引言
近十年來，免疫檢查點抑制劑(ICls)逐漸應用于臨床惡性良性腫瘤治療[1]。ICls靶向T細胞上的程式性細胞死亡蛋白1 (PD-1) [2]、細胞毒性T淋巴細胞相關蛋白4(CTLA4) [3]，或者靶向惡性良性腫瘤細胞表面的PD-L1，進而增強抗惡性良性腫瘤免疫應答。ICls治療明顯提高了惡性良性腫瘤治療效果，雙特異性抗體(DBT)同時阻斷兩個免疫檢查點信号，比PD-1/PD-L1抑制劑治療具有更強的抗惡性良性腫瘤活性。但是，免疫治療一直沒有公認的療效預測标志物，是以探尋合适的療效預測标志物尤為重要。2024年5月8日，複旦大學人類表型組研究院丁琛教授團隊聯合河北大學附屬醫院惡性良性腫瘤内科賈友超教授團隊在國際頂級學術期刊Nature Communications（IF 17.7）線上發表了題為“Plasma proteome profiling reveals dynamic of cholesterol marker after dual blocker therapy”的研究，該研究對QL1706這一PD-1/CTLA-4雙重免疫檢查點阻斷劑進行了縱向血漿蛋白質組分析，發現疾病非進展組（DNP）的膽固醇代謝被激活以及與DNP組高密度脂蛋白部分重構激活高度相關的生物标志物APOC3，并提出PA, LDH和APOC3可以作為潛在的DBT療效預測生物标志物。
ICIs的治療進展是有目共睹的，但必須承認的是，隻有一小部分晚期惡性良性腫瘤患者可以對ICIs治療有反應。研究表明，DBT，如抗PD-1和抗CTLA-4 ICIs的聯合阻斷治療，顯著提高了黑色素瘤（從43.7%提高到57.6%）[4]和非小細胞肺癌（NSCLC）（35.9%）的客觀應答率（ORR）[5]。QL1706是一種PD-1/CTLA-4雙重免疫檢查點阻斷劑，在多種實體瘤中顯示出良好的抗惡性良性腫瘤活性。一項已發表的I/Ib期試驗表明，ORR和中位反應持續時間分别為16.9%（79/468）和11.7個月[6]。然而，尚未開發出預測性生物标志物來識别患者是否會對DBT産生治療反應。丁琛教授團隊和賈友超教授團隊長期緻力于多組學聯合分析惡性良性腫瘤生物标志物的合作研究。在本研究中，研究者納入了22名接收DBT（QL1706）治療的癌症患者的113個縱向血漿樣本，其中包括LC（肺癌）6例，CCA（膽管癌）4例，RCC（腎細胞癌）3例，OVCA（癌症）3例、CRCA（癌症）2例，CESC（宮頸鱗狀細胞癌）2例、BLCA（膀胱癌症）1例，UCEC（子宮内膜癌）1例。還收集了一個獨立的驗證隊列，該隊列由27名接受抗PD-1抗體單藥治療患者的54份縱向血漿樣本組成。此外，研究者招募了24名健康對照，以建立血漿蛋白質組的基線參照。最終，共有191個樣本參與了這項研究（圖1）。研究者通過應用先進的液相色譜DIA-MS流水線，生成了一個大型血漿蛋白質組資料集，結合患者血正常、血液生化、凝血功能、心肌酶譜、甲狀腺功能、垂體-腎上腺軸、病毒學以及人口統計學和臨床病理等各項名額，發現高豐度蛋白質參與膽固醇代謝和發炎過程，而低豐度蛋白質富集了對應激和吞噬作用的反應标志（圖1）。
圖1. 隊列特征與研究設計(Credit: Nature Communications)為了進一步探索膽固醇代謝與DBT治療反應之間的相關性，通過對比分析健康人，DBT治療前以及DBT治療一周期後的蛋白質組學資料發現HLH簇中的蛋白質，意味着DBT後惡性良性腫瘤抑制的蛋白質表達的恢複，參與脂質結合和抗氧化活性（APOM、CETP和ALB）。LHL蛋白簇的特征是細胞外空間（HRG，HGFAC），表明DBT後惡性良性腫瘤相關蛋白的“平靜”。LMH簇顯示免疫相關過程顯著富集，如淋巴細胞介導的免疫和補體級聯（SAA1、FGA和CD14）（圖2）。這些結果代表了DBT對膽固醇過程、免疫反應和緻癌信号的強烈影響。同時，我們評估了DBT治療前和第一個DBT周期組樣本的肝功能名額水準。反映肝功能損害的天冬氨酸轉氨酶（AST）、丙氨酸轉氨酶（ALT）、堿性磷酸酶（ALP）和γ-谷氨酰轉移酶（GGT）水準在成對樣本中升高。這些結果表明，DBT臨床試驗應考慮肝功能損害，并應進一步研究DBT與肝功能之間的聯系。
圖2. DBT後血漿蛋白質組顯示膽固醇代謝與緻癌信号之間存在負相關(Credit: Nature Communications)研究者接下來研究了DNP組和DP組之間血漿蛋白質組圖譜的差異。通過比較兩組之間的ssGSEA評分，發現DNP組的脂質相關過程和神經元相關過程上調（圖3）。DNP組上調的脂質相關生物過程包括富含甘油三酯的脂蛋白顆粒重塑、反向膽固醇轉運、脂蛋白脂肪酶活性、脂蛋白顆粒清除率和血漿脂蛋白組裝（圖3）。考慮到BMI對脂質代謝的影響，研究者測試了兩組之間的BMI，并觀察到沒有顯著差異。DNP組的高密度脂蛋白成分APOC3、APOC2和APOL1的水準比DP組增加（基于排列的t檢驗p=2.00E-4、1.00E-3和7.70E-3）（圖3）。這些結果提示DBT中載脂蛋白的改變。上述分析揭示了DBT對APOC3、APOC2和APOL1水準的影響，這意味着這些蛋白質在監測DBT反應中的潛在作用。為了篩選出有價值的蛋白質，研究者提出了一個标準來探索生物标志物，對于沒有DPs樣本的患者，（1）生物标志物的表達水準随着治療周期逐漸增加，（2）線性模型中的p＜0.05。結果顯示，APOC3和APOC2符合标準（圖3）。此外，DNP組和DP組間APOC3的表達水準比APOC2的表達水準有更顯著的差異。是以，APOC3被選為訓示DBT反應狀态的潛在生物标志物。同時基于時間序列線性回歸，發現APOC3水準在沒有DP樣本的患者中增加，而在有DP樣本的病人中沒有增加（圖3）。為了進一步驗證APOC3作為DBT反應生物标志物的潛力，研究者也評估了上述患者的醫學放射學成像，以全面分析治療效果與APOC3蛋白水準之間的關系，發現患者的惡性良性腫瘤大小和APOC3蛋白水準之間的負相關，而且還觀察到一些新轉移的出現（圖3）。這些結果都進一步證明了APOC3作為DBT治療反應的生物标志物的潛力。
圖3. 蛋白質組和放射學成像的綜合分析揭示了APOC3作為DBT反應中的生物标志物的潛力(Credit: Nature Communications)接下來研究者基于DBT反應相關的縱向隊列中存在的臨床（PA、LDH）和蛋白質組（APOC3）特征，搭建了一個機器學習架構（圖4），将特征內建到DBT反應的預測模型中，以預測患者的疾病進展狀态。基于臨床和蛋白質組特征，有五種可選的不同特征組合，包括（1）PA、（2）LDH、（3）APOC3、（4）綜合臨床特征（PA和LDH）、（5）綜合所有特征（PA、LDH和APOC3）（圖4）。模型測試發現，以APOC3為特征和綜合所有特征的兩個模型顯示出比具有臨床名額的其他模型更好的性能（圖4）。我們評估了綜合所有特征的模型性能，AUROC、平衡準确度、F1、召回率和準确度分别為0.87、0.85、0.79、0.85和0.73。與此同時，研究者在抗PD1單藥治療隊列樣本中進行了模型測試時發現一個令人興奮的結果，綜合所有特征的模型表現出更好的性能，其次是綜合臨床特征的模型，此外，我們觀察到具有6個樣本點的患者的APOC3蛋白水準在抗PD1單藥治療期間逐漸升高。這表明，PA、LDH和APOC3也有可能成為抗PD1單藥治療反應的預測生物标志物。
圖4. 基于蛋白質組臨床特征的機器學習模型為DBT提供了準确的測量方法(Credit: Nature Communications)
綜上所述，研究者優化了血漿蛋白質組分析管道，并為DBT隊列提供了蛋白質組資料集。通過整合臨床和蛋白質組資料，挖掘了關鍵的候選生物标志物PA、LDH和APOC3。基于蛋白質組臨床特征的機器學習模型提供了對DBT隊列的準确預測。值得注意的是，該模型的預測能力也可以擴充到抗PD-1治療隊列。同時，通過縱向探索的這些臨床和蛋白質組生物标志物也可以表明患者對DBT的長期反應。最後，這項研究擴充了我們對DBT血漿蛋白的生物學了解，并産生了可能作為未來精确免疫治療反應臨床試驗基礎的假設。
參考文獻
1. Sharpe, A. H. & Pauken, K. E. The diverse functions of the PD1 inhibitory pathway. Nat. Rev. Immunol. 18, 153–167 (2018).
2. Brahmer, J. R. et al. Safety and activity of Anti–PD-L1 antibody in patients with advanced cancer. N. Engl. J. Med. 366, 2455–2465 (2012).
3. Lipson, E. J. & Drake, C. G. Ipilimumab: an Anti-CTLA-4 antibody for metastatic melanoma. Clin. Cancer Res. 17, 6958–6962 (2011).
4. Larkin, J. et al. Combined Nivolumab and Ipilimumab or Monotherapy in Untreated Melanoma. N. Engl. J. Med. 373, 23–34 (2015).
5. Hellmann, M. D. et al. Nivolumab plus Ipilimumab in advanced non–small-cell lung cancer. N. Engl. J. Med. 381, 2020–2031 (2019).
6. Zhao, Y. et al. First-in-human phase I/Ib study of QL1706 (PSB205), a bifunctional PD1/CTLA4 dual blocker, in patients with advanced solid tumors. J. Hematol. Oncol. 16, 50 (2023).
原文連結https://doi.org/10.1038/s41467-024-47835-y
責編|探索君
排版|探索君
文章來源|“iNature”
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