免疫联合遗传学视角：晚期非小细胞肺癌免疫治疗反应的预测因子探索

《Journal of Applied Genetics》：When genetics meets immunology: the assessment of genetic and immunological backgrounds in advanced NSCLC patients treated with immunotherapy – preliminary study

本研究针对晚期非小细胞肺癌（NSCLC）患者对免疫检查点抑制剂（ICIs）反应率低、缺乏可靠预测标志物的临床难题，通过整合肿瘤组织二代测序（NGS）和外周血流式细胞术分析，系统评估了遗传变异与免疫细胞特征对治疗结局的关联。研究发现，NOTCH4突变、CD4+/GATA3+细胞比例和CD62L在CD8+细胞上的表达水平等因素与无进展生存期（PFS）显著相关，且KRAS/STK11共突变患者的治疗反应受到DNA修复基因突变状态的调节。该研究为开发多维度生物标志物面板以优化NSCLC免疫治疗策略提供了重要理论依据。

　　

在肺癌的治疗领域，非小细胞肺癌（NSCLC）占据了绝大多数病例。近年来，免疫治疗，特别是针对PD-1/PD-L1（程序性死亡受体1/程序性死亡配体1）轴的免疫检查点抑制剂（ICIs），为晚期NSCLC患者带来了革命性的生存获益。然而，临床实践中的一个突出挑战是，仅有约15-20%的患者能够获得长期响应，超过一半的患者在治疗初期即出现耐药。目前，PD-L1在肿瘤细胞上的表达水平和肿瘤突变负荷（TMB）是指导免疫治疗的主要生物标志物，但它们的预测价值并不完美，部分高PD-L1表达的患者同样对治疗无反应。因此，深入探索免疫治疗响应和耐药的内在机制，寻找更为精准、可靠的预测因子，成为当前肺癌研究的热点与难点。

为了破解这一难题，由Natalia Krzyzanwska、Marcin Nicos、Kamila Wojas-Krawczyk等研究人员组成的团队在《Journal of Applied Genetics》上发表了一项初步研究。该研究独辟蹊径，尝试将肿瘤的“遗传密码”与患者全身的“免疫状态”联系起来，旨在系统性地描绘晚期NSCLC患者在接受免疫治疗或免疫联合化疗前的遗传和免疫学背景，并识别与临床获益（长期响应）或治疗失败（短期响应）相关的关键因素。

研究人员为开展此项研究，主要应用了几项关键技术。他们招募了24例IV期NSCLC患者队列，所有患者均接受基于帕博利珠单抗（Pembrolizumab）的治疗。研究核心包括两个方面：一是利用基于杂交捕获的二代测序技术（使用Agilent SureSelect CD Glasgow Cancer Core Panel）对患者肿瘤组织（FFPE样本）中的174个癌症相关基因进行测序，以检测致癌性变异并计算TMB；二是通过多色流式细胞术，在治疗前对患者外周血单个核细胞（PBMCs）中包括T细胞、B细胞、NK细胞及其各种功能亚群（如表达不同免疫检查点分子的细胞）在内的30多种淋巴细胞亚群进行精细分析。随后，利用统计学方法（如Mann-Whitney U检验、Kaplan-Meier生存分析和Cox比例风险回归模型）深入挖掘遗传变异、免疫细胞特征与患者无进展生存期（PFS）之间的关联。

患者特征与遗传概览

研究最终纳入了20例测序数据质量合格的NSCLC患者，其中80%为肺腺癌（LUAD）。根据PFS是否超过6个月，患者被分为短期响应组（11例）和长期响应组（9例）。基因测序共鉴定出81个与致癌相关的变异。短期响应组携带的遗传变异数量（中位数5个）略高于长期响应组（中位数3个）。在全部患者中，KDR（血管内皮生长因子受体2）和NOTCH4基因的突变最为常见（各占40%），其次是TP53（30%）。此外，研究还检测到KRAS（20%）、STK11（15%）等NSCLC常见“可成药”基因的突变。

短期与长期响应者的遗传差异

分析发现，短期响应者中NOTCH4、H3-3 A（组蛋白H3.3）和KDR基因的突变频率较高，而长期响应者中则更常见KDR和TP53突变。特别值得注意的是，在短期响应组中，KRAS与STK11基因的突变存在显著共现现象，这与既往报道中该组合预示免疫治疗疗效较差相符。相反，长期响应组中则观察到PMS2与NOTCH4以及PDGFRA与JAK2基因突变的共现。通路富集分析显示，短期响应者中WNT信号通路等与肿瘤进展相关的通路被激活，而长期响应者则富集了与DNA自发脱氨修复缺陷等相关的分子标签。

免疫学特征的关联分析

流式细胞术分析揭示了响应组间的免疫特征差异。长期响应者在治疗前外周血中具有更高比例的CD4⁺/GATA3⁺细胞（倾向于Th2细胞）和调节性T细胞（Tregs, CD4⁺/CTLA-4⁺/FoxP3⁺）。研究还深入分析了特定基因突变与免疫表型的关联。例如，携带KDR致病性变异的患者，其CD8⁺T细胞上PD-1表达更高，而CD4⁺T细胞的CXCR3表达和IFN-γ（干扰素-γ）产生能力则较低。携带NOTCH4突变的患者则表现出较低的CD4⁺/EOMES⁺细胞比例和NK细胞比例。

生存分析与预测模型

Kaplan-Meier生存分析表明，免疫相关不良事件（irAEs）的发生和NOTCH4突变与较短的PFS相关，而CD8⁺T细胞上高水平的CD62L表达和高比例的CD4⁺/GATA3⁺细胞则预示着更长的PFS。Cox回归模型进一步构建了多因素预测模型。综合免疫学和遗传学特征的模型显示，高CD4⁺/GATA3⁺细胞百分比和高CD62L在CD8⁺细胞上的表达是有利因素。另一个结合遗传和临床因素的模型则提示TP53突变、表观遗传因子基因（H3-3 A, SMARCA4, SETD2, SF3B1）无突变、良好的体能状态（ECOG评分0分）以及未发生irAEs与更好的预后相关。

典型案例：KRAS与STK11共突变

研究特别关注了3例同时携带KRAS和STK11突变的患者。其中一例（NK5）对帕博利珠单抗单药治疗快速进展（PFS <2个月），另两例（NK2, NK9）则分别从免疫联合化疗中获得了长期（>18个月）和短期（4个月）的疾病稳定。深入分析发现，两位获益患者（NK2, NK9）还额外携带了DNA损伤修复基因（如PMS2, RAD50, ATM）的突变，这可能通过增加肿瘤突变负荷和免疫原性，部分抵消了KRAS/STK11共突变带来的免疫抑制效应。三例患者的免疫动态监测也显示，无响应者（NK5）治疗期间TIM-3⁺和LAG-3⁺T细胞比例上升，提示其他免疫检查点的激活可能导致耐药。

研究结论与意义

本研究通过整合基因组学和免疫图谱分析，初步揭示了晚期NSCLC患者对免疫治疗产生差异反应的潜在机制。研究发现，特定的遗传变异（如NOTCH4、KDR、KRAS/STK11及其与DNA修复基因的共突变）能够显著影响肿瘤的免疫微环境和全身免疫状态，进而调节治疗应答。同时，一些易于在外周血中检测的免疫细胞特征（如CD4⁺/GATA3⁺细胞比例、CD8⁺细胞上的CD62L表达）显示出强大的预测潜力。

该研究的重要意义在于：首先，它强调了基于多组学（遗传+免疫）的生物标志物面板可能比单一标志物（如PD-L1）更能精准预测免疫治疗疗效。其次，研究结果挑战了一些传统认知，例如较高的基线Th2（CD4⁺/GATA3⁺）和Treg细胞比例在本队列中与长期获益相关，提示免疫应答的复杂性。最后，对KRAS/STK11共突变这一典型耐药亚群的异质性分析表明，即使在同一分子亚型内，额外的遗传背景（如DNA修复状态）也可能深刻改变治疗结局，这为未来开展更精细化的患者分层和联合治疗策略（如ICI联合DNA损伤修复抑制剂）提供了理论线索。

当然，作为一项初步研究，其样本量较小等局限性仍需在未来更大规模的队列中加以验证，并需要纳入治疗过程中的动态监测数据。但毋庸置疑，这项研究为理解NSCLC免疫治疗的复杂调控网络迈出了重要一步，朝着真正实现个体化免疫治疗的目标又前进了一步。