免疫治疗丨免疫检查点抑制剂生物标志物之DDR

随着肿瘤免疫治疗时代的到来，免疫检查点抑制剂的研发和审批的进步，确保了免疫检查点抑制剂已经作为肿瘤治疗的新的有效方法之一。临床研究显示，单独使用PD-1抑制剂，只有20-40%的病人会对免疫治疗产生反应，医生很难知道免疫疗法是否对某个病人有效，如何筛选出这部分有应答的患者则是临床所面临及需要解决的问题 。（经典型霍奇金淋巴瘤是一个例外，单独使用，有效率高达80%以上）

有没有生物标志物（Biomarker）能够预测对免疫检查点抑制剂的反应？开发生物标志物对于帮助患者分层以及预估患者是否对免疫阻断单独疗法有反应，是否需要组合疗法或者接受其他的治疗是必要的。

精准医学始于靶向治疗，免疫治疗从一开始就在思考能否利用靶向治疗开辟新的成功路径。就目前而言，免疫治疗已经开辟了通向精准治疗的各种路径。

目前，影响 Immune checkpoint inhibitor（免疫检查点抑制剂）的有效生物标志物包括：PD-L1，MSI，dMMR，TMB，Neoantigen，HLA等，更多反映免疫疗效的生物标志物还在不断的研究与试验中。

今天我们聊聊DDR（DNA Damage Repair，DNA损伤修复；有文献称为：DNA Damage Response，DNA损伤应答；也有文献写作：DNA Damage Response and Repair，DNA损伤反应与修复）基因。 

DDR（DNA损伤修复）基因其实通过字面意思就可以理解，DNA损伤修复基因其实是人体DNA损伤修复机制中的重要参与者，当DNA由于各种原因造成损伤的时候，DDR基因可以对DNA损伤进行修复，它不是一个叫DDR的基因，而是一类具有DNA损伤修复功能的基因，所以DDR基因是一类基因的统称，比如：BRCA1，BRCA2， BLM， FANCA，TP53，RAD51C和MSH2基因等。

2018年，MSKCC的研究显示DDR是ICB的一个Potential Marker，在转移性尿路上皮癌（mUC）患者中，DDR基因的改变与接受PD-1/ PD-L1免疫治疗疗效增加有关，最高有效率可达80%。

DDR基因介绍

我们知道DNA是生物遗传信息的主要载体，其稳定性对于维持生物的机体健康具有至关重要的意义。在细胞的生命过程中，许多内源性因素如碱基的氧化、脱胺和外源性因素如紫外线、电离辐射、致癌化合物等都会导致DNA损伤。这时候机体就会启动DNA损伤修复机制，根据修复的途径，可将DNA损伤修复划分为DNA双链损伤修复[包括非同源重组末端链接（NHEJ）和同源重组（HR）两个修复途径及其他修复途径]、碱基切除修复（BER）、核苷酸切除修复（NER）、错配修复（MMR）等途径，DNA损伤修复基因（DDR）在DNA损伤修复机制中就起到很重要的作用。

DNA的修复途径

其实，细心的读者会发现，我们常说的HRD（同源重组缺陷），dMMR（错配修复缺陷）只是DDR（DNA损伤修复）缺陷的一种形式。尤其在泌尿系统肿瘤中，dMMR发生频率较低，DDR缺陷发生率却很高，其主要形式是DSB（DNA双链损伤）修复机制缺陷。人类在2001年就已经发现超过125种DDR基因。

此图主要显示DNA修复通路中的主要传感器、信号和效应蛋白。DSB（双链断裂）修复的路径在蓝色阴影区域（左半边），常见HR基因;SSB（单链断裂）修复的路径在红色阴影区域（右半边），常见MMR基因。其中，药物研发的主要目标是红色标记的！

下面我们看看DDR与ICB研究关系

研究背景

近期PD-1/ PD-L1抑制剂（FDA批准的五种）不断被批准用于转移性尿路上皮癌（metastatic Urothelial Carcinoma，mUC），尽管有效患者可获得持久疗效，但整体有效率相对较低，仅有15%~24%，mUC仍缺少ICB疗效的有效生物标志物。

转移性尿路上皮癌（mUC）是一种比较特殊的癌种，首先，PD-L1的表达量并不适合作为mUC对ICB响应的一个Biomarker，其次，在用atezolizumab治（阿特珠单抗）治疗尿路上皮癌的研究中，可以发现TMB-H与UC的ORR增加相关，但是，并不是THB-H就一定保证有响应，TMB-L就一定排除没有响应，所以TMB可能在UC中，可能也不是一种很好的Biomarker。

尿路上皮癌通常多伴有复杂的基因改变，如体细胞基因水平的DDR缺陷。DDR基因突变导致TMB-H、肿瘤浸润淋巴细胞增加、对含铂方案化疗的疗效提高（晚期膀胱癌/尿路上皮癌生存期延长）。因此，DDR突变可能与PD-1/ PD-L1抑制剂治疗mUC的疗效相关。

研究方法

MSKCC对60例参与PD-1/PD-L1抗体治疗的尿路上皮癌患者进行前瞻性试验，此项研究采用了FDA批准的MSK-IMPACT平台检测，检测使用该平台三个版本中的一种版本进行检测分析（由于研究时间关系，2014.04-2016.12，一共使用了三个版本，一个是341基因，包含全外显子和内含子；一个是410基因全外显子+内含子；另一个是最新的468基因全外显子+内含子），检测免疫治疗前样本的目标区域全外显子（内含子）。

MSKCC研究的流程图

虽然研究版本不同，基因数目不一样，但是三个版本都包含34个DDR相关基因（34个基因来源于PubMed检所/NCBI数据库/生物系统数据库），造成功能缺失改变定义为有害突变，如缺失、无义突变、移码突变、剪接突变。对于错义突变的有害性推定，主要是基于COSMIC数据库里体细胞突变注释，算法确定的高频热点突变以及OncoKB数据库的突变成瘤性注释。在以前的工作基础上，保守解旋酶结构域内或附近的ERCC2突变被认为是有害的。然后分析DDR突变与客观缓解率（ORR）、PFS和OS间的关系。

34个DDR基因panel具体信息

研究结果

60例患者中，确定DDR基因有害突变/可能有害突变的患者有28例（47%），其中DDR基因有害突变为13例（22%），DDR基因可能有害突变的占15例（25%）。

携带DDR突变的患者（28例），有效率为67.9%，无DDR突变（32例）的患者，有效率为18.8%（P<.001）。更进一步区分，携带有明确致病性DDR突变的患者（13例），有效率为80%；携带怀疑致病性DDR突变的患者（15例），有效率为54%；无DDR突变的患者（32例），有效率为19%，差异显著（P<.001）。

中位随访19.6个月（记录在案40例，死亡34例），整组患者中位PFS和OS分别为4.5个月和15.8个月。有害DDR突变中位PFS未达到，12个月时PFS率56.6%。对DDR突变意义未知和无DDR突变患者中位PFS分别为15.7个月和2.9个月。有害DDR突变较无DDR突变PFS显著改善（HR，0.20，P＜0.01），但是DDR突变意义未知患者PFS有改善趋势（HR，0.44，P=0.062）。有害DDR突变中位OS未达到，12个月时OS率71.5%。DDR突变意义未知和DDR无突变患者中位OS分别为23.0个月和 9.3个月。

DDR哪些基因是高发突变？

整体上，在28例（46.7% or 47%）患者中共发现77种DDR基因突变，在15例（25%）患者中发现27种有害DDR突变。最常见DDR基因突变为ATM (n = 7)， POLE (n = 3)，BRCA2、ERCC2、FANCA和MSH6均为2例。致病性胚系DDR基因突变2例（1例为MSH2，1例为CHEK2 和BRCA1）。27种有害DDR突变包括基因双链断裂检测（n=8）或修复（n=7），错配修复（MMR，n=5）、核苷切除修复（n=3）。

A：所有DDR突变基因；B，DDR基因有害突变。DSB: double strand break; MMR: mismatch repair; NER: nucleotide excision repair。

研究中的DDR基因突变具体位点信息

DDR与TMB的关系

通过下图标记的红框可见，DDR的突变状态与TMB显著相关，DDR基因有害突变的TMB中位值在19.4；DDR基因可能有害突变的TMB中位值在10.2；DDR基因没有突变的TMB中位值仅在5.72。

通过红框可见，DDR的突变状态与TMB显著相关，DDR基因有害突变的TMB中位值在19.4；DDR基因可能有害突变的TMB中位值在10.2；DDR基因没有突变的TMB中位值仅在5.72。

DDR的突变状态与TMB相关

DDR基因突变可能导致肿瘤突变负荷增加、肿瘤淋巴细胞浸润增加、对PD-1/PD-L1反应性提高、尿路上皮癌生存期延长。因此，识别尿路上皮癌患者中存在DDR缺陷相关基因突变对于治疗具有较强的指导作用。

本次MSKCC对于DDR的研究提出了几点局限性的观点，有利于理性看待DDR基因突变与ICB疗效的关系：

第一，这是一项回顾性分析前瞻性的数据，所选患者预后良好加上延长随访，这可能是观察到ORR更高的原因；

第二，MSK-IMPACT的方法不能全部检测已知所有的DDR基因，其他的低频率DDR基因也可能有助于改善临床反应；

第三，很多错义突变不影响蛋白功能，可能造成DDR突变状态与疗效间关系的偏移；

第四，DDR突变状态不同导致功能改变存在异质性，需要个体化的分析；

第五，这项单中心的研究，是MSKCC对于参加MSK-IMPACT肿瘤测序研究的患者进行研究的，而不是所有全部参与PD-1/PD-L1治疗的患者，可能会产生选择性偏差。

DDR延伸：DDR与铂类化疗

2015年，E.R. Plimack研究结果显示：DDR相关基因（ATM，RB1和FANCC）改变的膀胱癌患者，接受术前新辅助化疗（AMVAC／DDGC）能够获得更高的疾病缓解率、PFS以及OS。上述三种基因至少任一发生突变对于新辅助化疗疗效预测敏感性为100%，特异性为87%。

在AMVAC患者中，ATM/RB1/FANCC基因突变能够预示更好的PFS（p=0.0085）以及更好的OS（p=0.007）；在验证集中也有能够改善PFS（p=0.01018）和OS（p=0.0545）的倾向。

ATM/RB1/FANCC基因突变能够预示更好的PFS和OS

2017年，Jonathan E. Rosenberg研究结果显示：DDR基因状态与接受铂类治疗的尿路上皮癌患者的PFS和OS相关。

在PFS方面，DDR体细胞突变（DDRalt）组的中位PFS为9.3个月，显著长于DDR野生型（DDRwt）组的中位PFS的6个月；

在OS方面，DDR体细胞突变（DDRalt）组的中位OS为23.7个月，显著性长于野生型（DDRwt）组的中位OS的13个月。

A：PFS关系，DDR体细胞突变（DDRalt）组的中位PFS为9.3个月，显著长于DDR野生型（DDRwt）组的中位PFS的6个月；B：OS关系，DDR体细胞突变（DDRalt）组的中位OS为23.7个月，显著性长于DDR野生型（DDRwt）组的中位OS的13个月。