【海普周报】bTMB往期临床研究回顾

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  bTMB往期临床研究回顾
  背景知识介绍
  TMB(Tumor Mutation Burden,肿瘤突变负荷),也称为ML(Mutation Load),一般是指肿瘤基因组中平均1Mb范围内所包含的体细胞蛋白编码区点突变、插入缺失等基因变异数量,不同公司计算方法存在差异。
  基于肿瘤组织样本计算的TMB为肿瘤TMB(tTMB);基于血液样本计算的TMB为血液TMB(bTMB)。
  TMB是用来研究免疫治疗疗效的一个生物标志物( Biomarker),于2018年10月被写入非小细胞肺癌2019.V1版NCCN指南中。
  利用组织全外显子组测序( WES )和大Panel(一般是300个基因以上)及循环肿瘤DNA( ctDNA )计算TMB的原理并无差异,差别是探针覆盖区域的大小。
  本期精彩看点
  靶向PD-L1/PD-1通路的免疫检查点抑制剂已证实在多种实体瘤中具有生存期(OS)获益,如随机分配的III期OAK试验显示,atezolizumab治疗列队中的mOS为13.8个月,而多西紫杉醇治疗列队中的mOS为9.6个月 [HR:0.73(95%CI:0.62-0.87); P=0.0003]。相比PD-L1阴性患者而言,PD-L1表达阳性的肿瘤患者有更大的临床获益,但单独的PD-L1表达并不能完全解释用免疫抑制剂药物治疗的患者的OS获益。也就是说,PD-L1表达正迅速成为部分实体瘤一线治疗中首个可检测的生物标志物。这可能使得用于随后的分子测试(如EGFR和ALK突变和TMB)的组织样本的可用性受到限制,如高达30%的NSCLC(非小细胞肺癌)患者在诊断时没有足够的组织用于标准生物标志物的检测。因此,迫切需要开发非侵入性的诊断方法,帮助鉴定更多可能受益于抗PD-1/PD-L1治疗的患者。
  既往研究表明,通过全外显子组测序(WES)测量的TMB值与多种检查点抑制剂的临床获益相关。部分研究也已经证明,与WES相比,有针对性的NGS Panel(一般在300基因以上)可准确测量tTMB(肿瘤TMB)。在目前阶段,与组织活检相比,通过简单抽血来分析肿瘤基因组的能力具有明显的优势:
  (1)血液是诊断同时期的可现成提供的材料来源;
  (2)与单点的组织活检相比,血液检测可能不太容易受到潜在的取样偏差的影响,有助于减少肿瘤组织带来的异质性。
  因此,对基于血液DNA检测的研究迅速增加,多种技术可以可靠地检测cfDNA中的突变,这些技术包括等位基因特异性PCR、ddPCR(液滴式数字PCR)和NGS。事实上,据不完全统计,FDA已经批准了5款基于NGS技术的肿瘤基因检测试剂盒(其中有2款是大Panel产品),CFDA也已经批准了5款基于NGS技术的肿瘤基因检测试剂盒。对于预测性生物标志物的检测,一些研究也表明NGS是一种有效的方法。科研工作者已经提出基于血液的TMB计算(bTMB)——使用cfDNA测量TMB用于预测性生物标志物的研究。
  POPLAR(NCT01903993)和OAK(NCT02008227)研究【1】
  最先报告bTMB测定法的开发、测试和验证的数据是对POPLAR(NCT01903993)和OAK(NCT02008227)临床数据的分析展示。POPLAR研究评估了晚期或转移性NSCLC患者二线/三线atezolizumab治疗与标准治疗(多西紫杉醇)的情况,研究患者未经PD-L1状态分层 [ITT(意向治疗人群)人群N=287]。 OAK试验是一项随机III期研究,比较了atezolizumab与多西紫杉醇在转移性NSCLC中的关系,主要分析人群包括850名未经PD-L1状态分层的患者。这两项研究的主要研究终点是OS,次要研究终点是PFS。在这两项研究中,与多西紫杉醇相比,atezolizumab均改善了OS,这使得FDA批准在铂类化疗期间或之后有疾病进展的晚期NSCLC患者中使用atezolizumab(也称为Tecentriq; Genentech)。
  OAK BEP(生物标志物可评估人群)(N=642)包括59名患有EGFR突变或ALK重排的患者和583名没有已知突变的患者。POPLAR BEP(N=211)包括15名患有EGFR突变或ALK重排的患者和196名没有已知突变的患者。基于POPLAR的数据,研究者确定了一系列与有临床意义结果相关的bTMB cut-off值,并在OAK研究中得到证实(图1)。
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  ▲图1 bTMB测定研究示意图
  (1)tTMB与bTMB的关系
  POPLAR和OAK bTMB测定使用的是获FDA批准的靶向1.1Mb基因组编码序列区域的FoundationOne(F1)CDx NGS Panel。从患者的组织样本获得tTMB数据,从同一患者的血浆样本获得bTMB数据(N=259),观察到tTMB和bTMB值之间正相关(Spearman等级相关系数为0.64; 95%CI:0.56-0.71)(图2)。
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  ▲图2 来自POPLAR和OAK研究的同一患者中tTMB和bTMB一致性比较(N=259)
  有几个因素可能导致tTMB和bTMB之间缺乏更高的相关性:(1)计算算法存在差异,tTMB的算法纳入AF≥5%的SNVs(单核苷酸变异)和InDels(等位基因的插入和缺失),而bTMB算法仅纳入AF≥0.5%的SNVs;(2)NSCLC存在肿瘤内异质性,单个活检样本的突变特征可能与转移性肿瘤释放到血液中的ctDNA突变特征显著不同;(3)样本特征可能存在差异,例如DNA来源、收集时间、样本类型、诊断阶段、肿瘤组织纯度、ctDNA的最大体细胞等位基因频率(MSAF)和cfDNA起始量的质量,这些与样本有关的因素均可能导致tTMB和bTMB之间的差异。
  然而,研究者仅使用SNVs来比较tTMB和bTMB的相关性,发现这并没有带来相关性的改变(Spearman等级相关系数=0.65;95%CI:0.57~0.71),可能是因为计算tTMB时的InDels仅占该研究中体系突变的4%。
  为了确定瘤内异质性是否可以解释血液和组织样本之间TMB值的差异,研究者评估了血液和组织样本中存在的各种突变的情况(图3),发现:①对于血液和组织中TMB值较高(TMB>30个突变)的患者而言,三分之一的突变是血液样本所独有的,四分之一的突变是组织样本所独有的,剩下的部分突变在2种样本中共存;②在组织中检测到>30个突变的患者,其bTMB和tTMB之间具有一系列的一致性;③22名患者中有7名在血液中检测到极少的突变,因此与组织的重叠很少;④68%的样本在组织和血液之间共享大多数TMB突变。
  这些结果表明,组织和血液中不同突变的存在可能是导致tTMB和bTMB之间差异的很大一部分原因。同时研究者也评估了样本本身相关因素对tTMB和bTMB相关性的影响,发现在样本身的相关因素中,影响tTMB和bTMB的相关性最重要因素是MSAF和样本采集间隔天数。
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  ▲图3 左图:组织和血液样本之间TMB值的比较;右图:突变维恩图,重叠突变59%、仅组织突变25%、仅血液突变26%
  (2)bTMB的cut-off值的选择
  研究者通过评估一系列预设的cut-off值(bTMB≥10~≥20)的PPA(阳性符合率)和NPA(阴性符合率)来选择测定性能最佳的cut-off值,结果发现不同cut-off值的PPA范围从85.7%(bTMB≥15)到100%(bTMB≥10);NPA范围从81.8%(bTMB≥19)到100%(bTMB≥10且≥16)。 结果表明,在bTMB≥10,≥16和≥20的三个cut-off值处测定性能最佳。 研究者选择这些bTMB cut-off值作为评估POPLAR研究结果的基础。
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  ▲图4 左图:使用F1测定计算的TMB与来自ctDNA样品计算的bTMB的相关性比较(N=69细胞系);右图:预设的bTMB cut-off值的PPA和NPA
  (3)POPLAR数据证明了bTMB cut-off值16作为临床结果的预测因子
  为了评估临床疗效与bTMB评分之间的关系,研究者评估了POPLAR研究中287名意向治疗(ITT)患者的所有可用的基线血浆样本(N=273)。 由于血浆样本体积不够或MSAF较低,这273个样本中最终只有211个BEP样本达到了最小800×测序深度。结果发现(图5):与BEP人群相比,在 ITT人群中观察到PFS和OS的临床获益;在BEP中观察到bTMB≥10,≥16和≥20时,atezolizumab治疗列队的PFS和OS均得到改善; 在bTMB cut-off值≥16时,PFS HR=0.57(95%CI:0.33~0.99);atezolizumab列队和多西紫杉醇列队的mPFS分别为4.2个月和2.9个月、mOS分别为13.0个月和7.4个月。 bTMB≥16与治疗结果PFS之间的相互作用趋向显著,且在POPLAR研究的BEP中,bTMB≥16的患者占比为30%。因此在随后的验证研究OAK中选择≥16进行确证分析。
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  ▲图5 POPLAR研究中PFS和OS的HR森林图
  (4)OAK数据证实了bTMB是靶向PD-L1免疫疗法的潜在非侵入性生物标志物
  在OAK研究中,主要分析ITT(N=850)和BEP(N=583),总体而言,BEP(PFS HR=0.87;OS HR=0.64)的临床结果优于ITT(PFS HR=0.95;OS HR=0.73)。在OAK 研究的BEP中bTMB≥16亚组的患者占比为27%。在bTMB≥16的患者中,比对多西紫杉醇治疗组,atezolizumab治疗组的PFS显著获益 [HR=0.65(95%CI:0.47~0.92); P = 0.013](图6)。在bTMB≥16的患者中,atezolizumab治疗组的mOS为13.5个月,而多西紫杉醇治疗组为6.8个月。
  ▲图6 OAK研究中PFS和OS的HR森林图
  (5)bTMB与临床特征和免疫组化PD-L1表达的关联
  研究发现,在OAK 研究的BEP中,bTMB的阳性状态(≥16)与吸烟、基线时靶病灶最长径的总和(注:将用于判断肿瘤缓解的一个指标)、转移灶数目和PD-L1表达有关。肺鳞癌和非肺鳞癌患者的平均bTMB值为11.22(95%CI:10.09~12.36)和12.4(95%CI:11~13.8)。
  OAK研究表明,在ITT研究人群的PD-L1亚组中,与多西紫杉醇相比,atezolizumab显著改善OS;仅在表达高水平的PD-L1 [TC3(≥50%的肿瘤细胞表达PD-L1)或IC3(≥10%肿瘤浸润性免疫细胞表达PD-L1)] 的亚组中观察到PFS显著获益。研究者比较了bTMB和PD-L1 IHC之间的重叠情况来确定在bTMB≥16的患者群体中观察到的临床获益是否可以通过PD-L1 TC3/IC3阳性群体来代表解释,发现bTMB和PD-L1 IHC亚组之间的重叠比例相似;bTMB独立于PD-L1高表达。
  尽管在PD-L1高表达和bTMB之间未观察到显著相关性,但研究者通过分析方法评估得到PD-L1与治疗相互作用HR为0.73(95%CI:0.46~1.13; P=0.160);bTMB与治疗相互作用HR为0.66(95%CI:0.45~0.97; P=0.035)。显著的与治疗相互作用表明,bTMB状态会影响PFS HR,同时控制PD-L1状态及其与治疗的相互作用。通过比较这两种生物标志物之间重叠和非重叠子集的PFS,发现bTMB≥16和PD-L1表达为TC3或IC3的患者似乎从atezolizumab治疗中获得最大临床获益。
  总的来说,POPLAR和OAK研究是第一次证明TMB可以在血浆中准确和可重复地测量,并且bTMB与免疫检查点抑制剂治疗的临床获益相关。在POPLAR样品中进行分析然后在OAK样品中进行了确认,表明tTMB和bTMB呈正相关,且在NSCLC中bTMB≥16是具有临床意义的阈值,并进一步表明bTMB与PD-L1高表达无关,并且可独立预测PFS的获益情况。当患者不适合活检或肿瘤组织不可用时,使用血浆代替组织作为DNA来源检测TMB成为一种特别有吸引力的替代方案。POPLAR和OAK的研究结果也表明,多种生物标志物的组合可能比任何单一生物标志物能更好地预测临床结果。
  B-F1RST【2,3】
  B-F1RST研究是一项单臂、1L NSCLC II期、前瞻性评估NGS Panel计算的bTMB作为atezolizumab单一疗法疗效预测标志物的研究。
  (1)B-F1RST的初步研究结果【2】
  B-F1RST初步研究的152位ITT患者中,119位BEP具有足够的ctDNA(MSAF≥1%);29 位ctDNA(MSAF<1%)不足 (非BEP)。预先指定 bTMB cut-off值为16(定义bTMB-H≥16,bTMB-L<16)用于评估临床疗效。主要终点是ORR和PFS。初步研究结果显示:最低随访时间≥6个月,确诊的ITT ORR为14.5%(22/152); BEP中的ORR为10.1%(12/119),非BEP为34.5%(10/29);bTMB-H vs. bTMB-L的ORR为28.6%(8/28)vs. 4.4%(4/91),mPFS为4.6 vs. 3.7 mo; HR=0.66(90%CI,0.42-1.02; P=0.12)。不同bTMB值的mPFS列于表1中。 bTMB-H vs. bTMB-L的mOS是NE vs. 13.1 个月; HR=0.77(90%CI,0.41-1.43; P = 0.48)。13%的患者有治疗相关的严重AEs,20%患有治疗相关的Gr 3/4AEs。 15%的患者因AEs导致停药。总的来说,B-F1RST研究的初步分析是第一个完整的前瞻性数据集,评估bTMB作为接受atezolizumab单药治疗的1L患者的预测生物标志物的临床效用;bTMB-H(bTMB≥16)的患者其PFS、ORR和OS具有临床获益。
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  ▲表1 不同bTMB值的mPFS(mo)(BEP,n=119)
  (2)B-F1RST的中期研究结果【3】
  B-F1RST研究的78例中期分析群体(interim analysis population,IAP)中有58例BEP,BEP具有足够的血液样本使得具有足够的ctDNA(MSAF≥1%)用于检测。预先指定 bTMB cut-off值为16 [占比19%(11/58)]用于评估BEP的临床疗效,定义bTMB-H≥16,bTMB-L<16。中期B-F1RST研究结果表明:IAP和BEP的基线特征相似。最低随访时间为6个月,bTMB-H vs. bTMB-L 的mPFS为9.5 vs. 2.8 个月,HR为0.49(90%CI,0.23,1.04; P=0.11)。随着bTMB增加,PFS HR得到改善(表2)。在BEP中,ORR为12.1%(7/58),疾病控制率为25.9%(15/58)。bTMB-H vs. bTMB-L其ORR为36.4%(4/11)vs. 6.4%(3/47);OR=8.38(90%CI,2.02,34.79; P=0.02)。治疗相关的严重AEs和治疗相关的3/4级AEs分别发生在14.1%和16.7%的患者中;15.4%经历过AEs的患者停药。B-F1RST的中期研究通过不同bTMB评分的PFS显示了bTMB作为PFS和ORR的预测生物标志物的初步效用,并且进一步支持了正在进行的1L BFAST研究(NCT03178552)中患者的bTMB选择。
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  ▲表2 不同bTMB值的mPFS(mo)(BEP,n=58)
  尽管针对bTMB的临床研究结果需要进一步确认,但是这些研究提供了基于血浆的TMB检测可以结合到常规临床护理中的应用前景。液体活检已经成为癌基因驱动的晚期实体瘤中基因组检测的可行策略,在患者的一线治疗之前和治疗中获得性耐药之后都具有明确的作用。基于NGS的基因检测有助于监测和确定这些机制。TMB的组织检测已经被纳入NSCLC指南,目前临床研究者正在开发基于血浆的NGS检测的评估,未来可期。
  参考文献
  【1】Gandara DR, Paul SM, Kowanetz M, et al. Blood-based tumor mutational burden as a predictor of clinical bene?t in non-small-cell lung cancer patients treated with atezolizumab. Nat Med. 2018;24:1441-1448.【POPLAR&OAK】
  【2】Kim ES VV, Mekhail T, Leal TA, et al. Primary ef?cacy results from B-F1RST, a prospective phase II trial evaluating blood-based tumour mutational burden(bTMB) as a predictive biomarker for atezolizumab (atezo) in 1L non-small cell lung cancer (NSCLC). Ann Oncol. 2018;29(suppl_8):mdy424.067.【B-F1RST初步研究结果】
  【3】Velcheti V, Kim ES, Mekhail T, et al. Prospective clinical evaluation of blood-based tumor mutational burden (bTMB) as a predictive biomarker for atezolizumab(atezo) in 1L non-small cell lung cancer (NSCLC): interim B-F1RST results. J Clin Oncol. 2018;36(15_suppl):12001.【B-F1RST中期研究结果】
责任编辑: 夢奕新