与错配修复指标相关的癌症免疫疗法有效性

由于不完全清楚的原因，癌症免疫疗法在一些患者中效果非常好，但大多数患者失败了。幸运的少数人可以通过一种新的生物标志物来区分 - 或者更确切地说，可以以新的方式使用众所周知的生物标志物。该生物标志物不是特定的基因突变。它更多的是遗传条件，是遗传突变的倾向。这种情况被称为微卫星不稳定性(MSI)，当错配修复蛋白质无法纠正DNA从父细胞复制并传递给子细胞时所犯的错误时发生。

MSI已经指导了诊断筛查和化疗治疗计划。将来，来自Memorial Sloan Kettering癌症中心(MSKCC)和约翰霍普金斯大学的MSI报告科学家可能会预测哪些患者对癌症免疫治疗的反应最好。由MSKCC的医学博士Timothy A. Chan领导的这些科学家发现，某些MSI指标 - MSI强度和插入 - 缺失突变 - 强烈影响治疗结果。科学家推测，当MSI强度很高时，癌细胞会产生更多的新抗原，而免疫系统可以识别和破坏这些新抗原。

详细研究结果发表在5月3日的“科学”杂志上，题目为“具有错配修复缺陷的肿瘤的遗传多样性影响抗PD-1免疫治疗反应。”根据这篇文章，MSI强度可以提供遗传特征以更好地描述反应到癌症免疫疗法。

该文章的主要作者，约翰霍普金斯大学研究员Rajarsi Mandal博士说：“这种遗传特征可以作为一种新的生物标志物，类似于水晶球，看看哪些癌症患者可能对免疫疗法有所反应。”他警告说，新的结果需要在更大的研究中得到验证。

“我们目前还没有做出任何明确的主张，”他继续道，“但我们相信这是第一个证据表明有可能将此类测序数据用于晚期错配修复缺陷的肿瘤患者。”

科学家开发了微卫星不稳定性肿瘤的小鼠模型，以比较不同程度的MSI或MSI强度及其对抗PD-1反应的影响。结果表明MSI的全基因组强度和由此产生的突变负荷，特别是插入缺失突变，在错配修复缺陷(MMR-d)肿瘤的进化以及它们对PD-1的个体反应中起关键作用。免疫治疗。

Indel突变涉及一系列核苷酸，插入遗传密码或在细胞分裂过程中除去。它们可能在免疫系统识别和破坏的癌细胞中产生新抗原或新蛋白质。

此外，使用来自患有MSI高肿瘤的人类癌症患者的临床数据，Mandal及其同事发现了MSI强度与患者对抗PD-1疗法的反应之间的类似关系。

“目前研究的作者写道：”反应程度尤其与插入 - 缺失(indel)突变负荷的积累有关。“这项研究为MSI强度和突变负荷的全基因组特征提供了理论基础，以更好地描述对MMR缺陷型人类癌症的抗PD-1免疫治疗的反应。”

科学家们进行了几项实验来梳理错配修复缺陷肿瘤的免疫治疗反应。首先，他们服用了小鼠黑色素瘤和小鼠结肠直肠癌细胞系，并使用基因编辑工具(CRISPR-Cas9)来制造具有错配修复缺陷的肿瘤，类似于人类肿瘤细胞中发现的肿瘤，并在数周内生长。

生长四周的那些被称为MSI-中间细胞系，而那些生长四个月的那些被称为MSI-高细胞系。在使用全外显子组测序的分析中，他们发现MSI高细胞系具有更多的indel突变，并且更多的另一种类型的突变称为错义(其中在细胞分裂期间仅替换一个遗传字母)而不是MSI-中间细胞系或为实验创建的原始父细胞系。

然后研究人员将这些细胞系植入活小鼠的侧腹，用免疫治疗药物称为抗PD-1检查点抑制剂或假治疗对小鼠进行治疗。抗PD-1检查点抑制剂释放免疫细胞的刹车，否则会阻止对癌细胞的免疫反应。

植入MSI-高系并用抗-PD-1处理的小鼠肿瘤体积比具有MSI-中间系和亲本系的小鼠具有更显着的降低。Mandal说，这表明团队看到的变量响应是由于这些肿瘤的遗传特征的变化。

然后，在植入后24天，研究人员分析了小鼠肿瘤中肿瘤浸润淋巴细胞(攻击和破坏肿瘤细胞的免疫系统白细胞)的数量。与其他样本相比，他们发现抗PD-1治疗后MSI高肿瘤中这些细胞的统计学显着性和高度显着增加，表明该反应与免疫系统有关。

接下来，研究小组对MSI高肿瘤的DNA进行了测序，发现用抗PD-1治疗的患者的错义和插入缺失突变减少。Mandal指出，这表明这些突变是造成免疫系统识别和消除的新抗原的原因。

在这些研究结果的基础上，研究小组研究了三个独立的癌症患者队列的临床数据，看看MSI强度与人体抗PD-1治疗反应之间的关系。研究人员首先检测了基线免疫活性，这是通过以前报道的标准化免疫活动评分(称为CYT)测量的，测量了14种人类癌症，发现与MSI低肿瘤相比，MSI高肿瘤中免疫活性增加的一般趋势。

研究人员还表示，他们观察到统计学上显着的差异 - 这意味着这些发现并非偶然 - 介于MSI-high和MSI-low癌症中的免疫活性之间经常被发现具有错配修复缺陷，例如子宫，子宫内膜，胃和结肠直肠癌症。

该小组还分析了两组患有错配修复缺陷肿瘤的患者的DNA序列，这些患者接受抗PD-1免疫治疗。在来自约翰霍普金斯大学的15名患者中，来自9名患有错配修复缺陷的患者中，他们指出，与较低水平的患者相比，具有较高遗传MSI水平的患者通常是对免疫治疗具有完全或非常好反应的患者。

在来自MSKCC的第二组33名患者中，该团队指出，在使用免疫检查点抑制剂治疗后，前80%患者的MSI水平与改善的存活率相关，大多数与最低20%的患者相比。

“总之，我们的数据表明存在一系列MSI类型，可能有助于识别将从免疫疗法中受益的患者，”Mandal说。“通过使用MSI强度的精确的下一代测序测量，有可能将应答者和无应答者分类到错配修复缺陷型癌症的抗PD-1治疗中。”

Mandal表示，该团队的下一步将探讨先天免疫系统在MSI相关免疫反应中的作用，并确认基线或连续产生的突变，特别是插入缺失突变是否是所观察到的治疗反应的原因。