nyheter

Immunterapi har medført revolusjonerende endringer i behandlingen av ondartede svulster, men det er fortsatt noen pasienter som ikke kan dra nytte av den. Derfor er det et presserende behov for passende biomarkører i kliniske anvendelser for å forutsi effektiviteten av immunterapi, for å maksimere effekten og unngå unødvendig toksisitet.

FDA-godkjente biomarkører

PD-L1-ekspresjon. Evaluering av PD-L1-ekspresjonsnivåer ved hjelp av immunhistokjemi (IHC) gir tumorproporsjonsskåren (TPS), som er prosentandelen av delvis eller fullstendig membranfargede tumorceller av en hvilken som helst intensitet i overlevende tumorceller. I kliniske studier fungerer denne testen som en hjelpediagnostisk test for behandling av avansert ikke-småcellet lungekreft (NSCLC) med pembrolizumab. Hvis TPS for prøven er ≥ 1 %, vurderes PD-L1-ekspresjon; TPS ≥ 50 % indikerer høy ekspresjon av PD-L1. I den første fase 1-studien (KEYNOTE-001) var responsraten for pasienter i PD-L1 TPS> 50 %-undergruppen som brukte pembrolizumab 45,2 %, mens responsraten for alle pasienter som fikk denne immunkontrollpunkthemmeren (ICI)-behandlingen, uavhengig av TPS, var 19,4 %. Den påfølgende fase 2/3-studien (KEYNOTE-024) randomiserte pasienter med PD-L1 TPS > 50 % til å motta pembrolizumab og standard cellegiftbehandling, og resultatene viste en signifikant forbedring i total overlevelse (OS) hos pasienter som fikk pembrolizumab-behandling.

Imidlertid er bruken av PD-L1 for å forutsi ICI-responser begrenset av ulike faktorer. For det første varierer den optimale terskelen for ulike typer kreft. For eksempel kan Pabolizumab brukes når PD-L1-ekspresjonen i tumoren hos pasienter med magekreft, spiserørskreft, blærekreft og lungekreft er henholdsvis 1 %, 10 % og 50 %. For det andre varierer evalueringen av cellepopulasjonen av PD-L1-ekspresjon avhengig av krefttypen. For eksempel kan behandling av tilbakevendende eller metastatisk plateepitelkarsinom i hode og nakke velge å bruke en annen FDA-godkjent testmetode, Comprehensive Positive Score (CPS). For det tredje er det nesten ingen korrelasjon mellom PD-L1-ekspresjon i ulike kreftformer og ICI-respons, noe som indikerer at tumorbakgrunn kan være en nøkkelfaktor for å forutsi ICI-biomarkører. For eksempel, ifølge resultatene av CheckMate-067-testen, er den negative prediktive verdien av PD-L1-ekspresjon i melanom bare 45 %. Til slutt har flere studier funnet at PD-L1-ekspresjon er inkonsistent på tvers av ulike tumorlesjoner hos en enkelt pasient, selv innenfor samme tumor. Oppsummert, selv om innledende kliniske studier av NSCLC førte til forskning på PD-L1-ekspresjon som en mulig prediktiv biomarkør, er dens kliniske nytteverdi i ulike typer kreft fortsatt uklar.

Tumormutasjonsbyrde. Tumormutasjonsbyrde (TMB) har blitt brukt som en alternativ indikator på tumorimmunogenisitet. I følge resultatene fra den kliniske studien av KEYNOTE-158 hadde pasienter med minst 10 mutasjoner per megabase (høy TMB) en høyere responsrate enn de med lav TMB blant de 10 typene avanserte solide svulster behandlet med pembrolizumab. Det er verdt å merke seg at TMB i denne studien var en prediktor for progressionsfri overlevelse (PFS), men den kunne ikke forutsi total overlevelse (OS).

Immunterapiresponsen er hovedsakelig drevet av T-cellegjenkjenning av nye antigener. Immunogenisiteten assosiert med høyere TMB avhenger også av ulike faktorer, inkludert tumor-neoantigenet som presenteres av svulsten; Immunsystemet gjenkjenner tumor-neoantigener; Vertens evne til å initiere antigenspesifikke responser. For eksempel tyder data på at svulster med høyest infiltrasjon av noen immunceller faktisk kan ha hemmende regulatorisk T-celle (Treg) klonamplifisering. I tillegg kan området for TMB avvike fra potensialet til TMB-neoantigener, ettersom det nøyaktige stedet for mutasjonen også spiller en betydelig rolle; Mutasjoner som medierer forskjellige veier for antigenpresentasjon kan påvirke presentasjonen (eller manglende presentasjon) av nye antigener til immunsystemet, noe som indikerer at svulstens iboende og immunologiske egenskaper må være konsistente for å produsere optimale ICI-responser.

For tiden måles TMB gjennom neste generasjons sekvensering (NGS), som kan variere mellom forskjellige institusjoner (internt) eller kommersielle plattformer som brukes. NGS inkluderer helgenomsekvensering (WES), helgenomsekvensering og målrettet sekvensering, som kan innhentes fra tumorvev og sirkulerende tumor-DNA (ctDNA). Det er verdt å merke seg at forskjellige typer tumorer har et bredt spekter av TMB, med immunogene tumorer som melanom, NSCLC og plateepitelkarsinom som har de høyeste TMB-nivåene. Tilsvarende har deteksjonsmetoder utviklet for forskjellige tumortyper forskjellige definisjoner av TMB-terskelverdier. I studiet av NSCLC, melanom, urotelialt karsinom og småcellet lungekreft bruker disse deteksjonsmetodene forskjellige analytiske metoder (som WES- eller PCR-deteksjon for spesifikke antall relaterte gener) og terskler (TMB høy eller TMB lav).

Mikrosatellitter er svært ustabile. Mikrosatellitt svært ustabil (MSI-H), som en pankreftbiomarkør for ICI-respons, har utmerket ytelse i å forutsi ICI-effekt i ulike kreftformer. MSI-H er et resultat av mismatch-reparasjonsdefekter (dMMR), noe som fører til en høy mutasjonsrate, spesielt i mikrosatellittregioner, noe som resulterer i produksjon av et stort antall nye antigener og til slutt utløser en klonal immunrespons. På grunn av den høye mutasjonsbyrden forårsaket av dMMR, kan MSI-H-svulster betraktes som en type svulst med høy mutasjonsbyrde (TMB). Basert på resultatene fra de kliniske studiene av KEYNOTE-164 og KEYNOTE-158, har FDA godkjent pembrolizumab for behandling av MSI-H- eller dMMR-svulster. Dette er et av de første pankreftlegemidlene som er godkjent av FDA drevet av tumorbiologi snarere enn histologi.

Til tross for betydelig suksess, er det også problemer å være oppmerksom på når man bruker MSI-status. For eksempel har opptil 50 % av pasienter med dMMR-kolorektalkreft ingen respons på ICI-behandling, noe som understreker viktigheten av andre funksjoner for å forutsi respons. Andre iboende funksjoner ved svulster som ikke kan evalueres av nåværende deteksjonsplattformer, kan være medvirkende faktorer. For eksempel har det vært rapporter om at pasienter med mutasjoner i gener som koder for viktige katalytiske underenheter av polymerase delta (POLD) eller polymerase ε (POLE) i DNA-regionen mangler replikasjonsfidelitet og viser en "supermutasjons"-fenotype i svulstene sine. Noen av disse svulstene har betydelig økt mikrosatellittinstabilitet (og dermed tilhørende MSI-H), men mismatch-reparasjonsproteiner mangler ikke (derfor ikke dMMR).

I tillegg, i likhet med TMB, påvirkes MSI-H også av de nye antigentypene som genereres av mikrosatellittinstabilitet, vertens gjenkjenning av nye antigentyper og vertens immunsystemrespons. Selv i MSI-H-type svulster har et stort antall enkeltnukleotidmutasjoner blitt identifisert som passasjermutasjoner (ikke-drivermutasjoner). Derfor er det ikke nok å bare stole på antallet mikrosatellitter som er identifisert i svulsten. Den faktiske mutasjonstypen (identifisert gjennom spesifikke mutasjonsprofiler) kan forbedre den prediktive ytelsen til denne biomarkøren. I tillegg tilhører bare en liten andel av kreftpasienter MSI-H-svulster, noe som indikerer det nåværende behovet for mer allment anvendelige biomarkører. Derfor er det fortsatt et viktig forskningsområde å identifisere andre effektive biomarkører for å forutsi effekt og veilede pasientbehandling.

Organisasjonsbasert biomarkørforskning

Gitt at virkningsmekanismen til ICI er å reversere immuncelleundertrykkelse snarere enn å direkte målrette de iboende signalveiene i tumorceller, bør videre forskning fokusere på systematisk å analysere tumorvekstmiljøet og samspillet mellom tumorceller og immunceller, noe som kan bidra til å belyse faktorene som påvirker ICI-responsen. Mange forskningsgrupper har studert tumor- eller immunfunksjoner ved spesifikke vevstyper, som tumor- og immungenmutasjonsfunksjoner, presentasjonsunderskudd på tumorantigen eller flercellede immunsentre eller aggregater (som tertiære lymfoide strukturer), som kan forutsi responser på immunterapi.

Forskere brukte NGS til å sekvensere tumor- og immuneksomet og transkriptomet i pasientvev før og etter ICI-behandling, og utførte romlig avbildningsanalyse. Ved å bruke flere integrerte modeller, kombinert med teknikker som enkeltcellesekvensering og romlig avbildning, eller multiomics-modeller, har den prediktive evnen til ICI-behandlingsresultater blitt forbedret. I tillegg har en omfattende metode for å evaluere tumorimmunsignaler og iboende tumorkarakteristikker også vist sterkere prediktiv evne. For eksempel er en omfattende batch-sekvenseringsmetode som samtidig måler tumor- og immunkarakteristikker, bedre enn en enkelt analytisk variabel. Disse resultatene understreker behovet for å simulere ICI-effekt på en mer omfattende måte, inkludert å inkorporere evalueringsresultater av vertsimmunkapasitet, iboende tumorkarakteristikker og tumorimmunkomponenter hos individuelle pasienter for bedre å forutsi hvilke pasienter som vil respondere på immunterapi.

Gitt kompleksiteten ved å innlemme tumor- og vertsfaktorer i biomarkørforskning, samt det potensielle behovet for longitudinell integrering av immunmikromiljøfunksjoner, har folk begynt å utforske biomarkører ved hjelp av datamodellering og maskinlæring. For tiden har det dukket opp noen banebrytende forskningsresultater på dette feltet, noe som indikerer fremtiden for persontilpasset onkologi assistert av maskinlæring.

Utfordringene med vevsbaserte biomarkører

Begrensninger ved analytiske metoder. Noen meningsfulle biomarkører fungerer bra i visse tumortyper, men ikke nødvendigvis i andre tumortyper. Selv om tumorspesifikke genfunksjoner har sterkere prediktiv evne enn TMB og andre, kan de ikke brukes til diagnostisering av alle tumorer. I en studie rettet mot NSCLC-pasienter ble det funnet at genmutasjonsfunksjoner var mer prediktive for ICI-effekt enn høy TMB (≥ 10), men mer enn halvparten av pasientene klarte ikke å oppdage genmutasjonsfunksjoner.

Tumorheterogenitet. Den vevsbaserte biomarkørmetoden tar bare prøver på ett enkelt tumorsted, noe som betyr at evalueringen av spesifikke tumordeler kanskje ikke nøyaktig gjenspeiler den totale ekspresjonen av alle tumorer hos pasienten. For eksempel har studier funnet heterogenitet i PD-L1-ekspresjon mellom og i tumorer, og lignende problemer eksisterer med andre vevsmarkører.

På grunn av kompleksiteten i biologiske systemer kan mange tidligere brukte vevsbiomarkører ha blitt overforenklet. I tillegg er celler i tumormikromiljøet (TME) vanligvis mobile, så interaksjonene som vises i romlig analyse representerer kanskje ikke de sanne interaksjonene mellom tumorceller og immunceller. Selv om biomarkører ideelt sett kan representere hele tumormiljøet på et bestemt tidspunkt, kan disse målene fortsatt induseres og endres dynamisk over tid, noe som indikerer at et enkelt øyeblikksbilde på et tidspunkt kanskje ikke representerer dynamiske endringer godt.

Pasientheterogenitet. Selv om kjente genetiske endringer relatert til ICI-resistens oppdages, kan noen pasienter som bærer kjente resistensbiomarkører fortsatt ha nytte av behandlingen, muligens på grunn av molekylær og/eller immunheterogenitet i svulsten og på forskjellige tumorsteder. For eksempel kan β2-mikroglobulin (B2M)-mangel indikere ny eller ervervet medikamentresistens, men på grunn av heterogeniteten i B2M-mangel mellom individer og i svulster, samt samspillet mellom immungjenkjennings- og erstatningsmekanismer hos disse pasientene, kan B2M-mangel ikke være en sterk forutsigelse av individuell medikamentresistens. Derfor, til tross for tilstedeværelsen av B2M-mangel, kan pasienter fortsatt ha nytte av ICI-behandling.

Organisasjonsbaserte longitudinelle biomarkører
Ekspresjonen av biomarkører kan endre seg over tid og med behandlingens påvirkning. Statiske og enkeltstående vurderinger av svulster og immunbiologi kan overse disse endringene, og endringer i svulstens TME og vertens immunresponsnivåer kan også overses. Flere studier har vist at det å innhente prøver før og under behandling mer nøyaktig kan identifisere endringer relatert til ICI-behandling. Dette understreker viktigheten av dynamisk biomarkørvurdering.

Blodbaserte biomarkører
Fordelen med blodanalyse ligger i dens evne til å biologisk evaluere alle individuelle tumorlesjoner, og reflektere gjennomsnittsavlesninger snarere enn spesifikke stedsavlesninger, noe som gjør den spesielt egnet for å evaluere dynamiske endringer relatert til behandling. Tallrike forskningsresultater har vist at bruk av sirkulerende tumor-DNA (ctDNA) eller sirkulerende tumorceller (CTC) for å evaluere minimal restsykdom (MRD) kan veilede behandlingsbeslutninger, men disse testene har begrenset informasjon om å forutsi om pasienter kan dra nytte av immunterapier som ICI. Derfor må ctDNA-testing kombineres med andre metoder for å måle immunaktivering eller vertens immunkapasitet. I denne forbindelse har det blitt gjort fremskritt innen immunfenotyping av perifere mononukleære blodceller (PBMC) og proteomisk analyse av ekstracellulære vesikler og plasma. For eksempel kan perifere immuncellesubtyper (som CD8+T-celler), høyt uttrykk av immunkontrollpunktmolekyler (som PD1 på perifere CD8+T-celler) og forhøyede nivåer av forskjellige proteiner i plasma (som CXCL8, CXCL10, IL-6, IL-10, PRAP1 og VEGFA) alle tjene som effektive supplementer til dynamiske ctDNA-kobiomarkører. Fordelen med disse nye metodene er at de kan evaluere endringer i svulsten (ligner på endringer oppdaget av ctDNA) og kan også avsløre endringer i pasientens immunsystem.

Radiomiks
De prediktive faktorene i bildedata kan effektivt overvinne begrensningene ved prøvetaking og biopsi av vevsbiomarkører, og kan observere hele svulsten og mulige andre metastatiske steder når som helst. Derfor kan de bli en viktig del av ikke-invasive dynamiske biomarkører i fremtiden. Delta-radiomikk kan kvantitativt beregne endringene i flere svulstegenskaper (som svulststørrelse) på forskjellige tidspunkter, for eksempel før og etter ICI-behandling, under behandling og påfølgende oppfølging. Delta-radiomikk kan ikke bare forutsi initial eller ingen respons på tidlig behandling, men også identifisere ervervet resistens mot ICI i sanntid og overvåke eventuell tilbakefall etter fullstendig remisjon. Avbildningsmodellen utviklet gjennom maskinlæringsteknologi er enda bedre enn den tradisjonelle RECIST-standarden når det gjelder å forutsi behandlingsrespons og mulige bivirkninger. Nåværende forskning indikerer at disse radiomikkmodellene har et areal under kurven (AUC) på opptil 0,8 til 0,92 når det gjelder å forutsi immunterapirespons.

En annen fordel med radiomikk er dens evne til å identifisere pseudoprogresjon nøyaktig. Radiomikkmodellen konstruert gjennom maskinlæring kan effektivt skille mellom sann og falsk progresjon ved å måle CT- eller PET-data for hver svulst på nytt, inkludert faktorer som form, intensitet og tekstur, med en AUC på 0,79. Disse radiomikkmodellene kan brukes i fremtiden for å unngå for tidlig avslutning av behandling på grunn av feilvurdering av sykdomsprogresjon.

Tarmmikrobiota
Biomarkørene for tarmmikrobiota forventes å forutsi den terapeutiske responsen på ICI. Tallrike studier har vist at en spesifikk tarmmikrobiota er nært knyttet til responsen til ulike typer kreft på ICI-behandling. For eksempel, hos pasienter med melanom og leverkreft, er forekomsten av Ruminococcaceae-bakterier assosiert med PD-1-immunterapirespons. Anriking av Akkermansia muciniphila er vanlig hos pasienter med leverkreft, lungekreft eller nyrecellekarsinom, som responderer godt på ICI-behandling.

I tillegg kan den nye maskinlæringsmodellen være uavhengig av tumortyper og assosiere spesifikke tarmbakterieslekter med den terapeutiske responsen på immunterapi. Andre studier har også avslørt den spesifikke rollen individuelle bakteriegrupper spiller i reguleringen av vertens immunsystem, og utforsker videre hvordan man kan forhindre eller fremme immunutslippning av kreftceller.

Neoadjuvant behandling
Dynamisk evaluering av tumorbiologi kan veilede påfølgende kliniske behandlingsstrategier. Neoadjuvant terapi kan evaluere den terapeutiske effekten gjennom patologisk remisjon i kirurgiske prøver. Ved behandling av melanom er den primære patologiske responsen (MPR) assosiert med overlevelsesrate uten tilbakefall. I PRADO-studien bestemmer forskerne de neste kliniske intervensjonstiltakene, som kirurgi og/eller adjuvant terapi, basert på pasientspesifikke data om patologisk remisjon.

Blant ulike krefttyper mangler fortsatt flere nye adjuvante behandlingsalternativer direkte sammenligning. Derfor avgjøres valget mellom immunterapi som monoterapi eller kombinasjonsbehandling ofte i fellesskap av behandlende lege og pasient. For tiden har forskere utviklet en interferon gamma (IFN gamma)-funksjon som inneholder 10 gener som en biomarkør for å forutsi patologisk remisjon ved melanom etter neoadjuvant behandling. De integrerte videre disse funksjonene i en algoritme for å velge pasienter med sterk eller svak respons på neoadjuvant behandling. I en oppfølgingsstudie kalt DONIMI brukte forskere denne poengsummen, kombinert med mer kompleks analyse, ikke bare for å forutsi behandlingsrespons, men også for å bestemme hvilke melanompasienter i stadium III som trenger tillegg av histondeacetylasehemmere (HDACi) for å forbedre responsen på neoadjuvant ICI-behandling.

Tumormodell avledet fra pasienter
In vitro-tumormodeller har potensial til å forutsi pasientspesifikke responser. I motsetning til in vitro-plattformen som brukes til medikamentresponsspektrumanalyse av hematologiske maligniteter, står solide svulster overfor større utfordringer på grunn av sin unike tumormikrostruktur og immuninteraksjoner mellom svulstene. Enkel tumorcellekultur kan ikke lett gjenskape disse komplekse egenskapene. I dette tilfellet kan tumorlignende organer eller organbrikker som stammer fra pasienter kompensere for disse strukturelle begrensningene, ettersom de kan bevare den opprinnelige tumorcellestrukturen og simulere interaksjoner med lymfoide og myeloide immunceller for å evaluere ICI-responser på en pasientspesifikk måte, og dermed reprodusere biologiske egenskaper mer nøyaktig i et mer realistisk tredimensjonalt miljø.

Flere banebrytende studier i Kina og USA har tatt i bruk denne nye, tredimensjonale in vitro-tumormodellen med høy gjengivelseskvalitet. Resultatene viser at disse modellene effektivt kan forutsi responsen til lungekreft, tykktarmskreft, brystkreft, melanom og andre svulster på ICI. Dette legger grunnlaget for ytterligere verifisering og standardisering av disse modellenes prediktive ytelse.