腫瘤生物標(biāo)志物TMB的挑戰(zhàn)和研究進(jìn)展

腫瘤突變負(fù)擔(dān)（TMB），定義為癌癥基因組中存在的體細(xì)胞非同義突變總數(shù)，在癌癥類型中各不相同。TMB是衡量腫瘤突變數(shù)量的指標(biāo)；突變?cè)蕉?，新抗原越多，其中一個(gè)或多個(gè)自身新抗原具有免疫原性并觸發(fā)T細(xì)胞反應(yīng)的幾率就越高。許多研究報(bào)告了較高的TMB和ICI療效之間的聯(lián)系，表明TMB可能是一個(gè)良好的預(yù)測(cè)性生物標(biāo)記物。

2020年6月16日， FDA批準(zhǔn)了Pembrolizumab用于治療不可切除或轉(zhuǎn)移性的高腫瘤組織樣本突變負(fù)荷（TMB-H）≥10個(gè)突變/Mb的成人和兒童實(shí)體瘤患者。然而，TMB對(duì)所有癌癥類型的適用性和佳閾值仍尚待確定。目前，對(duì)TMB的研究正在沿著三條主要途徑推進(jìn)：通過實(shí)驗(yàn)室中嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施，包括減輕混淆因素，如有限的小組范圍和低腫瘤純度，加強(qiáng)TMB評(píng)估；通過引入克隆、持續(xù)性或HLA校正的TMB、腫瘤新抗原負(fù)荷和突變特征等創(chuàng)新概念，完善傳統(tǒng)的TMB框架；以及TMB與已建立和新興的生物標(biāo)志物的整合，如PD-L1表達(dá)、微衛(wèi)星不穩(wěn)定性、免疫基因表達(dá)譜和腫瘤免疫背景。鑒于TMB在癌癥發(fā)病機(jī)制和免疫系統(tǒng)識(shí)別腫瘤能力中的關(guān)鍵功能，深入理解TMB的基本原理和持續(xù)進(jìn)化對(duì)腫瘤學(xué)領(lǐng)域至關(guān)重要。

TMB的定義及測(cè)定

TMB的概念定義是腫瘤標(biāo)本中出現(xiàn)的突變總數(shù)。根據(jù)不同的方法，針對(duì)TMB考慮的基因改變類型的實(shí)際定義有所不同。TMB的特征是通過全外顯子組測(cè)序（WES）來完成的，WES本質(zhì)上認(rèn)為遺傳改變僅限于外顯子（編碼區(qū)域）。WES的TMB計(jì)算包括編碼區(qū)的非同義突變，并通過減去匹配的正常樣本排除種系變化。

基金會(huì)醫(yī)學(xué)開發(fā)的324個(gè)基因（相當(dāng)于1.1MB編碼基因組）的全面基因組分析檢測(cè)試驗(yàn)（FoundationOne），被證實(shí)是WES對(duì)TMB的準(zhǔn)確評(píng)估。FDA批準(zhǔn)了該檢測(cè)方法，作為對(duì)于>10個(gè)突變/Mb的TMB患者使用pembrolizumab的輔助診斷。

FoundationOne分析還包括其TMB中的同義突變和內(nèi)含子區(qū)的插入缺失標(biāo)記（Indels），這些都不包括在WES中。Indels通常會(huì)產(chǎn)生新的DNA開放閱讀框，從而產(chǎn)生一個(gè)全新的肽段，這些肽段可能有更高的機(jī)會(huì)編碼免疫原性新抗原。

另一個(gè)FDA批準(zhǔn)的NGS檢測(cè)試驗(yàn)是MSK-IMPACT，該試驗(yàn)?zāi)壳按_定了468個(gè)癌癥相關(guān)基因（約1.2MB）的體細(xì)胞外顯子突變。

TMB與腫瘤免疫應(yīng)答

免疫逃避是腫瘤的一個(gè)重要特征。T細(xì)胞通常識(shí)別由突變產(chǎn)生的新抗原，并由癌細(xì)胞表面的主要組織相容性復(fù)合物（MHC）蛋白呈現(xiàn)。為了生存，腫瘤劫持了通常作為檢查點(diǎn)的蛋白質(zhì)來削弱免疫系統(tǒng)對(duì)其的殺傷作用。

通過阻斷免疫檢查點(diǎn)蛋白，如PD-1、PD-L1和CTLA-4，免疫系統(tǒng)可以被重新喚醒。然而，一旦活化，T細(xì)胞必須仍然能夠?qū)⒛[瘤與正常細(xì)胞區(qū)分開來。如果腫瘤細(xì)胞表面存在免疫原性新抗原，則有助于對(duì)腫瘤細(xì)胞的識(shí)別。由于新抗原是由突變產(chǎn)生的，突變的數(shù)量越多（即TMB越高），MHC蛋白所呈現(xiàn)的一些新抗原具有免疫原性的可能性就越大。在此基礎(chǔ)上，高水平的TMB與ICI治療后更好的結(jié)果相關(guān)也就不足為奇了。

然而，任何將TMB的預(yù)測(cè)能力二分法的嘗試都是不完美的，因?yàn)槔碚撋?，T細(xì)胞識(shí)別的新抗原可以起源于低突變環(huán)境（盡管可能性較低）；相反，大量突變并不一定轉(zhuǎn)化為免疫原性新抗原。

TMB臨床使用的局限性

多項(xiàng)研究表明，TMB與ICIs反應(yīng)之間呈正相關(guān)，與化療相比，接受ICIs的TMB高腫瘤患者的生存結(jié)果有所改善。盡管如此，也有一部分研究在特定腫瘤的更多樣化的群組中未能證實(shí)TMB與ICI反應(yīng)的正相關(guān)，這表明TMB的臨床效用可能存在局限性。

首先，TMB是一個(gè)連續(xù)變量，導(dǎo)致臨床決策分層的固有挑戰(zhàn)。特別是，對(duì)于所有癌癥類型，10個(gè)突變/Mb是否佳的并且同樣有效，需要進(jìn)一步研究。在Keynote-158研究中， TMBs<10、10-13和>13 mut/Mb的腫瘤反應(yīng)率分別為6.7%、12.5%和37%，表明在10 mut/Mb的設(shè)定并不完美，這一臨界值是根據(jù)早期涉及NSCLC患者的回顧性研究預(yù)先設(shè)定的。有必要進(jìn)一步驗(yàn)證佳的、潛在的癌癥類型特異性TMB截止值，以更準(zhǔn)確地選擇有可能從ICI中獲益的患者。

此外，TMB的預(yù)測(cè)值可能取決于所考慮的特定治療方案。已經(jīng)觀察到在PD-1/PD-L1抑制劑聯(lián)合CTLA4抑制劑治療可以保持TMB的預(yù)期值。相比之下，對(duì)于接受ICI和化療聯(lián)合治療的患者，TMB可能會(huì)完全失去其預(yù)測(cè)價(jià)值，這種情況在Keynote-189、Keynote-407和Keynote-21研究中觀察到。這個(gè)問題并不是TMB特有的，也影響了其他幾種免疫相關(guān)生物標(biāo)志物，包括PD-L1和基于血液的生物標(biāo)志物。當(dāng)化療與ICI一起進(jìn)行時(shí)，所有這些生物標(biāo)志物都失去了預(yù)測(cè)能力。

TMB應(yīng)用的改進(jìn)策略

為了改善TMB在腫瘤生物標(biāo)志物應(yīng)用中預(yù)測(cè)ICI益處的這些局限性，人們正在研究了一些新的策略：如用腫瘤新抗原負(fù)荷（TNB）或HLA校正的TMB替代TMB，以解決潛在突變的不同免疫原性；改進(jìn)經(jīng)典的TMB，以納入某些新概念，包括cTMB、持久的TMB（pTMB）和突變特征；將TMB與其他生物標(biāo)志物相結(jié)合，如PD-L1、MSI-H、STK11/KEAP1突變、衍生的淋巴細(xì)胞與中性粒細(xì)胞比率和/或免疫相關(guān)基因表達(dá)特征，以提高TMB在接受化學(xué)免疫治療方案的患者中的預(yù)測(cè)有效性。

腫瘤新抗原負(fù)荷

TNB涉及通過特異性量化導(dǎo)致免疫原性新肽的突變子集或免疫原性新肽的總和來細(xì)化TMB。人們已經(jīng)開發(fā)了計(jì)算機(jī)模擬方法來預(yù)測(cè)新抗原加工、抗原結(jié)合親和力和抗原識(shí)別。對(duì)于所有研究的算法，每個(gè)腫瘤的MHC I預(yù)測(cè)的突變百分比在各種癌癥類型之間有差異。因此，對(duì)于某些癌癥類型， 高TMB和高TNB的百分比不同。因此，在選擇接受ICI的患者方面也存在差異。

目前，支持TNB和相關(guān)生物標(biāo)志物優(yōu)于TMB作為ICI反應(yīng)預(yù)測(cè)因子的臨床證據(jù)有限。能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)強(qiáng)效新抗原的計(jì)算模型仍在開發(fā)中，這反過來又受到可用訓(xùn)練數(shù)據(jù)量的限制，這是導(dǎo)致這一限制的重要因素。

TMB修正

目前已經(jīng)引入了幾種與TMB相關(guān)的生物標(biāo)志物，包括某些突變子集，目的是優(yōu)化ICI益處的預(yù)測(cè)。組織樣本的總TMB可以分解為克隆和亞克隆突變的總和，前者構(gòu)成cTMB。較高的cTMB和較高的總TMB都與ICI反應(yīng)的改善有關(guān)，而亞克隆TMB則不能預(yù)測(cè)。來自胃癌或結(jié)直腸癌患者的數(shù)據(jù)提供了一些證據(jù)，表明cTMB優(yōu)于經(jīng)典TMB。相比之下，其他數(shù)據(jù)不支持使用cTMB：在黑色素瘤患者中，cTMB在預(yù)測(cè)OS方面沒有超過總TMB。

作為另一種TMB修飾，pTMB僅包括在腫瘤進(jìn)化過程中不太可能丟失的突變，或作為獲得性耐藥性的機(jī)制。pTMB在預(yù)測(cè)黑色素瘤、頭頸癌癥、間皮瘤或NSCLC患者對(duì)ICI的反應(yīng)方面表現(xiàn)優(yōu)于TMB。因此，有必要進(jìn)一步研究這一新概念，以證實(shí)pTMB優(yōu)于經(jīng)典TMB的預(yù)測(cè)優(yōu)勢(shì)。

與其他生物標(biāo)志物的組合

在黑色素瘤中，TMB已與轉(zhuǎn)錄組學(xué)和免疫細(xì)胞組學(xué)數(shù)據(jù)相結(jié)合，或與炎癥基因表達(dá)特征和BRAF突變狀態(tài)相結(jié)合，以創(chuàng)建多模式預(yù)測(cè)因子，這兩種方法在識(shí)別可能受益于ICIs的患者方面均優(yōu)于單獨(dú)的TMB。此外，多種基因組和轉(zhuǎn)錄組參數(shù)，包括MHC I和II復(fù)合物的新抗原呈遞，可以預(yù)測(cè)ICIs的結(jié)果。類似的方法已應(yīng)用于其他癌癥類型，包括NSCLC、尿路上皮癌或胸膜間皮瘤。因此，TMB、基因表達(dá)譜、腫瘤微環(huán)境分析、免疫細(xì)胞組成和標(biāo)記物表達(dá)的組合被認(rèn)為優(yōu)于單獨(dú)估計(jì)TMB。

小結(jié)

越來越多的證據(jù)支持TMB作為實(shí)體瘤患者對(duì)ICI反應(yīng)性的預(yù)測(cè)生物標(biāo)志物的臨床應(yīng)用。然而，盡管FDA批準(zhǔn)了抗PD-1抗體pembrolizumab在TMB>10突變/Mb的實(shí)體瘤中的應(yīng)用，但作為臨床生物標(biāo)記物，TMB的進(jìn)一步開發(fā)仍面臨許多挑戰(zhàn)。例如，TMB對(duì)免疫療法與靶向藥物或化療聯(lián)合應(yīng)用的預(yù)測(cè)價(jià)值尚未確定。此外，認(rèn)識(shí)到低TMB患者中有一小部分（5%）對(duì)ICIs反應(yīng)良好，而超過50%的高水平TMB患者無反應(yīng)，這一點(diǎn)至關(guān)重要。這反映了免疫系統(tǒng)的復(fù)雜性，需要將多個(gè)其他變量納入一個(gè)復(fù)合生物標(biāo)記物中，以便更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)ICI結(jié)果，并充分發(fā)揮免疫治療的潛在益處。對(duì)這些因素進(jìn)行更全面的評(píng)估，包括抗原加工和呈遞途徑中功能喪失改變的存在，以及將影響這些不同過程的改變組合，將是克服TMB預(yù)測(cè)ICI反應(yīng)的有限敏感性和特異性的關(guān)鍵。