罕见(6/1586),其中包括2例基因扩增、2例基因缺失、2例基因突变。这6个样本中有5例存在PD-L1低表达,除了1个扩增的呈现高表达状态(PD-L1 TPS = 50%)。尽管如此,接受anti-PDL1治疗的3例CD274突变患者(2个扩增和1个突变)存在持续性的部分缓解(PFS: 29 mos, 12mos, 3mos)。

讨论

本项研究是针对肺腺癌的临床特点、分子特性与PD-L1表达水平的相关性以及这三者对ICI疗效相关性分析的最大样本量筛查的回顾性研究。该项研究发现了不同的PD-L1表达水平和ICI疗效反应之间存在相关性。研究结果提示肺腺癌转移病灶的PD-L1表达水平通常会高于原发病灶的表达水平,同时该研究进一步挖掘到不同转移位点所处器官组织的PD-L1表达水平具有明显差异性。但是不同转移位点为什么会呈现不一样的PD-L1表达水平?这反应了不同转移位点所处组织的初始免疫反应的差异性?对于上诉问题,也许未来需要进一步研究和挖掘。因此,在临床上试图获取转移病灶的样本组织进行PD-L1表达检测时,可能需要对其进行重要性排序,类似于骨转移瘤的样本检测预测价值并不可靠,可能需要尽量避免。

同时,TMB和基因组异倍体与PD-L1表达状态无明显相关性,尽管TMB是ICIs疗效判定的独立预测因子,但高TMB患者中PD-L1的表达仅仅适度增加。此外,在分子特性的分析中,STK11、EGFR和WNT信号通路改变常常与PD-L1的低表达相关,并且很可能废除了PD-L1表达水平对ICIs疗效反应的预测价值。

尽管如此,本次研究仍有一些限制例如肿瘤样本PD-L1阴性表达的比例明显升高,这与许多临床试验报告不同。但在“真实世界”的临床经验中这类现象会更具有普遍性。例如一项源自欧洲的大型多中心临床研究表明PD-L1的阴性表达比率为57%,另外三个更小的临床试验组提示PD-L1的表达率为42%-72%。此外,因为本次研究纳入的原发灶的PD-L1表达数据明显多于转移灶的PD-L1表达数据,所以在一定程度拉高了PD-L1阴性表达的比例。

结语

本研究立足于肺腺癌目前应用anti-PD-(L)1临床治疗唯一获批的生物标志物PD-L1的表达水平进行相关性分析研究,具有较强的临床实用性和推广性。这种思想同样可以推广到肺鳞癌、小细胞肺癌乃至其他肿瘤中,值得进一步挖掘与学习。

参考文献

Schoenfeld AJ, Rizvi H, Bandlamudi C, et al. Clinical and molecular correlates of PD-L1 expression in patients with lung adenocarcinomas. Ann Oncol. 2020;31(5):599-608. doi:10.1016/j.annonc.2020.01.065

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