肿瘤和外周血生物标志物在化疗免疫治疗中的关联性研究

背景介绍

本文研究聚焦在恶性胸膜间皮瘤(malignant pleural mesothelioma, MPM)这一罕见且高度致命的癌症,这种癌症与石棉暴露高度相关。目前病人确诊时大多已进入晚期,生存时间一般仅为12至15个月,传统治疗方式为以铂类药物为基础的化疗。然而,随着免疫检查点抑制剂(immune checkpoint inhibitors, ICIs)以及免疫化疗联合疗法的引入,治疗模式正在发生重大转变。尽管这些疗法在某些患者中表现出显著临床疗效,但实际疗效仍具有高度的个体差异性。迄今为止,缺乏可指导治疗决策的预测性生物标志物(biomarkers),使得临床医生难以判断患者是否能够从治疗中获益并衡量治疗的潜在副作用风险。因此,本研究尝试在肿瘤微环境(tumor microenvironment, TME)和外周血免疫特征中寻找潜在的预测性生物标志物,以增强对患者治疗反应的预测能力。

论文来源

这项研究由来自澳大利亚多个研究机构的科学家团队完成,主要作者包括 Wee Loong Chin、Alistair M. Cook 和 Anna K. Nowak 等。研究由 National Centre for Asbestos Related Diseases 和 University of Western Australia 等机构领导,并发表于《Cell Reports Medicine》期刊,文章于 2025 年 1 月 21 日发表,DOI 为 10.1016/j.xcrm.2024.101882。

研究流程详解

本研究基于单臂、二期 DREAM 临床试验(编号 ACTRN12616001170415),涵盖了 54 名既往未经治疗的晚期或不可切除胸膜间皮瘤患者。所有患者接受联合治疗方案,包括 6 个周期的铂类药物联合培美曲塞化疗以及 PD-L1 抑制剂 durvalumab 的维持治疗。

方法部分

样本收集与分组
  • 样本来源:研究包含患者的外周血样本及诊断时的肿瘤组织样本。
  • 时间点:分别采集治疗前(T0)及治疗的第 3 周(T1)与第 6 周(T2)的外周血样本。
  • 实验设计:采用 bulk RNA 测序(bulk RNA-seq)、单细胞 RNA 测序(single-cell RNA-seq)和 TCR 测序(T cell receptor sequencing, TCR-seq)等多种先进手段对外周血单个核细胞(PBMCs)和肿瘤转录组学数据进行分析。
数据处理与分析
  1. 外周血转录组分析
    使用 bulk RNA-seq 对 40 例患者的外周血样本进行全局基因表达分析,挖掘响应者(responders)与非响应者(non-responders)之间的差异基因。

  2. 单细胞转录组及 TCR-seq
    对 35 名患者样本进行单细胞 RNA 测序,鉴定细胞亚群;通过 TCR-seq 分析 T 细胞克隆扩展和免疫多样性。

  3. 肿瘤组织分析
    使用 Nanostring nCounter 平台对 46 个患者的肿瘤组织样本进行基因表达谱分析。重点研究免疫相关基因表达。

关键技术和工具

  • 使用 SCCODA(single-cell compositional data analysis)对免疫细胞比例进行统计建模;
  • 利用 DIABLO(Data Integration Analysis for Biomarker discovery using Latent cOmponents)基于肿瘤和外周血多组学数据筛选预测标志物;
  • 采用 UMAP(Uniform Manifold Approximation and Projection)降维技术构建免疫细胞聚类图谱。

研究结果详解

  1. 外周血基因表达特征

    • 差异表达基因分析显示,在 T0 至 T1 的时间段内,响应组 CD8+ T 细胞相关基因显著上调。
    • GO 富集分析显示,只有“CD8 阳性 αβ T 细胞分化”基因集在响应组中有显著富集。
  2. 单细胞分析发现活化的 CD8+ T 记忆效应细胞

    • CD8+ T 效应记忆细胞(T effector memory, TEM)在响应者中显著扩增,这些细胞表现出祖细胞-耗竭样(progenitor-exhausted-like)表型,与增强的干性(stem-like properties)相关。
    • TCR 序列分析证实,响应组 CD8+ TEM 具有较高水平的克隆扩展,且这些克隆显现出更持久的存在性。
  3. 肿瘤与外周血的协同作用

    • 肿瘤组织的转录组学分析揭示,响应者的肿瘤微环境表现出更高的免疫支持能力(permissive TME)。非响应组则显示出与细胞分裂相关的基因富集。
  4. 预测模型与生物标志物整合

    • 将肿瘤转录组与外周血转录组数据结合使用 DIABLO 模型分析,筛选出 50 个高度预测性的基因特征。
    • 利用 Kaplan-Meier 生存分析验证了干性 CD8+ TEM 特殊基因签名的预测效用,与更长的无进展生存期(PFS)显著相关。

研究价值与意义

本研究通过结合外周血生物标志物和肿瘤微环境特征,为预测胸膜间皮瘤患者对免疫化疗联合治疗的反应提供了新的见解。其主要贡献包括: - 科学价值:实验验证了干性 CD8+ TEM 细胞在治疗响应中的关键作用,进一步揭示了肿瘤与免疫之间的动态交互机制。 - 临床应用:这种双向整合的预测模型能够帮助临床医生在治疗早期预测患者反应,从而优化治疗决策并降低不必要的副作用。 - 方法创新:在传统 bulk RNA-seq 的基础上,整合单细胞测序和多组学分析方法,显著提高了生物标志物筛选的精准度和预测力。

研究亮点

  • 首次发现响应者外周血中存在祖细胞-耗竭样 CD8+ TEM 与干性的共同特征,并将其与肿瘤表现相联系;
  • 提出了将肿瘤微环境及外周血特征结合的预测策略,显著提升了预测模型的可靠性;
  • 高度创新的多组学分析框架和工具为未来癌症生物标志物开发提供了路径。

局限性与展望

尽管研究结果令人振奋,但研究样本量相对较小,且治疗反应机制的互补性尚有待进一步验证。未来,正在进行的多中心 DREAM3R 试验将提供更大的统计能力以验证这些发现,同时开发更广泛适用的生物标志物模型。

总结

通过透彻的多组学分析和生物标志物整合,本研究为提升免疫化疗联合疗法在胸膜间皮瘤患者中的疗效预测能力铺平了道路。这一成果不仅为未来研究提供了基础数据和分析框架,也有潜力改变临床治疗实践。