如何预测突破性免疫疗法的临床反应？

最近，研究人员发表了一项里程碑意义的研究，对一种强大癌症疗法（称为免疫检查点阻断，immune checkpoint blockade）临床反应的遗传学基础进行了研究。这项研究结果发表在2014年11月19日的《新英格兰医学杂志》（New England Journal of Medicine），描述了黑色素瘤中的精确遗传特征，可决定一名患者是否会对这种疗法发生反应。

　　

生物通报道：最近，由Ludwig和Memorial Sloan Kettering (MSK)研究人员带领的一个小组，发表了一项里程碑意义的研究，对一种强大癌症疗法（称为免疫检查点阻断，immune checkpoint blockade）临床反应的遗传学基础进行了研究。这项研究结果发表在2014年11月19日的《新英格兰医学杂志》（New England Journal of Medicine），描述了黑色素瘤中的精确遗传特征，可决定一名患者是否会对这种疗法发生反应。研究也详尽地解释了这些遗传标记如何转化为微妙的分子变化，使癌细胞对免疫系统的侵袭响应免疫检查站封锁疗法。

Ludwig合作实验室主任、Ludwig癌症免疫治疗中心副主任Jedd Wolchok博士称：“我们所发现的遗传标签，对于理解驱动转移性黑色素瘤对免疫疗法的治疗反应的生物学机制，将是无价的。此外，我们的策略现在可以用于确定与其他许多免疫疗法和癌症相关的遗传特征。”他与MSK人类肿瘤和发病学项目Timothy Chan博士共同带领了这项研究。

与免疫疗法同样令人兴奋的癌症治疗方法少之又少，在免疫疗法中，免疫系统会破坏恶性肿瘤。一类这样的治疗方法可靶定CTLA-4——在杀伤T细胞表面表达的一个分子，通常阻断它们的增殖。阻断CTLA-4的抗体药物，从而会激发杀伤T细胞反应——这可以靶定癌细胞，并明显延长许多黑色素瘤患者的生存期。然而，并不是所有的患者都会对这种治疗产生反应：一些患者能生存很多年，而其他一些患者则根本没有反应。

Wolchok说：“有一小部分黑色素瘤患者，他们的生存时间比过去预计的还要长，在很大程度上是因为这种治疗和其他最近开发的靶向和免疫疗法。但是，我们不知道如何识别它们，正是这一点引发了这项调查。”

癌细胞增殖很快速，但是很草率，当它们繁殖时基因组产生了无数的突变。这些突变往往表现为蛋白质分子氨基酸链的变化。像所有细胞一样，癌细胞可切断并维持这种蛋白质的短片段——每一个长度约9个氨基酸，用于免疫系统评估。这些“多肽”滞留，并通过一个称为MHC类I的蛋白质复合物递交给免疫细胞，该复合物在人与人之间有显著差异。

Chan说：“Jedd等人以前的研究已经表明，患者特定类型的MHC，似乎并不影响CTLA-4封锁的疗效。所以，我们决定探讨，是否肿瘤基因组有什么信息，会告诉我们患者对这种疗法有反应与否。结果是完全出乎意料的，答案是极其重要的。”

Chan、Wolchok及其同事最初假设，具有高度突变细胞的肿瘤，可能对CTLA-4封锁最敏感。为了检验这一假设，他们对25名接受抗CTLA-4抗体治疗患者肿瘤中所有表达为蛋白质的基因，进行了外显子组测序和比对，发现在某种程度上，这是真的。Wolchok说：“但是如果稍微深入分析数据，我们会发现有异常值，具有超过一千个突变的患者没有反应，只有几十个突变的患者则有反应。这是一个强有力的迹象，表明跟突变的质量有关系。”

对癌症基因组的复杂计算分析表明，在MHC Class I呈递的肽段当中，一组核心肽序列——每个长四个氨基酸（四肽），与治疗反应有明确关系。为了检测这一遗传特征的预后，研究人员对来自另外39名接受CTLA-4封锁治疗的黑色素瘤患者的肿瘤样本进行了外显子组测序。他们发现，在对治疗发生反应的这组患者中，至少具有一个和几个他们已经确定的四肽。那些未发生反应的患者则没有。他们的研究结果表明，突变的DNA序列，可在基因组中随处发生，不仅仅是在已知可导致癌症的突变 “驱动”基因中。

Chan说：“肿瘤基因组的突变越多，免疫疗法更可能发挥作用。因为由烟草诱发的肿瘤（如非小细胞肺癌）比大多数其他癌症（除了黑色素瘤）具有更多的突变，因此，这一发现对这些基因多样化的癌症具有重要的医学意义。”

Wolchok说，这项研究也有助于解释，为什么在临床试验中发现，相对更多的突变肿瘤对检查站封锁疗法是最敏感的。

研究人员通过实验进一步证实了他们的发现，表明来自有治疗反应患者的杀伤T细胞，可被突变四肽（而不是正常的）的合成复制品强效激活。来自健康者的T细胞，对突变肽没有反应，表明讨论中的T细胞反应对黑色素瘤有特异性。

接下来，研究人员将在其他免疫疗法和其他癌症类型（特别是肺癌）中进行类似的分析。

（生物通：王英）

延伸阅读：《自然医学》：科学家发现肿瘤免疫疗法的新靶点

生物通推荐原文摘要：
Genetic Basis for Clinical Response to CTLA-4 Blockade in Melanoma
Abstract
Background
Immune checkpoint inhibitors are effective cancer treatments, but molecular determinants of clinical benefit are unknown. Ipilimumab and tremelimumab are antibodies against cytotoxic T-lymphocyte antigen 4 (CTLA-4). Anti–CTLA-4 treatment prolongs overall survival in patients with melanoma. CTLA-4 blockade activates T cells and enables them to destroy tumor cells.

Methods
We obtained tumor tissue from patients with melanoma who were treated with ipilimumab or tremelimumab. Whole-exome sequencing was performed on tumors and matched blood samples. Somatic mutations and candidate neoantigens generated from these mutations were characterized. Neoantigen peptides were tested for the ability to activate lymphocytes from ipilimumab-treated patients.

Results
Malignant melanoma exomes from 64 patients treated with CTLA-4 blockade were characterized with the use of massively parallel sequencing. A discovery set consisted of 11 patients who derived a long-term clinical benefit and 14 patients who derived a minimal benefit or no benefit. Mutational load was associated with the degree of clinical benefit (P=0.01) but alone was not sufficient to predict benefit. Using genomewide somatic neoepitope analysis and patient-specific HLA typing, we identified candidate tumor neoantigens for each patient. We elucidated a neoantigen landscape that is specifically present in tumors with a strong response to CTLA-4 blockade. We validated this signature in a second set of 39 patients with melanoma who were treated with anti–CTLA-4 antibodies. Predicted neoantigens activated T cells from the patients treated with ipilimumab.

Conclusions
These findings define a genetic basis for benefit from CTLA-4 blockade in melanoma and provide a rationale for examining exomes of patients for whom anti–CTLA-4 agents are being considered.