癌症进化可为个性化抗癌疫苗的靶点选择提供参考

通过全面的基因组和免疫分析，研究人员对肺癌患者在接受表皮生长因子受体（EGFR）抑制剂治疗和疫苗治疗后产生耐药性的机制进行了研究。这一病例报告，结合来自肺癌纵向研究TRACERx的数据，凸显了了解在癌症进化历程中何时出现靶向变异的重要性。

概览

研究设计：病例报告以及对TRACERx研究数据的分析。

研究对象：一名患有EGFR突变型肺癌的患者。

研究终点：通过癌症进化和免疫学分析来揭示治疗耐药机制。

结论：在全基因组加倍事件之前出现的变异不太容易丢失，与全基因组加倍后出现的变异相比，可能是更好的疫苗靶点。

尚未满足的医疗需求

人们越来越关注使用个性化疫苗来治疗癌症，其方法是靶向新抗原，即由于癌症特异性突变而在癌细胞上表达的异常蛋白质。理想的靶点应该具有免疫原性（能够刺激免疫反应）并且是克隆性的（存在于所有癌细胞中）。通常，这些变异是通过对单次活检获取的肿瘤细胞基因组进行测序来确定的。然而，由于肿瘤的异质性，单次活检可能会造成 “克隆性假象”，即从肿瘤细胞样本子集中检测到的靶向新抗原看似是克隆性的[1]，但实际上它们仅存在于一部分细胞中（亚克隆）。优化靶点选择并了解疫苗耐药机制对于改善治疗效果至关重要。

研究内容及其发现

我们进行了基因组测序和循环肿瘤DNA（ctDNA）分析，以探究一名不吸烟的非小细胞肺癌（NSCLC）患者的癌症进化过程和治疗耐药机制。该患者的EGFR基因存在一种致癌驱动突变（第19外显子缺失；ex19del）。患者接受了EGFR靶向抑制剂（厄洛替尼和奥希替尼）、放疗以及一种靶向十种新抗原（包括EGFR ex19del）的个性化肽疫苗治疗。这些靶点是根据之前两个时间点的组织测序所预测的克隆性、预测的免疫原性或临床相关性来选择的。

在接受奥希替尼和疫苗治疗后，患者出现了肝转移；出乎意料的是，对其中一个肝转移灶的活检细胞中完全没有EGFR ex19del驱动突变。在接种疫苗前的血液中就检测到了这个克隆的存在迹象，这表明其他选择压力导致了这个克隆的最初扩增（图1）。

图1 | 一名患者肺癌的 “进化树”。对一名肺癌患者的转移瘤进行基因组分析，揭示了各克隆（一组基因相同的细胞；圆圈）之间的进化关系。显示出癌症特异性变异的基因名称用大写字母表示；染色体变化（如3p）也一并显示。黑色字体列出的变异（包括第19外显子缺失的EGFR；EGFR exdel19）是个性化疫苗的靶向对象；灰色字体列出的变异则不是。红色字体表示基因组中获得的拷贝；蓝色字体表示丢失的拷贝；绿色字体表示被认为是癌症驱动变异的部分。星号表示疫苗能诱导免疫反应的变异。在全基因组加倍（WGD）事件之前出现的变异在进化过程中更有可能保留下来，因此与WGD事件后出现的变异相比，是更好的疫苗靶点。LN，淋巴结；RUL，右肺上叶；SCLC，小细胞肺癌。图片来源：Al Bakir, M. 等人/《自然》（知识共享署名4.0国际许可协议）

血液中的免疫细胞能够对几种疫苗靶向的肽段产生免疫反应，一种名为颗粒酶B的蛋白质的产生就是证明；然而，疫苗未能控制病情，这说明了在确定疫苗疗效时使用免疫反应替代指标存在的局限性。通过RNA测序和组织染色，我们发现肝转移灶具有不利的免疫环境。DNA分析表明，许多疫苗靶点，包括EGFR ex19del，由于染色体不稳定而在肝转移灶中丢失了。

引人注目的是，所有这些 “丢失的变异” 都是在全基因组加倍（WGD）事件之后出现的，而全基因组加倍是在非小细胞肺癌早期发生的事件[2,3]。在WGD事件之前出现的突变可能会存在于多个拷贝上，因此不太容易因染色体不稳定或染色体丢失而丢失，这使得它们成为更可靠的治疗靶点。

接下来，我们查看了来自TRACERx的数据，这是一项针对肺癌的真实世界纵向观察性研究[4,5]。从单区域活检数据中我们观察到，WGD事件前的突变比WGD事件后的突变更有可能是克隆性变异（96.4% 对 31.4%），并且与WGD事件后的突变不同，它们几乎总是存在于测序的转移灶中（96.7% 对 25.3%）。

因此，将单次活检中WGD事件前的变异优先作为疫苗靶点，可能会改善疫苗靶点的选择，因为这类变异更有可能是克隆性的，并且在进化过程中不太容易丢失。

未来展望

• 并非所有肿瘤都会经历WGD事件，这可能会限制我们研究结果的普适性。亚克隆性的WGD事件也可能会影响克隆性评估。

• 我们提出的策略可以扩展应用到其他受WGD事件影响的肿瘤类型。

• 这一策略也可用于其他需要进行克隆性鉴定的基于个性化免疫系统的治疗方法和技术。—— 梅斯·阿尔巴基尔（Maise Al Bakir）就职于英国伦敦大学学院癌症研究所，查尔斯·斯旺顿（Charles Swanton）就职于英国伦敦弗朗西斯·克里克研究所。

专家观点

作者报告了一名患有EGFR突变型非小细胞肺癌的患者在接受多种治疗以及一种靶向包括EGFR第19外显子缺失在内的几种体细胞突变的个性化新肽疫苗治疗后，其免疫反应的特征以及可能的免疫逃逸和耐药机制。EGFR突变型非小细胞肺癌逃避免疫系统并产生治疗耐药的能力仍然是一个关键问题。研究人员进行了广泛的分析以确定耐药机制，并为该领域提供了有价值的信息。—— 一位审稿人

编辑寄语

所报告的患者数据展示了在序贯治疗和复发过程中利用免疫反应和肿瘤进化的复杂性，并为优化肺癌患者的疫苗治疗提供了思路。—— 维多利亚·阿兰达（Victoria Aranda），《自然》杂志副主编

这篇论文研究了在表皮生长因子受体（EGFR）酪氨酸激酶抑制剂（TKI）和免疫选择压力下，克隆驱动的新生抗原丢失的现象。

1.研究背景：

问题：EGFR突变的肺癌对TKI治疗会产生耐药性，且免疫检查点阻断在TKI失败前的效果有限。

难点：肿瘤突变负荷低、免疫浸润减少和T细胞克隆扩增受限等因素导致免疫逃逸。

相关工作：现有研究表明，克隆新生抗原比亚克隆新生抗原更适合作为免疫治疗的目标。

2.研究方法：

研究对象：一名44岁女性患者，诊断为IIIB期低分化肺腺癌，携带EGFR ex19del突变。

治疗过程：患者接受了新辅助化疗、放疗和左下肺叶切除术，随后在复发后依次使用厄洛替尼、奥希替尼、立体定向消融放疗和个性化新生抗原疫苗（NPV）治疗。

数据收集：通过全外显子组测序（WES）和循环肿瘤DNA（ctDNA）分析，追踪肿瘤的进化过程和克隆动态。

免疫反应分析：使用Granzyme B (GZMB) 和干扰素-γ (IFNγ) 回忆反应的Fluorospot检测，以及体外肽刺激的T细胞受体（TCR）扩增评估免疫反应。

3.实验设计：

免疫反应分析：在疫苗接种后2个月（第40个月）采集外周血单个核细胞（PBMCs），使用Fluorospot检测到四个疫苗肽的显著GZMB反应，其中EGFR ex19del的反应最强。

ctDNA分析：在多个时间点（0、19、30、38和45个月）追踪467个体细胞变异，发现EGFR野生型克隆在疫苗接种前已存在，并在奥希替尼/NPV治疗期间扩展。

肿瘤进化分析：通过WES和ctDNA分析，重建肿瘤的系统发育树，发现ex19del突变在治疗后出现的小细胞肺癌肝转移中丢失。

4.结果与分析：

免疫反应：尽管对多个新生表位有GZMB反应，但疾病仍然进展，表明存在免疫逃逸机制。

肿瘤进化：发现ex19del突变在治疗后出现的小细胞肺癌肝转移中丢失，且后WGD突变更容易丢失。

克隆动态：通过ctDNA分析，发现EGFR野生型克隆在疫苗接种前已存在，并在奥希替尼/NPV治疗期间扩展。

5.总体结论：

克隆新生抗原在肿瘤进化过程中更稳定，建议优先选择前WGD突变作为免疫治疗的目标。

研究强调了系统发育疾病追踪和功能性T细胞分析在理解免疫逃逸机制中的重要性。

提示未来的免疫治疗可能需要结合多种策略，以提高治疗效果。

这篇论文通过详细的个案研究，揭示了肿瘤在治疗过程中如何通过克隆新生抗原的丢失和免疫逃逸机制来抵抗治疗，为未来的免疫治疗提供了新的见解。

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