预测免疫治疗反应？测序筛查就行！

在某些癌症治疗中，刺激免疫系统的检查点抑制剂药物已经成为越来越成功的案例。但是，大约一半的肿瘤患者，以大量的基因突变为特征，对药物没有反应，这些突变来自所谓的错配修复基因缺陷。

　　

图片|ANDREW H. LEE

现在，来自约翰霍普金斯Kimmel癌症中心、Bloomberg~Kimmel癌症免疫治疗研究所和纪念Sloan Kettering癌症中心的研究人员说，他们已经找到了一个一直隐藏的失败原因。

在一项对小鼠和人类肿瘤的新研究中，研究人员说，他们发现，最有可能对免疫疗法产生反应的肿瘤比低密度微卫星遗传不稳定性（microsatellite instability，MSI）的肿瘤具有更高程度或更高强度的MSI，这意味着随着重复细胞分裂，高密度MSI肿瘤具有更高程度的DNA变化。

特别是，研究人员报告指出，与其他肿瘤相比，它们的DNA构建基块的插入/删除（或插入缺失标记，indel）突变量更高。indel突变涉及一系列核苷酸或遗传“字母”，要么插入遗传密码，要么在细胞分裂过程中被移除。它们可能会在癌细胞中产生新抗原或新蛋白质，免疫系统可以识别并摧毁这些新蛋白质。

对这项新工作发表在5月3日出版的《Science》杂志上。

“该新发现的一个预期结果是，通过对肿瘤进行活检和DNA测序，临床医生在为患者制定治疗计划时，可参考MSI的强度，”文章一作Rajarsi Mandal，M.D.说，他是Bloomberg~Kimmel头颈癌免疫治疗研究项目的主管，以及约翰霍普金斯大学医学院耳鼻咽喉头颈外科的助理教授。

Mandal说：“这种基因‘特征’可能成为一种新的生物标记物，类似于一个水晶球，用来观察哪些癌症患者对免疫疗法有反应。”他警告说，新研究结果需要在更大的研究中得到验证。“我们目前还没有做出任何明确的声明，但我们相信这是第一个证据，证明有可能对晚期错配修复缺陷肿瘤患者使用这种测序数据。”

Mandal说，至少有14种癌症具有这种遗传特征。最常见的是结直肠癌、胃癌、子宫癌和子宫内膜癌，但在较小范围上也可见于其他类型的癌症，如肺癌和头颈癌。

Mandal和同事们做了几项实验来梳理错配修复缺陷肿瘤的免疫治疗反应。首先，他们用小鼠黑色素瘤和小鼠结直肠癌细胞系，并使用基因编辑工具（CRISPR-Cas9）制造出类似于人类肿瘤细胞的失配修复缺陷肿瘤，并使其生长数周。

那些生长了四周的细胞被称为MSI中间细胞系，而那些生长了四个月的细胞被称为MSI高细胞系。通过使用全外显子测序进行分析，他们发现，与为实验创建的MSI中间细胞系或原始母细胞系相比，MSI高细胞系具有更多的indel突变，以及更多的另一种称为错义（missense）的突变（在细胞分裂过程中仅替换一个遗传字母）。

研究人员随后将这些细胞系植入活鼠的侧腹，并用抗PD-1检测点抑制剂或假治疗的免疫治疗药物处理小鼠。抗-PD-1检查点抑制剂释放对免疫细胞的抑制，否则免疫细胞会关闭对癌细胞的免疫反应。

植入MSI高细胞系和抗PD-1治疗的小鼠比植入MSI中间细胞系和原始母细胞系的小鼠的肿瘤体积减少更为显著。Mandal说，这表明研究小组看到的可变反应是由于这些肿瘤的遗传特性的变化造成的。

然后，在植入24天后，研究人员分析了小鼠肿瘤中肿瘤浸润淋巴细胞（攻击和破坏肿瘤细胞的免疫系统白细胞）的数量。他们发现，与其他样本相比，在抗PD-1治疗后的MSI高肿瘤中，这些细胞有统计学显著和高度显著的增加，这表明反应与免疫系统有关。

接下来，研究小组对MSI高肿瘤的DNA进行测序，发现抗PD-1治疗组的错义和indel突变有所减少。Mandal说，这表明这些突变是产生免疫系统识别和消除的新抗原的原因。

在这些发现的基础上，研究小组观察了从三个独立的癌症患者矩阵中提取的临床数据，以了解MSI密度与患者对抗PD-1治疗反应之间的关系。研究人员首先对14种人类癌症的基线免疫活性进行了检测，通过先前报告和标准化的免疫活性评分（CYT），发现与MSI低肿瘤相比，MSI高肿瘤的免疫活性有增加的趋势。

研究人员还说，他们观察到了一个统计学上的显著差异，也就是说，这一发现并非偶然的，即免疫活性MSI-high和MSI-low经常被检测出具有错配修复缺陷，如子宫癌、子宫内膜癌、胃癌和结直肠癌。

研究小组还分析了两组抗PD-1免疫疗法的错配修复缺陷肿瘤患者的DNA序列。在第一组15名约翰霍普金斯患者，其中9名错配修复缺陷患者中，他们注意到，与低水平患者相比，基因MSI水平较高的患者通常对免疫治疗有完全或非常好的反应。

在第二组33名来自纪念Sloan Ketterin的患者中，研究小组注意到，前80%的患者MSI水平与免疫检查点抑制剂治疗后的生存率提高有关。

Mandal说：“我们的数据共同表明，有助于寻找能够从免疫治疗中受益的患者的微星型阈值确实存在。通过使用精确的、新一代的MSI密度序列测定方法，可以对抗PD-1治疗的应答者和无应答者分类，以应对错配修复缺陷型癌症。”

Mandal说，研究小组的下一步将探索先天免疫系统在MSI相关免疫反应中的作用，并确认基线或持续产生的突变，特别是插入缺失突变，是否与观察到的治疗反应有关。

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原文检索：Genetic diversity of tumors with mismatch repair deficiency influences anti–PD-1 immunotherapy response

（生物通：伍松）