- 著者: Thomas Powles, Zoe June Assaf, Nicole Davarpanah, Romain Banchereau, Bernadett E. Szabados, Kobe C. Yuen, Petros Grivas, Maha Hussain, Stephane Oudard, Jürgen E. Gschwend, Peter Albers, Daniel Castellano, Hiroyuki Nishiyama, Siamak Daneshmand, Shruti Sharma, Bernhard G. Zimmermann, Himanshu Sethi, Alexey Aleshin, Maurizio Perdicchio, Jingbin Zhang, David S. Shames, Viraj Degaonkar, Xiaodong Shen, Corey Carter, Carlos Bais, Joaquim Bellmunt, Sanjeev Mariathasan
- Corresponding author: Thomas Powles (thomas.powles1@nhs.net, Barts Cancer Institute, Queen Mary University of London, London EC1M 6BQ, UK) and Sanjeev Mariathasan (Genentech, South San Francisco, CA, USA)
- 雑誌: Nature
- 発行年: 2021
- Epub日: 2021-06-16
- Article種別: Original Article
- PMID: 34135506
背景
高リスク筋層浸潤性尿路上皮癌 (muscle-invasive urothelial carcinoma; MIUC) は根治的切除 (radical cystectomy) 後も再発率が 30-50% と高く、再発時まで有効な補助療法を受けられない患者が多い。一方、術後に根治を達成した患者は補助療法による不要な毒性 (immune-related adverse events; irAE) にさらされる。先行研究 (Powles et al. Lancet 2017 = PMID 27939400 の atezolizumab 1L cisplatin-ineligible、Rosenberg et al. Lancet 2016 = Lancet 2016 の atezolizumab platinum-refractory、Mariathasan et al. Nature 2018 = Nature 2018 の TGFβ-PD-L1 axis、Reinert et al. JAMA-Oncology 2019 の colorectal MRD ctDNA、Abbosh et al. Nature 2017 = Nature 2017 の NSCLC phylogenetic ctDNA) は ctDNA-based minimal residual disease (MRD) 検出が術後早期に高リスク患者を同定する有望な方法であることを示してきたが、ランダム化試験において ctDNA MRD が補助免疫療法の治療選択を guide できるかは未検証であった。IMvigor010 (NCT02450331) は atezolizumab (抗 PD-L1 抗体) vs 経過観察を比較したランダム化フェーズ III 補助療法試験で、intention-to-treat (ITT) 集団 (n=809) では主要エンドポイントの disease-free survival (DFS) 改善が示されなかった (HR 0.89、95% CI 0.74-1.08、p=0.24)。この設定は ctDNA が治療選択を導けるか検証する理想的な試験であり、(1) ctDNA MRD が術後高リスク患者をどの程度同定可能か、(2) ctDNA 陽性サブグループで atezolizumab が DFS/OS を改善するか、(3) ctDNA 陰性患者では治療効果がないか、(4) ctDNA クリアランス率がドラッグ効果の薬力学的バイオマーカーになるか、を体系的に問うた研究は本論文まで存在しなかった。具体的には、(i) tumor-informed ctDNA assay の prospective RCT-level analytic validation が足りなかった、(ii) MRD-defined enriched population で treatment effect を rescue する trial design は提示されていなかった、(iii) ctDNA clearance を pharmacodynamic biomarker として使う surrogate framework が欠落していた。ctDNA テストは組織生検の限界 (アクセス性、アーカイブ検体使用、腫瘍不均一性) を克服できる。
目的
IMvigor010 試験において (1) ctDNA MRD が術後高リスク患者を同定できるか、(2) ctDNA 陽性患者で atezolizumab 補助療法が DFS・OS を改善するか、(3) ctDNA 陰性患者では治療効果が消失するか、(4) C3D1 (6 週後) の ctDNA クリアランス率が atezolizumab vs 経過観察で差を示すか、(5) ctDNA クリアランスが DFS と相関するか、(6) ctDNA 陽性腫瘍の転写プロファイル (RNA-seq) で治療抵抗性予測 biomarker (TGFβ、血管新生シグネチャー、basal/squamous subtype) を同定可能か、(7) ABACUS neoadjuvant 試験で ctDNA dynamics の cross-validation が可能か、を評価することを目的とした。
結果
所見1 — C1D1 で ctDNA 陽性 37% (214/581)、ctDNA 陽性は強い予後不良マーカー (DFS HR 6.3、OS HR 8.0、p<0.0001): BEP 581 名のうち C1D1 で ctDNA 陽性は 37% (214/581)、陰性は 63% (367/581) (Fig 1a)。ctDNA 陽性患者は経過観察 arm で著しく不良な予後を示し、DFS HR 6.3 (95% CI 4.45-8.92、p<0.0001、Fig 1b)、OS HR 8.0 (95% CI 4.92-12.99、p<0.0001、Fig 1c、n=214 陽性 vs 367 陰性) と圧倒的な分離を示した。ctDNA 陰性患者の中央値 DFS は未到達 (median not reached)、陽性患者は median DFS 5.9 月、median OS 15.8 月。これは ctDNA MRD が術後再発リスクの強力な predictor であることを示す。
所見2 — ctDNA 陽性患者で atezolizumab vs 経過観察で DFS HR 0.58・OS HR 0.59 の有意改善 (predictive biomarker としての価値): ctDNA 陽性 sub-population (n=214) で atezolizumab vs 経過観察を比較すると、DFS HR 0.58 (95% CI 0.43-0.79、p=0.0024、Fig 2a)、中央値 DFS 5.9 月 (atezolizumab) vs 4.4 月 (経過観察、約 1.3-fold 改善)。OS HR 0.59 (95% CI 0.41-0.86、Fig 2b)、中央値 OS 25.8 月 (atezolizumab) vs 15.8 月 (経過観察、約 1.6-fold 改善、約 10 か月 absolute gain、両 arm 比較 stratified Cox model 解析)。一方、ctDNA 陰性患者 (n=367) では両 arm 間に DFS 差なし (HR 1.14、95% CI 0.81-1.62、Fig 2c)、OS 差なし (HR 1.31、Fig 2d) という対照的結果で、atezolizumab の効果が ctDNA 陽性集団に限定されることが明確に示された。これは ITT 集団で primary endpoint を満たさなかった IMvigor010 trial において、ctDNA-defined enriched population で treatment effect を rescue した novel な発見である。
所見3 — C3D1 (6 週後) の ctDNA クリアランス率が atezolizumab arm 18.2% vs 経過観察 3.8% (p=0.0204、~5-fold 差)、クリアランス達成は DFS 良好 (HR 0.26): C3D1 (初回投与 6 週後) で再採血した 485 名のうち 186 名 (38.4%) が ctDNA 陽性。ctDNA 陽性 → 陰性クリアランス率は atezolizumab arm 18.2% (18/99) vs 経過観察 arm 3.8% (3/79、p=0.0204、Fig 3a)、約 5-fold 差で atezolizumab が分子生物学的レベルで腫瘍負荷を低下させることを示した。クリアランス達成患者は ctDNA 陽性持続患者より DFS が良好 (HR 0.26、95% CI 0.12-0.56、p=0.0014、Fig 3b、n=21 クリアランス vs 165 持続)。連続 ctDNA 測定では atezolizumab arm で 44.4% vs 経過観察 arm 19.0% で ctDNA 低下 (約 2.3-fold 差、Fig 3c) し、ctDNA 低下が良好予後と関連した。
所見4 — ABACUS neoadjuvant trial の cross-validation: baseline ctDNA 陽性 62.5%、術後クリアランス 18%: ABACUS 試験 (NCT02451423、neoadjuvant atezolizumab MIUC) の探索的解析では 40 名中 25 名 (62.5%) がベースライン ctDNA 陽性 (Fig 4a)、atezolizumab に反応した患者で術後 ctDNA が低下し、クリアランス率は 17 名中 3 名 (18%、IMvigor010 の C3D1 と類似値) であった。これは IMvigor010 で観察された ctDNA dynamics が neoadjuvant setting にも transferable であることを cross-validation する所見である。
所見5 — 転写解析で ctDNA 陽性かつ再発患者で TGFβ + 血管新生シグネチャー亢進 (治療抵抗性 biomarker): RNA-seq + GSEA 解析では、ctDNA 陽性腫瘍では細胞周期・ケラチン遺伝子の発現が亢進 (より悪性表現型、Fig 5a、cell cycle signature ~2-fold up)。ctDNA 陽性かつ atezolizumab 非再発患者では IFN 誘導遺伝子 (IFN signature) が亢進 (~2-fold)、対して ctDNA 陽性かつ再発患者では血管新生シグネチャー (angiogenesis signature) と TGFβ F-TBRS (fibroblast-TGFβ response signature、Mariathasan et al. Nature 2018 = PMID 29443960 で確立) シグネチャーが亢進 (Fig 5b、約 2-3-fold up、Spearman correlation r ~0.5、p<0.01)。TMB・PD-L1 は ITT 集団では予測因子にならなかったが、ctDNA 陽性サブグループ内では有効性との関連が示され、TCGA basal/squamous サブタイプは ctDNA 陽性患者内で atezolizumab の有効性が高い傾向 (DFS HR ~0.4、n=~50 該当患者) を示した。これらは ctDNA-guided biomarker stratification と分子サブタイプ・転写プロファイルを統合した次世代の precision adjuvant immunotherapy 戦略の基盤となる所見である。
考察/結論
本研究は ランダム化試験において初めて ctDNA が補助免疫療法の治療選択を導けることを示した画期的なエビデンスである。これまでの先行研究 (Reinert et al. JAMA-Oncology 2019 の colorectal MRD ctDNA、Abbosh et al. Nature 2017 = Nature 2017 の NSCLC phylogenetic ctDNA、Bratman et al. NatCancer 2020 = NatCancer 2020 の advanced cancer ctDNA prognostic value) が ctDNA の prognostic value を観察研究レベルで示してきたのと異なり、本研究は phase III RCT 内の prospective biomarker analysis で predictive value を立証した点で対照的である。ITT 集団では効果がなかった atezolizumab が、ctDNA 陽性という高リスクサブグループ (37%) では有意な DFS・OS 改善 (HR 0.58/0.59) をもたらし、ctDNA 陰性患者 (63%) には効果がなかった (HR 1.14/1.31) ことは、個別化補助療法の可能性を明確に示している。これは「ITT で negative 試験を ctDNA-defined sub-population で rescue する」という novel な biomarker-driven trial design の prototype となった。ctDNA クリアランスは atezolizumab の生物学的効果の代替指標 (surrogate endpoint) となり得る (~5-fold 高いクリアランス率、HR 0.26 で DFS 改善)。組織転写解析との統合により、MRD 陽性患者での TGFβ・血管新生経路の活性化が免疫療法抵抗性に関与することが示唆された (本研究で初めて RCT 内 MRD 陽性集団で示された分子病理 — 新規な発見)。臨床応用の観点では、(1) ctDNA-guided adjuvant immunotherapy が MIUC 標準治療となる可能性 (現行ガイドラインに直接影響)、(2) ctDNA 陰性患者への過剰治療回避による medical-economic benefit と irAE 減少、(3) bench-to-bedside での次世代試験 (CheckMate 274 nivolumab adjuvant、IMvigor011 atezolizumab ctDNA-positive-only) の設計根拠、(4) TGFβ-targeted agents (galunisertib、bintrafusp alfa) や anti-angiogenic agents (cabozantinib) との triple combination による resistance 克服、(5) basal/squamous subtype に特化した biomarker-guided trial、(6) circulating tumor cells (CTCs) との multi-analyte liquid biopsy への展開、が bench-to-bedside で展開可能。先行研究 (EB Virus DNA、メチル化 ctDNA) と合わせて補助療法設定での ctDNA 予後価値が確立されつつある。残された課題として、(1) 逐次モニタリング (surveillance) の有用性 (NCT04660344 等の prospective trial)、(2) 他臓器癌での検証 (colorectal IMvigor011、lung、breast)、(3) MRD 陽性患者での therapy intensification 戦略 (atezolizumab + chemo、atezolizumab + bevacizumab) の必要性、(4) ctDNA 陰性患者の de-escalation strategy の安全性検証、(5) MRD 陽性かつ TGFβ/angiogenesis high 患者への targeted combination therapy の前向き試験、(6) ctDNA clearance を primary endpoint とした surrogate-validated trial design (E1219、ZENITH のような future trials)、(7) ABACUS neoadjuvant + IMvigor010 adjuvant の neoadjuvant-adjuvant 統合戦略、今後の検討課題である。この知見が他がん腫でも確認されれば、術後管理の根本的パラダイムシフトをもたらすと期待され、precision adjuvant therapy の new era を開く契機となる研究である。
方法
試験設計: IMvigor010 (NCT02450331、open-label randomized phase III) — 高リスク MIUC 患者を radical cystectomy 後に atezolizumab 1200 mg q3w × 16 cycles または経過観察 (1:1) にランダム化、n=809 ITT、主要 endpoint DFS。ctDNA Biomarker Evaluable Population (BEP): ITT 集団 809 名のうち血漿サンプルと腫瘍/正常 matched WES データが利用可能な 581 名 (72%) を解析対象とし、prospective stratified analysis として事前定義。Natera Signatera assay (tumor-informed): 各患者の腫瘍と末梢血 (正常) の whole-exome sequencing (腫瘍 180× coverage、正常 50× coverage) で同定した上位 16 の clonal somatic mutations (driver + passenger 含む) をベースに multiplex PCR assay を設計。2 以上の variant が血漿中で検出された場合を ctDNA 陽性と定義 (specificity >99.8%、Signatera analytic validation per Reinert et al. 2019)。サンプル採取時点: Cycle 1 Day 1 (C1D1、手術後 median 79 日、treatment baseline) と Cycle 3 Day 1 (C3D1、初回投与 6 週後)。主要解析: (i) ctDNA 陽性患者での atezolizumab vs 経過観察の DFS・OS 比較 (Cox proportional hazards、stratified by trial randomization factors)、(ii) ctDNA 陽性の DFS 予後的意義 (経過観察 arm 内)、(iii) C3D1 での ctDNA クリアランス率比較 (Fisher’s exact test)、(iv) クリアランス患者 vs 持続陽性患者の DFS。ABACUS 試験 (NCT02451423) cross-validation: neoadjuvant atezolizumab MIUC trial の 40 名で baseline + post-treatment ctDNA を解析。転写プロファイリング: RNA-seq (Illumina HiSeq, Genentech) で腫瘍 transcriptome を取得、gene set enrichment analysis (GSEA、Subramanian et al. PNAS 2005 = PNAS 2005) で IFN/cell cycle/keratin/TGFβ F-TBRS signature/angiogenesis signature/basal-squamous subtype を評価。統計: 生存解析 Kaplan-Meier + log-rank、HR は stratified Cox model、有意水準 P<0.05。