放療和免疫治療之間一直被認(rèn)為存在潛在的協(xié)同作用。大量臨床前證據(jù)表明放療可以影響免疫調(diào)控，從而增強(qiáng)免疫治療的療效反應(yīng)[1]。相應(yīng)地，也有研究顯示PD-1和CTLA-4免疫檢查點(diǎn)抑制劑（ICB）可同時(shí)增強(qiáng)放療的局部和遠(yuǎn)處反應(yīng)[2]。

基于這些潛在的協(xié)同作用，在不同的惡性腫瘤中，已有超過(guò)500項(xiàng)臨床試驗(yàn)探究放療聯(lián)合ICB的抗腫瘤效果，然而，絕大部分試驗(yàn)中沒(méi)有觀察到放療與免疫治療之間存在積極的相互作用。雖然ICB在放療后的鞏固治療階段取得不錯(cuò)的療效[3]，但是ICB在手術(shù)后的輔助治療階段也獲得成功[4]。因此綜合起來(lái)看，放療和ICB之間是否存在特別的協(xié)同作用仍未可知。

所以，目前迫切需要回答的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是，放療和ICB是否可以通過(guò)某種形式的聯(lián)合來(lái)進(jìn)一步提高臨床療效，以及是否存在生物標(biāo)志物用于挑選聯(lián)合治療的獲益人群。

為此，來(lái)自芝加哥大學(xué)放射和細(xì)胞腫瘤學(xué)部門(mén)的Sean P. Pitroda教授領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并實(shí)施了一項(xiàng)研究者發(fā)起的1/2期、隨機(jī)臨床試驗(yàn)（COSINR研究），評(píng)估同步或序貫放療聯(lián)合ICB（伊匹木單抗和納武利尤單抗）作為轉(zhuǎn)移性非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）一線治療的安全性和有效性。

近日，該試驗(yàn)的一項(xiàng)關(guān)鍵次要目標(biāo)的中期分析結(jié)果發(fā)表于著名期刊Nature Cancer[5]。此項(xiàng)次要目標(biāo)中，Sean P. Pitroda教授領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)地分析了同一病灶治療前和治療中配對(duì)活檢樣本的分子特征，展示了單獨(dú)放療和同步放療免疫聯(lián)合治療分別的治療特異性腫瘤內(nèi)免疫遺傳全景變化。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，同步放療免疫聯(lián)合治療可同時(shí)增強(qiáng)照射病灶內(nèi)和非照射病灶內(nèi)抗腫瘤免疫反應(yīng)，而令人意外的是，單獨(dú)放療會(huì)減少腫瘤內(nèi)細(xì)胞毒性T細(xì)胞和適應(yīng)性免疫反應(yīng)。

更重要的是，此次分析還發(fā)現(xiàn)，相比序貫放療免疫聯(lián)合治療，同步放療免疫聯(lián)合治療可顯著提高基線腫瘤非整倍體增加的免疫冷腫瘤患者的生存預(yù)后。因此，腫瘤非整倍體增加可作為同步放療免疫聯(lián)合治療獲益的生物標(biāo)志物。

論文首頁(yè)截圖

接下來(lái)我們就一起來(lái)看看COSINR試驗(yàn)這項(xiàng)次要目標(biāo)中期分析是如何進(jìn)行的。

此次中期分析為COSINR試驗(yàn)的1期部分。在這項(xiàng)1期試驗(yàn)中，共37名轉(zhuǎn)移性NSCLC患者被隨機(jī)分配至同步或序貫多病灶（2-4個(gè)）立體定向放療（SBRT）聯(lián)合伊匹木單抗和納武利尤單抗（ipi/nivo）免疫治療，序貫組中完成SBRT后7天內(nèi)開(kāi)始免疫治療，中位隨訪17.0個(gè)月。

主要目標(biāo)的分析結(jié)果已發(fā)表于著名期刊J Thorac Oncol[6]。結(jié)果顯示，多病灶SBRT聯(lián)合免疫治療具有良好的耐受性，且同步相比序貫毒性更低；聯(lián)合治療的療效同樣令人鼓舞，中位無(wú)進(jìn)展生存期（PFS）5.8個(gè)月，與同為晚期NSCLC一線治療的CheckMate 227研究中ipi/nivo組相比，客觀緩解率44% vs 36%，1年總生存率84% vs 62%，2年總生存率62% vs 40%。

根據(jù)這項(xiàng)次要目標(biāo)的設(shè)計(jì)，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)同一個(gè)照射病灶進(jìn)行治療前和治療中的配對(duì)活檢，治療中活檢的時(shí)間在序貫組為完成SBRT后1周內(nèi)免疫治療開(kāi)始前、在同步組為完成SBRT和一周期ICB后1周內(nèi)。

        圖1. COSINR研究設(shè)計(jì)示意圖（1期部分）

研究團(tuán)隊(duì)對(duì)活檢所得新鮮腫瘤組織進(jìn)行DNA全外顯子測(cè)序（WES）用于人類白細(xì)胞抗原（HLA）分型、突變和拷貝數(shù)變異（CNV）分析、新抗原預(yù)測(cè)和腫瘤細(xì)胞占比（CCF）計(jì)算等，同時(shí)進(jìn)行總RNA測(cè)序（RNA-seq）用于T細(xì)胞受體（TCR）克隆分型、轉(zhuǎn)錄本豐度分析、細(xì)胞通路分析和免疫特征分析等。

通過(guò)組織病理和測(cè)序分析對(duì)37名患者進(jìn)行質(zhì)控篩選。最終，序貫組vs同步組依次有：18人 vs 16人基線組織病理合格→12人 vs 10人治療前活檢DNA測(cè)序合格→8人vs 10人治療后活檢DNA測(cè)序合格→8人 vs 7人治療前和治療中RNA測(cè)序均合格。

      圖2. 患者選擇和數(shù)據(jù)分析框架的Consort流程圖

Sean P. Pitroda教授的研究團(tuán)隊(duì)觀察到，無(wú)論所有37名患者中，還是分子檢測(cè)合格的22名患者中，序貫組和同步組的PFS和總生存期（OS）在現(xiàn)有隨訪期內(nèi)均無(wú)差異。

在這種情況下，研究團(tuán)隊(duì)試圖探究，是否存在一個(gè)特定分子特征的患者群體，對(duì)序貫或同步放療免疫聯(lián)合治療呈現(xiàn)出不同的生存獲益。

首先，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)比了治療前和治療中DNA測(cè)序均合格的18名患者的突變變化。同步SBRT+ipi/nivo治療后，突變克隆全部或幾乎全部消失，提示病理完全緩解或接近完全緩解，這與相應(yīng)病理切片中TTF1⁺/CK5⁺的腫瘤細(xì)胞顯著減少相吻合。與之相比，序貫組單獨(dú)SBRT治療后，大量的突變克隆依然存在，相應(yīng)病理切片中腫瘤細(xì)胞減少也不明顯。

同時(shí)，腫瘤突變負(fù)荷（TMB）和非整倍體評(píng)分（染色體臂存在擴(kuò)增或缺失的比例）在同步SBRT+ipi/nivo治療后均顯著降低，這反映了腫瘤組織二倍體化和腫瘤細(xì)胞占比減少。也就是說(shuō)，突變種類和頻率降低是由腫瘤細(xì)胞被清除、且免疫細(xì)胞進(jìn)入并富集于腫瘤組織內(nèi)造成的，而不是腫瘤細(xì)胞遺傳不穩(wěn)定性減弱造成的。

由此可見(jiàn)，同步SBRT+ipi/nivo治療后腫瘤組織內(nèi)呈現(xiàn)明顯的抗腫瘤免疫反應(yīng)，而序貫組單獨(dú)SBRT治療后未觀察到抗腫瘤免疫反應(yīng)。

圖3. 同步SBRT+ipi/nivo治療前后和序貫組單獨(dú)SBRT治療前后的突變克隆變化

接下來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)比了治療前和治療中的RNA-seq測(cè)序結(jié)果。同步SBRT+ipi/nivo治療顯著上調(diào)抗原提呈、干擾素反應(yīng)、IL-6/JAK/STAT3、細(xì)胞因子和趨化因子炎癥信號(hào)、效應(yīng)T細(xì)胞功能等免疫相關(guān)通路。而單獨(dú)SBRT治療顯著下調(diào)這些免疫相關(guān)通路。相應(yīng)的，間質(zhì)細(xì)胞評(píng)分（ESTIMATE算法）、免疫細(xì)胞評(píng)分（xCell算法）在同步SBRT+ipi/nivo治療組均顯著增加。分析還顯示，同步SBRT+ipi/nivo治療顯著降低剩余腫瘤細(xì)胞的增殖活性，而單獨(dú)SBRT治療后剩余腫瘤細(xì)胞的增殖活性未見(jiàn)減弱。

圖4. 同步SBRT+ipi/nivo治療和序貫組單獨(dú)SBRT治療分別的轉(zhuǎn)錄組改變

有意思的是，TCR分析（MiXCR算法）發(fā)現(xiàn)，雖然前后兩次活檢相比兩組的TCR多樣性總體都沒(méi)有改變，而且兩組都有絕大多數(shù)（序貫組SBRT為94.5%，同步SBRT+ipi/nivo為95.5%）治療前TCR被治療清除。但是，序貫組SBRT治療后新增的TCR不足治療前的2/3（新增401個(gè)/治療前641個(gè)），而同步SBRT+ipi/nivo治療后新增的TCR是治療前的2倍多（新增764個(gè)/治療前398個(gè)）。這說(shuō)明，ICB促使大量新的T細(xì)胞進(jìn)入腫瘤微環(huán)境中，而單純SBRT則不能。

RNA-seq測(cè)序分析結(jié)果在相應(yīng)病理切片多重免疫組化染色結(jié)果中得到了證實(shí)。同步SBRT+ipi/nivo治療后的瘤內(nèi)CD8⁺T細(xì)胞密度與治療前保持一致或有所上升，而序貫組SBRT治療后大多數(shù)患者瘤內(nèi)CD8⁺T細(xì)胞密度下降。

上述結(jié)果表明，相比單獨(dú)SBRT，同步SBRT+ipi/nivo可更有效地清除腫瘤細(xì)胞，并放大適應(yīng)性抗腫瘤免疫反應(yīng)。單純SBRT或可導(dǎo)致基線存在的瘤內(nèi)CD8⁺T細(xì)胞消失，而SBRT+ipi/nivo則引起新的CD8⁺T細(xì)胞浸潤(rùn)、活化，與基線瘤內(nèi)CD8⁺T細(xì)胞構(gòu)成此消彼長(zhǎng)的更替平衡。

圖5. 多重免疫組化顯示治療前和治療中瘤內(nèi)CD8+ T細(xì)胞密度

最后，結(jié)合這些DNA和RNA測(cè)序分析結(jié)果，Sean P. Pitroda教授的研究團(tuán)隊(duì)探究是否存在特定人群能更多獲益于SBRT+ipi/nivo聯(lián)合治療。

他們發(fā)現(xiàn)已知的ICB療效預(yù)測(cè)生物標(biāo)志物，PD-L1、TMB、新抗原量、T細(xì)胞γ干擾素通路活性等，均不能預(yù)測(cè)SBRT+ipi/nivo所有37名患者以及序貫、同步各組內(nèi)患者的PFS或OS。同時(shí)，也不存在特定的突變、特定的基因水平或染色體臂水平的CNV與PFS或OS相關(guān)。

研究團(tuán)隊(duì)注意到，近期有研究報(bào)道腫瘤非整倍體增加與ICB療效減弱相關(guān)[6]，本研究的生存分析也顯示，序貫SBRT+ipi/nivo組中，治療前腫瘤非整倍體增加與更短的PFS、OS獨(dú)立相關(guān)。但是，活檢結(jié)果顯示，同步SBRT+ipi/nivo組中，治療前腫瘤非整倍體增加與治療中活檢的腫瘤細(xì)胞占比降低顯著相關(guān)（Spearman’s相關(guān)系數(shù)=-0.80，p=0.017），非整倍體評(píng)分越高，腫瘤細(xì)胞占比降低越多。而序貫組單純SBRT治療后腫瘤細(xì)胞占比下降不明顯，且與治療前非整倍體評(píng)分無(wú)相關(guān)性（p=0.53）。

圖6. 治療前腫瘤非整倍體評(píng)分與同步SBRT+ipi/nivo或單獨(dú)SBRT治療后腫瘤細(xì)胞占比降低的相關(guān)性

于是，研究團(tuán)隊(duì)決定詳細(xì)探究治療前非整倍體評(píng)分與序貫或同步放療+ICB的療效關(guān)系。在所有患者的治療前腫瘤活檢樣本中，非整倍體增加與多條免疫信號(hào)通路活化負(fù)相關(guān)，與間質(zhì)細(xì)胞評(píng)分、免疫細(xì)胞評(píng)分也負(fù)相關(guān)，并且在PD-L1低表達(dá)患者中非整倍體評(píng)分更高。

研究團(tuán)隊(duì)以非整倍體評(píng)分中位值（0.54）把所有患者分為高、低非整倍體評(píng)分患者。高非整倍體評(píng)分患者中，同步組比序貫組具有明顯的PFS和OS生存優(yōu)勢(shì)，12個(gè)月OS率100% vs 17%，log-rank p=0.025。而在低非整倍體評(píng)分患者中，兩組PFS和OS無(wú)顯著差異。同時(shí)，高非整倍體評(píng)分患者中，同步組比序貫組具有更低的非照射病灶進(jìn)展風(fēng)險(xiǎn)，也就是說(shuō)，可能存在更強(qiáng)的遠(yuǎn)隔效應(yīng)。

圖7. 探索腫瘤非整倍體評(píng)分作為SBRT和ICB聯(lián)合治療的生物標(biāo)志物。

至此，Sean P. Pitroda教授的研究團(tuán)隊(duì)終于初步回答了是否需要以及如何聯(lián)合放療和免疫治療的問(wèn)題。對(duì)于腫瘤非整倍體增加的患者，同步放療聯(lián)合ICB療效優(yōu)于序貫放療聯(lián)合ICB，而且這類患者具有很多免疫治療預(yù)后不良的基線特征，同步放療聯(lián)合ICB可以使這類患臨床獲益最大化。研究團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用另外兩個(gè)獨(dú)立隊(duì)列驗(yàn)證了該結(jié)論。

總的來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)研究首次發(fā)現(xiàn)，腫瘤非整倍體增加的患者可從同步放療聯(lián)合ICB中額外獲益，并系統(tǒng)對(duì)比了單純放療和同步放療聯(lián)合免疫治療分別的腫瘤免疫遺傳全景改變。但是，較小的樣本量一定程度上減弱了該研究的統(tǒng)計(jì)學(xué)效能。盡管如此，這項(xiàng)研究的發(fā)現(xiàn)可為制定個(gè)體化的NSCLC患者放療和ICB聯(lián)合方案提供指導(dǎo)框架，并有望推廣至其他腫瘤。

研究觀察到同步放療免疫聯(lián)合治療可同時(shí)增強(qiáng)照射病灶內(nèi)和非照射病灶內(nèi)抗腫瘤免疫反應(yīng)，令人意外的是，單獨(dú)放療會(huì)減少腫瘤內(nèi)細(xì)胞毒性T細(xì)胞和適應(yīng)性抗腫瘤免疫反應(yīng)。期待更多來(lái)自患者的臨床數(shù)據(jù)和生物學(xué)證據(jù)，以便優(yōu)化放療和ICB的聯(lián)合治療方案，包括放療的放射劑量、分割方式、時(shí)機(jī)、靶器官的選擇、ICB的種類和劑量等。

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