nyheder

Immunterapi har medført revolutionerende ændringer i behandlingen af ​​ondartede tumorer, men der er stadig nogle patienter, som ikke kan drage fordel af den. Derfor er der et presserende behov for passende biomarkører i kliniske anvendelser for at forudsige immunterapiens effektivitet for at maksimere effekten og undgå unødvendig toksicitet.

FDA-godkendte biomarkører

PD-L1-ekspression. Evaluering af PD-L1-ekspressionsniveauer ved hjælp af immunhistokemi (IHC) giver tumorproportionsscoren (TPS), som er procentdelen af ​​delvist eller fuldstændigt membranfarvede tumorceller af en hvilken som helst intensitet i overlevende tumorceller. I kliniske forsøg fungerer denne test som en hjælpediagnostisk test til behandling af avanceret ikke-småcellet lungekræft (NSCLC) med pembrolizumab. Hvis TPS for prøven er ≥ 1%, overvejes PD-L1-ekspression; TPS ≥ 50% indikerer høj ekspression af PD-L1. I det indledende fase 1-forsøg (KEYNOTE-001) var responsraten for patienter i PD-L1 TPS>50%-undergruppen, der brugte pembrolizumab, 45,2%, mens responsraten for alle patienter, der fik denne immuncheckpointhæmmer (ICI)-behandling, uanset TPS var 19,4%. Det efterfølgende fase 2/3-forsøg (KEYNOTE-024) tilfældigt tildelte patienter med PD-L1 TPS > 50 % til at modtage pembrolizumab og standardkemoterapi, og resultaterne viste en signifikant forbedring i den samlede overlevelse (OS) hos patienter, der fik pembrolizumab-behandling.

Anvendelsen af ​​PD-L1 til at forudsige ICI-responser er dog begrænset af forskellige faktorer. For det første varierer den optimale tærskel for forskellige typer kræft. For eksempel kan Pabolizumab anvendes, når tumorens PD-L1-ekspression hos patienter med mavekræft, spiserørskræft, blærekræft og lungekræft er henholdsvis 1%, 10% og 50%. For det andet varierer evalueringen af ​​cellepopulationen af ​​PD-L1-ekspression afhængigt af kræfttypen. For eksempel kan behandlingen af ​​tilbagevendende eller metastatisk pladecellecarcinom i hoved og hals vælge at bruge en anden FDA-godkendt testmetode, Comprehensive Positive Score (CPS). For det tredje er der næsten ingen korrelation mellem PD-L1-ekspression i forskellige kræftformer og ICI-respons, hvilket indikerer, at tumorbaggrund kan være en nøglefaktor i forudsigelsen af ​​ICI-biomarkører. For eksempel er den negative prædiktive værdi af PD-L1-ekspression i melanom ifølge resultaterne af CheckMate-067-testen kun 45%. Endelig har flere studier vist, at PD-L1-ekspressionen er inkonsistent på tværs af forskellige tumorlæsioner hos en enkelt patient, selv inden for den samme tumor. Sammenfattende kan man sige, at selvom indledende kliniske forsøg med NSCLC førte til forskning i PD-L1-ekspression som en mulig prædiktiv biomarkør, forbliver dens kliniske anvendelighed i forskellige typer kræft uklar.

Tumormutationsbyrde. Tumormutationsbyrde (TMB) er blevet brugt som en alternativ indikator for tumorimmunogenicitet. Ifølge resultaterne af det kliniske forsøg med KEYNOTE-158 havde patienter med mindst 10 mutationer pr. megabase (høj TMB) en højere responsrate end dem med lav TMB blandt de 10 typer avancerede solide tumorer behandlet med pembrolizumab. Det er værd at bemærke, at TMB i dette studie var en prædiktor for progressionsfri overlevelse (PFS), men det var ikke i stand til at forudsige OS.

Immunterapiresponset er primært drevet af T-cellegenkendelse af nye antigener. Immunogeniciteten forbundet med højere TMB afhænger også af forskellige faktorer, herunder det tumorneoantigen, som tumoren præsenterer; Immunsystemet genkender tumorneoantigener; Værtens evne til at initiere antigenspecifikke reaktioner. For eksempel tyder data på, at tumorer med den højeste infiltration af nogle immunceller faktisk kan have hæmmende regulatorisk T-celle (Treg) klonamplifikation. Derudover kan TMB-området afvige fra potentialet for TMB-neoantigener, da det nøjagtige sted for mutationen også spiller en betydelig rolle; Mutationer, der medierer forskellige veje for antigenpræsentation, kan påvirke præsentationen (eller manglende præsentation) af nye antigener til immunsystemet, hvilket indikerer, at tumorens intrinsiske og immunologiske egenskaber skal være konsistente for at producere optimale ICI-responser.

I øjeblikket måles TMB gennem næstegenerationssekventering (NGS), som kan variere mellem forskellige institutioner (internt) eller kommercielle platforme, der anvendes. NGS omfatter hel-eksomsekventering (WES), helgenomsekventering og målrettet sekventering, som kan opnås fra tumorvæv og cirkulerende tumor-DNA (ctDNA). Det er værd at bemærke, at forskellige typer tumorer har en bred vifte af TMB, hvor immunogene tumorer såsom melanom, NSCLC og pladecellecarcinom har de højeste TMB-niveauer. Tilsvarende har detektionsmetoder designet til forskellige tumortyper forskellige definitioner af TMB-tærskelværdier. I studiet af NSCLC, melanom, urotelialt carcinom og småcellet lungekræft bruger disse detektionsmetoder forskellige analytiske metoder (såsom WES- eller PCR-detektion for specifikke antal relaterede gener) og tærskler (TMB høj eller TMB lav).

Mikrosatellitter er meget ustabile. Mikrosatellit meget ustabil (MSI-H), som en pancancer-biomarkør for ICI-respons, har fremragende præstationer i at forudsige ICI-effektivitet i forskellige kræftformer. MSI-H er et resultat af mismatch-reparationsdefekter (dMMR), hvilket fører til en høj mutationsrate, især i mikrosatellitregioner, hvilket resulterer i produktion af et stort antal nye antigener og i sidste ende udløser et klonalt immunrespons. På grund af den høje mutationsbyrde forårsaget af dMMR kan MSI-H-tumorer betragtes som en type tumor med høj mutationsbyrde (TMB). Baseret på resultaterne af de kliniske forsøg med KEYNOTE-164 og KEYNOTE-158 har FDA godkendt pembrolizumab til behandling af MSI-H- eller dMMR-tumorer. Dette er et af de første pancancerlægemidler, der er godkendt af FDA baseret på tumorbiologi snarere end histologi.

Trods betydelig succes er der også problemer, man skal være opmærksom på, når man bruger MSI-status. For eksempel har op til 50 % af patienter med dMMR-kolorektal cancer intet respons på ICI-behandling, hvilket understreger vigtigheden af ​​andre funktioner i forudsigelsen af ​​respons. Andre iboende egenskaber ved tumorer, som ikke kan evalueres af nuværende detektionsplatforme, kan være medvirkende faktorer. For eksempel har der været rapporter om, at patienter med mutationer i gener, der koder for vigtige katalytiske underenheder af polymerase delta (POLD) eller polymerase ε (POLE) i DNA-regionen, mangler replikationsfidelitet og udviser en "supermutations"-fænotype i deres tumorer. Nogle af disse tumorer har signifikant øget mikrosatellitinstabilitet (og tilhører dermed MSI-H), men mismatch-reparationsproteiner mangler ikke (derfor ikke dMMR).

Derudover påvirkes MSI-H, ligesom TMB, også af de nye antigentyper, der genereres af mikrosatellitinstabilitet, værtens genkendelse af nye antigentyper og værtens immunsystems responsivitet. Selv i MSI-H-type tumorer er et stort antal enkeltnukleotidmutationer blevet identificeret som passagermutationer (ikke-drivermutationer). Derfor er det ikke nok udelukkende at stole på antallet af mikrosatellitter, der er identificeret i tumoren; den faktiske mutationstype (identificeret gennem specifikke mutationsprofiler) kan forbedre denne biomarkørs prædiktive ydeevne. Derudover tilhører kun en lille andel af kræftpatienter MSI-H-tumorer, hvilket indikerer et nuværende behov for mere bredt anvendelige biomarkører. Derfor er det fortsat et vigtigt forskningsområde at identificere andre effektive biomarkører til at forudsige effekt og vejlede patientbehandling.

Organisationsbaseret biomarkørforskning

I betragtning af at ICI's virkningsmekanisme er at vende immuncelleundertrykkelse snarere end direkte at målrette tumorcellernes intrinsiske veje, bør yderligere forskning fokusere på systematisk at analysere tumorvækstmiljøet og interaktionen mellem tumorceller og immunceller, hvilket kan bidrage til at belyse de faktorer, der påvirker ICI-responset. Mange forskergrupper har studeret tumor- eller immunfunktioner i specifikke vævstyper, såsom tumor- og immungenmutationsfunktioner, underskud af tumorantigenpræsentation eller multicellulære immuncentre eller aggregater (såsom tertiære lymfoide strukturer), som kan forudsige responser på immunterapi.

Forskere brugte NGS til at sekventere tumor- og immun-eksomet og transkriptomet i patientvæv før og efter ICI-behandling og udførte spatial billeddannelsesanalyse. Ved at bruge flere integrerede modeller kombineret med teknikker som enkeltcelle-sekventering og spatial billeddannelse eller multi-omics-modeller er den prædiktive evne af ICI-behandlingsresultater blevet forbedret. Derudover har en omfattende metode til evaluering af tumorimmunsignaler og iboende tumorkarakteristika også vist en stærkere prædiktiv evne. For eksempel er en omfattende batch-sekventeringsmetode, der samtidig måler tumor- og immunkarakteristika, bedre end en enkelt analytisk variabel. Disse resultater fremhæver nødvendigheden af ​​at simulere ICI-effektivitet på en mere omfattende måde, herunder at inkorporere evalueringsresultater af værtens immunkapacitet, iboende tumorkarakteristika og tumorimmunkomponenter hos individuelle patienter for bedre at forudsige, hvilke patienter der vil reagere på immunterapi.

I betragtning af kompleksiteten ved at inkorporere tumor- og værtfaktorer i biomarkørforskning, samt det potentielle behov for longitudinel integration af immunmikromiljøfunktioner, er folk begyndt at udforske biomarkører ved hjælp af computermodellering og maskinlæring. I øjeblikket er der opnået nogle banebrydende forskningsresultater på dette område, hvilket indikerer fremtiden for personlig onkologi assisteret af maskinlæring.

Udfordringerne med vævsbaserede biomarkører

Begrænsninger ved analytiske metoder. Nogle meningsfulde biomarkører fungerer godt i visse tumortyper, men ikke nødvendigvis i andre tumortyper. Selvom tumorspecifikke genkarakteristika har en stærkere prædiktiv evne end TMB og andre, kan de ikke bruges til diagnosticering af alle tumorer. I et studie rettet mod NSCLC-patienter viste det sig, at genmutationskarakteristika var mere prædiktive for ICI-effektivitet end høj TMB (≥ 10), men mere end halvdelen af ​​patienterne var ikke i stand til at detektere genmutationskarakteristika.

Tumorheterogenitet. Den vævsbaserede biomarkørmetode tager kun prøver på et enkelt tumorsted, hvilket betyder, at evalueringen af ​​specifikke tumordele muligvis ikke nøjagtigt afspejler den samlede ekspression af alle tumorer hos patienten. For eksempel har undersøgelser fundet heterogenitet i PD-L1-ekspression mellem og inden for tumorer, og lignende problemer eksisterer med andre vævsmarkører.

På grund af kompleksiteten af ​​biologiske systemer kan mange tidligere anvendte vævsbiomarkører være blevet overforenklet. Derudover er celler i tumormikromiljøet (TME) normalt mobile, så de interaktioner, der vises i rumlig analyse, repræsenterer muligvis ikke de sande interaktioner mellem tumorceller og immunceller. Selv hvis biomarkører ideelt set kan repræsentere hele tumormiljøet på et specifikt tidspunkt, kan disse mål stadig induceres og ændre sig dynamisk over tid, hvilket indikerer, at et enkelt øjebliksbillede på et tidspunkt muligvis ikke repræsenterer dynamiske ændringer godt.

Patientheterogenitet. Selv hvis der opdages kendte genetiske ændringer relateret til ICI-resistens, kan nogle patienter, der bærer kendte resistensbiomarkører, stadig have gavn af behandlingen, muligvis på grund af molekylær og/eller immunheterogenitet i tumoren og på forskellige tumorsteder. For eksempel kan β2-mikroglobulin (B2M)-mangel indikere ny eller erhvervet lægemiddelresistens, men på grund af heterogeniteten af ​​B2M-mangel mellem individer og inden for tumorer, samt interaktionen mellem immungenkendelses- og erstatningsmekanismer hos disse patienter, kan B2M-mangel ikke i høj grad forudsige individuel lægemiddelresistens. Derfor kan patienter, på trods af tilstedeværelsen af ​​B2M-mangel, stadig have gavn af ICI-behandling.

Organisationsbaserede longitudinelle biomarkører
Ekspressionen af ​​biomarkører kan ændre sig over tid og med behandlingens påvirkning. Statiske og enkeltstående vurderinger af tumorer og immunbiologi kan overse disse ændringer, og ændringer i tumorens TME og værtens immunresponsniveauer kan også overses. Flere undersøgelser har vist, at indsamling af prøver før og under behandling mere præcist kan identificere ændringer relateret til ICI-behandling. Dette understreger vigtigheden af ​​dynamisk biomarkørvurdering.

Blodbaserede biomarkører
Fordelen ved blodanalyse ligger i dens evne til biologisk at evaluere alle individuelle tumorlæsioner, hvilket afspejler gennemsnitsaflæsninger snarere end specifikke stedsaflæsninger, hvilket gør den særligt velegnet til evaluering af dynamiske ændringer relateret til behandling. Talrige forskningsresultater har vist, at brugen af ​​cirkulerende tumor-DNA (ctDNA) eller cirkulerende tumorceller (CTC) til at evaluere minimal residual disease (MRD) kan vejlede behandlingsbeslutninger, men disse tests har begrænset information om at forudsige, om patienter kan drage fordel af immunterapier som ICI. Derfor skal ctDNA-testning kombineres med andre metoder til at måle immunaktivering eller værtens immunkapacitet. I denne henseende er der gjort fremskridt inden for immunfænotypning af perifere mononukleære blodceller (PBMC'er) og proteomisk analyse af ekstracellulære vesikler og plasma. For eksempel kan perifere immuncelle-subtyper (såsom CD8+T-celler), høj ekspression af immune checkpoint-molekyler (såsom PD1 på perifere CD8+T-celler) og forhøjede niveauer af forskellige proteiner i plasma (såsom CXCL8, CXCL10, IL-6, IL-10, PRAP1 og VEGFA) alle tjene som effektive supplementer til ctDNA dynamiske co-biomarkører. Fordelen ved disse nye metoder er, at de kan evaluere ændringer i tumoren (svarende til ændringer, der detekteres af ctDNA), og kan også afsløre ændringer i patientens immunsystem.

Radiomik
De prædiktive faktorer i billeddata kan effektivt overvinde begrænsningerne ved prøveudtagning af vævsbiomarkører og biopsi og kan observere hele tumoren og mulige andre metastatiske steder på ethvert tidspunkt. Derfor kan de blive en vigtig del af ikke-invasive dynamiske biomarkører i fremtiden. Delta-radiomik kan kvantitativt beregne ændringerne i flere tumorfunktioner (såsom tumorstørrelse) på forskellige tidspunkter, såsom før og efter ICI-behandling, under behandling og efterfølgende opfølgning. Delta-radiomik kan ikke kun forudsige initial eller ingen respons på tidlig behandling, men også identificere erhvervet resistens over for ICI i realtid og overvåge eventuel recidiv efter fuldstændig remission. Billeddannelsesmodellen, der er udviklet gennem maskinlæringsteknologi, er endnu bedre end den traditionelle RECIST-standard til at forudsige behandlingsrespons og mulige bivirkninger. Aktuel forskning tyder på, at disse radiomikmodeller har et areal under kurven (AUC) på op til 0,8 til 0,92 til at forudsige immunterapirespons.

En anden fordel ved radiomik er dens evne til præcist at identificere pseudoprogression. Radiomikmodellen, der er konstrueret gennem maskinlæring, kan effektivt skelne mellem sand og falsk progression ved at genmåle CT- eller PET-data for hver tumor, inklusive faktorer som form, intensitet og tekstur, med en AUC på 0,79. Disse radiomikmodeller kan bruges i fremtiden for at undgå for tidlig afbrydelse af behandlingen på grund af fejlvurdering af sygdomsprogression.

Tarmmikrobiota
Biomarkørerne for tarmmikrobiota forventes at forudsige det terapeutiske respons på ICI. Talrige undersøgelser har vist, at en specifik tarmmikrobiota er tæt forbundet med responsen fra forskellige typer kræft på ICI-behandling. For eksempel er forekomsten af ​​Ruminococcaceae-bakterier hos patienter med melanom og leverkræft forbundet med PD-1-immunterapirespons. Akkermansia muciniphila-berigelse er almindelig hos patienter med leverkræft, lungekræft eller nyrecellekarcinom, der reagerer godt på ICI-behandling.

Derudover kan den nye maskinlæringsmodel være uafhængig af tumortyper og forbinde specifikke tarmbakterieslægter med den terapeutiske respons på immunterapi. Andre undersøgelser har også afsløret den specifikke rolle, som individuelle bakteriegrupper spiller i reguleringen af ​​værtens immunsystem, og undersøger yderligere, hvordan man kan forhindre eller fremme immunforsvarets flugt fra kræftceller.

Neoadjuverende behandling
Dynamisk evaluering af tumorbiologi kan vejlede efterfølgende kliniske behandlingsstrategier. Neoadjuverende behandlingsstudier kan evaluere den terapeutiske effekt gennem patologisk remission i kirurgiske prøver. Ved behandling af melanom er det primære patologiske respons (MPR) forbundet med recidivfri overlevelsesrate. I PRADO-studiet bestemmer forskerne de næste kliniske interventionsforanstaltninger, såsom kirurgi og/eller adjuverende behandling, baseret på patientspecifikke patologiske remissionsdata.

Blandt forskellige kræfttyper mangler adskillige nye adjuverende behandlingsmuligheder stadig direkte sammenligning. Derfor træffes valget mellem immunterapi som monoterapi eller kombinationsbehandling ofte i fællesskab af den behandlende læge og patienten. I øjeblikket har forskere udviklet en interferon gamma (IFN gamma)-funktion, der indeholder 10 gener, som en biomarkør til at forudsige patologisk remission ved melanom efter neoadjuverende behandling. De integrerede yderligere disse funktioner i en algoritme til at udvælge patienter med stærke eller svage responser på neoadjuverende behandling. I et opfølgende studie kaldet DONIMI brugte forskerne denne score, kombineret med mere kompleks analyse, ikke kun til at forudsige behandlingsrespons, men også til at bestemme, hvilke patienter med melanom i stadium III, der kræver tilføjelse af histondeacetylasehæmmere (HDACi) for at forbedre responsen på neoadjuverende ICI-behandling.

Tumormodel afledt af patienter
In vitro-tumormodeller har potentiale til at forudsige patientspecifikke reaktioner. I modsætning til in vitro-platformen, der anvendes til lægemiddelresponsspektrumanalyse af hæmatologiske maligniteter, står solide tumorer over for større udfordringer på grund af deres unikke tumormikrostruktur og tumorimmuninteraktioner. Simpel tumorcellekultur kan ikke let replikere disse komplekse egenskaber. I dette tilfælde kan tumorlignende organer eller organchips, der stammer fra patienter, kompensere for disse strukturelle begrænsninger, da de kan bevare den oprindelige tumorcellestruktur og simulere interaktioner med lymfoide og myeloide immunceller for at evaluere ICI-responser på en patientspecifik måde og derved mere præcist reproducere biologiske egenskaber i et mere realistisk tredimensionelt miljø.

Adskillige banebrydende studier i Kina og USA har anvendt denne nye tredimensionelle in vitro-tumormodel med høj kvalitet. Resultaterne viser, at disse modeller effektivt kan forudsige responsen af ​​lungekræft, tyktarmskræft, brystkræft, melanom og andre tumorer på ICI. Dette lægger grundlaget for yderligere verifikation og standardisering af disse modellers prædiktive ydeevne.