血清丙酮酸与乳酸预测晚期胃癌免疫治疗疗效：前瞻性生物标志物研究揭示糖酵解代谢物的预后价值

本研究前瞻性分析52例接受一线化疗联合免疫治疗的晚期胃癌患者，发现血清糖酵解代谢物丙酮酸(pyruvate)和乳酸(lactate)低表达组疾病控制率(DCR)显著更高(96.0% vs 59.3%, 92.3% vs 61.5%)，且低水平患者无进展生存期(PFS)和总生存期(OS)显著延长。多因素Cox回归证实低丙酮酸和乳酸是改善预后的独立预测因子，其预测效能与PD-L1 CPS相当，为晚期胃癌免疫治疗提供了新型无创生物标志物。

　　

Introduction

胃癌作为全球第五大常见恶性肿瘤和第五大癌症死亡原因，其晚期治疗面临重大挑战。虽然免疫治疗已重新定义晚期胃癌的临床治疗范式，但可靠的疗效预测仍是未满足的关键需求。与传统组织生物标志物（如PD-L1、微卫星状态和肿瘤突变负荷）只能提供单一时空快照相比，液体活检技术通过循环肿瘤DNA、循环肿瘤细胞、外泌体、细胞外RNA和代谢特征等五种关键模式，实现了非侵入性疾病监测和治疗指导。能量代谢通过将营养物质转化为三磷酸腺苷(ATP)维持细胞稳态，葡萄糖代谢通过糖酵解和三羧酸循环(TCA)途径提供能量和生物合成前体。大量证据表明，在恶性肿瘤中，这两种途径产生的糖代谢物共同协调肿瘤免疫调节：肿瘤源性乳酸通过糖酵解丙酮酸转化酸化微环境损害抗肿瘤免疫力；而TCA循环代谢物如α-酮戊二酸、琥珀酸和富马酸对免疫细胞亚群（细胞毒性T细胞、巨噬细胞和调节性T细胞）发挥多样化免疫调节作用。尽管肿瘤细胞保留TCA循环能量代谢，但它们经历代谢重编程转变为以糖酵解为主的代谢特征，即Warburg效应。靶向能量代谢可能成为增强抗肿瘤治疗（包括免疫治疗）疗效的潜在策略。

Patients and methods

这项前瞻性观察性队列研究于2021年6月至2024年12月在南京医科大学附属淮安第一医院肿瘤科进行，旨在研究接受一线化疗免疫治疗的晚期胃癌患者血清糖酵解和TCA循环代谢物与临床反应和预后的关系。研究纳入52例晚期胃癌患者（44例男性，8例女性），中位年龄61岁（范围47-80岁）。主要转移部位包括肝转移（19例）、非区域淋巴结转移（17例）、腹膜转移（12例）、肺转移（3例）和脾转移（1例）。所有患者均显示错配修复正常，26例HER2阴性（0），26例HER2低表达（1+/2+）。PD-L1 CPS分布显示18例患者≥5，34例患者<5。所有合格患者接受一线抗PD-1治疗联合化疗，标准化疗方案包括氟嘧啶类（氟尿嘧啶、卡培他滨或S1）联合铂类药物（奥沙利铂或顺铂），以及抗PD-1药物（纳武利尤单抗、信迪利单抗或替雷利珠单抗），每3周给药直至疾病进展或出现不可耐受毒性。通过高效液相色谱-串联质谱法(HPLC-MS/MS)定量分析糖酵解和TCA循环血清代谢物。

Results

治疗反应分析显示客观缓解率(ORR)为26.9%（14/52），疾病控制率(DCR)为76.9%（40/52）。中位PFS为7.6个月，中位OS为12.6个月。统计分析显示，九种代谢物（丙酮酸、乳酸、柠檬酸、异柠檬酸、α-酮戊二酸、琥珀酸、富马酸、苹果酸和草酰乙酸）与临床病理参数（包括年龄、性别、组织学分化等级、HER2状态或PD-L1 CPS）均无显著相关性。疗效分析发现，糖酵解代谢物低表达组（丙酮酸：96.0% vs 59.3%，P=0.002；乳酸：92.3% vs 61.5%，P=0.019）DCR显著高于高表达组。TCA循环代谢物中，α-酮戊二酸（90.3% vs 57.1%，P=0.008）和富马酸（91.7% vs 64.3%，P=0.024）与DCR显著相关，而其他TCA代谢物无统计学关联。PD-L1 CPS≥5患者相比CPS<5患者显示显著改善的ORR（44.6% vs 17.6%，P=0.038）和DCR（100% vs 64.7%，P=0.004）。生存分析显示，低丙酮酸（10.37 vs 4.80个月，P=0.001）和乳酸（8.43 vs 4.80个月，P=0.003）浓度组PFS显著延长，低丙酮酸（17.00 vs 10.57个月，P=0.004）和乳酸（17.60 vs 10.60个月，P=0.001）浓度组OS显著改善，而TCA循环代谢物无显著生存关联。PD-L1 CPS≥5患者相比CPS<5患者PFS（8.07 vs 5.07个月，P=0.004）和OS（19.40 vs 11.40个月，P=0.001）显著延长。时间依赖性ROC分析显示丙酮酸和乳酸对6个月PFS和12个月OS具有显著预测准确性。多因素Cox回归证实PD-L1 CPS≥5、低丙酮酸水平和低乳酸水平是晚期胃癌患者接受一线化疗免疫治疗后延长PFS和OS的独立预后因素。

Discussion

多项大规模III期随机对照试验（包括KEYNOTE-859、CheckMate-649、ATTRACTION-4、ORIENT-16和RATIONALE-305）已证明免疫治疗联合化疗显著改善既往未经治疗的HER2阴性晚期胃癌患者的ORR并延长PFS和OS。糖酵解包括葡萄糖或糖原分解为丙酮酸的分解代谢过程，产生少量ATP。值得注意的是，即使在有氧条件下，糖酵解产生的丙酮酸也会通过乳酸脱氢酶催化还原为乳酸。肿瘤细胞倾向于利用糖酵解促进细胞增殖和迁移，并利用糖酵解代谢物逃避免疫监视。丙酮酸在糖酵解中起核心作用，对肿瘤生长至关重要；乳酸作为关键肿瘤微环境(TME)调节剂，主要通过损害细胞毒性T细胞功能、阻断树突状细胞抗原呈递、极化M2巨噬细胞、抑制NK细胞活性和放大调节性T细胞(Treg)抑制来驱动免疫抑制。大量研究表明，糖酵解相关基因过表达与多种恶性肿瘤的不良预后和免疫治疗反应相关。TME中乳酸过度积累诱导患者乳酸中毒，高乳酸血症（>2 mmol/L）与淋巴瘤队列的高肿瘤负荷和升高的长期死亡率相关。先前研究在肺癌免疫治疗无应答者中检测到血清丙酮酸和乳酸水平升高。我们的数据证实了这种关联，血清丙酮酸和乳酸水平显著升高与胃癌DCR降低相关。同时，Mei等研究发现血清丙酮酸与接受化疗免疫治疗的晚期非小细胞肺癌患者的生存结局（PFS和OS）呈显著负相关。TCA代谢物如柠檬酸、α-酮戊二酸、琥珀酸、富马酸调节癌症进展的多个方面，某些代谢物在免疫细胞中具有细胞因子样作用，发挥促炎和抗炎功能。然而，TME条件将TCA循环代谢物重新导向主要促肿瘤功能。本研究中，除观察到α-酮戊二酸和富马酸与DCR负相关外，后续分析显示任何TCA循环代谢物与临床结局（包括OS、PFS或治疗效果）均无显著关联。这些代谢物缺乏预测意义可能归因于TCA循环代谢网络的复杂性和代谢物的动态变异性。液体活检正越来越多地用于癌症分子分析，从而实现精准肿瘤学方法。血清生物标志物，包括循环肿瘤DNA、外泌体、microRNA和代谢物，可以反映肿瘤特征和治疗反应。我们的研究将生物标志物发现从组织基础范式转向肿瘤代谢重编程直接产生的血清代谢物。研究结果表明，血清乳酸和丙酮酸升高可作为独立预后生物标志物，与治疗效果密切相关，表现出与PD-L1 CPS相当的预测效能。这些发现推进了胃癌患者的精确分层和个性化免疫治疗方案。此外，代谢生物标志物的鉴定建立了一种可纵向监测治疗结果的方法，能够及时调整临床管理。值得注意的是，血清乳酸和丙酮酸提供了一种非侵入性液体活检方法。它们用于胃癌早期诊断、疾病进展评估和监测多种抗肿瘤治疗的效用值得进一步研究。研究存在几个局限性：首先，队列规模不大和随访时间有限导致的有限统计效力可能影响结论的稳健性；其次，缺乏连续代谢物测量阻止了动态表达变化分析；第三，缺乏健康对照组阻止了癌症患者与健康个体之间血清代谢物浓度的直接比较。总之，本研究证明血清乳酸和丙酮酸升高与接受化疗免疫治疗的晚期胃癌患者DCR降低、PFS缩短和OS较差相关，从而为个性化治疗策略和监测治疗效果提供了希望。