生殖系DNA复制修复缺陷儿童PD-1抑制反应的基因组预测因子

超突变和微卫星负荷决定了因生殖系DNA复制修复缺陷导致的难治性癌症患儿和年轻人PD-1阻断后的反应和长期存活率。

　　

摘要

在人类中，由生殖系DNA错配修复缺陷或聚合酶校正缺陷(MMRD和PPD)引起的癌症具有最高的突变和微卫星插入-缺失(MS-indel)负担。MMRD和PPD癌症通常是致命的，因为其固有的耐药性化疗照射。虽然在以往的研究中，免疫检查点抑制剂(ICI)未能使儿童受益，但我们假设MMRD和PPD引起的高突变将改善这些患者在ICI治疗后的预后。

利用一项国际联合注册研究，我们报告了38例患者中45个进展或复发肿瘤的ICI治疗，在大多数患者中观察到持久的客观反应，3年生存率达到41.4%。高突变负荷预测MMRD + PPD联合富集的超高突变肿瘤(>100突变/ Mb)的反应，而MS-indels预测突变负荷较低的MMRD肿瘤(10-100突变/ Mb)的反应。此外，这两种机制都与免疫浸润增加相关，甚至在“免疫冷”的肿瘤中，如胶质瘤，有助于良好的反应。假进展(flare)是常见的，并与肿瘤微环境和系统的免疫激活相关。此外，继续进行ICI治疗的假进展的患者获得了持久的缓解。这项研究表明，对于以前不知道对ICI治疗有反应的肿瘤患者，包括中枢神经系统和同步癌症患者，其生存率得到了改善，并确定了突变负担和MS-indels在预测免疫治疗持续反应方面的双重作用。

正文

真核细胞中精确的DNA复制是由控制碱基掺入和校正的DNA聚合酶Pol δ和Pol ε以及承担复制后监测的错配修复(MMR)系统保证的¹。POLD1和POLE的种系和体细胞突变(称为聚合酶校正缺陷，PPD)，或MMR基因(MLH1, MSH2, MSH6, PMS2;MMR不足，MMRD)导致DNA复制修复缺陷。这是高突变和微卫星不稳定性(MSI)在一些成人和儿童癌症中的主要驱动因素。在MMR基因(Lynch综合征)⁵中，种系PPD⁴和单等位种系致病变异均可导致成人发病的胃肠道和泌尿生殖系统癌症。相比之下，生殖系中MMR功能的双等位基因缺失会导致体质型MMRD综合征，这是一种高度外显性和侵袭性的致癌条件。患者通常在年轻时患癌症，最常见的是恶性胶质瘤、胃肠道和血液系统恶性肿瘤⁶。这些癌症通常具有化疗耐药性，导致受影响患者的生存期较低。事实上，这些人很少能活过成年早期。在血缘关系密切的地区，包括许多发展中国家，以及土著人口中，这种负担非常严重。

DNA复制修复缺陷的癌症普遍是高突变，由于不断获得的多个体细胞突变。这些癌症的肿瘤突变负担(TMB)比MMR完整的儿童癌症高100 - 1000倍。此外，这些肿瘤中有许多在POLD1/ POLE中获得二次体细胞突变，导致MMR + PPD合并，其特征为超高突变(>每Mb 100个突变)²。因此，在所有人类癌症中，这些癌症的TMB最高。黑素瘤和肺癌等高突变型癌症分别由紫外线和吸烟引起，它们对针对程序性死亡信号的免疫检查点抑制剂(ICIs)产生反应。然而，尽管在一些高突变体成人癌症中报道了显著的抗肿瘤作用，但这些反应仅在一小部分患者中持续¹¹。我们对TMB在决定ICI反应性质和持续时间方面的相对重要性和可变临界值的理解仍在不断发展中^12,13,14。最近的研究提出了关于TMB和PD-L1 (PD-L1)表达作为ICI^{12、13、14、15}反应的强劲生物标志物的作用的问题。相比之下，MMRD结直肠癌被报道由于MSI^16、17、18的过量而对ICI有反应，这表明基因组特征如TMB或MSI可能都驱动对ICI^19、20、21的免疫应答，但可能单独不足以在不同的癌症类型中产生持久的应答。

大多数癌症，包括高突变的成人脑瘤，都被认为是“免疫冷”的，对ICI²²没有反应。重要的是，在多个大型儿科临床试验中，ICIs并没有产生显著的疗效，并且被认为在儿童和青少年实体肿瘤的治疗中是无效的。此外，对于所有接受免疫治疗的实体肿瘤，区分真正的肿瘤进展和炎性假进展是一个主要挑战，也是有效治疗的障碍²⁶。

尽管在之前的研究中观察到儿童对ICIs缺乏反应，我们假设源于生殖系DNA复制修复缺陷的癌症可能受益于ICIs，因为其过量的突变负荷²⁷。此外，我们假设，仅由MMRD、PPD或联合MMRD + PPD驱动的癌症将分别发挥各自独特的突变谱，驱动局部和全身免疫反应，这将有助于阐明ICI后的应答和伪进展机制。

为了解决这些假设，我们进行了一项大型的、观察性的、基于注册的研究，利用系统收集的数据，包括回顾性和前瞻性的数据，这些数据是通过国际复制修复缺陷联盟(IRRDC)^2,6,8,27收集的。这使我们能够评估由生殖系DNA复制修复缺陷导致的癌症患儿的抗PD-1治疗的现实结果和预测因素。独特的是，这也为我们提供了一个机会，来研究在常规临床试验中被排除在外的患有同步恶性肿瘤的个体中ICI的疗效。

Das, A., Sudhaman, S., Morgenstern, D. et al. Genomic predictors of response to PD-1 inhibition in children with germline DNA replication repair deficiency. Nat Med (2022). https://doi.org/10.1038/s41591-021-01581-6