免疫治疗生物标志物TMB的前世今生

导读

曾几何时，肿瘤突变负荷（Turmor Mutation Burden, TMB）作为抗肿瘤免疫治疗最有前景的生物标志物独领风骚，意气风发之势令其他新兴生物标志物难以望其项背，引得无数研究者围绕TMB开展了一系列基础和临床研究。然而，8月21日，当又一项有关TMB作为抗肿瘤免疫治疗生物标志物的临床试验宣布没有达到主要终点的时候，人们开始意识到TMB似乎正在逐渐走下神坛，但这是否意味着TMB对于抗肿瘤免疫治疗真的缺少价值？

下面小编就带大家一起重新梳理一下TMB的前世今生~

抗肿瘤免疫循环的提出

图1 抗肿瘤免疫循环中的刺激及抑制因子

2013年发表在Immunity杂志上的一篇综述详细描述了抗肿瘤免疫循环过程^[1]，大家熟知的图1中，载明了抗肿瘤免疫过程所涉及的主要环节及相关分子。而后，这张图再一次出现在《抗肿瘤免疫学生物标志物》综述中^[2]，并明确指明了免疫应答过程中各环节可能的生物标志物（图2），TMB已然在列，肿瘤所携带的突变越多，其编码蛋白质所产生的新生抗原越多，从而能够引起更强烈的抗肿瘤免疫反应，这便是TMB作为抗肿瘤免疫治疗生物标志物的理论基础。

图2 抗肿瘤免疫循环中的生物标记物

初露端倪--TMB在黑色素瘤中预测疗效

有了TMB的理论基础，接下来就要看其是否能够经住临床数据的考验。2014年NEJM杂志上的一项使用抗CTLA-4单抗治疗黑色素瘤患者的突变负荷分析中^[3]，Timothy A. Chan教授领导的研究团队对64例使用抗CTLA-4单抗治疗的黑色素瘤患者的肿瘤样本进行全外显子组测序，在探索集和验证集中，相较于治疗获益较小或无获益的患者，能够长期获益患者携带的错意突变数量更多；在探索集中，错义突变数量大于100的患者OS显著优于错义突变数量小于等于100的患者（图3）。该研究首次验证了TMB与黑色素瘤抗CTLA-4治疗疗效的相关性。

图3 肿瘤突变负荷与ipilimumab治疗黑色素瘤临床获益相关性

各瘤种突变负荷分布

早在TMB与免疫治疗疗效相关性确立之前，人们就已经对肿瘤基因组学进行了深入的研究，2013年，Nature上就已经报道了一项人类肿瘤中各瘤种的突变图谱^[4]。研究者对7042例各瘤种样本的测序数据进行分析，绘制出各瘤种的突变图谱（图4），最值得关注的便是各瘤种突变负荷的分布情况。虽然这项基础研究没有涉及更多治疗信息，但却为后续抗肿瘤治疗研究，特别是抗肿瘤免疫治疗奠定了基础。

图4 各瘤种中体细胞突变发生率分布

TMB与NSCLC免疫治疗临床获益相关性

2015年，继TMB在黑色素瘤中的研究成果后，Timothy A. Chan研究团队再一次将目光放在TMB与非小细胞肺癌免疫治疗疗效相关性上，研究小组对34例来自KEYNOTE-001研究的非小细胞肺癌患者的肿瘤组织进行全外显子组测序，发现高肿瘤突变负荷与较高的ORR、持续的临床获益以及更长的PFS相关（图5）。与黑色素瘤研究类似，这项NSCLC的研究纳入的患者数量依旧不多，但却在NSCLC中首次验证了TMB与抗PD-1治疗疗效的相关性，研究成果发表在2015年Science杂志上^[5]。

图5 肿瘤突变负荷与NSCLC抗PD-1治疗疗效相关性

TMB检测验证蜂拥而至

这时的TMB引起了人们足够的注意，一时间有关TMB的检测方法、临床价值的报道蜂拥而至^[6-8]。由于WES检测成本过于高昂，故人们尝试通过基因Panel测序的方法代替WES，结果也得到证实，无论从计算机模拟还是试验验证均表明，Panel测序所得的TMB与WES检测具有较高的一致性（图6）^[9]，这给TMB的临床应用铺平了道路。

图6 NGS Panel测序与WES测序所得TMB结果具有相关性

TMB拯救NSCLC一线免疫治疗

说起真正让人们为之疯狂的TMB研究就不能不提CheckMate 026研究。2016年8月，BMS宣布在CheckMate-026试验中，nivolumab一线治疗NSCLC相比标准化疗未能延长无进展生存期，未能达到研究主要终点（图7），公司股价随即下跌16%，市值缩水200亿美元。

图7 Nivolumab一线治疗NSCLC较标准化疗未能延长无进展生存期

故事在2017年的AACR会议上出现了转机。当研究人员采用TMB作为生物标志物对CheckMate-026研究的数据进行分析后发现，在TMB高水平人群中，nivolumab治疗的ORR （47% vs. 28%）和PFS （9.7 vs. 5.8；HR=0.62，95% CI 0.38-1.00）月均优于化疗（图8）^[10]。也是基于这一结果，BMS第四次对CheckMate 227研究的方案设计进行了调整，将TMB选择人群的PFS作为研究的主要终点之一。

图8 TMB高水平NSCLC患者nivolumab一线治疗PFS可获益

TMB折戟NSCLC一线免疫治疗

此时，TMB依旧自带光环，延续着他作为抗肿瘤免疫治疗生物标志物的使命。2018年2月， BMS宣布CheckMate-227研究达到其中一个共同主要终点--无进展生存期（PFS），与铂类双联化疗相比，无论PD-L1表达水平高低，nivolumab联合ipilimumab一线治疗晚期NSCLC能够显著延长TMB高水平患者的PFS。随后的AACR会议公布了CheckMate 227研究的部分数据，nivolumab联合ipilimumab治疗高TMB患者的PFS显著优于化疗，1年PFS率分别为43%和13%，中位PFS分别为7.2和5.4个月（HR=0.58，P<>基于这一结果，BMS向FDA提交了相应适应症的上市申请。

图9 TMB高水平NSCLC患者nivolumab+ipilimumab一线治疗PFS可获益

TMB作为抗肿瘤免疫治疗生物标志物的地位发展至此可谓顺风顺水，但不经历风雨怎能见彩虹，然而，接下来的风雨可谓是暴风骤雨。2018年10月，BMS向FDA提交了CheckMate 227试验中的探索性总生存期（OS）获益分析^[11]，包括IV期或复发性NSCLC中TMB <10 mut/mb亚组、之前未接受过治疗的患者。更新的os数据显示，tmb≥10mut/="" mb患者联合治疗组的mos为23.03个月，化疗组为16.72个月，hr为0.77="" (95%="" ci:="" 0.56-1.06)。在tmb=""><10 mut/mb的患者中，mos分别为16.20和12.42个月，hr为0.78="" (95%="" ci:="">TMB水平高和低的患者的生存获益并无差异，这一结果令人大跌眼镜。最终，BMS与FDA讨论后决定撤回其补充生物制剂许可证申请（sBLA）。

福无双至，祸不单行。2019年8月21日，AstraZeneca宣布其NEPTUNE研究中durvalumab联合tremelimumab治疗晚期一线TMB高水平NSCLC患者未能有效延长总生存期^[12]，TMB又一次没能准确预测抗肿瘤免疫治疗疗效。

至此，人们开始怀疑TMB究竟是不是一个有效预测免疫治疗疗效的生物标记物，从前期一帆风顺的发展到后来屡遭重创，面对这犹如过山车一般的变化，我们应当仔细思考其背后的原因，不断完善TMB的临床应用，以切实临床数据为基础是万古不变的准则。

安诺优达致力于肿瘤研究，秉承“用科技和创新提升生命品质”的理念，正在积极与临床开展一系列基于TMB检测的临床试验，以期为免疫治疗患者选择提供可靠的临床数据支持。

参考文献：

1. Chen, D.S. and I. Mellman, Oncology meets immunology: the cancer-immunity cycle. Immunity, 2013. 39(1): p. 1-10.

2. Schumacher, T.N., C. Kesmir, and M.M. van Buuren, Biomarkers in cancer immunotherapy. Cancer Cell, 2015. 27(1): p. 12-4.

3. Snyder, A., et al., Genetic basis for clinical response to CTLA-4 blockade in melanoma. N Engl J Med, 2014. 371(23): p. 2189-2199.

4. Alexandrov, L.B., et al., Signatures of mutational processes in human cancer. Nature, 2013. 500(7463): p. 415-21.

5. Rizvi, N.A., et al., Cancer immunology. Mutational landscape determines sensitivity to PD-1 blockade in non-small cell lung cancer. Science, 2015. 348(6230): p. 124-8.

6. Campesato, L.F., et al., Comprehensive cancer-gene panels can be used to estimate mutational load and predict clinical benefit to PD-1 blockade in clinical practice. Oncotarget, 2015. 6(33): p. 34221-7.

7. Johnson, D.B., et al., Targeted Next Generation Sequencing Identifies Markers of Response to PD-1 Blockade. Cancer Immunol Res, 2016. 4(11): p. 959-967.

8. Chalmers, Z.R., et al., Analysis of 100,000 human cancer genomes reveals the landscape of tumor mutational burden. Genome Med, 2017. 9(1): p. 34.

9. Rizvi, H., et al., Molecular Determinants of Response to Anti-Programmed Cell Death (PD)-1 and Anti-Programmed Death-Ligand 1 (PD-L1) Blockade in Patients With Non-Small-Cell Lung Cancer Profiled With Targeted Next-Generation Sequencing. J Clin Oncol, 2018. 36(7): p. 633-641.

10. Carbone, D.P., et al., First-Line Nivolumab in Stage IV or Recurrent Non-Small-Cell Lung Cancer. N Engl J Med, 2017. 376(25): p. 2415-2426.

11. https://news.bms.com/press-release/corporatefinancial-news/bristol-myers-squibb-provides-update-ongoing-regulatory-review

12. https://www.astrazeneca.com/content/astraz/media-centre/press-releases/2019/update-on-the-phase-iii-neptune-trial-of-imfinzi-plus-tremelimumab-in-stage-iv-non-small-cell-lung-cancer-21082019.html