新辅助抗PD-1免疫疗法治疗可手术复发性胶质母细胞瘤

研究背景

胶质母细胞瘤是成人最具侵袭性的原发性脑癌，三分之二的患者对当前标准治疗系统疗法具有先天耐药性。尽管免疫检查点抑制剂在黑色素瘤脑转移等病理中表现出显著的颅内活性，但胶质母细胞瘤对单药免疫检查点阻断具有耐药性。为了更好地理解胶质母细胞瘤对免疫检查点抑制剂的分子反应，并识别可靶向的免疫逃逸途径，该研究团队之前曾报道了一项关于新辅助和单独辅助帕博利珠单抗（pembrolizumab）的随机手术窗口试验，研究对象为接受手术切除的复发性胶质母细胞瘤患者。通过对比新辅助与未经新辅助治疗的肿瘤基因表达谱，该研究发现了一个分子反应特征，包括细胞周期/癌症增殖基因的下调和T细胞/干扰素γ相关基因的上调。细胞周期基因特征与总生存期呈负相关。重要的是，与单独辅助使用帕博利珠单抗相比，新辅助治疗的加入与总生存期的显著延长有关。在此，该研究团队报告了一项单臂、非随机新辅助帕博利珠单抗扩展队列研究的结果（NCT02852655），以增强对帕博利珠单抗肿瘤分子反应及其对总生存期影响的药效学终点的观察。

研究结果

为了确认帕博利珠单抗在胶质母细胞瘤中的药效学效应，该研究设计了一个扩展队列，以补充完善之前报道的多中心、随机、开放标签的手术研究的药效学终点，该研究比较了新辅助联合辅助帕博利珠单抗（新辅助组）与单独辅助帕博利珠单抗（辅助组）在复发性胶质母细胞瘤患者中的疗效。所有患者均被分配到新辅助组，并在手术切除肿瘤前约14天接受单剂量帕博利珠单抗治疗，手术恢复后每3周接受一次帕博利珠单抗治疗，直至疾病进展或出现不可接受的毒性。2020年6月至2021年8月期间，共有25名患者在四个机构入组，构成了意向治疗人群。

在初步研究中，帕博利珠单抗治疗导致细胞周期/癌症增殖基因特征的减少和T细胞/干扰素γ特征的增加。细胞周期/癌症增殖基因特征与生存期呈负相关。当前扩展队列的主要目标是增强这一观察结果，并观察帕博利珠单抗是否会导致细胞周期/癌症增殖相关基因表达减少的这一假设。该研究对扩展的新辅助队列的切除肿瘤组织进行了批量RNA测序（RNAseq），并与临床试验第一阶段的基因表达数据合并，作为该扩展研究的预设主要终点（图1a）。

临床试验达到了其主要药效学终点，综合基因表达分析发现，在新辅助队列中，帕博利珠单抗治疗的肿瘤组织中细胞周期/癌症增殖相关绝对富集评分的中位数显著降低至-0.2996（四分位间距-0.5853至0.2040），而未治疗的肿瘤组织中为0.5172（四分位间距0.0712-0.6579），p=0.009（图1b）。有趣的是，扩展队列中细胞周期基因集下调的程度并不像初始队列中那么显著。合并队列还显示，与未治疗的肿瘤组织相比，帕博利珠单抗治疗的肿瘤组织中T细胞/IFN基因特征的富集呈现异质性（图1c，p=0.08）。对两个新辅助队列分别进行分析，与辅助组相比，细胞周期和干扰素γ相关基因表达变化的模式相同，但扩展新辅助队列并未达到统计学显著性。

与初始研究一样，相对于仅接受辅助治疗队列，新辅助帕博利珠单抗治疗并未诱导肿瘤浸润性淋巴细胞（tumor-infiltrating lymphocyte，TIL）的统计学显著增加。这些发现证实了PD1导向免疫检查点抑制剂对胶质母细胞瘤基因表达模式的药效学效应，但提示可能存在某些机制，通过防止T细胞浸润或抑制肿瘤微环境中TIL功能，从而介导先天耐药性，正如该研究团队近期研究所示。

为了开发一个能够预测这些患者临床过程的生物标志物，该研究团队使用Cox比例风险模型识别在新辅助队列中差异表达的基因特征，并且这些特征也与生存期独立相关。细胞周期基因特征（Farmers_Breast_Cancer_Cluster_2）被新辅助帕博利珠单抗治疗下调，并被发现是总生存期的独立风险因素（图1d），风险比（HR）为3.54，置信区间（CI）为[1.17–10.65]，p=0.025。将细胞周期基因特征（Farmers_Breast_Cancer_Cluster_2）加入Cox模型显著提高了总生存期的可解释方差（即R平方），从32%提高到45%，这与该研究团队在初始报告中的发现一致。有趣的是，干扰素γ相关基因集（Ayers_et_al_IFN_genes）与生存期并未独立相关，风险比为0.93，置信区间为[0.32-2.70]，p=0.893，这表明I型和II型干扰素可能难以区分，可能代表介导对免疫检查点抑制剂先天耐药性的慢性炎症。在该队列中，注册时的总类固醇剂量是唯一与生存期显著相关的临床因素，与细胞周期基因共同成为此队列的显著预后因素（图1d，风险比1.44，置信区间[1.06–1.95]，p=0.021）。通过CybersortX对批量基因表达数据进行解卷分析显示，细胞周期基因特征的变化显著且直接与肿瘤分数相关，而T细胞/IFN基因表达变化与髓系分数相关(图1e，f)。这些发现表明，抗PD1免疫检查点阻断在胶质母细胞瘤中触发的细胞周期基因抑制是由肿瘤细胞驱动的，并且与这些患者的生存期独立相关。

图1：帕博利珠单抗治疗与T细胞/干扰素-γ基因相关特征增加以及细胞周期/癌症增殖基因特征减少有关

在意向治疗分析中，新辅助扩展队列的中位总生存期为204天（6.8个月），而初始新辅助队列为417天（13.7个月），初始仅辅助队列为228天（7.5个月）。新辅助扩展队列的中位无进展生存期为75天（2.5个月），而初始新辅助队列为99.5天（3.3个月），初始仅辅助治疗队列为72.5天（2.5个月）。该研究的次要终点PFS-6在新辅助扩展队列为0%，而之前报道的初始新辅助队列为33.3%（95%置信区间：16.3%-68.2%）。合并新辅助队列的PFS-6为19.5%（95%置信区间：9.29%-41.2%），而仅辅助队列为13.3%（95%置信区间：3.67%-48.4%）。三个队列之间在总生存或无进展生存方面没有差异（p>0.05和p=0.0543，分别为Mantel-Cox检验）。在经过手术且组织学证实为复发性胶质母细胞瘤的患者中（mITT），新辅助扩展队列的中位总生存期为209.5天（7.0个月），而初始新辅助队列为400天（13.2个月），初始仅辅助治疗队列为192天（6.3个月）。

图2：临床试验设计和生存结果

与该研究团队的随机试验中的初始新辅助队列相比，扩展新辅助队列的总生存期较为有限，但药效学终点表明，新辅助帕博利珠单抗剂量并未像初始队列中那样显著下调肿瘤细胞周期基因。为了进一步评估这些基因表达变化相关的生物学和临床结果，该研究团队根据患者的中位细胞周期/癌症增殖和T细胞/干扰素γ相关基因特征将患者分为四组。事后分析显示，这四组之间的总生存期存在显著差异（图3c，logrank检验，p值<0.0001）。此外，四组中新辅助与辅助患者的分布差异显著（图3b，卡方检验，p=0.027）。有趣的是，所有具有干扰素高和细胞周期低基因特征的亚组（第3组）的患者均接受了新辅助帕博利珠单抗治疗（13/13患者），并且与其它亚组相比具有显著更长的生存期，为420天（13.8个月）（图3b，c）。与“细胞周期高”患者相比，“细胞周期低”组的总生存期有所改善，而“细胞周期高”患者显示出最短的生存时间（第2组和第4组）。将细胞周期和干扰素特征均被分类为高的患者（第4组）的生存期最短，死亡风险比为7.46（置信区间1.22–45.46，p值=0.029）。与低干扰素/T细胞特征的肿瘤相比，高干扰素/T细胞特征的肿瘤具有显著更高的TIL密度（图3e，f）。

为了探究导致这干扰素高组（第3组和第4组）之间生存期巨大差异的生物学过程，该研究团队筛选了各种炎症/免疫激活相关基因特征。发现第4组在STAT3和TNF-α相关基因特征的富集上显著高于第3组。STAT3和TNF-α的异常激活与肿瘤细胞增殖、侵袭以及免疫抑制细胞群体（如MDSC和调节性T细胞）的招募有关。值得注意的是，STAT3已被鉴定为间质胶质母细胞瘤亚型的主要调节因子。这些发现表明，新辅助抗PD1免疫检查点阻断可以触发肿瘤基因表达状态的变化，使其呈现低细胞周期/癌症增殖和高T细胞/干扰素γ相关特征，并且这种表达特征与T细胞浸润和在帕博利珠单抗治疗队列中最长的生存期相关。
一名患者因切除肿瘤组织的分析未能证实复发性胶质母细胞瘤而被排除在意向治疗人群（mITT）之外。三名患者因缺乏随访影像学记录而被iRANO标准排除在PFS分析之外。基线特征在初始和扩展术前队列之间相似。帕博利珠单抗耐受性良好，该队列未发现任何新的、意料之外的毒性反应。共有六例3级及以上不良事件，包括脑水肿（2例）、头痛、疲劳、肾上腺功能不全和甲状腺功能亢进。

图3：细胞周期/癌症增殖以及T细胞和干扰素特征决定了接受新辅助帕博利珠治疗的患者的生存组

该研究团队的扩展队列中，复发性胶质母细胞瘤患者接受新辅助联合辅助帕博利珠单抗治疗，达到了其主要药效学终点。合并的基因表达分析表明，帕博利珠单抗的活性在复发性胶质母细胞瘤中具有明确的基因特征，与细胞周期和癌症增殖基因的减少以及T细胞/干扰素相关基因的增加有关。先前的研究已经表明，肿瘤中干扰素γ的高基线或治疗中表达与免疫检查点抑制剂的反应相关。与该研究团队关于新辅助帕博利珠单抗的生存优势的初步报告一致，该研究识别出一个特定的亚组，即13名新辅助队列中的患者，其特征是高肿瘤干扰素γ特征和低细胞周期特征，该组患者具有非常长的生存期，中位数为13.8个月。同样，对接受免疫检查点抑制剂治疗的黑色素瘤患者的基线和治疗中肿瘤样本的分析显示，高干扰素γ特征伴随G2M检查点基因的减少与完全和部分临床反应显著相关，表明这些是免疫检查点阻断获益的广泛生物标志物。由于干扰素γ在多种癌症中诱导细胞周期停滞，免疫细胞衍生的干扰素γ可能是该研究中最长生存期队列中低细胞周期评分的直接原因。

癌症被广泛认为会产生慢性炎症状态。这些数据表明，肿瘤微环境中的局部炎症反应可能是情境性的，因为等比例的患者（未治疗与接受新辅助治疗的患者）显示出高细胞周期和高T细胞/IFN转录特征。具有这种转录模式的患者肿瘤中，STAT-3和TNF信号显著富集。因此，这些肿瘤可能类似于胶质母细胞瘤的间质亚型，并且表明这种慢性炎症肿瘤微环境可能对免疫检查点抑制剂具有固有耐药性。在其他颅外肿瘤中，通过减少这种慢性炎症状态的策略已经取得了成功，并随后恢复了对免疫检查点阻断的反应。

胶质母细胞瘤中的p16-CDK4/6-Rb信号通路作为主要的细胞周期调节因子，其过度激活可能也独立地为免疫逃逸提供机制。在肿瘤和T细胞中均涉及CDK4/6信号通路，其通过抑制肿瘤内源性抗原处理和呈递，以及调节T细胞亚群，从而介导免疫逃逸。在黑色素瘤中，CDK4/6抑制剂和免疫检查点抑制剂的联合应用被广泛关注，特别是在CDK4/6过度激活频繁的肿瘤中，如胶质母细胞瘤。然而，CDK4/6抑制剂abemaciclib与帕博利珠单抗联合在转移性乳腺癌的1b期临床试验中显示出高比例的转氨酶升高和肺炎。目前，关于联合靶向CDK4/6信号和免疫检查点是否会产生显著的抗肿瘤活性仍然未得到解答。

与单独辅助相比，新辅助治疗在复发性胶质母细胞瘤的临床影响尚不清楚。该研究未能证实新辅助帕博利珠单抗的生存优势。与该研究团队的初步随机研究相比，该研究的新辅助扩展队列的生存期显著降低。尽管与初始新辅助队列相比，扩展队列中由于术后肿瘤体积增加以及高比例IDH野生型肿瘤可能影响了生存期，但这些差异尚未达到统计学显著性。

该研究存在一些重要的局限性。它未对生存分析进行充分的样本量估算，因此新辅助帕博利珠单抗对复发性胶质母细胞瘤患者的生存影响仍不清楚。其他局限性包括其单臂设计、缺乏同期对照队列以及样本量小。未来的临床试验应针对生存分析进行充分的样本量估算，并评估这些生物标志物特征是否能够预测胶质母细胞瘤对免疫检查点抑制的反应。

参考文献：McFaline-Figueroa, J.R., Sun, L., Youssef, G.C.et al.Neoadjuvant anti-PD1 immunotherapy for surgically accessible recurrent glioblastoma: clinical and molecular outcomes ofa stage2 single-arm expansion cohort.Nat Commun15, 10757 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-54326-7