JAMA观点 肿瘤突变负荷（TMB）：从希望到质疑 值得深思

作者：医学中文网

在过去的数年，免疫检查点抑制剂在很大程度上改变了非小细胞肺癌（NSCLC）的治疗方式。通过免疫组化染色富集方法，人们发现PD-L1可作为初治难治非小细胞肺癌（NSCLC）的疗效预测生物标志物。尤其是当默沙东公司的Pembrolizumab在Keynote024临床试验中大获全胜，对于PD-L1高表达（≥50%）的患者显示出其疗效显著优于一线化疗时，人们开始惊呼免疫治疗时代已经到来。

而与此同时，肿瘤突变负荷（TMB）作为一个潜在的生物标志物而出现。在不同的癌症中体细胞突变的数量从0.01突变/Mb~超过400突变/Mb不等。而这些突变中有些会转录表达多肽抗原表位或肿瘤新抗原。早期关于TMB的研究都是采用全外显子（WES）测序方法对肿瘤DNA和对照的胚系DNA进行分析。

在一项关于晚期非小细胞肺癌（NSCLC）的研究2中，研究者对两个独立的接受Pembrolizumab治疗的NSCLC患者队列（患者数分为别16和18）进行了全外显子（WES）测序，结果发现非同义突变负荷与客观反应率改善和6个月或更长无进展期相关。

最近，在另一项研究3中，Spigel等人结合NGS测序结果，分析了64位仅接受免疫检查点抑制剂单药治疗的晚期NSCLC患者的临床数据，发现在阈值为15突变/Mb时，TMB与免疫检查点抑制剂疗效有相关性。高TMB患者（＞15突变/Mb）相比低TMB患者(＜15突变/Mb)，免疫检查点抑制剂的有效治疗时间更长，分别为64周和17周，P=0.01。

在另一项研究4中，研究者采用目标区域测序的方法来计算治疗前肿瘤样本的TMB，这些样本取自3个II期Atezolizumab单药临床试验中102位初治和465位经治疗的晚期NSCLC患者。相比多西他赛，Atezolizumab单药治疗时，TMB高的患者PFS有改善，但是OS并无改善。

同时，还有一个研究团队5最近对CheckMate-026研究6中的部分患者通过WES的方法计算了TMB评分，CheckMate-026是一项随机III期临床试验，目的是比较nivolumab vs.含铂两药化疗作为一线治疗方案对PD-L1表达＞5%的初治NSCLC患者的治疗效果。TMB高（定义为≥243错义突变）的患者PFS延长（中位PFS为9.7个月 vs 5.8个月；风险比[HR]）为0.62；95%CI，0.38-1.00），且有更高的客观反应率（46.8%vs28.3%），但nivolumab相比化疗在OS方面并无显著差异。

欧洲临床肿瘤学会（ESMO）和ESMO亚洲已经在指南中纳入了TMB作为可能的生物标志物，对于TMB高（＞10突变/Mb）的患者，建议将ipilimumab联合nivolumab作为一线治疗方案。该指南建议主要证据源自CheckMate-227,该临床试验主要研究ipilimumab联合nivolumab对比含铂两药化疗作为一线治疗方案的疗效7。在CheckMate-227中，结果显示PD-L1阳性（HR, 0.62; 95% CI: 0.27-0.85）和阴性（HR, 0.48; 95% CI: 0.44-0.88）患者的PFS均有改善。而截止研究结果发表时，OS数据未达该临床试验的预期终点而无法进行分析。最初，该临床试验并未设计用于评估TMB。

为了前瞻性验证TMB的阈值设置为10突变/Mb的意义，研究者设计了CheckMate-568，这是一项大型、单臂、II期临床试验，在该研究中ipilimumab联合nivolumab作为NSCLC的一线治疗方案8。在2018 AACR大会上，研究者公布了实验数据以和CheckMate-227进行对比。当时，OS数据尚不成熟。两项临床试验都因为肿瘤样本量过大而无法单独分析TMB结果，因为肿瘤组织样本的数量和质量不可控。CheckMate-227中无法获得TMB评分的比例为42%左右，而CheckMate-568则为34%左右。此外，获取TMB评分的周期平均为2-3周，这已经超过了美国病理家学会推荐的肺癌研究临床决策时间。

在评估OS方面，TMB尚未有足够的证据以支撑其作为可靠的生物标志物。在突变发现方面也还没有相应的标准。在不同肿瘤类型或免疫疗法中分析方法和TMB阈值的差异，也让该生物标志物变得扑朔迷离。其实，除了建议将TMB阈值提高到16.2突变/Mb或15突变/Mb，阈值的可重复性也应该纳入考虑。在一个1.1Mb的测序方法中，Chalmers等人9观察到TMB有中位偏移，阈值为10突变/Mb时是20%（90%CI大约是5%-55%），而阈值为20突变/Mb时是18%（90%CI大约是5%-35%）。

此外，不同的算法也会影响TMB的预测值，因为算法在不同的基因检测panel中差异非常大，并且用于评估TMB的突变类型在各种检测方法中也有所差异。在很多采用WES的分析中，TMB只包含错义突变，而没有纳入其他突变类型。特别是，在福尔马林固定石蜡包埋样品处理方法的不同也能够很大程度上影响TMB的值10。

TMB真的准备好了在临床中用于NSCLC的辅助诊断吗？基于现有的证据（如Figure所示），显然是不行的。在正式将TMB作为可靠的生物标志物之前，还有工作需要做。其中包括不同方法之间的标准化(TMB Harmonization Project)，以及设计前瞻性研究验证一个能够预测OS改善的TMB阈值。

尽管如此，似乎有一股强大的力量在推动FDA批准TMB并广泛应用于临床。这将会导致以下几种后果：（1）增加因毒副作用产生的医疗费用；（2）增加至少10-15个工作日的检测时间；（3）提高样品出结果失败的风险；（4）错过更好地定义肿瘤新抗原以及评估新抗原在NSCLC及其他肿瘤中的作用的机会。

总之，TMB是一个在临床实践中尚存争议的一个生物标志物。在评估OS方面，TMB可能还不如PD-L1和微卫星不稳定（MSI）。科学界应该倡议进一步通过前瞻性临床试验验证OS作为衡量基点而非OR或PFS，并设计系统疗法和已知能改善OS的一线治疗方案进行比较。

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non–small-cell lung cancer. N Engl J Med. 2016;375 (19):1823-1833. doi:10.1056/NEJMoa1606774

2. Rizvi NA, Hellmann MD, Snyder A, et al. Cancer immunology. Mutational landscape determines sensitivity to PD-1 blockade in non-small cell lung

cancer. Science. 2015;348(6230):124-128. doi:10. 1126/science.aaa1348

3. Spigel DR, Schrock AB, Fabrizio D, et al Total mutation burden (TMB) in lung cancer (LC) and relationship with response to PD-1/PD-L1 targeted

therapies.J Clin Oncol. 2016;34(15_suppl):9017-9017. doi:10.1200/JCO.2016.34.15_suppl.9017

4. Kowanetz M, Zou W, Shames D, et al. OA20.01 Tumor mutation burden (TMB) is associated with improved efficacy of atezolizumab in 1L and 2L+

NSCLC patients.J Thorac Oncol. 2017;12(1):S321-S322. doi:10.1016/j.jtho.2016.11.343

5. Peters S, Creelan B, Hellmann MD, et al Impact of tumor mutation burden on the efficacy of first-line nivolumab in stage iv or recurrent non-small cell

lung cancer: an exploratory analysis of CheckMate 026 [abstract CTO82]. Cancer Res. 2017;77(13) (suppl):ct082. doi:10.1158/1538-7445.AM2017-CT082

6. Carbone DP, Reck M, Paz-Ares L, et al; CheckMate 026 Investigators. First-line nivolumab in stage IV or recurrent non–small-cell lung cancer.

N Engl J Med. 2017;376(25):2415-2426. doi:10. 1056/NEJMoa1613493

7. Hellmann MD, Ciuleanu TE, Pluzanski A, et al. Nivolumab plus ipilimumab in lung cancer with a high tumor mutational burden. N Engl J Med. 2018;

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8. Ramalingam SS, Hellmann MD, Awad MM, et al. Tumor mutational burden (TMB) as a biomarker for clinical benefit from dual immune checkpoint

blockade with nivolumab (nivo) + ipilimumab (ipi) in first-line (1L) non-small cell lung cancer (NSCLC): identification of TMB cutoff from CheckMate 568

[abstract CT078]. Cancer Res. 2018;78(13)(suppl): ct078. doi:10.1158/1538-7445.AM2018-CT078

9. Chalmers ZR, Connelly CF, Fabrizio D, et al. Analysis of 100,000 human cancer genomes reveals the landscape of tumor mutational burden.

Genome Med. 2017;9(1):34. doi:10.1186/s13073-017- 0424-2

10. Chen S, Liu M, Zhou Y, Xu M, Melançon CE, Edwards J. The impact of sample storage time on calculating tumor mutation burden (TMB).J Clin Oncol.2018;36(15)(suppl):e24022.doi:10.1200/JCO. 2018.36.15_suppl.e24022

作者：本文为MLC原创编译，原文《Tumor Mutation Burden—From Hopes to Doubts》刊载于JAMA Ocology

编辑：Julia

审核：Rocky Liao

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主角肿瘤突变负荷（TMB），免疫治疗不得不知的肿瘤标志物

包含IL2、PD-1/PD-L1、CTLA4的免疫治疗无疑是肿瘤治疗的趋势所在，在多种实体肿瘤以及恶性血液肿瘤都有一定的效果，然而如果病人不预先做相应的检测，直接单独盲试这些免疫治疗药物，有效的概率并不是特别高。

比如PD-1单药在黑色素瘤、非小细胞肺癌、肾细胞癌的治疗应答率分别为40%、25%、19%。这一概率显然不能满足病人和家属的要求，因此如何使用合适的肿瘤标志物来预测PD-1等免疫治疗药物的疗效？这是一个很难，但又回避不了的问题。

我们一起来看看这些生物标志物。

1 预测免疫治疗的标志物

PD-L1表达，这个生物标志物使用免疫组化检测组织样本的蛋白表达，但是这个评估指标并不是绝对的，PD-L1阳性的癌症病人对PD-1药物的应答率是36%-100%，但是PD-L1阴性的癌症病人也有对治疗产生应答的，应答率是0%-17%。但是PD-L1表达阳性的标准难以定义，究竟是＞10%还是＞50%，而且有时PD-L1不仅在癌细胞表达，也在围绕病灶的微环境中的非癌细胞表达，这势必会造成一定的干扰。

最后一点是，PD-L1检测，仅适用于PD-1药物的预测，对于其他免疫治疗药物的疗效预测则是无能为力的。

接下来我们来看看本文的主角TMB，具体地说TMB就是肿瘤组织每兆碱基中突变的数目，一般这个指标是通过组织样本来检测的。形象地说当一个癌细胞有更多的突变时，它们挂在细胞表面的蛋白可能显得“七丑八怪”，更容易被免疫细胞识别和攻击。

存在DNA错配修复缺陷的结直肠癌病人往往与较高的TMB相关，这个也很好理解，DNA不能很好地被修复，所以癌细胞的突变负荷就高，这部分肠癌病人使用PD-1的治疗效果也相对较好。

但是存在高TMB的肠癌病人使用PD-1之外的免疫治疗药物如何？结直肠癌以外，其他的癌症种类如果有高TMB使用PD-1的治疗效果又如何呢？

2高TMB意味着疗效较好

本篇所涉及的1638名癌症病人均来自加利福尼亚圣地亚哥摩尔癌症中心，使用二代基因检测技术测石蜡组织样本，TMB水平分为三组：低TMB（1-5个突变/Mb）、中TMB（6-19个突变/Mb）、高TMB（≥20个突变/Mb）。其中50%的病人是低TMB，40%左右的病人是中间TMB，而仅有10%左右的癌症病人是高TMB。这个分级方法，大家在对照自己的检测报告时可以参考。

这一千多名病人中151名使用了免疫治疗措施，其中多数病人是黑色素瘤和非小细胞肺癌，65名癌症病人是低TMB（占比43%），48名癌症病人是中TMB（占比是32%），38名癌症病人是高TMB（占比25%）。

所有这些使用免疫治疗的病人，达到完全缓解或部分缓解的比例是30%，平均无进展生存时间是4.6个月，平均总生存时间是25.4个月。从下面这个图来看，高TMB的病人使用免疫治疗的优势是非常明显的。

如上图所示，高TMB的病人在治疗应答率上是58%，无进展生存时间是12.8个月，总生存时间尚未达到。而低TMB和中TMB的治疗应答率仅为20%，无进展生存时间是3.3个月，也就是说高TMB的病人使用免疫治疗单独无进展生存时间就超了3倍，优势绝对明显。那这么说，是否TMB就是一个完美的指标，可以回答免疫治疗有效与否的问题？也不是这样简单，请看下图。

如上图所示，对免疫治疗应答或不应答，都有高TMB的病人，也都有低TMB的病人，从平均情况来看虽然高TMB的病人治疗应答较好，而且对免疫治疗应答的病人其TMB平均值也高于非应答病人，但对于低TMB的病人，不能完全排除使用免疫治疗有效的可能性。

3PD-1单药治疗与TMB的关系

癌症病人最常用的治疗还是PD-1药物，包含纳武单抗的O药，派姆单抗的K药，我们来看看单独PD-1治疗在各个癌症种类的无进展生存时间、总生存时间。

如上图所示，为了好比较，研究者将黑色素瘤、非小细胞肺癌单独拿出来，来比较其他癌症种类的TMB与疗效的情况，结果还是很明显的。高TMB的任何癌症类型使用PD-1治疗无进展生存时间都好于低或中TMB的病人，但是排除黑色素瘤和非小细胞肺癌，其他癌种病人在总生存期上低TMB和高TMB区分的并不是很明显。

从PD-1单药治疗的免疫应答情况来看，对治疗应答的病人平均的TMB数值为18个突变/M，而非应答者的TMB数值为5个突变/M。当然这里并不能完全排除TMB数值低于5的病人不能使用PD-1，而是需要在疗效预期上有一定的准备。

4CTLA-4和IL2治疗与TMB的关系

有15个病人使用了单独CTLA-4治疗，完全应答/部分应答的比例为13%，应答者的TMB数值为20.5，非应答者的TMB数值为8，高TMB的PFS为6.4个月，而低到中TMB病人的PFS仅为2.7个月。

9个病人使用了高剂量的IL2治疗，完全应答/部分应答的比例为56%，应答者和非应答者的TMB尽管平均值上有差异（16对比5），但是有低和中TMB的病人也有应答者。

让人奇怪的是，如果CTLA-4和PD-1药物联合治疗，治疗应答者的TMB不一定就是高的。 该项研究包含了17个肿瘤病人，没有一个是黑色素瘤，77%的病人达到的完全应答/部分应答，应答者的TMB与非应答者的TMB数值区别不大。不过该研究使用联合治疗的病人数目较少，也不能完全排除免疫治疗联合疗法与TMB的关系。

本篇文献就给大家解读到这里，对于TMB这个预测免疫治疗的生物标志物，目前的技术条件还是尽量使用组织样本检测。

对于PD-1单药治疗，在包含黑色素瘤和非小细胞肺癌在内的多种癌症中，高TMB意味着较高的应答率、无进展生存时间等。

对于CTLA-4和IL2治疗，高TMB往往也意味着较好的治疗应答。

对于CTLA-4和PD-1联合治疗，TMB与治疗应答的关联性似乎不大。

不管是哪种免疫治疗措施，目前都不能完全排除低TMB的病人从免疫治疗中受益的可能性，如果检测报告测出低TMB，免疫治疗药物还是可以用的，不过需要对疗效有个预期，以及做好可能使用其他治疗措施的准备。

参考文献：

Goodman AM, et al., Tumor Mutational Burden as an Independent Predictor of Response to Immunotherapy in Diverse Cancers，Mol Cancer Ther. 2017 Nov;16(11):2598-2608.

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