肺癌免疫检查点抑制剂耐药现状与对策

摘要

免疫检查点抑制剂通过启动并激活肿瘤内T细胞发挥抗肿瘤作用。但免疫系统在识别和杀伤肿瘤细胞的同时，也筛选出具有逃避免疫监视能力的肿瘤细胞，这一过程称为免疫编辑，该机制不仅存在于肿瘤的自然进程，也引起免疫检查点抑制剂的原发和继发性耐药，限制了该类药物在肺癌治疗中的临床应用。肿瘤细胞的抗原负荷、抗原提呈、肿瘤微环境中的免疫细胞浸润、细胞因子分泌、血管生成、代谢因素及肠道微生物群均与耐药有密切关系。深入研究肺癌免疫编辑的细胞学和分子生物学机制，有助于更深入理解免疫检查点抑制剂耐药的过程，并制定更适宜的治疗策略。

免疫检查点抑制剂（immune-checkpoint inhibitors，ICIs）纳武单抗（nivolumab）和派姆单抗（pembrolizumab）治疗非小细胞肺癌（non-small cell lung carcinoma，NSCLC）的适应证获得批准，标志着我国肺癌的治疗进入了免疫治疗时代，同时也带来了新的挑战^[1,2,3,4]。一方面大部分患者存在原发性耐药^[5]，另一方面ICIs治疗后肿瘤复发和进展（获得性耐药）的机制尚不清楚^[6]。本文将对目前ICIs耐药的基础及临床研究综述如下。

一、肿瘤的免疫编辑

免疫编辑指免疫系统在识别和清除肿瘤细胞的同时，筛选出可逃避免疫监视的肿瘤细胞的过程^[7]，包括3个阶段：免疫清除、免疫平衡和免疫逃逸。

 

在免疫清除相，异变细胞被识别并清除；免疫平衡相，少数细胞逃避免疫攻击，长期存活，肿瘤静止或缓慢进展；免疫逃逸，指肿瘤细胞被免疫系统被动筛选出逃离免疫监视的亚群并大量增殖^[7,8]。免疫编辑不仅在肿瘤的自然进程中持续存在，也在ICIs治疗过程中动态变化^[7]，与ICIs疗效及耐药机制密切相关。

二、ICIs的耐药机制

ICIs耐药的机制可分为原发性耐药和继发性耐药，核心机制均为肿瘤发生、发展及ICIs治疗过程中发生的免疫编辑。

 

（一）原发性耐药

原发性耐药指原发肿瘤缺乏对免疫治疗的客观应答^[9]，可发生于免疫抑制的肿瘤患者（如HIV感染患者或某些老年患者），或肿瘤本身不表达免疫系统可识别的分子（如非病毒诱导的低突变负荷肿瘤），也可源于肿瘤发生过程中的免疫逃逸^[10]，其主要机制如下。

 

1．肿瘤细胞新抗原及抗原提呈：

肿瘤新抗原来源于体细胞突变^[11]，由主要组织相容性系统（major histocompatibility complex，MHC）提呈到细胞表面。MHC由人类白细胞抗原（human leukocyte antigen，HLA）基因编码。肿瘤细胞中HLA-I基因杂合性的丢失和ICIs耐药有关^[12]，某些药物可通过表观遗传学的改变调节肿瘤细胞HLA的表达，进而逆转耐药，但尚需进一步临床验证^[13]。

 

2．肿瘤浸润淋巴细胞（tumor infiltrating lymphocytes，TILs）：

根据免疫细胞浸润可将肿瘤分为3种类型：免疫炎症型、免疫豁免型和免疫荒漠型^[14]。免疫炎症型的特征为肿瘤组织内存在CD₈⁺T细胞和CD₄⁺T细胞，并与肿瘤细胞邻近，存在抗肿瘤免疫反应，可能从ICIs治疗中获益；免疫豁免型的特征为免疫细胞位于包绕肿瘤细胞的间质中，不能进入肿瘤实质；免疫荒漠型指肿瘤的间质与实质中均缺乏足量的T细胞。后2种类型可能均对ICIs治疗存在原发性耐药。

 

文献报道，阻断转化生长因子-&β;（transforming growth factor-&β;，TGF-&β;）信号通路可增强淋巴细胞向肿瘤实质的浸润，进而将肿瘤微环境（tumor microenviroment，TME）转化为炎症型并克服ICIs耐药^[15]。TGF-&β;抑制剂galunisertib（LY2157299）联合ICIs治疗肺癌的临床试验（NCT02423343）正在进行中。

 

TILs的表型也影响ICIs的疗效，有研究发现一组特异的CD₄⁺FOXP3⁻PD1^hi（4PD1^hi）T细胞的数量与肿瘤负荷呈正相关^[16]，而降低外周血中4PD1^hiT细胞数量可改善患者的生存期。

 

3．其他免疫细胞：

树突状细胞（dendritic cells，DCs）数量减少^[17]、骨髓来源抑制性细胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSCs）及肿瘤相关巨噬细胞（tumor-associated macrophages，TAMs）的激活均与原发性耐药有关。阻断免疫抑制细胞在肿瘤中的富集，诱导其清除及再极化也是克服免疫耐药的研究方向^[18]。研究发现以磷脂酰肌醇3-激酶-&γ;（phosphatidylinositol 3-kinases，PI3K-&γ;）为靶点的药物，可使TAMs从M2向M1极化并恢复肿瘤对ICIs的敏感性^[19]。PI3K&γ;抑制剂联合ICIs治疗实体瘤的临床试验（NCT02637531）正在进行中。

 

4．&γ;-干扰素（interferon-&γ;，IFN-&γ;）通路失敏：

IFN-&γ;通路失敏和ICIs治疗的原发性及继发性耐药有关^[20]。编码IFN-&γ;信号通路的基因突变，如干扰素受体1、干扰素受体2及蛋白酪氨酸激酶JAK2等，均可在ICIs原发及获得性耐药的肿瘤患者中出现。在动物模型中发现，爱帕琳肽受体^[21]和蛋白酪氨酸磷酸酶非受体2型^[22]等基因的变异均与免疫治疗中IFN-&γ;的抗肿瘤免疫效应有关，并有可能成为克服耐药的靶点。

 

5．其他细胞因子失调：

肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）受体相关的致抗凋亡蛋白基因（B cell lymphoma/leukemia2，Bcl2）的过度表达可促进肿瘤的免疫逃逸并导致ICIs耐药^[23]。Bcl-2抑制剂venetoclax与ICIs联合可能有协同作用。

 

（二）继发性耐药

继发性耐药反映了肿瘤在ICIs治疗中先达到免疫平衡，随后发生免疫逃逸的过程^[9, 24]，相关机制及对策如下。

 

1．肿瘤抗原耗竭：

获得性耐药与免疫治疗中的肿瘤抗原耗竭相关^[25]。有研究认为，通过提取自身抗原或者合成的肿瘤抗原制备的肿瘤疫苗，可激活免疫细胞的肿瘤杀伤作用，相关数个临床试验正在进行中，包括肺癌特异的5T4滋养层糖蛋白、癌胚抗原、间皮素以及表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）通路相关蛋白等^[26]。

 

2．代谢失调：

肿瘤可生成大量代谢产物破坏淋巴细胞功能。低氧环境可致大量腺苷堆积^[27]，抑制抗肿瘤免疫功能。将腺苷代谢途径作为靶标时，可能改善ICIs疗效^[28]。色氨酸代谢酶吲哚胺2，3加双氧酶1（indoleamine 2，3-dioxygenase 1，IDO1）的上调可介导免疫抑制^[29]，有研究发现IDO1抑制剂与ICIs有协同作用^[30]。

 

3．其他免疫检查点分子：

在ICIs耐药的小鼠肺腺癌模型和肺癌患者中均发现T细胞免疫球蛋白黏蛋白分子3（T-cell immunoglobulin mucin-3，TIM3）上调，序贯应用程序性细胞死亡蛋白（programmed cell death-1，PD-1）和TIM3抑制剂可延长NSCLC模型小鼠的生存期^[31]。

 

T细胞和自然杀伤细胞表面的抑制性受体CD₉₆、Ig和ITIM域蛋白T-细胞免疫受体作为治疗靶点，与PD-1抑制剂有协同作用^[32]，相关的早期临床试验正在进行中（NCT03563716、NCT03119428和NCT02913313）。

 

（三）其他因素

1．血管生成：

血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）也是影响肿瘤细胞免疫逃逸微环境的关键因子^[33]。抗VEGF药物通过降低肿瘤张力，释放肿瘤内血管压力，减少肿瘤异常血管新生，改善肿瘤微环境的灌注和氧供^[34]，刺激免疫功能并增强ICIs疗效。

 

2．胃肠道微生物群与ICIs治疗及耐药：

胃肠道微生物群与肿瘤自然进展及ICIs应答均有关系^[35]。晚期NSCLC患者应用广谱抗生素后，ICIs治疗无进展生存期和总生存期显著降低。目前有4项孤立研究分析胃肠道微生物群与ICIs的疗效，结果提示改善胃肠道微生物群可能影响ICIs对NSCLC的疗效^[36]。

三、ICIs耐药的治疗策略

1．联用多个生物标志物：

单一生物标志物不足以筛选出ICIs获益人群，联用多种生物标志物作为预测因子，并最终开发出量化的预测模型是未来研究的方向^[6]。高通量的DNA测序、RNA测序、CRISPR/Cas9基因编辑技术以及一些作用于表观遗传学位点的药物未来可能应用于临床监测。

 

2．联用细胞毒性治疗：

细胞毒性治疗（化疗或放疗）通过杀伤肿瘤细胞增加肿瘤的免疫原性，与免疫治疗联用可能有协同作用。KEYNOTE-189研究^[37]将派姆单抗与培美曲塞+铂类方案联用，显著改善晚期非鳞NSCLC患者的客观缓解率。同样在CHECKMATE227研究^[38]中，即使肿瘤组织中程序性细胞死亡配体1（programmed death ligand-1，PD-L1）表达<1%，纳武单抗联合化疗可延长高肿瘤突变负荷（tumor mutation burdom，TMB）组患者的无进展生存期。

 

3．联用其他免疫检查点药物：

肿瘤T细胞表面存在多重T细胞抑制性受体，如细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4、TIM3、淋巴细胞活化基因3以及PD-1等。使用抗PD-1或PD-L1抑制剂后，其他通路可被激活并导致耐药^[31]。CHECKMATE227研究结果显示，高TMB的NSCLC患者纳武单抗和伊匹木单抗联合治疗的1年无进展生存期、中位无进展生存期以及客观缓解率均显著高于联合化疗组^[38]，这提示多重ICIs治疗可克服单药耐药。

 

4．过继性细胞疗法（adoptive cell therapy，ACT）：

ACT将体外扩增的免疫细胞重新输入肿瘤患者体内，有助于杀伤肿瘤细胞，改善TME，清除免疫抑制细胞并改善患者的生存期^[24]。多项临床试验，包括输注TILs（NCT02998528研究），嵌合抗原受体T细胞免疫疗法（NCT03778814研究）及嵌合抗原受体自然杀伤细胞免疫疗法（NCT02742727研究）等正在进行中。

 

5．其他：

还有一些临床前或临床试验在探讨克服ICIs耐药的策略。RNA或DNA合成肿瘤新抗原疫苗^[39]、免疫刺激剂抗OX40^[40]及肿瘤水解病毒^[41]等，均可活化肿瘤特异性CD₈⁺及CD₄⁺T细胞。合成的聚乙二醇化IL-2^[42]可特异性结合CD₈⁺效应T细胞并增强ICIs疗效（NCT02869295和NCT02983045）。集落刺激因子1受体抑制剂^[43]以及信号传导及转录激活蛋白3靶向的小干扰RNA纳米颗粒^[44]与ICIs联用目前正在进行Ⅰ或Ⅱ期临床试验（NCT03334617）。

四、结语

 

克服肺癌治疗中ICIs耐药需要全面了解耐药机制并发现未知通路，评估耐药机制的分层及主导地位及其与TME的关系，并寻找使TME向免疫促进方向转化的关键靶点^[45]。

 

ICIs联合多种药物治疗能更好地提呈抗原、解除免疫抑制、增加免疫细胞浸润并维持T细胞杀伤和记忆功能，最终实现肿瘤的长期控制。但如何确定目标人群、序贯或联合用药、如何监测和评估疗效仍是临床实践中面临的巨大困难。应用多种生物标志物及各种高通量监测技术和平台对患者进行肿瘤免疫状态的全面评估，研发个体化可用于临床的肿瘤抗原疫苗，探讨免疫微环境与胃肠道微生物群对免疫治疗的影响，可能有助于克服原发性耐药，预测继发性耐药，真正实现个体化、精准化免疫治疗。

参考文献（略）