- 著者: Shirasawa M, Yoshida T, Shimoda Y, Takayanagi D, Shiraishi K, Kubo T, Mitani S, Matsumoto Y, Masuda K, Shinno Y, Okuma Y, Goto Y, Horinouchi H, Ichikawa H, Kohno T, Yamamoto N, Matsumoto S, Goto K, Watanabe S, Ohe Y, Motoi N
- Corresponding author: Tatsuya Yoshida, MD, PhD (Department of Thoracic Oncology, National Cancer Center Hospital, Tokyo, Japan)
- 雑誌: Journal of Thoracic Oncology
- 発行年: 2021
- Epub日: 2021-08-20
- Article種別: Original Article (Retrospective biomarker study)
- PMID: 34419685
背景
抗PD-1/PD-L1抗体 (nivolumab、pembrolizumab、atezolizumab) はT細胞のreinvigorationを通じて進行NSCLCの生存改善を達成しているが、これまでの研究では、腫瘍細胞 (TC; tumor cells) のPD-L1発現は予測バイオマーカーとして用いられているものの、その予測精度には限界があった。KEYNOTE-024 (Reck et al. NEnglJMed 2016) でPD-L1強陽性 (TPS [tumor proportion score] ≥50%) NSCLCにpembrolizumabが化学療法より有意に有効だったが、奏効率は44.8%にとどまり、半数以上の高PD-L1患者は奏効しないという未解明の重要課題があった。
これまでの研究では、tumor mutational burden (TMB) は腫瘍免疫原性 (neoantigen数増加) と関連する予測因子としてメラノーマ・NSCLC・尿路上皮癌等で報告され、FDAは TMB-high (≥10 mutations per megabase [mut/Mb]) 腫瘍に対するpembrolizumab適応を承認している。さらにTMBとPD-L1発現は独立予測因子であり、両者の組み合わせがICB効果をより富化することが先行研究で示されている。
これまでの研究 (earlier work) ではCD8陽性tumor-infiltrating lymphocyte (TIL) の腫瘍微小環境 (tumor microenvironment; TME) 内存在もICB効果の予測因子としてメラノーマ・NSCLCで報告されている (Tumeh et al. Nature 2014 Rooney et al. Cell 2015)。Teng 2015 (これまでの研究) はTIL状態とPD-L1発現に基づくTME 4分類を提唱しており、Type I (PD-L1陽性 + TIL = adaptive immune resistance)、Type II (PD-L1陰性 + TIL欠如 = immune ignorance)、Type III (PD-L1陽性 + TIL欠如 = intrinsic induction)、Type IV (PD-L1陰性 + TIL = 他の suppressor関与) と特徴づけている。
しかし、これまでの研究では、何が足りなかったかは「NSCLCにおいて TME 4分類が anti-PD-1/PD-L1療法の有効性に与える影響を直接評価した研究の不在」と「PD-L1単独 vs TIL単独 vs 両者組み合わせの予測精度を直接比較するデータの欠如」であった。本研究はこのギャップを埋め、NSCLC 228例の大規模実臨床コホートで TME 4分類の予測能を検証した。
目的
進行NSCLC患者で抗PD-1/PD-L1療法を受けた228例を対象に、(1) TPSベースのPD-L1発現とCD8陽性TIL密度を組み合わせたTME 4分類 (Type I-IV) の各群でのobjective response rate (ORR)・progression-free survival (PFS)・overall survival (OS) を評価、(2) PD-L1単独 vs CD8 TIL単独 vs TME分類の予測精度を比較、(3) NGSによる変異プロファイル (TP53・KRAS・TMB) とTME 4分類の関連を解析することを目的とした。
結果
患者背景 (Table 1)：n=228、median年齢65歳 (range 30-87)、男性68% (155例)、never smoker 14% (32例)、squamous histology 19% (43例)、PD-L1 <1% 32% (73例)・1-49% 20% (45例)・≥50% 48% (110例)。投与: nivolumab 107例・pembrolizumab 102例・atezolizumab 19例、median treatment line 2L (range 1L-7L)、ECOG PS 0/1が90%。
全体有効性 (Supplementary Fig. 2): 全体ORR 36.6% (95% CI 30.3-43.3%)、mPFS 5.5ヶ月 (95% CI 3.7-7.3)、mOS 16.8ヶ月 (95% CI 10.7-22.9)。Median追跡期間14ヶ月の時点、対象がplatinum-pretreated NSCLCの実臨床コホート (driver mutation陰性集団) を反映する標準的成績となった。Tissue assessmentで Type IとIVのCD8 TIL中央値はそれぞれ305/mm²と213/mm²、Type II/III は10/mm²と30/mm²と大きく異なり、TIL densityがTME 4分類の生物学的に有意義な軸であることを支持する基礎データを提供した。
PD-L1単独—High vs Low で有意差 (Fig. 2A、Fig. 2D)：PD-L1High (TPS ≥50%) ORR 50.5% vs PD-L1Low ORR 22.9% (P<0.001)、PD-L1High mPFS 8.1ヶ月 (95% CI 5.7-13.9) vs PD-L1Low mPFS 3.6ヶ月 (95% CI 2.4-5.1、P<0.001)。PD-L1強発現が標準予測因子として機能することを再確認したが、PD-L1High でも約50%は非奏効。
CD8 TIL密度—Responders vs Non-respondersで4倍差 (Fig. 2B、Fig. 2C、Fig. 2E)：median CD8 TIL密度90/mm² (range 0-2,450)。Respondersのmedian TIL密度200 ± 308/mm² vs Non-respondersの40 ± 403/mm² (P<0.001、約5倍差)。ROC cutoff 85/mm²: TILHigh (n=121) vs TILLow (n=107) でORR 55% vs 17% (P<0.001、3.2倍差)、mPFS 9.8ヶ月 (95% CI 8.5-14.9) vs 2.4ヶ月 (95% CI 2.0-2.8、P<0.001、4倍差)。多変量Cox解析でCD8 TIL高密度は独立した有意な予測因子 (Supplementary Table 2)。
主要知見—TME 4分類でORR・PFSが顕著に層別化 (Fig. 3A-C、Table 1)：4分類別の成績は、Type I (PD-L1High/TILHigh、n=73) で最良: ORR 64% vs mPFS 14.5ヶ月 (95% CI 8.3-NA)、Type II (PD-L1Low/TILLow、n=70) で最悪: ORR 12% vs mPFS 2.1ヶ月、Type III (PD-L1High/TILLow、n=37): ORR 24% vs mPFS 3.6ヶ月 (95% CI 2.3-4.9、P<0.001 vs Type I)、Type IV (PD-L1Low/TILHigh、n=48): ORR 41% vs mPFS 10.8ヶ月。PD-L1High集団内でType I vs Type III のORR (p<0.001) と PFS (p<0.001) が有意差、すなわちPD-L1高発現でもTIL低なら奏効率が64%→24%に低下 (約2.7倍差)。PD-L1Low集団内でもType IV vs Type II のORR (41% vs 12%、約3.4倍差)・PFS (10.8 vs 2.1ヶ月、約5倍差) が顕著で、PD-L1低発現でもTILが高ければICB効果が期待できることを示した。
変異プロファイル—TP53とKRASがTME分類に関連 (Fig. 4)：NGS評価可能例での解析で、TP53変異は71%に検出、KRAS変異は21%、median TMB 7.8 ± 10.3 mut/Mb。TP53変異がCD8 TIL密度と有意に関連 (TP53変異群でTIL密度が高い、p<0.05)、KRAS変異がPD-L1発現と有意に関連 (KRAS変異群でPD-L1高発現が多い、p<0.05) という遺伝子変異-TME関連を確認。TMB はPD-L1/TIL分類と独立した予測因子として機能。
考察/結論
本研究は、National Cancer Center Hospitalで治療された進行NSCLC 228例の大規模実臨床コホートを用い、PD-L1発現 (22C3 TPS) とCD8 TIL密度 (≥85/mm² cutoff) の組み合わせによるTME 4分類が抗PD-1/PD-L1療法の有効性を顕著に層別化することを実証した: Type I (PD-L1High/TILHigh) ORR 64%・mPFS 14.5ヶ月、Type II (PD-L1Low/TILLow) ORR 12%・mPFS 2.1ヶ月、Type III (PD-L1High/TILLow) ORR 24%・mPFS 3.6ヶ月、Type IV (PD-L1Low/TILHigh) ORR 41%・mPFS 10.8ヶ月。NSCLCでこれら4 TME typeの予測能を直接検証した初の大規模解析である。
これまでの研究との違いとして、Teng 2015の先行研究 (これまでの研究) はメラノーマ中心にTME 4分類の概念を提唱したが、NSCLCでの体系的検証は限定的だった (これとは異なる本研究の対象拡大)。KEYNOTE-024 (Reck et al. NEnglJMed 2016) はPD-L1 TPS≥50%のpembrolizumab効果を確認したがTIL情報なしで予測されており、本研究の Type I vs Type III の分離 (ORR 64% vs 24%) はPD-L1 TPSだけでは捉えきれない異質性を示す。Tumeh 2014・Rooney 2015 (これまでの研究) のメラノーマでのCD8 TIL重要性をNSCLCに拡張し、KRAS変異がPD-L1発現を、TP53変異がTILを駆動するという遺伝子-TME関連を提示した点は新規貢献である。新規な知見として本研究で初めて (1) NSCLCにおける TME 4 type分類の前向き予測能を提示、(2) Type III (PD-L1 high yet TIL low) が ICB 効果不良群として明確に分離されることを実証、(3) Type IV (PD-L1 low but TIL high) が ICB 効果良好群として再分類可能であることを示した。
臨床応用として、(1) ICB適応決定にPD-L1 22C3 + CD8 TIL IHCの二重評価を導入することで、ICBから恩恵を受ける Type I + IV (約53%) と効果不良な Type II + III (約47%) を識別可能、(2) Type III症例 (PD-L1High/TILLow、約16%) は化学療法併用や ICI+ICI combo (anti-CTLA4併用) を優先検討すべき可能性、(3) Type II症例 (PD-L1Low/TILLow、約31%) は化学療法基盤レジメンを軸とすべき、(4) KRAS変異はPD-L1発現と相関するため KRAS陽性集団は ICB良好応答群として優先的に検討、というbench-to-bedsideの臨床的意義を持つ。
残された課題とlimitationとして、(1) 後ろ向き・単施設デザインの限界 (selection bias、treatment heterogeneity)、(2) 抗PD-1/PD-L1単剤と化学療法併用例の混在による効果評価の希釈、(3) CD8 TIL density 85/mm² cutoffの再現性検証が他コホートで必須、(4) TIL評価の半定量的方法 (hot spot 2箇所、IHC) の標準化、(5) TMBとTME 4分類の組み合わせによる5次元予測モデルの検討、(6) 他の免疫抑制細胞 (FoxP3+ Treg、M2 macrophage、MDSC) の同時評価、(7) brain metastases患者の組み入れによる外挿可能性、(8) 治療効果延長 (long-term responder) との関連検証、が今後の検討課題である。今後の研究としては、多施設前向きTME 4分類検証Phase 3 trial、CD8 TIL定量のAI/digital pathology標準化、TP53/KRAS変異層別化ICB試験、neoantigen-specific CD8 T cell receptor profiling、が必要である (Reck et al. NEnglJMed 2016、Tumeh et al. Nature 2014)。
方法
試験デザイン: 後ろ向き観察研究 (National Cancer Center Hospital、Tokyo、Japan、2015年4月-2019年4月、Ethics Committee承認 2018-264)。
対象: 抗PD-1/PD-L1抗体 (nivolumab・pembrolizumab・atezolizumab) を投与された進行NSCLC、PD-L1発現とCD8陽性TIL評価可能な腫瘍検体あり。除外: EGFR mutation (n=57)・ALK rearrangement (n=2)・ROS1 rearrangement (n=1)・RET rearrangement (n=2) — driver-positive患者を除外。519例中290例にPD-L1・TIL評価可能、driver陽性62例除外後n=228が主解析対象。Median追跡14ヶ月。
TME 4分類定義: PD-L1 (clone: 22C3 [Dako Autostainer Link 48 platform]) IHCでTPS評価、ROC解析でCD8 TIL cutoff 85/mm² (感度0.62、特異度0.78、AUC 0.722) を決定。PD-L1High (TPS ≥50%) vs PD-L1Low (<50%)、TILHigh (≥85/mm²) vs TILLow (<85/mm²) の組み合わせで4分類: Type I (PD-L1High/TILHigh)、Type II (PD-L1Low/TILLow)、Type III (PD-L1High/TILLow)、Type IV (PD-L1Low/TILHigh)。TIL評価は2名 (病理医含む) が腫瘍領域内のhot spot 2箇所 (0.1 mm²/箇所、NanoZoomer 2.0-HT Whole Slide Imager、Hamamatsu、×40 resolution) でカウント。
NGS解析: NCC OncoPanel v4 (114癌関連遺伝子) でDNA抽出、平均カバレッジ792× (最低365×)、cisCall v7.1.7で base substitution・短indel・CNA・gene fusion検出。TMB=somatic mutation/Mb (ターゲット領域1.38 Mbで除算、TMB-high cutoff 10 mut/Mb)。
統計: カテゴリ変数比較にFisher正確検定、生存解析はKaplan-Meier法・log-rank検定、相関にSpearman rank検定、Holm多重比較補正、Cox proportional hazards model (uni/multivariate)。Statistical analysisはSPSS v26 (IBM) とGraphPad Prism 8。
評価: 主要=ORR・mPFS、副次=mOS。RECIST v1.1で奏効評価、Respondersは部分奏効 (PR) または完全奏効 (CR)。