首页 > 文章详情

【研究进展】吴芳教授：同时多原发肺癌的基因图谱与TMB、PD-L1表达和免疫细胞浸润的关系

2022年03月18日

来源：吴芳课题组公众号

引言：多原发肺癌（Multiple primary lung cancers, MPLCs）定义为同一个体的肺内同时或者先后发生两个或两个以上的原发性肺癌。随着CT的广泛应用，早期多发肺结节越来越多地被检测到，给多原发肺癌的诊断和治疗给临床带来了巨大的挑战。

近日，针对该备受关注的领域，中南大学湘雅二医院肿瘤中心吴芳副教授联合胸部肿瘤MDT团队在国际著名期刊《Journal for Immunotherapy of Cancer》（中科院1区期刊，IF：13.751）发表题为“Genomic profiles and their associations with TMB, PD-L1 expression, and immune cell infiltration landscapes in synchronous multiple primary lung cancers”的原创性研究论文。

湘雅二医院肿瘤中心吴芳副教授为通讯作者，湘雅二医院肿瘤中心胡春宏教授、赵丽淑硕士及胸外科刘文亮教授为共同第一作者。湘雅二医院胸部肿瘤MDT团队刘先领教授、范松青教授、陈晨副教授、梁青春副教授、蒋谊副教授、邓超主治医师、邱振华主治医师等专家共同参与。该研究旨在探讨MPLCs的基因组图谱及其与肿瘤突变负荷（TMB）、程序性死亡配体1（PD-L1）表达和免疫细胞浸润的关系（图1）。

图1 论文发表在线封面

一、背景

肺癌是世界范围内病死率最高的恶性肿瘤。随着医疗技术的发展、肺癌筛查项目的普及和人均寿命的提高，多原发肺癌的发病率逐渐提高。但仅基于现有的Martini-Melamed标准，临床医师很难将多原发肺癌与转移性肺癌准确鉴别开来。因此，MPLCs对临床诊断和治疗提出了挑战。随着下一代测序（NGS）的发展，美国胸科医师学会（ACCP）指南和美国癌症联合委员会（AJCC）癌症分期手册（第八版）增加了不同的分子遗传学特征作为诊断标准，但没有提到具体的遗传学特征。因此，识别MPLCs的基因突变模式对于实现精准诊断是必要的。

MPLCs多为早期肺癌，根治性手术和立体定向放射治疗是主要的治疗方法。但仍有少数患者因结节数目过多并且分散而不宜采取局部治疗。此时全身性治疗是另一种选择。靶向治疗和免疫治疗作为全身治疗的代表，极大改善了晚期非小细胞肺癌的生存，但在多原发肺癌治疗中疗效不佳，其原因仍然不明确。因此，探索多原发肺癌基因突变谱和免疫治疗疗效预测生物标志物的分布情况对评估靶向治疗和免疫治疗的应用价值具有重大意义。

该研究主要聚焦于MPLCs的基因突变谱特征、TMB和免疫微环境指标（PD-L1、CD3+TILs、CD8+TILs、CD68+TAMs及CD163+TAMs）（TILs：肿瘤浸润淋巴细胞，TAMs：肿瘤相关巨噬细胞）的分布状态及彼此之间的联系，挖掘多原发肺癌发生发展的一般规律，为多原发肺癌的精准诊断及靶向治疗和免疫治疗等系统疗法在多原发肺癌中的应用提供转化依据。

二、方法

根据 ACCP指南，共有112例MPLCs患者和294个原发性肺癌病灶符合本研究条件，对其中255个肿瘤进行测序。将TMB定义为在肿瘤组织中检测到的编码区每兆碱基的体细胞突变和插入缺失的数量，以上四分位数（>25%）为界将其分为高TMB和低TMB。进行免疫组织化学染色以评价PD-L1的表达水平和肿瘤中心（CT）和浸润边缘（IM）的CD3+/CD8+TILs及CD68+/CD163+TAMs的密度，进一步构建免疫分型。对于有3个以上肿瘤病灶的患者，将所有肿瘤灶两两配对构成肿瘤对，以比较异质性。

三、结果

（1）MPLCs患者和肿瘤的临床病理学特征

共有112例MPLC患者和294个原发性肺癌病灶纳入本研究，大多数患者为女性（73.2%）、不吸烟者（88.4%）、初诊年龄小于60岁（76.8%），并且同一个体内的多个病灶主要位于不同肺叶（76.8%）。病灶主要位于双上肺叶，且主要为磨玻璃样、腺癌和Ⅰ期病灶。

（2）MPLCs的基因突变谱

共112例多原发肺癌患者255个原发肺癌病灶行1021基因检测，高频驱动基因为EGFR（56%）、ERBB2（12%）、TP53（12%）、BRAF（11%）、RBM10（11%）、KRAS（9%）、MAP2K1（7%）、LRP1B（5%）、MED12（5%）和PIK3CA（4%）等，其突变亚型分别以EGFR p.L858R/19del、ERBB2 exon 20ins、BRAF p.K601E和KRAS p.G12C/V为主。88例（78.6%）患者同一个体内多个病灶间无相同位点的基因突变，60例（53.6%）患者至少有两个病灶驱动突变基因相同。（图2）。

图2 MPLC中的基因突变谱

（3）基因组图谱与TMB的关联

255个病灶的TMB中位数为1.92个突变/兆碱基（Muts/Mb）。EGFR p.L858R、KRASp.G12C突变和ERBB2野生型病灶具有更高TMB，与野生型相比，具有 TP53、RBM10 或 LRP1B 突变的肿瘤具有更高的TMB 水平。EGFR突变伴高TMB病灶常伴随发生TP53、RBM10和LRP1B突变。（图3）。

图3 基因组概况及其与TMB的关联

（4）基因突变景观与PD-L1和免疫细胞浸润谱的相关性

在75例患者的157个肺癌病灶中，中位PD-L1的TPS评分和CPS评分分别为0和1。8.1%患者和3.9%病灶PD-L1阳性（TPS评分），其多见于LRP1B突变病灶。此外，根据不同基因组特征对免疫细胞浸润的情况进行了研究，发现肿瘤中心（CT）和浸润边缘（IM）的CD3+/CD8+TIL水平较高。

EGFR/TP53/RBM10突变与特定的免疫细胞浸润水平呈正相关，而ERBB2/MAP2K1突变与之呈负相关（图4）。

图4 前10位突变基因与免疫指标之间的相关性

（5）基因突变谱与免疫分型之间的关联

基于PD-L1表达（TPS和CPS评分）、CT和IM的CD3+/CD8+TIL和CD68+/CD163+TAM10个指标的系统聚类分析，产生了三种免疫分型：炎性、沙漠性、混合性。RBM10突变肿瘤表现出较高比例的炎性免疫分型，EGFR或者TP53突变肿瘤具有较高的炎症趋势，而ERBB2突变肿瘤与之相反（图5）。

图5 频繁的基因突变与免疫类型之间的关联

（6）TMB、PD-L1表达和免疫细胞浸润的异质性

对来自112例MPLC患者的178对肿瘤对（255个病灶）和来自63名患者（包括146个病灶）的105对肿瘤对的数据，分别对TMB和免疫指标进行一致性分析。总体而言，TMB、CD3+TILs和CD68+/CD163+TAMs在配对肿瘤中呈现出显著的异质性，但PD-L1和CD8+TILs在配对肿瘤中无显著异质性（图6）。

图6 配对肿瘤中TMB、PD-L1和免疫细胞的异质性

四、讨论

本研究首次详细描述了MPLCs中高频突变基因的突变亚型，特别是那些表现为磨玻璃结节的突变亚型。总体而言，除BRAF外，MPLCs与单发肺癌中常见驱动基因的主要突变亚型有相似之处。此外，TMB和PD-L1的低表达与免疫细胞浸润的异质性有关，而常见的基因突变和亚型与其相关。

这项研究提供了详细的共享突变库，这对于MPLCs的准确诊断非常重要。大多数患者具有不同的突变谱，表明独立的克隆起源，但大约一半的患者共享≥1个驱动基因。因此，该研究的证据似乎支持多灶性肺癌的“趋同进化”理论，即来自同一患者的多个肿瘤中的异质驱动突变聚集在同一信号通路上，以激活关键的致癌通路。已显示 MPLCs共享热点驱动突变（EGFRL858R/19del /KRASG12X）可以添加到用于诊断 MPLCs的组织分子算法中。在这项研究中，我们提供了详细的共享突变库，这对于MPLCs的准确诊断非常重要。此外，在45名敏感 EGFR 突变的患者中，超过一半的患者患有 ≥2个EGFR L858R/19del突变肿瘤，特别是具有较高T和TNM分期的患者，为 EGFR-TKI 治疗提供了机会。总的来说，MPLCs由不同的分子事件驱动，可能存在趋同进化。未来研究如能精准识别出这类患者可能会促进靶向治疗在多原发肺癌患者中的应用。

具有EGFR敏感突变（尤其是L858R）的肿瘤在MPLCs中具有更高的TMB且伴随更高比例的TP53/RBM10/LRP1B突变。这一发现不同于晚期单原发肺癌EGFR突变患者具有较低的TMB。有几点可以部分解释这种差异：TP53/RBM10/LRP1B突变与NSCLC中的高TMB相关，以及它们在EGFR突变MPLCs病变中的高伴随发生率可能部分解释了高TMB。此外，我们观察到EGFR敏感突变而TP53/RBM10/LRP1B野生型肿瘤的TMB水平也高于EGFR野生型肿瘤。EGFR突变肺癌本身在生长和侵袭方面具有优势，但EGFR野生型晚期肺癌需要大量分子事件来驱动肿瘤进展到晚期，这可能导致EGFR野生型晚期肺癌的TMB更高。对于早期肺癌，具有EGFR突变的肿瘤比野生型EGFR的肿瘤更具侵袭性，可能包含更多的伴随突变，这可能部分解释了EGFR突变MPLCs中更高的TMB水平。所以，不同肿瘤阶段的伴随突变和不同的生物学行为可能是MPLCs中EGFR突变肿瘤中TMB较高的原因，但需要研究来证实这一点。此外，在患有KRAS突变的MPLCs患者中也观察到更高的TMB。总体而言，特定基因突变和伴随突变与MPLCs中的TMB密切相关，这可能有助于识别从免疫治疗中受益的患者。

大多数MPLCs患者肿瘤细胞PD-L1表达呈阴性，但LRP1B/TP53突变肿瘤中更常观察到PD-L1呈阳性。总的来说，PD-L1在MPLCs患者中的表达水平极低，提示免疫治疗疗效可能不佳，但LRP1B和TP53突变可能有助于预测PD-L1水平并优化MPLCs患者的免疫治疗策略。

整合所有免疫指标后，本研究发现EGFR p.L858R/19del突变与较高的TMB、较高的CD3+TILs和炎性免疫分型相关。该结果表明ICIs对具有EGFRL858R/19del突变和并发RBM10/TP53突变的MPLCs患者具有潜在益处。而MPLCs中的ERBB2突变肿瘤主要表现出较低的TMB、较少的CD3+/CD8+TILs和CD68+TAMs以及非炎性免疫分型，表明ICIs在ERBB2突变MPLCs患者中疗效可能不佳。此外，TMB、CD3+TILs和CD68+/CD163+TAMS在MPLCs患者的配对肿瘤之间表现出显著的异质性,可能导致同一患者不同病灶间免疫治疗疗效的异质性。

本研究首次探索MPLCs肿瘤基因突变谱与免疫微环境特征及其相关关系，为进一步完善MPLCs的诊断标准提供有力证据，揭示了全身治疗在MPLCs的潜在价值，为多原发肺癌临床转化研究提供夯实基础，为未来MPLCs相关临床研究设计提供重要参考。

参考文献

Hu Chunhong#, Zhao Lishu#, Liu Wenliang#, Fan Songqing, Liu Junqi, Liu Yuxuan, Liu Xiaohan, Shu Long, Liu Xianling, Liu Ping, Deng Chao, Qiu Zhenhua, Chen Chen, Jiang Yi, Liang Qingchun, Yang Lingling, Shao Yang, He Qiongzhi, Yu Danlei, Zeng Yue, Li Yizheng, Pan Yue, Zhang Sujuan, Shi Shenghao, Peng Yurong, Wu Fang*. Genomic profiles and their associations with TMB, PD-L1 expression, and immune cell infiltration landscapes in synchronous multiple primary lung cancers. J Immunother Cancer. 2021;9（12）:e003773. doi:10.1136/jitc-2021-003773

领新版指南，先人一步>>

查看详情