《Nature Medicine》：Normalized membrane ratio of TROP2 as a predictor of clinical outcomes with datopotamab deruxtecan in non-small-cell lung cancer
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Datopotamab deruxtecan（Dato-DXd）是一种靶向滋养层细胞表面抗原2（TROP2）的抗体偶联药物（ADC），已在晚期非鳞状非小细胞肺癌（NSCLC）±可干预基因组变异患者中显示出疗效。然而，采用常规免疫组织化学（IHC）视觉评分由病理
Datopotamab deruxtecan（Dato-DXd）是一种靶向滋养层细胞表面抗原2（TROP2）的抗体偶联药物（ADC），已在晚期非鳞状非小细胞肺癌（NSCLC）±可干预基因组变异患者中显示出疗效。然而，采用常规免疫组织化学（IHC）视觉评分由病理学家评估的TROP2表达并不能预测NSCLC患者对靶向TROP2的ADC的反应。研究人员开发了TROP2定量连续评分（QCS）——一种全监督计算病理学方法，可从IHC染色切片中量化单个NSCLC细胞及亚细胞组分中的TROP2表达。利用QCS测定肿瘤细胞膜和细胞质中的TROP2表达，在TROPION-PanTumor01研究（n=115）的生物标志物可评估人群中建立了归一化膜比率（NMR）（膜TROP2与膜+细胞质TROP2的比值）。TROP2 NMR的截断值在TROPION-Lung01试验生物标志物可评估人群（n=352）中无可干预基因组变异的非鳞状NSCLC患者（主要预期使用人群，n=221）中进行了优化和验证。评估了其与临床结局的关联。在TROP2 NMR阳性与阴性的样本中，Dato-DXd治疗患者的无进展生存期更长（中位7.2个月 vs 4.0个月；风险比0.40，95%置信区间0.25–0.64），而多西他赛治疗患者则无此差异（中位4.1个月 vs 4.4个月；风险比0.94，95%置信区间0.59–1.49）（治疗与生物标志物状态交互作用P=0.0098），表明TROP2 NMR可能作为Dato-DXd的预测性生物标志物。
**研究背景**
肺癌是全球癌症相关死亡的首要原因，2020年全球估计有180万人死于肺癌。非小细胞肺癌（NSCLC）约占肺癌病例的85%，尽管早期检测取得了进展，但超过半数患者确诊时即为晚期或转移性疾病，5年生存率约为10%。精准医学的进步，如间变性淋巴瘤激酶（ALK）和表皮生长因子受体（EGFR）靶向治疗，已显著改善具有可干预基因组变异（AGA）的可切除、局部晚期和转移性NSCLC患者的结局。免疫检查点抑制剂显著改善了缺乏AGA的早期和晚期或转移性NSCLC患者的治疗结局，免疫治疗单独或联合化疗是推荐的一线（1L）标准治疗。然而，仅20%–40%的患者达到缓解，更少的患者获得长期疾病缓解，后线治疗的临床获益有限。
抗体偶联药物（ADC）由细胞毒性载荷与靶向肿瘤相关抗原的抗体连接而成，可实现靶向载荷递送，旨在增强疗效并减少脱靶毒性。TROP2是一种跨膜糖蛋白，在多种实体瘤中表达，约90%的NSCLC患者肿瘤样本表达TROP2。此外，TROP2表达已被证明与不良预后相关，凸显其作为肺癌治疗靶点的潜力。Dato-DXd是一种靶向TROP2的ADC，由人源化抗TROP2免疫球蛋白G1单克隆抗体通过血浆稳定、肿瘤选择性可裂解连接子与DXd（一种高效拓扑异构酶I抑制剂载荷）连接而成。鉴于该可裂解连接子在循环中的稳定性，TROP2结合的Dato-DXd内化并随后转运至溶酶体被认为是 contributING to Dato-DXd 活性的重要机制之一。Dato-DXd已在NSCLC、乳腺癌和其他肿瘤类型患者中显示出疗效。在3期TROPION-Lung01试验（NCT04656652）中，Dato-DXd在既往治疗的晚期或转移性NSCLC患者中相比多西他赛显示出无进展生存期（PFS）的统计学显著改善，尽管这并未转化为总生存期（OS）的显著改善。值得注意的是，非鳞状（NSQ）组织学患者和具有AGA的患者似乎获益最大。基于TROPION-Lung01和2期TROPION-Lung05（NCT04484142）研究中接受Dato-DXd单药治疗的既往治疗晚期或转移性EGFR突变NSCLC患者的汇总分析，Dato-DXd已获得美国食品药品监督管理局（FDA）加速批准，用于治疗既往接受过EGFR靶向治疗或铂类化疗的EGFR突变NSCLC患者。此外，Dato-DXd联合免疫治疗，联合或不联合铂类化疗，已在1L设置的1期研究中显示出初步疗效。
目前迫切需要识别生物标志物，以选择最可能从TROP2靶向ADC等治疗中获益的NSCLC患者。然而，尽管有证据表明靶点表达与某些ADC的反应相关，但迄今为止，基于病理学家对IHC染色切片的视觉评分（例如H-score）的TROP2表达未能识别最可能对Dato-DXd反应的患者。其他靶向TROP2的ADC也报道了IHC评分与结局之间缺乏关联。最后，靶向TROP2的ADC作为二线或后线单药治疗并未改善非EGFR突变NSCLC全人群的OS。因此，需要新方法来预测非EGFR突变NSCLC中最可能从靶向TROP2的ADC中获益的患者。
计算方法之一是计算病理学，它结合数字病理成像、数据整合和深度学习方法，能够识别肿瘤细胞中人眼无法检测和/或量化的靶点特征，从而识别新生物标志物以改善治疗选择。定量连续评分（QCS）是一种全监督计算病理学方法，可精确量化肿瘤细胞和亚细胞区室中的靶点表达。该过程涉及病理学家监督的深度学习图像分析，其中模型区分肿瘤细胞与非肿瘤区域，识别亚细胞区室，并量化全切片图像（WSI）中每个肿瘤细胞跨亚细胞定位的靶点表达，包括紧密接触的细胞。通过生物信息学分析，随后可评估多个特征以识别可能与临床结局相关的特定签名或标志物（即潜在生物标志物）。QCS可应用于肺癌以外的多种ADC和适应症，目前许多ADC缺乏相关的预测性生物标志物；根据ADC的作用机制或靶点生物学，不同的QCS特征可能更适合识别最可能反应的患者。对于人表皮生长因子受体2（HER2）QCS，评估HER2膜表达和HER2细胞的空间分布可预测乳腺癌中曲妥珠单抗 deruxtecan（T-DXd）的患者结局，并检测出HER2低表达或HER2阴性的反应者。HER2 QCS还预测了胃癌中对T-DXd的反应。此外，PD-L1 QCS已用于选择转移性NSCLC患者接受抗程序性死亡配体1（PD-L1）治疗。
研究人员描述了使用QCS识别TROP2表达模式作为生物标志物（TROP2 NMR）以及该生物标志物预测接受Dato-DXd单药治疗的晚期或转移性NSCLC患者临床结局的能力。研究人员描述了TROPION-PanTumor01研究（NCT03401385）中的生物标志物发现、支持生物学原理的临床前数据、生物标志物优化、生物学可重复性分析以及在TROPION-Lung01中通过与非鳞状、非AGA NSCLC主要预期使用人群中疗效和安全性的关联进行的临床验证。
**关键技术方法**
本研究采用的关键技术方法包括：（1）TROP2定量连续评分（QCS）——一种全监督深度学习计算病理学平台，包含自动区域分割（ART）模型和肿瘤细胞亚细胞分割（SSTC）模型，用于从IHC染色全切片图像中精确量化单个肿瘤细胞膜、细胞质和细胞核中的TROP2表达；（2）TROP2归一化膜比率（NMR）的计算，即膜TROP2信号强度与膜+细胞质TROP2信号强度的比值；（3）利用CRISPR基因编辑技术构建TROP2敲除和过表达的NCI-H322同源细胞系面板，结合NSCLC细胞系面板进行临床前验证；（4）TROPION-PanTumor01（n=115生物标志物可评估人群）用于生物标志物发现，TROPION-Lung01（n=352生物标志物可评估人群，n=221非鳞状非AGA亚组用于优化和验证）用于临床验证；（5）采用Cox比例风险模型结合治疗-生物标志物交互作用项评估预测性，并通过bootstrap分析和20×5折交叉验证评估截断值的稳健性；（6）NEPTUNE和POSEIDON 1L NSCLC数据集用于评估TROP2 NMR的预后性质。样本队列来源为TROPION-PanTumor01（NCT03401385）和TROPION-Lung01（NCT04656652）临床试验患者肿瘤样本。
**研究结果**
**TROP2 NMR生物标志物发现：TROPION-PanTumor01**——在TROPION-PanTumor01生物标志物可评估人群中，通过视觉评分评估的TROP2表达（H-score）与中心确认的客观缓解、PFS或肿瘤大小缩小均无关联。基于QCS平台分析七类QCS特征，发现TROP2 NMR（膜与细胞质信号强度的关系）与最大PFS获益相关。较低的NMR值（表明细胞质TROP2表达相对膜相当或更高）与Dato-DXd改善的结局相关。在TROPION-PanTumor01生物标志物可评估人群中，73%（84/115）的样本为TROP2 NMR阳性。TROP2 NMR阳性与阴性相比，与显著更长的PFS相关（中位5.5 vs 2.9个月；HR 0.39，95% CI 0.22–0.68，P=0.00054），更高的客观缓解率（22.6% vs 3.2%）和更深的缓解。单独通过QCS测量的膜或细胞质TROP2表达均未显示与Dato-DXd改善反应的相关性，仅NMR观察到TROP2表达与Dato-DXd疗效之间的关联。
**NSCLC细胞系中的TROP2表达和TROP2 NMR：临床前验证**——利用CRISPR技术构建TROP2敲除和过表达的NCI-H322同源细胞系，发现TROP2蛋白表达是Dato-DXd反应所必需的，但超出正常水平的异位过表达仅导致有限的肿瘤体积缩小增加。datopotamab在表达TROP2的NSCLC细胞系中显示差异内化能力，且活细胞上datopotamab结合与总内化能力之间无强相关性。在NSCLC细胞系面板中，较低的TROP2 NMR值（即细胞质相对于膜TROP2表达更高）与更大的datopotamab内化显著相关。对Dato-DXd反应与不反应的细胞系之间，中位膜或细胞质信号强度无显著差异，但反应细胞系的中位TROP2 NMR值显著低于非反应细胞系。
**TROP2 NMR生物标志物优化：TROPION-Lung01**——在TROPION-Lung01非鳞状非AGA亚组（n=221）中，通过ridge图和PRIME方法评估预测性，基于Cox比例风险模型中治疗-生物标志物交互作用项的最小P值确定最佳截断值，同时控制吸烟史、ECOG体能状态和既往治疗线数等预后因素。通过bootstrap分析和20×5折交叉验证评估稳健性。最终选择75%分位数（Q75）和TROP2 NMR≤0.56作为最佳且最稳健的分位数和截断值组合。样本被认为TROP2 NMR阳性若≥75%的肿瘤细胞TROP2 NMR≤0.56。
**TROP2 NMR与TROPION-Lung01中疗效和安全性的关联**——在TROPION-Lung01非鳞状非AGA生物标志物可评估人群亚组（n=221）中，Dato-DXd治疗的TROP2 NMR阳性组相比阴性组PFS更长（中位7.2 vs 4.0个月；HR 0.40，95% CI 0.25–0.64），而多西他赛治疗组无差异（中位4.1 vs 4.4个月；治疗与生物标志物状态交互作用P=0.0098）。此外，Dato-DXd治疗的TROP2 NMR阳性组相比阴性组客观缓解率更高（36.8% vs 22.5%），中位OS更长（17.0 vs 10.8个月；HR 0.45，95% CI 0.29–0.74；交互作用P=0.014），而多西他赛组无差异。这些数据表明该生物标志物对PFS和OS具有预测性而非预后性。与TROPION-PanTumor01结果一致，手动IHC评分在TROPION-Lung01中与PFS、OS或ORR无关。在完整TROPION-Lung01生物标志物可评估人群（n=352）中，TROP2 NMR阳性与Dato-DXd更长的中位PFS（6.9 vs 2.9个月）和更高的ORR（32.7% vs 16.9%）相关。安全性方面，Dato-DXd的全级别和≥3级治疗相关不良事件发生率在TROP2 NMR阳性与阴性组间相似，但全级别治疗相关特别关注不良事件（口腔炎、眼表事件和裁定药物相关间质性肺病）在TROP2 NMR阳性组更高，大多数为1级或2级。
**预测性生物标志物TROP2 NMR的可解释性**——通过逐步方法开发TROP2 NMR。QCS分类TROP2 NMR状态后，利用TROP2信号强度数据以无偏方式评估患者样本中的靶点生物学。TROP2 NMR阴性样本显示膜TROP2表达高于细胞质，而生物标志物阳性样本显示表达水平相当。专家病理学家对TROP2 NMR高于和低于0.56阈值的样本进行亚细胞TROP2表达模式的视觉解读，但该定量阈值的应用需要精确的计算评估。
**评估TROP2 NMR稳健性的重复分析**——使用QCS分析TROPION-Lung01样本的相邻组织切片，TROP2膜和细胞质信号强度显示一致表达，TROP2 NMR Q75在确定生物标志物状态方面表现出优越的可重复性，两个切片均显示与PFS的强关联，确认了TROP2 NMR的可重复性。
**1L NSCLC数据集中TROP2 NMR的评估**——分析NEPTUNE和POSEIDON两项1L NSCLC 3期研究数据，生物标志物患病率与TROPION-Lung01相似。TROP2 NMR在任何治疗组中均未识别出PFS更长的患者，且在PD-L1亚组间显示相当患病率，确认TROP2 NMR并非预后性。
**讨论部分总结**
这些临床和临床前分析确定了TROP2 NMR——一种跨越数千个肿瘤细胞衍生的定量连续指标，作为非鳞状非AGA NSCLC患者中Dato-DXd的首个潜在生物标志物。在TROPION-PanTumor01患者样本中识别TROP2 NMR后，利用TROPION-Lung01非鳞状非AGA NSCLC（主要预期使用人群）患者样本的回顾性分析表明，接受Dato-DXd治疗的TROP2 NMR阳性肿瘤患者相比生物标志物阴性肿瘤患者具有显著更长的PFS和OS以及更高的ORR。多西他赛治疗患者的中位PFS和OS在TROP2 NMR状态间一致。这些结果共同表明TROP2 NMR并非预后性而是预测性，可识别在Dato-DXd治疗中获得改善结局的非鳞状非AGA NSCLC患者。NEPTUNE和POSEIDON中免疫治疗联合化疗或单独化疗的PFS回顾性分析显示TROP2 NMR阳性和阴性样本NSCLC患者结局一致，进一步证实TROP2 NMR作为Dato-DXd预测性生物标志物。利用TROP2缺失或过表达NSCLC细胞系的临床前实验验证了临床发现，结果表明TROP2表达是Dato-DXd疗效所必需的，但TROP2膜或细胞质表达不能预测Dato-DXd疗效或ADC内化，仅较低的TROP2 NMR（表明细胞质相对于膜TROP2表达相似或更高）具有指示性。生物学原理是细胞质富集可能反映更活跃的受体转运和内化，促进ADC载荷递送。TROP2 NMR的当前局限性包括需要使用经验证的计算平台进行真实世界实施以确保可重复性和消除观察者间变异性；然而，AstraZeneca与Roche Diagnostics合作开发VENTANA TROP2（EPR20043）RxDx Device正在解决这一问题，该设备于2025年4月获得美国FDA突破性设备认定。TROPION-Lung01患者样本分析为回顾性和探索性，需要进一步研究以前瞻性验证TROP2 NMR作为NSCLC中Dato-DXd的预测性生物标志物，正在进行的3期试验将实现这一目标。总之，TROP2 NMR可能是首个预测NSCLC中Dato-DXd临床反应的TROP2计算病理学生物标志物，为计算病理学在生物标志物选择中的更广泛部署铺平道路，从而实现更精确的治疗选择。TROP2 NMR为将基于人工智能的生物标志物整合到治疗开发中提供了具体先例，展示了此类框架如何支持患者选择、指导试验设计和支持机制指导的决策。
