новини

Імунотерапія принесла революційні зміни в лікування злоякісних пухлин, але деякі пацієнти все ще не можуть отримати від неї користі. Тому в клінічних застосуваннях терміново потрібні відповідні біомаркери для прогнозування ефективності імунотерапії, щоб максимізувати її ефективність та уникнути непотрібної токсичності.

Біомаркери, схвалені FDA

Експресія PD-L1. Оцінка рівнів експресії PD-L1 за допомогою імуногістохімії (IHC) дає показник часткової або повної мембранної забарвленості пухлинних клітин будь-якої інтенсивності у вижилих пухлинних клітинах. У клінічних випробуваннях цей тест служить допоміжним діагностичним тестом для лікування запущеного недрібноклітинного раку легенів (НДРЛ) пембролізумабом. Якщо TPS зразка ≥ 1%, вважається, що експресія PD-L1 є такою; TPS ≥ 50% вказує на високу експресію PD-L1. У початковому дослідженні фази 1 (KEYNOTE-001) рівень відповіді пацієнтів у підгрупі PD-L1 TPS>50%, які використовували пембролізумаб, становив 45,2%, тоді як незалежно від TPS рівень відповіді всіх пацієнтів, які отримували це лікування інгібітором імунної контрольної точки (ICI), становив 19,4%. У наступному дослідженні фази 2/3 (KEYNOTE-024) пацієнти з PD-L1 TPS > 50% випадковим чином були розподілені на групи, що отримували пембролізумаб та стандартну хіміотерапію, і результати показали значне покращення загальної виживаності (ЗВ) у пацієнтів, які отримували лікування пембролізумабом.

Однак застосування PD-L1 для прогнозування відповідей ICI обмежене різними факторами. По-перше, оптимальний поріг для різних типів раку різний. Наприклад, паболізумаб можна використовувати, коли експресія PD-L1 пухлини у пацієнтів з раком шлунка, стравоходу, сечового міхура та легень становить 1%, 10% та 50% відповідно. По-друге, оцінка популяції клітин експресії PD-L1 варіюється залежно від типу раку. Наприклад, для лікування рецидивуючого або метастатичного плоскоклітинного раку голови та шиї може бути використаний інший метод тестування, схвалений FDA, - Комплексна позитивна оцінка (CPS). По-третє, майже немає кореляції між експресією PD-L1 при різних видах раку та відповіддю ICI, що вказує на те, що пухлинний фон може бути ключовим фактором у прогнозуванні біомаркерів ICI. Наприклад, згідно з результатами тесту CheckMate-067, негативна прогностична цінність експресії PD-L1 при меланомі становить лише 45%. Зрештою, численні дослідження показали, що експресія PD-L1 є непослідовною в різних пухлинних ураженнях у одного пацієнта, навіть в межах однієї пухлини. Підсумовуючи, хоча початкові клінічні випробування недрібноклітинного раку легень (НДРЛ) спонукали до досліджень експресії PD-L1 як можливого прогностичного біомаркера, його клінічна корисність при різних типах раку залишається неясною.

Мутаційне навантаження пухлини. Мутаційне навантаження пухлини (TMB) використовувалося як альтернативний показник імуногенності пухлини. Згідно з результатами клінічного випробування KEYNOTE-158, серед 10 типів поширених солідних пухлин, які отримували пембролізумаб, пацієнти з щонайменше 10 мутаціями на мегабазу (високий TMB) мали вищий рівень відповіді, ніж пацієнти з низьким TMB. Варто зазначити, що в цьому дослідженні TMB був предиктором виживання без прогресування (ВБП), але не міг передбачити виживаність (ОВ).

Відповідь імунної терапії головним чином зумовлена ​​розпізнаванням нових антигенів Т-клітинами. Імуногенність, пов'язана з вищим рівнем ТМБ, також залежить від різних факторів, включаючи пухлинний неоантиген, представлений пухлиною; імунна система розпізнає пухлинні неоантигени; здатність хазяїна ініціювати антиген-специфічні відповіді. Наприклад, дані свідчать про те, що пухлини з найвищою інфільтрацією деяких імунних клітин можуть фактично мати ампліфікацію клонів інгібіторних регуляторних Т-клітин (Treg). Крім того, діапазон ТМБ може відрізнятися від потенціалу неоантигенів ТМБ, оскільки точне місце мутації також відіграє значну роль; Мутації, що опосередковують різні шляхи презентації антигену, можуть впливати на презентацію (або непрезентацію) нових антигенів імунній системі, що вказує на те, що внутрішні та імунологічні характеристики пухлини повинні бути узгодженими для отримання оптимальних відповідей ІЦІ.

Наразі рівень TMB вимірюється за допомогою секвенування наступного покоління (NGS), яке може відрізнятися в різних установах (внутрішньо) або на комерційних платформах, що використовуються. NGS включає секвенування всього екзому (WES), секвенування всього геному та цільове секвенування, які можна отримати з пухлинної тканини та циркулюючої пухлинної ДНК (ctDNA). Варто зазначити, що різні типи пухлин мають широкий діапазон TMB, причому імуногенні пухлини, такі як меланома, НМРЛ та плоскоклітинна карцинома, мають найвищі рівні TMB. Аналогічно, методи виявлення, розроблені для різних типів пухлин, мають різні визначення порогових значень TMB. При дослідженні НМРЛ, меланоми, уротеліальної карциноми та дрібноклітинного раку легенів ці методи виявлення використовують різні аналітичні методи (такі як WES або ПЛР-детектор для певної кількості споріднених генів) та пороги (високий TMB або низький TMB).

Мікросателіти є дуже нестабільними. Високо нестабільний мікросателіт (MSI-H), як біомаркер загального раку для відповіді ICI, має чудові показники у прогнозуванні ефективності ICI при різних видах раку. MSI-H є результатом дефектів репарації неспарених нуклеотидів (dMMR), що призводить до високої частоти мутацій, особливо в мікросателітних ділянках, що призводить до продукування великої кількості нових антигенів і зрештою запускає клональну імунну відповідь. Через високе мутаційне навантаження, спричинене dMMR, пухлини MSI-H можна розглядати як тип пухлини з високим мутаційним навантаженням (TMB). На основі результатів клінічних випробувань KEYNOTE-164 та KEYNOTE-158, FDA схвалило пембролізумаб для лікування пухлин MSI-H або dMMR. Це один з перших препаратів для загального раку, схвалених FDA, на основі біології пухлини, а не гістології.

Незважаючи на значний успіх, існують також проблеми, про які слід пам'ятати, використовуючи статус MSI. Наприклад, до 50% пацієнтів з колоректальним раком з dMMR не реагують на лікування ICI, що підкреслює важливість інших ознак у прогнозуванні відповіді. Інші внутрішні особливості пухлин, які неможливо оцінити за допомогою сучасних платформ виявлення, можуть бути факторами, що сприяють цьому. Наприклад, були повідомлення про те, що пацієнти з мутаціями в генах, що кодують важливі каталітичні субодиниці полімерази дельта (POLD) або полімерази ε (POLE) в області ДНК, не мають точності реплікації та демонструють фенотип «супермутації» у своїх пухлинах. Деякі з цих пухлин мають значно підвищену мікросателітну нестабільність (таким чином належать до MSI-H), але білки репарації неспарених нуклеотидів не відсутні (тому не dMMR).

Крім того, подібно до TMB, на MSI-H також впливають нові типи антигенів, що генеруються нестабільністю мікросателітів, розпізнаванням господарем нових типів антигенів та реакцією імунної системи господаря. Навіть у пухлинах типу MSI-H було ідентифіковано велику кількість однонуклеотидних мутацій як пасажирські мутації (не драйверні мутації). Тому покладатися виключно на кількість мікросателітів, виявлених у пухлині, недостатньо; фактичний тип мутації (ідентифікований за допомогою специфічних профілів мутацій) може покращити прогностичну ефективність цього біомаркера. Крім того, лише невелика частина онкологічних пацієнтів мають пухлини MSI-H, що вказує на поточну потребу в більш широко застосовних біомаркерах. Тому визначення інших ефективних біомаркерів для прогнозування ефективності та керівництва веденням пацієнтів залишається важливою областю досліджень.

Організаційно-орієнтовані дослідження біомаркерів

Враховуючи, що механізм дії ІЦІ полягає у зворотному пригніченні імунних клітин, а не у безпосередньому націлюванні на внутрішні шляхи пухлинних клітин, подальші дослідження повинні зосередитися на систематичному аналізі середовища росту пухлини та взаємодії між пухлинними клітинами та імунними клітинами, що може допомогти з'ясувати фактори, що впливають на відповідь ІЦІ. Багато дослідницьких груп вивчали пухлинні або імунні особливості певних типів тканин, такі як особливості мутацій генів пухлини та імунітету, дефіцит презентації пухлинного антигену або багатоклітинні імунні центри чи агрегати (такі як третинні лімфоїдні структури), які можуть передбачати реакцію на імунотерапію.

Дослідники використовували NGS для секвенування пухлини, екзому та транскриптому імунних тканин пацієнтів до та після лікування ICI, а також провели аналіз просторової візуалізації. Завдяки використанню кількох інтегрованих моделей у поєднанні з такими методами, як секвенування окремих клітин та просторова візуалізація, або мультиомні моделі, було покращено прогностичну здатність результатів лікування ICI. Крім того, комплексний метод оцінки імунних сигналів пухлини та внутрішніх характеристик пухлини також продемонстрував сильнішу прогностичну здатність. Наприклад, комплексний метод пакетного секвенування, який одночасно вимірює характеристики пухлини та імунітету, перевершує одну аналітичну змінну. Ці результати підкреслюють необхідність більш комплексного моделювання ефективності ICI, включаючи включення результатів оцінки імунного потенціалу господаря, внутрішніх характеристик пухлини та імунних компонентів пухлини у окремих пацієнтів, щоб краще передбачити, які пацієнти реагуватимуть на імунотерапію.

З огляду на складність включення факторів пухлини та хазяїна в дослідження біомаркерів, а також потенційну потребу в поздовжній інтеграції характеристик імунного мікрооточення, люди почали досліджувати біомаркери за допомогою комп'ютерного моделювання та машинного навчання. Наразі в цій галузі з'явилися деякі новаторські дослідницькі досягнення, що вказують на майбутнє персоналізованої онкології за допомогою машинного навчання.

Проблеми, з якими стикаються тканинні біомаркери

Обмеження аналітичних методів. Деякі значущі біомаркери добре працюють при певних типах пухлин, але не обов'язково при інших типах пухлин. Хоча специфічні для пухлини генні ознаки мають сильнішу прогностичну здатність, ніж TMB та інші, їх не можна використовувати для діагностики всіх пухлин. У дослідженні, спрямованому на пацієнтів з недрібноклітинним раком легень (НДРЛ), було виявлено, що ознаки генних мутацій є більш прогностичними для ефективності ICI, ніж високий TMB (≥ 10), але більше половини пацієнтів не змогли виявити ознаки генних мутацій.

Гетерогенність пухлини. Метод тканинних біомаркерів дозволяє відбирати проби лише з одного місця пухлини, а це означає, що оцінка конкретних частин пухлини може неточно відображати загальну експресію всіх пухлин у пацієнта. Наприклад, дослідження виявили гетерогенність експресії PD-L1 між пухлинами та всередині них, і аналогічні проблеми існують з іншими тканинними маркерами.

Через складність біологічних систем багато раніше використовуваних тканинних біомаркерів могли бути надмірно спрощеними. Крім того, клітини в мікрооточенні пухлини (TME) зазвичай рухливі, тому взаємодії, що відображаються в просторовому аналізі, можуть не відображати справжні взаємодії між пухлинними клітинами та імунними клітинами. Навіть якщо біомаркери можуть ідеально відображати все середовище пухлини в певний момент часу, ці мішені все одно можуть бути індуковані та динамічно змінюватися з часом, що вказує на те, що один знімок у певний момент часу може не відображати динамічні зміни належним чином.

Гетерогенність пацієнтів. Навіть якщо виявлено відомі генетичні зміни, пов'язані з резистентністю до ІЦІ, деякі пацієнти з відомими біомаркерами резистентності все ще можуть отримати користь, можливо, через молекулярну та/або імунну гетерогенність у пухлині та в різних ділянках пухлини. Наприклад, дефіцит β2-мікроглобуліну (B2M) може свідчити про нову або набуту резистентність до ліків, але через гетерогенність дефіциту B2M між окремими особами та в пухлинах, а також взаємодію механізмів заміщення імунного розпізнавання у цих пацієнтів, дефіцит B2M може не бути чітким предиктором індивідуальної резистентності до ліків. Тому, незважаючи на наявність дефіциту B2M, пацієнти все ще можуть отримати користь від терапії ІЦІ.

Організаційно-орієнтовані поздовжні біомаркери
Експресія біомаркерів може змінюватися з часом та під впливом лікування. Статичні та одноразові оцінки пухлин та імунобіології можуть ігнорувати ці зміни, а також зміни в метаболічному середовищі пухлини та рівнях імунної відповіді господаря. Численні дослідження показали, що отримання зразків до та під час лікування може точніше ідентифікувати зміни, пов'язані з лікуванням ІЦІ. Це підкреслює важливість динамічної оцінки біомаркерів.

Біомаркери на основі крові
Перевага аналізу крові полягає в його здатності біологічно оцінювати всі окремі пухлинні ураження, відображаючи середні показники, а не показники конкретної ділянки, що робить його особливо придатним для оцінки динамічних змін, пов'язаних з лікуванням. Численні результати досліджень показали, що використання циркулюючої пухлинної ДНК (цДНК) або циркулюючих пухлинних клітин (ЦПК) для оцінки мінімальної залишкової хвороби (МЗХ) може допомогти у прийнятті рішень щодо лікування, але ці тести мають обмежену інформацію щодо прогнозування того, чи можуть пацієнти отримати користь від імунотерапії, такої як ІЦХ. Тому тестування цДНК необхідно поєднувати з іншими методами для вимірювання імунної активації або імунного потенціалу хазяїна. У цьому відношенні досягнуто прогресу в імунофенотипуванні мононуклеарних клітин периферичної крові (МКПК) та протеомному аналізі позаклітинних везикул і плазми. Наприклад, периферичні підтипи імунних клітин (такі як CD8+T-клітини), висока експресія молекул імунних контрольних точок (таких як PD1 на периферичних CD8+T-клітинах) та підвищений рівень різних білків у плазмі (таких як CXCL8, CXCL10, IL-6, IL-10, PRAP1 та VEGFA) можуть служити ефективним доповненням до динамічних ко-біомаркерів цтДНК. Перевагою цих нових методів є те, що вони можуть оцінювати зміни в пухлині (подібно до змін, виявлених за допомогою цтДНК), а також можуть виявляти зміни в імунній системі пацієнта.

Радіоміка
Прогностичні фактори даних зображень можуть ефективно подолати обмеження відбору проб тканинних біомаркерів та біопсії, а також дозволити спостерігати всю пухлину та можливі інші метастатичні вогнища в будь-який момент часу. Таким чином, вони можуть стати важливою частиною неінвазивних динамічних біомаркерів у майбутньому. Дельта-радіоміка може кількісно розраховувати зміни в кількох характеристиках пухлини (таких як розмір пухлини) в різні моменти часу, такі як до та після лікування ІЦІ, під час лікування та подальшого спостереження. Дельта-радіоміка може не тільки передбачати початкову відповідь або відсутність відповіді на раннє лікування, але й виявляти набуту резистентність до ІЦІ в режимі реального часу та контролювати будь-який рецидив після повної ремісії. Модель візуалізації, розроблена за допомогою технології машинного навчання, навіть краща за традиційний стандарт RECIST у прогнозуванні відповіді на лікування та можливих побічних ефектів. Сучасні дослідження показують, що ці радіомікічні моделі мають площу під кривою (AUC) до 0,8-0,92 для прогнозування відповіді на імунотерапію.

Ще однією перевагою радіоміки є її здатність точно виявляти псевдопрогресію. Радіомічна модель, побудована за допомогою машинного навчання, може ефективно розрізняти справжню та хибну прогресію шляхом повторного вимірювання даних КТ або ПЕТ для кожної пухлини, включаючи такі фактори, як форма, інтенсивність та текстура, з AUC 0,79. Ці радіомічні моделі можуть бути використані в майбутньому, щоб уникнути передчасного припинення лікування через неправильну оцінку прогресування захворювання.

Кишкова мікробіота
Очікується, що біомаркери кишкової мікробіоти прогнозуватимуть терапевтичну відповідь на лікування ІЦІ. Численні дослідження показали, що специфічна кишкова мікробіота тісно пов'язана з відповіддю різних видів раку на лікування ІЦІ. Наприклад, у пацієнтів з меланомою та раком печінки велика кількість бактерій Ruminococcaceae пов'язана з відповіддю на імунотерапію PD-1. Збагачення Akkermansia muciniphila є поширеним явищем у пацієнтів з раком печінки, раком легенів або нирково-клітинною карциномою, які добре реагують на лікування ІЦІ.

Крім того, нова модель машинного навчання може бути незалежною від типів пухлин і пов'язувати конкретні роди кишкових бактерій з терапевтичною відповіддю на імунотерапію. Інші дослідження також виявили специфічну роль, яку окремі групи бактерій відіграють у регуляції імунної системи хазяїна, додатково досліджуючи, як запобігати або сприяти імунному виходу ракових клітин.

Неоад'ювантна терапія
Динамічна оцінка біології пухлини може спрямовувати подальші клінічні стратегії лікування. Дослідження неоад'ювантної терапії може оцінити терапевтичний ефект за допомогою патологічної ремісії в хірургічних зразках. При лікуванні меланоми первинна патологічна відповідь (ПВП) пов'язана з виживанням без рецидиву. У дослідженні PRADO дослідники визначають наступні клінічні заходи втручання, такі як хірургічне втручання та/або ад'ювантна терапія, на основі даних про патологічну ремісію, специфічних для пацієнта.

Серед різних типів раку кілька нових варіантів ад'ювантної терапії все ще не мають прямого порівняння. Тому вибір між монотерапією імунотерапією чи комбінованою терапією часто вирішується спільно лікарем та пацієнтом. Наразі дослідники розробили характеристику інтерферону гамма (IFN гамма), що містить 10 генів, як біомаркер для прогнозування патологічної ремісії меланоми після неоад'ювантної терапії. Вони додатково інтегрували ці характеристики в алгоритм для відбору пацієнтів із сильною або слабкою відповіддю на неоад'ювантну терапію. У подальшому дослідженні під назвою DONIMI дослідники використовували цю оцінку в поєднанні з більш складним аналізом не лише для прогнозування відповіді на лікування, але й для визначення, яким пацієнтам з меланомою III стадії потрібно додавання інгібіторів гістондеацетилази (HDACi) для посилення відповіді на неоад'ювантне лікування ICI.

Модель пухлини, отримана від пацієнтів
Моделі пухлин in vitro мають потенціал для прогнозування специфічних для пацієнта реакцій. На відміну від платформи in vitro, яка використовується для аналізу спектру лікарської відповіді гематологічних злоякісних новоутворень, солідні пухлини стикаються з більшими труднощами через свою унікальну мікроструктуру пухлини та імунні взаємодії з пухлиною. Проста культура пухлинних клітин не може легко відтворити ці складні особливості. У цьому випадку пухлиноподібні органи або чіпи органів, отримані від пацієнтів, можуть компенсувати ці структурні обмеження, оскільки вони можуть зберегти оригінальну структуру пухлинних клітин та імітувати взаємодію з лімфоїдними та мієлоїдними імунними клітинами для оцінки реакцій ICI у специфічний для пацієнта спосіб, тим самим точніше відтворюючи біологічні особливості в більш реалістичному тривимірному середовищі.

Кілька проривних досліджень у Китаї та Сполучених Штатах застосували цю нову високоточну тривимірну модель пухлини in vitro. Результати показують, що ці моделі можуть ефективно прогнозувати реакцію раку легенів, раку товстої кишки, раку молочної залози, меланоми та інших пухлин на ІЦП. Це закладає основу для подальшої перевірки та стандартизації прогностичної ефективності цих моделей.