上期内容：肿瘤免疫学-第30章：放射治疗与免疫治疗的协同作用（下）

31.1 引言

在过去十年中，癌症治疗领域经历了显著变革。最初，随着个性化医疗的兴起，分子革命重塑了我们对治疗的认知；而如今，有效的医疗免疫治疗策略的出现进一步深化了这一变革。当前的免疫肿瘤学革命不仅重新定义了对患者健康、治疗预期和毒性管理的理解，还因其靶向免疫调节检查点的独特作用机制，推动了疾病评估和监测方法的革新，要求与传统治疗模式协同进化。

为了优化免疫检查点抑制剂的应用，我们的核心任务是识别可以准确反映反应性和毒性的生物标志物。在临床上，有必要最大化治疗选择以推动该领域药物的持续发展，同时，我们也需共同深化对癌症基本免疫生物学的理解，以免对新药物作用及其作用机理的认识日益脱节。深入探索肿瘤细胞之间的复杂相互作用、广泛的肿瘤微环境以及免疫系统的多层面影响，对于发现具有临床意义的免疫治疗预测因子至关重要。重要的是，我们正在逐渐认识到，新的免疫肿瘤学理论与传统的分子致癌理论是如何紧密相连的，正如Hanahan和Weinberg在2011年将免疫逃逸视为癌症的一种新兴特征所体现的那样。

在本章中，我们将基于描述癌症与免疫动态相互作用网络的广泛和开创性工作，详细阐述构成免疫检查点阻断反应的分子和细胞机制。此外，我们还将探讨当前和新出现的一些因素，这些因素可能对接受免疫检查点阻断治疗的患者具有预测价值，并有望适用于作为免疫刺激分子靶点的新型治疗药物。未来的免疫治疗临床试验设计将必须考虑这些生物标志物，以实现将免疫治疗真正整合到个性化医疗的目标。

31.2  免疫检查点阻断反应的特征

为了有效监测和预测免疫检查点阻断的疗效，我们需要深入理解癌症的发生机制、疾病的进展过程以及全身性抗肿瘤免疫反应的应用知识。这些因素，加之来自更广泛环境的外部影响，对于塑造治疗反应至关重要。这些要素共同为我们提供了一个全面的框架，帮助我们理解和描绘免疫检查点阻断反应的特征(Fig 31.1)。

Fig 31.1 描述了免疫检查点阻断反应的特征。识别与免疫检查点反应相关的预测因子，需要全面理解多种因素对癌症发展及抗肿瘤免疫反应的影响。这些因素包括肿瘤本身、肿瘤微环境、局部免疫（如肿瘤周围环境及相邻引流淋巴结中的免疫活动）、系统性免疫反应，以及局部及扩展环境的综合影响。该图概括了这些领域中的关键因素，突显了它们之间的高度相互关联和依赖性。免疫检查点阻断的最终反应是这些正反相互作用的复杂综合体；因此，在探索这些治疗的预测性生物标志物时，必须综合考虑所有这些因素。

随着二代测序技术的应用，我们在理解癌症的发生和进展方面取得了重大进展。这些技术已经被整合到临床护理中，全球范围内的靶向测序面板正在用于多种癌症类型，为治疗决策提供支持，尤其是在指导分子靶向治疗方面。此外，基因组学分析在考虑免疫检查点阻断反应时也显得尤为重要，因为越来越多的证据表明，某些分子变异与抗肿瘤免疫反应密切相关。

通过项目如癌症基因组图谱（TCGA）的研究，我们对肿瘤的基因组特征有了深入的理解，进一步揭示了不同癌症类型的突变类型和负担。在这里，突变的质量和数量都极为关键，它们可能影响抗肿瘤免疫反应及其对免疫检查点阻断的反应性。例如，总突变负荷（TMB）可能会影响对免疫检查点抑制剂的反应；通常情况下，具有较高突变率或DNA错配修复（MMR）基因缺陷的癌症更可能对这类疗法产生反应。这种现象可能是因为这些癌症产生较高的新抗原负荷（新抗原指的是由体细胞突变事件产生的肿瘤相关抗原），这些抗原因为不被其他“正常”组织表达，从而可能由于存在不耐受的新抗原反应性T细胞而显示出更高的免疫原性。然而，需要注意的是，尽管传统算法能预测出实际表达的新抗原，但这些能引发有效抗肿瘤免疫反应的新抗原比例相对较少。

突变在癌症治疗中可视为一把“双刃剑”，因为它们既可以触发抗肿瘤免疫反应，也可能导致治疗耐药性。越来越多的例子显示，基因组突变及其他基因组或表观基因组的改变会削弱免疫检查点阻断的效果。例如，分子的突变、拷贝数改变或表达模式的改变可能会干扰正常的抗原处理和呈递机制，已有研究描述了HLA（人类白细胞抗原）和β-2微球蛋白在这方面的异常。

同样重要的是，我们需注意到致癌基因组或表观基因组的改变可能会导致肿瘤特异性抗原的表达下调。针对这些改变的治疗可能增强抗原表达，从而提升治疗效果。例如，在黑色素瘤中，针对V600E突变的BRAF的激酶抑制剂就能显著提升治疗效果。此外，在多种癌症类型中，对癌症睾丸抗原表达的表观遗传调控也体现了类似效果。

其他与癌症进展相关的突变或改变可能影响免疫调节作用，进而影响免疫检查点阻断的效果。例如，在肺癌中，AKT-mTOR或EGFR通路的激活可能导致程序性死亡受体配体-1（PD-L1）表达增加，而肿瘤抑制基因PTEN功能不足可能诱导免疫抑制细胞因子环境，从而削弱对免疫检查点阻断的反应。此外，肿瘤内干扰素信号的缺陷也可能导致对免疫检查点阻断的抵抗。

在考虑癌症治疗反应时，除了肿瘤的分子变化，肿瘤微环境的调节作用也是不可忽视的。实际上，肿瘤构成了一个复杂的生态系统，它不仅包括肿瘤细胞本身，还涵盖了血管、肿瘤浸润免疫细胞、细胞因子以及其他多种基质成分，如成纤维细胞、髓系抑制细胞、细胞外基质和其他细胞实体。这些成分相互作用，促进癌症的发展，并可能影响治疗反应及对免疫检查点阻断的抵抗。

Hanahan 和 Weinberg 以及 Schreiber 的开创性研究为我们理解肿瘤微环境中不同成分的功能奠定了坚实的基础。他们分别描述了“癌症的生物标志”和免疫编辑原理，这些原理揭示了肿瘤生长和转移的机制，以及肿瘤细胞与免疫细胞之间紧密而动态的相互作用，这些相互作用可能导致肿瘤的消除、平衡或逃逸。

继这些工作之后，其他研究者进一步描述了“癌症免疫循环”、“癌症免疫设定点”和“癌症免疫图谱”。近年来，这些概念在使用免疫检查点抑制剂的治疗中得到了深入探讨，免疫检查点阻断反应的特征也被相继描述出来。这些研究都认识到了肿瘤细胞、微环境内的细胞以及外部影响之间的复杂关系，并努力揭示这些因素是如何影响治疗反应的。虽然我们尚未完全理解这些复杂过程的全部细节，随着新数据的不断出现，现有模型及其它模型将通过迭代方法进行修正和完善。

控制免疫检查点阻断反应的一个关键因素是能否将T细胞有效地排除在肿瘤微环境之外。多年来，肿瘤内T细胞的浸润已被认为是与多种类型肿瘤良好预后相关的重要指标。最近的研究对CD8+ T细胞在肿瘤中的密度和分布进行了评估，特别是其在肿瘤中心或浸润边缘的位置，以及这些位置与免疫检查点阻断反应的关系。

通过结构和基因表达谱的分析，研究人员能够将肿瘤微环境分类为几种不同的表型，如“炎症型”与“非炎症型”，并进一步细分为“免疫缺陷”、“免疫排斥”或“炎症型”。免疫排斥的机制包括可能源于肿瘤细胞本身的因素，如Wnt/β-catenin（连环蛋白）通路缺陷或MAPK过度激活。此外，免疫排斥也可能由肿瘤微环境中的其他细胞成分驱动，例如髓系抑制细胞（MDSCs），或是由如血管内皮生长因子（VEGF）、白介素1（IL-1）和白介素6（IL-6）等分泌因子引起。

深入理解这些因素对于设计有效的免疫监测策略至关重要，尤其是在免疫检查点阻断治疗中。此外，这些知识也对于合理设计克服治疗耐药性的策略至关重要。

除了肿瘤和微环境外，宿主的整体免疫状态也在调节肿瘤的生长、扩散及对治疗的响应中扮演了关键角色。免疫反应是动态的，不仅由抗原刺激引发，还受到宿主内外因素的影响(Fig 31.1)。死亡的肿瘤细胞碎片被树突状细胞等宿主抗原提呈细胞摄取，并经处理后呈递给CD4+（辅助）和CD8+（细胞毒性）T淋巴细胞。然而，决定这种T细胞与抗原相互作用命运的，不仅是抗原提呈，还包括额外的信号（如共刺激和共抑制信号）以及分泌因子，这些因素共同导致T细胞被激活产生抗肿瘤免疫反应或变得无反应性。

然而，T细胞对呈递抗原的识别仅是免疫反应中的第一步。此后的任何阶段，包括启动、运输、肿瘤浸润、T细胞与肿瘤细胞的接合，都受到免疫调节的影响，无论这些调节是来自局部还是远处，都可能损害原本有效的免疫反应(Fig 31.2)。这种复杂的免疫调节机制突显了在癌症治疗中理解和操控免疫系统的重要性。

Fig 31.2 当前和新兴的免疫检查点阻断预测指标。现有的预测因素主要侧重于基于肿瘤的评估（以灰色标识），这包括肿瘤突变及相关的新抗原负载、肿瘤细胞固有的免疫抑制及逃避机制，以及微环境因素，特别是激活的CD8+ T细胞的浸润情况。新出现的预测因素在这些基础上进行扩展，范围更广，包括历史因素以及来自其他生物学区室的生物标志物；其中包括放射学评估（以绿色标识）、临床因素（以蓝色标识）、血液生物标志物（以红色标识）以及环境因素，当前特别关注肠道微生物组（以棕色标识）的影响。这些因素共同构成了一个多维度的评估系统，用于预测免疫检查点阻断疗法的反应。

长期以来，人们已经认识到整体宿主免疫对癌症的发展和进展有着显著影响。从19世纪末关于癌症自发消退的报告，到使用Coley’s毒素等微生物产品诱导抗癌免疫反应的概念，历史证据不断强调了免疫系统的作用。此外，免疫抑制患者患多种癌症的风险增加的现象也证实了免疫系统的重要性。这些概念得到了Schreiber的开创性工作的进一步佐证，其中描述了免疫编辑的“三个E”，强调了宿主免疫与肿瘤之间的紧密相互作用，尽管这种作用主要发生在肿瘤微环境层面。

现今，越来越多的研究表明全身免疫状态对肿瘤的排斥反应和免疫治疗反应的深远影响。最近的研究报告进一步描绘了体内多个区室中不同类型细胞在形成抗肿瘤免疫反应中的复杂角色，证明了外周免疫激活的必要性，以及这种激活严重依赖于CD4⁺ T细胞。外周的PD-L1表达已被认为是免疫逃逸的主要驱动因素。此外，已知4-1BB或PD-1的表达能在肿瘤淋巴细胞和循环淋巴细胞中富集肿瘤反应性T细胞，这暗示了一个可能与肿瘤反应性T细胞群的建立和维持相关的尚未完全了解的免疫循环。因此，在考虑免疫检查点阻断反应的预测因素时，综合考虑宿主的整体免疫状态显得尤为重要。然而，实现理想的全面系统的免疫监测策略仍然是一个挑战，需要进一步的广泛研究和开发。

除了考虑肿瘤、微环境和宿主免疫等内部因素外，还必须认识到更广泛的环境因素对癌症的发生、发展和治疗反应的影响。这些外部因素与局部或宿主免疫的决定因素共同作用，包括外界环境的物理因素如紫外线辐射和致癌物质（例如烟草烟雾）的暴露，饮食和微生物群带来的生物影响，以及压力带来的神经生理影响。

环境因素可以显著影响免疫检查点阻断反应的效果。最明显的例子之一是，紫外线暴露和吸烟所导致的肿瘤突变负荷增加，这些因素通常与更强的免疫检查点阻断反应相关。但环境致癌物只是冰山一角，随着研究的深入，其他可能影响抗肿瘤免疫和免疫检查点阻断反应的因素也逐渐被识别出来，包括饮食、生活压力和肠道微生物组的变化。这些因素不仅对监测治疗反应至关重要，而且对于优化治疗策略具有潜在的重要意义。近期的研究强调了肠道微生物组调节可以实际增强治疗反应的可能性，目前已有临床试验在设计中，以利用这些新见解。这一发现为癌症治疗开辟了新的方向，强调了综合考虑内外部因素对于成功治疗的重要性。

31.3 当前的和新出现的反应、耐药性和毒性预测因素

在了解抗肿瘤免疫复杂性的基础上，生物标志物的开发已成为预测治疗反应、耐药性和潜在毒性的关键工具。尽管目前常用的标志物如PD-L1和CD8在临床应用中显示出一定的预测价值，它们仍然存在局限性，并且市场上缺乏经过广泛认证的高效生物标志物。然而，对免疫检查点阻断反应的潜在预测因素的探索和测试工作仍在持续进行，并且预测因素的种类正在不断增加。本文将详细讨论这些正在研究中的新兴预测因素，以期提供更全面的治疗策略指导。

早期关于检查点抑制剂药物的临床经验揭示了一种趋势：高疾病预处理负担和快速疾病进展通常与较低的治疗响应可能性和较差的生存结果相关。这部分原因是由于使用伊匹单抗（ipilimumab，第一种被批准用于癌症治疗的检查点抑制剂）时观察到的客观反应有时会延迟出现，且总体客观应答率较低。与基于PD-1通路的免疫检查点抑制剂或CTLA-4和PD-1联合阻断治疗相比，后者的应答率更高，反应开始也更迅速。然而，疾病负担显然仍然发挥着重要作用，例如在使用PD-1抑制剂派姆单抗（pembrolizumab）治疗的患者中，基线疾病负担（通过放射学评估的损伤确定）是总体生存率较低的独立预后因素，并且与使用伊匹单抗联合贝伐单抗（bevacizumab）治疗的一部分患者的生存率强负相关。

此外，通过RECIST或irRC标准获得应答的患者通常比客观无应答的患者有更好的长期结果。然而，其他基于成像的指标，如肿瘤的密度和纹理特征，其预后和/或预测价值尚待进一步研究，可能需要为不同的肿瘤类型和疾病部位制定更为复杂的评估标准。

此前对伊匹单抗治疗的持久反应可能暗示了从随后的派姆单抗治疗中获益，但越来越多的证据显示，即便是先前对靶向CTLA-4的免疫检查点阻断治疗无效的患者，仍有可能对基于抗PD-1的后续治疗产生应答，反之亦然。未来需要更多的队列数据来评估混杂因素的影响，如检查点抑制剂之间的治疗间隔、没有明确耐药证据的序贯治疗的意义、进展后的适应性及疾病负担，以及由治疗顺序引起的毒性曲线的细微差异。总的来说，以往的治疗本身可能并不能预测免疫检查点阻断反应，而更可能与疾病阶段和表现状态等独立的预后变量相关（并可能与之混淆）。

大多数旨在确定免疫检查点阻断疗效的预测因素研究都集中于分析肿瘤本身。肿瘤内在的免疫原性因素，如由基因组不稳定导致的体细胞突变，这些突变可产生改变的多肽、蛋白质表达模式、多肽处理和展示机制以及对免疫攻击的反应，都已被较为清晰地描述。

从概念上讲，在检查点阻断的背景下，预测肿瘤的抗原性颇具挑战性，因为治疗的靶点是潜在的T细胞库，而这些T细胞可能对哪些抗原起反应尚不明确。此外，T细胞的多样性和部分冗余性极高，包含了无数不同的TCR序列，许多TCR可能对相同的肽表位产生反应。仅从TCR序列数据来预测蛋白质靶标是不完善的，并且还受到个体之间T细胞库差异的限制。然而，研究已显示肿瘤的新抗原负荷和固有抗原性之间存在关联，肿瘤的体细胞突变负荷与对CTLA-4和PD-1阻断的反应相关。尽管如此，对大量肿瘤突变情况的分析表明，肿瘤类型之间存在广泛的突变负荷差异，体细胞突变负荷作为一个生物标志物，对免疫检查点反应缺乏足够的负面预测价值。

在研究PD-1和PD-L1抑制剂时，PD-L1表达是最常研究的生物标记之一。在晚期黑色素瘤患者中，PD-L1的阳性表达显著预示着对PD-(L)1靶向治疗的改善反应；然而，PD-L1的低表达或缺失并不完全排除潜在的治疗反应，这限制了其作为治疗选择工具的应用。特定的肿瘤生物学因素也可能影响PD-L1等直接靶向生物标记物的应用。例如，在非小细胞肺癌中，PD-L1的肿瘤表达与非鳞状细胞肺癌患者接受nivolumab治疗后的反应和生存持续相关，但在接受相同药物治疗的大量鳞状非小细胞肺癌患者中似乎缺乏预后或预测价值。这种差异的确切机制尚未明确，但可能反映了病因差异（如吸烟史）以及累积突变负荷的类型和量。

对肿瘤内免疫状况的直接评估已成为发现生物标记物的重要策略。在接受抗CTLA-4治疗的患者中，FOXP3和IDO的较高基线表达与临床反应密切相关，而肿瘤浸润性淋巴细胞（TIL）从治疗开始前到3周后的增加同样预示着积极的治疗效果。探索性基因表达分析发现，与免疫反应相关的基因表达增加，而与癌症相关的基因表达下降，这一点与预期相符。通过对新鲜黑色素瘤样本进行多参数流式细胞仪分析发现，抗PD-1治疗前PD-1+CTLA-4+CD8+ T细胞的比例能高度预测治疗应答和无进展生存时间；这与TIL群体中激活的CD8+ T细胞在治疗过程中的积累以及CD8+ T细胞衰竭状态的缓解有关。

根据显示纵向肿瘤评估中的有效数据，早期治疗标记物越来越多地被用于补充基线反应预测指标。在一项对黑色素瘤患者进行基线和随访肿瘤活检样本研究中，无论患者之前是否接受过CTLA-4抑制剂治疗，TIL中T细胞的预富集与PD-1抑制剂治疗的反应密切相关；然而，治疗早期的活检组织显示，T细胞的浸润丰富以及免疫调节标志物（如PD-1、PD-L1、LAG3）、FOXP3和颗粒酶B的表达，与治疗应答的可能性高度相关。

重要的是，肿瘤与免疫的相互作用可能与细胞的转化过程并行进化。因此，在肿瘤的临床诊断或科学研究前，肿瘤可能已经经历了相当程度的适应和进化。这意味着，可能导致任何免疫治疗策略，包括检查点阻断失败的机制，可能是由治疗选择性地推动的，但也可能是在治疗前由于先前存在的免疫压力而自发发展的。因此，许多与免疫检查点阻断抗性机制相关的知识可以直接转移到未经治疗的情况中，并被用作预测因素。

干扰素信号在构建肿瘤-免疫界面中扮演着核心角色。特别是干扰素-γ，在形成适宜的炎症肿瘤微环境中至关重要，但它也对免疫检查点引发的适应性抵抗的形成起着重要作用。存在这种高水平的负反馈机制，使得干扰素在抗肿瘤免疫反应中既促进肿瘤细胞的破坏，又支持其生存。

特别是在黑色素瘤中，干扰素信号通路组件的突变被认为是导致检查点阻断治疗抵抗的分子机制。例如，JAK1和JAK2的突变已显示它们可以直接导致肿瘤细胞对干扰素介导的生长抑制和凋亡的抵抗。这些突变在一些最初对抗PD-1治疗有反应，但随后失去反应的患者的预处理样本中被识别出来。类似的突变在未经抗PD-1治疗的患者中也被证明能导致治疗无效。

此外，免疫排斥也被认为是预测免疫检查点抑制反应失败的一个因素。这与免疫效应细胞（主要是肿瘤特异性T细胞）物理接触肿瘤或渗透肿瘤以促进肿瘤杀伤的必要性相一致。虽然已经确定了多种肿瘤免疫排斥的机制，例如肿瘤细胞表达的β-连环蛋白，但在患者样本中仍缺乏可以准确预测免疫检查点抑制治疗成功或失败的特定分子机制的确凿证据。这些发现突显了对这些机制深入理解的重要性，以便更好地设计和优化免疫治疗策略。