文献解读:非小细胞肺癌NOCTH突变与免疫治疗

小伙伴们大家好呀，今天要为大家介绍的是于2020年7月15日发表于clinical cancer research（IF=10.107）的文章，题目Identification of Deleterious NOTCH Mutation as Novel Predictor to Efficacious Immunotherapy in NSCLC

 

本研究的研究重点是NOTCH信号在非小细胞肺癌（NSCLC）中的作用。过往的研究已经表明了NOTCH信号与非小细胞肺癌（NSCLC）的肿瘤发生，诱变和免疫耐受相关，于是假设NSCLC中的NOTCH突变可能是免疫治疗功效的可靠预测指标。研究采用了多态性表型分析v2（PolyPhen-2）系统对免疫治疗NSCLC患者相关的基因组、转录组和临床等数据进行分析。并运用CIBERSORT和基因集富集分析的方法，在癌症基因组图谱（TCGA）数据中研究了分子机制。结果揭示了在NSCLC的免疫检查点抑制剂（ICI）方案中添加NOTCH抑制剂以进行个性化联合免疫疗法的可能性。

  

科学问题

免疫检查点抑制剂（ICI）是一种新型高效的非小细胞肺癌（NSCLC）患者的标准治疗方法。但是，ICI的持久应答仅在极少数人中发生，这需要进一步研究预测临床获益的生物标志物。NOTCH通路是高度保守的信号系统， 和免疫治疗功效之间的存在联系。首先，通过抑制TP53引发的肿瘤需要NOTCH1对MDM2的调控，这是一种与免疫治疗中过度进展有关的强大生物标志物。其次，受DDR通路调节的肿瘤免疫原性可通过NOTCH1抑制来增强，可能是通过NOTCH1与突变的共济失调-毛细血管扩张之间的直接结合来实现的。第三，在免疫微环境中，髓样抑制细胞（MDSC）上的NOTCH配体与肿瘤细胞上的NOTCH受体相互作用，从而提高了癌症干细胞（CSC）的能力，从而增加了NOTCH配体在MDSC上的表达，构成积极反馈，最终导致免疫耐受。基于这些观察，我们推测NSCLC中的NOTCH突变可能预测免疫疗法的临床效果。

 

结果分析

（1）在本研究中，纳入58例抗PD-1 / PD-L1治疗之前采用ctDNA测序的NSCLC患者，以研究ICI疗效与基因组改变之间的关系。在该队列中，86.2％的患者接受了抗PD-1治疗，其余患者接受了抗PD-L1治疗。与以前的研究一致，相对于治疗无反应者，反应者中TP53和KRAS的突变率更高（图1A）。除此之外，还发现NOTCH突变在应答者中也很丰富。另外，NOTCH1 / 2/3的突变与较高的ORR，较长的PFS，以及EGFR / ALKWT NSCLC患者的生存率显着相关。这些结果表明，NOTCH突变可能与免疫疗法的临床益处有关（图1B-D）。

图1. NOTCH1 / 2/3突变与NSCLC中对ICI的相关性

 

（2）为了进一步评估NOTCH家族的预测价值，分析了另外四个具有肿瘤组织或ctDNA基因组变化和存活率信息的ICI公共队列，包括来自Rizvi，POPLAR / OAK，Van Allen和MSKCC的队列。

 

NOTCH家族由四个成员组成，其潜在的不同机制是NSCLC发展的基础。在OAK / POPLAR和Rizvi / MSKCC队列的样本中，NOTCH的突变率分别为6.11％（NOTCH1），5.19％（NOTCH2），4.12％（NOTCH3）和6.72％（NOTCH4），在肺鳞状细胞癌和肺腺癌。

 

在EGFR / ALKWT人群中，在所有免疫治疗性客观反应率（ORR），无进展生存期（PFS）总体生存率（OS）被描述，ORR（图2A–C），PFS（图2A–C）和OS（图2E–G）中观察到NOTCH1 / 2/3突变的有益趋势。汇总结果，与NOTCH WT组相比，NOTCH1 / 2 / 3mut组表现出更好的ORR（图2D），PFS更长（图2D）和OS（图2H）。在所有结果中，异质性的统计分析均不显着，表明在这些人群中，NOTCH1 / 2/3突变与ICI的有效性之间的关联具有一致性。

图2. NOTCH1 / 2/3突变与EGFR / ALKWT NSCLC中ORR， PFS和OS的分析

 

（3）如图3A所示，在POPLAR / OAK和MSKCC队列中的所有NOTCH突变中，错义突变均占主导地位。

为了排除通常不会影响蛋白质功能的良性突变，我们实施了PolyPhen-2分析，以区分具有较高或较低影响蛋白质结构可能性的NOTCH的错义突变（分别缩写为NOTCHmis-high和NOTCHmis-low）。由于截短和高错位突变都明确影响所涉及基因的生物学功能，因此我们将这两种改变组合在一起，并将其定义为del-NOTCHmut。相对而言，将NOTCH1 / 2/3的低错突变和所有NOTCH4突变鉴定为non-del-NOTCHmut，而没有任何NOTCH突变的患者则归为对照组（NOTCHWT）。工作流程如图3B所示。

图3. NOTCH突变类型以及分析流程

 

为了研究NOTCH突变的预测作用的潜在机制，我们首先旨在确定del-NOTCHmut与EGFR / ALKWT NSCLC中包括PD-L1表达和更高TMB的稳健预测因子之间是否同时发生。我们从OAK试验中确定了一个队列，在该队列中，结果如图3C所示，代表9个子组的这9个正方形中的数字是del-NOTCHmut的发生率，无论PD-L1表达如何，del-NOTCHmut的发生率都富含bTMB-H子组。

 

此外，但是与NOTCHWT个人相比，del-NOTCHmut和non-del-NOTCHmut组中bTMB的水平明显更高。此外，在TCGA数据库的EGFR / ALKWT NSCLC患者中观察到相似的TMB趋势。

 

del-NOTCHmut对DDR的影响尽管在del-NOTCHmut和非del-NOTCHmut组中发现了相似的突变负担水平，但在这两组之间修复错误编码DNA的基本机制（即DDR途径）可能并不相同。与非del-NOTCHmut（图3G）和NOTCHWT（图3G）组相比，GSEA显示del-NOTCHmut组中与DNA修复相关的签名显着丰富。详细而言，DDR可以根据其多种功能定义为八种不同的途径，包括同源重组修复，错配修复，碱基切除修复，核苷酸切除修复，范可尼贫血途径，病灶DNA合成，非同源末端连接（NHEJ）和检查点因素。在这里，我们进一步探索，相对于NOTCHWT（图3H）和nondel-NOTCHmut（图3I）组，NHEJ以外的所有途径的信号均在del-NOTCHmut组中显示富集，而在非-NOTCHmut组中则未发现差异。del-NOTCHmut组和NOTCHWT组（图3J）。在不同的DDR途径之间存在成员共享，并且为了排除相同的基因在多个DDR途径中发挥多重意义的可能性，进行了前沿分析，发现仅有限的DDR基因会影响各种富集。另外，通过比较del-NOTCHmut组和NOTCHWT组，进一步分析了前沿分析中所有基因的表达。

 

这些结果表明，与非del-NOTCHmut的EGFR / ALKWT NSCLC中的DDR通路相比，与非del-NOTCHmut的DDR通路而言，DDR通路的激活可能会增强，尽管这两个集群中的TMB水平相当。TMB是诱变和DNA修复之间对抗的结果。可比的TMB，但del-NOTCHmut NSCLC中DDR系统的激活更高，可能表明在带有del-NOTCHmut的NSCLC中发生更剧烈诱变的可能性。

图3. EGFR / ALKWT NSCLC中TMB和DDR上的NOTCH突变。

 

（4）如图4A所示，与NOTCHWT组相比，del-NOTCHmut组揭示了多个显着的免疫激活富集，包括抗原加工和呈递，B细胞受体（BCR）/ T细胞受体（TCR）下游信号传导，CD4 / CD8 T细胞和自然杀伤性T细胞（NKT）的激活，调节性T细胞（Treg）的抑制，程序性细胞死亡和类固醇激素的代谢。相反，与NOTCHWT组相比，non-del-NOTCHmut组的富集度要低得多。

 

另外，相对于NOTCHWT组，IL标记的GSEA揭示了del-NOTCHmut组中IL1和IL12通路的激活，以及非del-NOTCHmut组中IL6，IL10和IL12家族的激活。极为重要的是，根据先前在非del-NOTCHmut NSCLC中激活Treg的结果，IL10信号传导富含与抗炎和免疫抑制微环境相关的非del-NOTCHmut NSCLC。

 

综上所述，del-NOTCHmut与M1巨噬细胞浸润，通过蛋白酶体降解，抗原交叉呈递，BCR / TCR下游信号传导，CD4T细胞/ CD8T细胞/ NKT细胞活化，抗原的失活，抗原加工，肿瘤细胞的程序性细胞死亡以及类固醇激素的代谢正相关。这些结果描述了相对于非delNOTCHmut或无NOTCH突变的EGFR / ALKWT NSCLC，过度活跃的免疫微环境和强大的免疫反应，与非delNOTCHmut或无NOTCH突变的EGFR / ALKWT NSCLC相比，可能与del免疫疗法带来的更大收益有关-NOTCHmut EGFR / ALKWT NSCLC患者。

图4. EGFR / ALKWT NSCLC中免疫基因表达的有害NOTCH突变

 

（5）为了直接评估del-NOTCHmut在晚期EGFR / ALKWT NSCLC的免疫疗法或化学疗法的临床决策中的效用，相对于docetaxel，atezolizumab在del-NOTCHmut，non-del-NOTCHmut和NOTCHWT组中的PFS和OS受益计算并比较。如图5A所示，在意向治疗（ITT）人群中，观察到有限的ORR和PFS获益，并且这种较弱的改善在NOTCHWT亚群中变得更加温和且微不足道。相反，在非delNOTCHmut组中观察到了中度获益，而且显着在del-NOTCHmut组中获得了获益。结果，NOTCH突变（del-NOTCHmut与非del-NOTCHmut与WT）和治疗选择（阿托珠单抗与多西他赛）之间对PFS的相互作用具有显着性，认识到del-NOTCHmut突变是PFS的预测生物标志物，受益于免疫疗法而不是化学疗法。

 

对OS的好处进行了相同的分析（图5B）。与多西他赛相比，阿奇单抗单药治疗在NOTCHWT组中降低了33％的死亡危险，在非del-NOTCHmut组中降低了49％，在del-NOTCHmut组中，这一比例更高，为52％。

图5.有害的NOTCH突变作为EGFR / ALKWT NSCLC中ICI治疗的预测生物标志物

 

总结

分析了3DMed队列（n = 58）和其他四个队列（Rizvi，POPLAR / OAK，Van Allen和MSKCC；n = 1,499），在EGFR / ALK WT人群中发现NOTCH1 / 2/3突变与更好的ICI结果之间存在显着相关性，包括客观反应率（ORR），无进展生存期（PFS）置信区间（CI）为0.46-0.81和总体生存率（OS）。

Del-NOTCH mut表现出比非轻度的NOTCH突变更好的预测功能，这可能是通过与DNA损伤反应和免疫激活相关的基因的更多转录来实现的。

 

Del-NOTCH mut与TCGA队列的预后和化疗反应无关，但与免疫治疗获益相关，描述了del-NOTCH mut的预测性的潜在应用潜力，而不是预后性。