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免疫检查点抑制剂在肿瘤新辅助治疗中的应用

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2021-10-26 来源 : VIP说

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以程序性细胞死亡1（PD-1）：程序性死亡配体（PD-L1/PD-L2）免疫检查点通路为靶点的癌症免疫疗法开创了新的肿瘤治疗时代。阻断PD-1-PD-L1通路的药物可以促进内源性抗肿瘤免疫，由于其广谱的活性，已被视为癌症治疗的“共同选择”。

然而，许多晚期肿瘤患者显示出新的或获得性的治疗抵抗，并且正在进行的研究主要集中在改善患者的预后。其中更早使用抗PD-1或抗PD-L1治疗早期癌症被认为是一种解决方案。

2020年1月发表在Science上的一篇综述概况了PD-1通路阻断时代新辅助（术前）免疫治疗的进展，着重讨论了其生物学机制、临床试验设计和病理反应评估三个方面。

背景

以程序性细胞死亡1（PD-1）与其主要配体PD-L1和PD-L2相互作用为目标的免疫疗法的出现，开创了肿瘤治疗的新时代。

迄今为止，三种阻断PD-1的单克隆抗体（Pembrolizumab、Nivolumab和Cemiplimab）和三种阻断PD-L1的单克隆抗体（Atezolizumab，Durvalumab,Avelumab）已被美国食品和药物监督管理局（FDA）批准用于17种不同类型的晚期不可切除癌症，用于一线和/或后线治疗。

这些药物的抗肿瘤疗效相似，对单个肿瘤类型的有效率在~15%到~65%之间。更高的反应可能性与多种生物学因素有关，包括肿瘤突变负荷、PD-L1蛋白表达和致癌病毒整合。

然而，在许多患者中，肿瘤表现出对抗PD-1或抗PD-L1治疗的新生或获得性耐药，正在进行的临床和基础科学研究工作旨在克服这些问题，使用针对癌症早期阶段的抗PD-（L）1疗法被认为是一种解决方案。

免疫疗法的新辅助（术前）应用发生在癌症发展的早期阶段，此时肿瘤被认为是有 “可切除治愈的”潜在可能性的。乳腺癌和肺癌的术前化疗新辅助方法已有大量先例，病理反应与改善长期预后（RFS和OS）相关。

在新辅助治疗领域应用抗PD-1治疗，也有一些经验的报道，例如抗CTLA-4（细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4）治疗膀胱癌和黑色素瘤以及与肿瘤疫苗一起联合放化疗治疗胰腺癌。本文将重点介绍新辅助阶段应用抗PD-1免疫治疗的进展，突出其生物学机制、临床发展和免疫相关病理反应评估的不同方面。

基于抗PD-1的新辅助免疫治疗的机理

虽然新辅助化疗被用来在术前“安抚”肿瘤，但新辅助免疫治疗试验的假说是，这种形式的治疗将增强系统T细胞对肿瘤抗原的反应（图1）。这种全身性反应可增强对扩散到可切除肿瘤之外的微转移病灶的杀灭，这些微转移病灶最终是术后复发的根源。

这一假说的一个关键推论是，当新辅助使用抗PD-1单抗治疗原发肿瘤时，与仅针对切除后微转移病灶的辅助治疗相反，它将利用原发肿瘤中较高水平的内源性肿瘤抗原来增强T细胞启动。在新辅助治疗的情况下，相较于术后辅助治疗，体内存在的更高的肿瘤抗原载量，会导致更多肿瘤特异性T细胞的递呈，并由此招募循环系统中的更多肿瘤特异性T细胞。

这一假设由Liu，Teng和他的同事用两个小鼠乳腺癌模型进行了临床前测试。当4T1.2和E0771乳腺癌株系种植在乳腺脂肪中，原发肿瘤播散转移到远处。在原发性肿瘤切除前（新辅助）或术后（辅助），给予抗PD-1或抗PD-1加抗CD137（肿瘤坏死因子受体家族共刺激受体）的抗体进行免疫治疗。

与辅助免疫治疗相比，新辅助治疗的生存率显著提高。生存率的提高与肺和血液中更多的肿瘤特异性CD8+T细胞和肿瘤细胞表达的内源性逆转录病毒抗原反应的细胞因子生成增加有关，这表明已经产生了全身抗肿瘤免疫。在后续研究中表明，新辅助免疫治疗和手术之间的特定时间间隔对于增强全身抗肿瘤效果至关重要。

在免疫治疗开始后过早或过晚进行手术，都会降低新辅助作用。虽然很难在时间上比较和使用人体实验数据，但这些研究强调了在临床试验中系统地探索新辅助免疫治疗的最佳时间的重要性。

在肿瘤免疫治疗中阻断PD-1的主要作用机制是激活和释放治疗前已经存在于TME（肿瘤微环境）中的肿瘤特异性细胞毒性T细胞（图1）。但需要证实这些增加的T细胞浸润是否对肿瘤抗原有特异性，或者它们是否是与肿瘤无关的特异性的“旁观者细胞”。

瘤内免疫反应涉及到树突细胞（DC细胞）-T细胞的cross-talk，其中T细胞的反应依赖于DC回应T细胞产生的干扰素γ（IFN-γ）所诱导产生的白细胞介素-12（IL-12）。在一些模型中，肿瘤内自然杀伤（NK）细胞和树突状细胞之间的cross-talk放大了TME内抗肿瘤T细胞的反应。

除了原发性肿瘤中树突状细胞直接启动T细胞反应之外，越来越多的证据表明肿瘤引流淋巴结（TDLN）也是肿瘤抗原呈递给肿瘤特异性T细胞的关键部位，而这一过程被PD-1通路阻断增强。

可以想象，新辅助抗PD-1治疗后，抗肿瘤免疫的增强不仅在TME内产生，也在TDLN水平增强抗原呈递。在小鼠模型中，Krummel和他的同事证明CD103+迁移性DC（人类CD141+）可以携带肿瘤抗原到TDLN并交叉呈现给CD8+T细胞。这些树突状细胞是CD8+，类似于经典的DC1s，可以有效地将抗原交叉到CD8+T细胞上。

Salmon等人也证实了携带肿瘤抗原的树突状细胞向TDLN的转移。他们为肿瘤抗原在TDLN中的经典DC（cDC）呈递提供了实验证据。cDCs的缺失导致CD8+T细胞在抗PD-1治疗后无法进入肿瘤病灶深处，这表明肿瘤内T细胞的扩增是由于首先在TDLN中被激活的T细胞运输回肿瘤，而不是原发性肿瘤内增殖。体外试验证实，DC基因敲除的小鼠不存在DC，抗PD-1不能产生抗肿瘤作用，可能是由于肿瘤特异性T细胞从未“致敏”到Tcf1+状态（记忆或耗竭），而PD-1通路阻断可能会影响“恢复活力”。

肿瘤内树突状细胞含有肿瘤抗原以及在体外展示出将其呈递给抗原特异性T细胞的能力，但并不能证明向T细胞的呈递是在肿瘤内发生的，而是相反，发生在TDLN内，树突细胞一旦表达CCR7就会向TDLN流动。组织（包括原发性原位肿瘤）中T细胞系统性迁移的唯一方式是首先通过传入淋巴管进入引流淋巴结，然后通过传出淋巴管进入血流。

因此在新辅助CPI（免疫检查点抑制剂）中T细胞在原发肿瘤中的激活是通过瘤内DC细胞的呈递，最终需要通过TDLN，在TDLN中，T细胞会进一步遇到肿瘤抗原性DC，然后通过输出淋巴管进入血液。

从机制上讲，DCs增强肿瘤特异性T细胞启动的一个重要结果是不但改变肿瘤特异性T细胞的激活状态，而且最终改变肿瘤特异性T细胞的克隆动力学。最近Yost，Chang和他们的同事发现，接受了抗PD-1治疗的基底细胞癌和皮肤鳞状细胞癌，T细胞克隆扩增是因为TME中出现了新的克隆，这些克隆并不是在使用抗PD-1之前肿瘤中的T细胞克隆的扩增。这项工作的一个提示是，根据TCR测序数据，T细胞克隆的肿瘤特异性尚不清楚。

然而，在非小细胞肺癌（NSCLC）抗PD-1治疗的新辅助研究中，在治疗开始4周后微环境中新抗原特异性T细胞克隆的频率降低（大约10倍），而这些相同的克隆在外周增加。手术时，这些（抗原特异性T细胞克隆）克隆在TDLN中出现频率最高。更有证据表明，抗PD-1治疗可以扩大“亚显性”T细胞克隆。

Kamphorst等人报道，PD-1阻断后，通过肿瘤内肿瘤特异性T细胞的复活来杀灭肿瘤，可以使T细胞重新启动对抗新的抗原表位。抗PD-1治疗可以允许在基线检测不到的亚显性T克隆恢复活力。

▲ 图1

评估基于抗PD-(L)1的新辅助免疫治疗的临床试验

基础实验研究预测，新辅助PD-1通路阻断可能以高效和持久的方式增强抗肿瘤免疫。通过正在进行的临床研究，我们需要了解这些观察结果是否以及如何在肿瘤患者中发挥作用。临床转化过程中的考虑其风险：尽管现在缺乏生物标记物来确定哪些患者将会受益，但在患者群体中有一部分人通过手术可以治愈。

总的来说，新辅助癌症治疗提供了几个潜在的临床优势，包括术前肿瘤减少和评估病理反应的能力，作为RFS和OS的早期替代标记。他们也为深入的科学研究提供充分的组织可用性治疗，以探索药物作用机制和疗效的生物标志物。

2018年Forde et al,发表了第一篇针对新辅助抗PD-1免疫治疗的文章报道，描述了研究者使用nivolumab在21例高风险(I期至IIIA期)非小细胞肺癌患者中的2期试验。在这项研究中，先前未经治疗的患者接受了为期4周的nivolumab术前治疗。

按标准方法行手术，切除原发肿物及周围正常肺组织及TDLN。治疗方案被证明是安全的，没有手术延迟，没有未预料到的毒性。另外的意义是，肿瘤反应评估对比了使用影像学检查-在基线和术前分别进行CT扫描，和组织学检查作为病理反应的证据。

虽然在21例患者中只有2例(10%)观察到部分影像学反应(定义为肿瘤直径合计≥30%的下降)，但在20例可手术病例中，9例(45%)可看到原发肿瘤部位的主要病理反应(≤10%存活肿瘤细胞)。

因此，传统的影像学研究低估了病理反应的范围和速度，其特征是免疫细胞的涌入和纤维化的增殖。其中对一位患者的深入研究发现，在Nivolumab治疗前，肿瘤内和TDLN中存在的新抗原特异性T细胞克隆在外周血中扩增;肿瘤切除后，这些克隆细胞在外周血存留数周。

这个例子似乎与上述新辅助免疫治疗可以增强全身的抗肿瘤免疫相吻合，甚至在手术切除原发肿瘤和局部淋巴结后，这些作用仍可能存在。从这项研究中对T细胞克隆动力学的跟踪分析表明，病理反应与治疗后外周血中增加的克隆有关，进一步支持了肿瘤内T细胞的外周动员和瘤内客观反应相关。

基于抗PD-1的黑色素瘤新辅助剂试验样本量虽然相对较小，但也提供了与放射反应、病理反应和/或RFS相关的基线和治疗肿瘤生物标志物的初步证据（表1）。疗效标志物，包括在基线检查时和治疗时肿瘤浸润性T细胞密度的增加和IFN-γ相关基因表达特征，随后在pembrolizumab治疗肌肉浸润性膀胱癌的研究中也有报道。

同样，应用抗PD -1 (pembrolizumab) 在复发性胶质母细胞瘤中进行新辅助治疗与辅助治疗的随机试验表明，新辅助治疗组的RFS和OS明显改善，切除标本中IFN-γ相关基因表达谱和PD-L1表达增强，治疗后的血液标本中也发现肿瘤内的T细胞克隆扩增。

另一项在胶质母细胞瘤中联合使用新辅助加辅助抗PD-1 (nivolumab)的研究发现，与未接受抗PD-1治疗的患者的肿瘤相比，接受治疗的肿瘤标本中肿瘤内趋化因子基因表达、CD8 T细胞激活和TCR多样性增加。肿瘤相关或肿瘤反应性T细胞在全身持续存在，提示术后持续一段时间的免疫治疗可进一步增强这些免疫反应，避免肿瘤复发。

在新辅助免疫治疗的发展过程中也面临一些挑战，例如，在新辅助治疗期间迅速或完全消退的肿瘤可能很难在术中定位。另外，如果在没有新辅助治疗的情况下建议进行的侵袭性手术，在对新辅助治疗有显著反应的肿瘤是否仍需要同样的手术方法？

有人认为，在临床和影像学上表现完全反应的情况下，手术可以完全避免，或者选择有限的手术干预措施用于那些在治疗中肿瘤活检显示完全或主要病理反应的患者（例如，如NCT02977052的扩展队列所提供的）（表1）。这些问题，其中一些是在新辅助免疫疗法出现之前没有预见到的，也是正在进行和未来研究的方向。

▲ 表1

病理反应的评估标准

在肿瘤药物开发过程中，评估治疗效益的金标准终点是OS，这通常是在数年内进行的大型随机试验中得出的。然而，随着新辅助免疫治疗方案的迅速发展，如发现一个能长期获益的早期指标则对患者更重要。病理反应是OS和RFS的一个候选替代终点，它可以预测临床试验结果，实时重新定向正在进行的试验，并为患者做出合理的个性化治疗决策。

新辅助癌症治疗的病理反应标准最初是在化疗的背景下制定的，作为预示临床结果的参考。病理完全缓解(pCR)是最严格的标准，被定义为在明确的手术切除标本中没有任何存活的肿瘤细胞。

它仅指原发肿瘤病灶或包括TDLN的评估。该评估方式对那些获得pCR的患者来说意义很大，但是这个方式会使很多患者错过潜在的机会，并不适合对绝大多数患者作出治疗决定。

为此目的，“主要病理反应”（MPR）被认为是一个更好的替代终点，它描述了≤10%残余肿瘤（RVT）的病理治疗效果。然而，回顾性研究表明，OS与RVT谱有更大的相关性，这意味着如果能够进行超出pCR和MPR的评估，所有患者都有可能获得更好的预后。

迄今为止，pCR和MPR是评估新辅助免疫治疗反应的最常用的指标，尽管在如何评估这些病理指标方面，瘤种内部和不同瘤种之间存在差异。例如，一些针对黑色素瘤的新辅助免疫治疗的研究将患者分为pCR、“近pCR”（MPR，≤10%RVT）、“部分病理反应”（pPR，≤50%RVT）或“无病理反应”（>50%RVT）。

随着新辅助免疫治疗试验数据的成熟，与长期临床结果相关的最佳病理反应阈值仍有待确定。最终，病理反应阈值可能因肿瘤类型而异。在以后的研究中，有必要以统一的、可重复的方式收集和报告关于%RVT的数据，以便进行有效的交叉研究比较。

最近，免疫相关病理反应标准（irPRC）已经被开发出来，目的是用完全切除标本评估免疫治疗的反应，即以10%的间隔对0-100%RVT进行评分。这种方法首先在NSCLC的新辅助抗PD-1单药治疗的背景下进行了描述，现已扩展到包括其他肿瘤类型、来自多个解剖位置的肿瘤以及基于抗PD-1的联合治疗方案的研究中。

除了强调整个手术标本的病理评估外，irPRC还关注抗PD-1治疗反应的不同组织学特征（图2）。肿瘤退缩床的精确定义相较于历史评估系统，已显示可更好地重复性评估%RVT。这一区域的特征也可能为免疫检查点抑制剂的作用机制提供重要的视角。退缩床包括已被激活各种免疫细胞，如淋巴细胞、巨噬细胞和与第三淋巴结构（TLS）相关的浆细胞；肿瘤组织细胞死亡的标志;以及组织修复的特点，如增生性纤维化和新生血管化。在一项黑色素瘤研究中，irPRC评估已经被证明与5年OS相关，表明了病理评估方面的新潜力，以便进行预测和治疗决策的制定。随着时间的推移，更先进的成像工具也可以利用观察到的肿瘤退缩床特征，或者更准确地反映残余肿瘤负荷。