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博客

肿瘤药物开发中的免疫基因组学

2020-07-16

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探索免疫基因组学的新兴领域,以及如何用它来回答与免疫疗法反应和耐药性相关的关键问题。

什么是免疫基因组学?

多年来,肿瘤细胞的基因组学一直是基于细胞生殖系变异和体细胞突变开展癌症研究和药物开发的重点。这导致未对周围肿瘤相关免疫细胞的分子变化进行深入研究。

免疫基因组学是一个新领域,结合了肿瘤细胞和免疫细胞基因组学的平行研究,旨在建立生物标志物来缩小免疫疗法反应和无反应中的差距。

免疫基因组学的原则

由于健康细胞失去控制生长的能力,癌细胞得以产生并获得永生。这个过程可能是由于随着时间推移出现遗传DNA突变或DNA突变变化所导致。

免疫系统提供保护和监督,防止癌症和其他感染。但是,相同的免疫系统也可以促进肿瘤细胞的生长,在免疫系统未将肿瘤识别为异物的情况下,称之为平衡或逃逸。

作为一种领先的疗法,免疫疗法出现了。它可以使免疫系统重新焕发活力,避免逃逸或恢复平衡,从而抑制或减缓肿瘤的生长。免疫基因组学帮助我们揭示了由导致患者出现药物反应和无反应的免疫疗法引起的免疫微环境的功能变化。

免疫基因组学通过观察免疫相关基因在免疫疗法治疗前后的表达谱,可以更好地了解免疫环境的变化。与此同时,免疫基因组学可以提供肿瘤在免疫疗法治疗过程中发生变化的突变以及新抗原。所有这些信息帮助我们理解为什么肿瘤逃逸或保持生长,以及我们是否能够为个别患者定制免疫疗法。

免疫基因组学的裨益

通过免疫基因组学,使我们能够更多地研究关于对癌症的免疫反应。我们希望通过免疫基因组学来回答的问题包括:

  • 可能否定对肿瘤细胞治疗效果的免疫细胞的作用
  • 为什么有些免疫疗法对肿瘤有效,而有些却彻底失败

从免疫细胞的免疫基因组学中获得的信息也有助于根据患者的具体要求,将免疫疗法定制为一种个体化药物。这将使患者体验到免疫治疗的最大裨益,同时副作用更少。

可用的免疫基因组学技术

各种测序方法被用来对肿瘤和微环境相互作用的表型进行表征,重点是免疫细胞。由于通量较高且成本较低,通常采用基于NGS的方法,如RNAseq 和WES。

这些平台提供了探索性和基于假设方法适用的深度信息。基于NGS和其他技术(如NanoString)的基因检测组合可用于更有针对性的方法。新技术实现了免疫基因组学与蛋白质和空间信息的结合。

免疫基因组学的生物标志物识别

免疫疗法已被证明对部分患者非常有效。但不幸的是,只有一小部分患者真正出现反应。这推动了对患者选择和个体化治疗可靠生物标志物的研究。

抗CTLA-4和抗PD-1药物已显示出明显的候选预测性生物标志物。例如,CD4+ 和CD8+ 记忆T细胞亚群在抗CTLA-4反应中发挥了重要作用,是潜在的候选生物标志物。在抗PD-1治疗中,NK细胞亚群(而不是记忆T细胞亚群)与对治疗的临床反应相关。提高对有效抗肿瘤反应所需因素的了解,可作为黑素瘤和其他癌症适应症的治疗策略。

据证明,免疫基因组学、癌症基因组学和免疫疗法之间的交集在突变负荷和免疫疗法反应相关方面非常有效。例如,突变负荷较高的黑色素瘤和肺癌患者对检查点阻断疗法有反应。这种治疗对于具有错配修复缺陷和高微卫星不稳定性的结直肠癌患者也很有效。

但是,相互矛盾的报告削弱了突变负荷与免疫疗法反应之间的相关性。对黑素瘤患者的分析表明,新抗原负荷与T细胞密度无关,而肾癌等适应症对免疫疗法有反应,尽管其突变负荷较低。所有这些不同反应均可以解释肿瘤内异质性(ITH)的存在。免疫基因组学研究也被证明有助于通过免疫系统描述肿瘤逃逸的机制,如干扰素γ信号通路的阻断。干扰素γ可激活其他肿瘤逃逸机制,如肿瘤细胞表面PD-L1的上调。

为了更好地了解患者突变与免疫系统之间的相互作用,针对免疫原性系统地测试了突变体肽。这是激活来自同一患者T细胞的能力。这一抗原筛选的结果有助于创造更个体化的免疫疗法,如肿瘤特异性疫苗或过继性T细胞疗法。使用CRISPR-Cas9全基因组筛选的无偏倚基因组筛选在发现新耐药机制方面也具有很大潜力。

新抗原

肿瘤细胞中由于突变而产生的抗原 (新抗原) 使免疫系统识别出非自身的肿瘤细胞,因此是触发肿瘤特异性免疫反应的关键因素。

对新抗原潜力和验证的需求很大,识别方法很多。通过全外显子组或全基因组测序识别患者特异性非同义突变。这些方法的局限性在于从测序数据中识别新抗原。例如,可使用这些信息,通过接种疫苗使寒冷的肿瘤变热,或对以患者特异性方式消除肿瘤的T细胞克隆进行培养。这两种方法具有互补性。

已开发出不同的计算工具,来预测哪些新抗原会以足够的亲和力与肿瘤细胞表面表达的HLA结合。但是,这些技术不是很准确且其实现也很困难,因为数据量大,验证的新抗原数量非常有限(而不是主要在与突变负荷相关的0 – 5之间的预测新抗原)。

基于新抗原的方法取得了一些成功。基于新抗原的疫苗在啮齿动物中诱导出抗肿瘤反应,目前正在评价其临床潜力。通过新抗原开发出的基于合成RNA和肽基疫苗具有充分的免疫原性,对黑色素瘤患者具有显著的裨益。新抗原也可用于针对从患者体内提取的T细胞进行特异性TCR设计,作为过继性T细胞移植。

高通量T细胞受体测序 — TCRseq

适应性免疫细胞 — T细胞和B细胞可识别微生物病原体(细菌、病毒和真菌)和肿瘤。T细胞和B细胞在它们的表面表达受体,T细胞受体(TCR)或B细胞受体(BCR),它们与特定的目标结合,并在不同的免疫细胞之间产生差异。这些受体的巨大多样性使得一个个体的免疫系统能够在出现威胁时对特定的抗原做出反应。

这些免疫细胞不仅在血液中自由循环,还在肿瘤组织中浸润,称为组织浸润淋巴细胞(TIL)。TIL细胞群不同于血液中循环的免疫细胞,这两种细胞群和TCR可通过高通量的下一代测序进行分化https://science.sciencemag.org/content/352/6291/1337

统计数据有助于在接受癌症治疗的患者组中比较两种不同细胞群之间的TIL模式。这可以帮助我们评估肿瘤内的TCR库是否与循环血液中的TCR库不同。这些特性可作为监测肿瘤进展和治疗反应的多维生物标志物。

免疫基因组学在肿瘤药物开发中的未来方向

免疫监测和泛癌分析提供了肿瘤间和肿瘤内异质性信息,可提供药物反应和耐药机制。另一种途径是通过精确选择靶向新抗原,结合增强反应的免疫检查点抑制剂,从而激发患者T细胞对肿瘤新抗原的反应。

目前尚未确定基于特定新抗原的选择进行寻靶且包括多种新抗原的最合适治疗药物。总的来说,新策略的确定将基于标志物的选择,这些标志物可通过以基因组成、免疫微环境和新抗原作为靶点来克服对免疫疗法的治疗性抗拒。

结论

免疫基因组学是肿瘤药物开发中的一个新兴领域,它致力于回答与免疫疗法反应相关的关键问题,并揭示消除耐药性的关键。免疫基因组学分析有助于发现元素,如高突变负荷和新抗原,表明可提高治疗反应。

Topics: Blog, Oncology

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