恶性肿瘤免疫治疗领域中最为关键的问题在于：是否有相应的生物学标记物能够准确地预测免疫治疗药物带来的获益，并指导肿瘤科医师来筛选适合免疫治疗的患者。在黑色素瘤及非小细胞肺癌方面，多项研究结果提示了三大主要的免疫治疗“适应证”：

 

（1）若患者存在T细胞浸润以及表达“炎症”相关基因，则此类患者适合免疫检查点抑制治疗；

 

（2）若病理检查显示患者缺乏T细胞及炎症浸润并且存在非炎性“冷”基因的表达，则此类患者适合过继细胞治疗；

 

（3）若患者虽然存在T细胞以及其它免疫细胞，但仅仅存在于肿瘤外周及基质组织而肿瘤内部并不出现时，则患者适合抗血管生成治疗。

 

此外，对于癌细胞周围有丰富的免疫细胞的“热肿瘤”而言，其T细胞浸润较明显，PD-1常为高表达，PD-1/PD-L1抑制剂多具有较好的治疗反应，其疗效与治疗前激活的免疫反应存在相关性。而对于缺乏免疫细胞浸润的“冷肿瘤”而言，过继细胞治疗可能是比较好的治疗选择；对于存在T细胞但尚未浸润至肿瘤内部的患者而言，比较适合应用抗血管生成剂或其它促T细胞迁移药物的治疗。

 

 

PD-L1是PD-1分子在T细胞上极其重要的配体，它在肿瘤细胞中的过表达可能是其对T细胞浸润肿瘤的一种适应性耐药的方式。目前，有许多研究旨在评估肿瘤细胞和（或）免疫细胞上PD-L1的表达水平与PD-1/PD-L1抑制治疗的临床疗效之间的相关性。尽管大部分研究认为：肿瘤细胞膜上PD-L1的表达水平越高，则其进行PD-1/PD-L1抑制治疗的临床疗效越佳。但是很明确的一点就是：PD-L1阴性的患者仍然会从PD-1/PD-L1抑制治疗中获益。所以这在一定程度上削弱了PD-L1作为一种生物标记物来筛选适合PD-1/PD-L1抑制治疗患者的作用，因此，研究者无法仅根据PD-L1表达水平来确定其患者是否应当接受免疫治疗。

 

PD-L1对于某些类型的肿瘤而言是极为重要的生物标记物，它目前已被作为非小细胞肺癌（NSCLC）允许应用Pembrolizumab进行治疗的生物标记物。当前有3种不同的抗体可常规性地应用于PD-L1的免疫组化检测，最为常用的分别为：Ventana SP263， Dako 22C3， 和Dako 28-8抗体。对于黑色素瘤及NSCLC患者而言，肿瘤中PD-L1表达水平最高者，其进行PD-1抑制治疗的疗效也最佳。此外，PD-L1表达水平、细胞溶解性基因或γ-干扰素相关性基因的表达特征、CD8细胞密度、基因突变负荷等可作为评估PD-1抑制的临床疗效的生物标记物。

 

 

浸润至肿瘤微环境的CD8 T细胞数目、PD-1和（或）CTLA-4的表达水平是免疫检查点抑制治疗成功与否的关键，PD-1和CTLA-4相关通路的阻断可能增加T细胞浸润的比例。侵袭性肿瘤边缘若含有高密度的CD8阳性T细胞，是提示PD-1抑制治疗可取得良好治疗反应的极其有利因素；同时，肿瘤内部PD-1的表达和CD8阳性的T细胞数量与PD-1抑制治疗反应密切相关。多项研究显示，对于存在肿瘤浸润的患者而言，PD-1和CTLA-4双阳性的CD8 T细胞的数量与其治疗结局关联性最大。

 

免疫T细胞受体（TCR）的DNA测序是一种采用PCR技术的检测手段，其正向引物特异性识别V基因片段，反向引物特异性识别J基因片段。外周血中T细胞的TCR序列是在抗CTLA-4治疗前及治疗后所确定的。其序列随着外周血中T细胞的种类增加而显著增加，而这种增加未见特异性克隆或亚克隆的扩增。研究表明，许多重要的克隆通过CTLA-4的抑制进而被解除抑制并允许增殖。有趣的是，与CTLA-4抑制相关的免疫相关毒性也与TCR种类的增加存在关联。这意味着被解除抑制和允许扩增的克隆能产生炎性或超敏反应。另一项在抗PD-1治疗前对转移性黑色素瘤患者活检标本进行TCR V-β免疫序列的分析发现，克隆性T细胞越多，其对PD-1抑制治疗的反应越显著；浸润至肿瘤的TCR库种类越多样，其进行抗CTLA-4治疗的获益越大。

 

 

T细胞库反映了对肿瘤的宿主免疫反应，但肿瘤本身才是免疫检查点抑制治疗能否取得成功的关键所在，这是因为肿瘤中增加的体细胞突变或非同义突变与免疫检查点抑制治疗疗效存在关联。对于肿瘤患者（例如黑色素瘤）而言，他们往往存在高频率的体细胞突变，这就意味着其很可能对CTLA-4和PD-1的免疫检查点抑制治疗具有良好的反应。与吸烟相关的突变数量（针对肺癌患者）以及错配修复缺陷的突变水平（针对消化道肿瘤）也与PD-1抑制治疗获益相关，错配修复缺陷常常发生于少部分的直肠癌，还有胃癌、子宫癌、胆道癌、胰腺癌、卵巢癌、前列腺癌以及小肠癌。肿瘤组织常在错配修复通路中产生缺陷并在其重复的DNA序列中产生成千上万的体细胞突变，称之为微卫星灶。大部分存在错配修复缺陷的肿瘤会产生免疫浸润以及富含细胞因子的微环境，在此微环境中，表达PD-L1的肿瘤同时会表达PD-1、CTLA-4以及LAG-3这些免疫检查点，这常常与激活的免疫反应一致。

 

 

肿瘤微环境的特性在免疫检查点抑制剂的耐药性及敏感性方面发挥着重要作用。γ-干扰素诱导的基因通常与“热肿瘤”相关，这种肿瘤一般对免疫检查点抑制剂治疗效果良好，反之则会对Ipilimumab治疗耐药。II类MHC分子阳性的黑色素瘤对PD-1/PD-L1抑制存在治疗反应，同样可能对γ-干扰素也有治疗反应。最近一项对16例黑色素瘤患者进行全基因组测序的结果发现，12例缺乏干扰素通路基因的患者，对Ipilimumab治疗无效。缺乏IFNGR1基因的黑色素瘤小鼠对抗CTLA-4的治疗反应较差，其总体生存时间较之IFNGR1基因野生型小鼠明显下降。此外，从进行抗CTLA-4治疗（进展时采用PD-1抑制治疗）的黑色素瘤患者中获取肿瘤标本，通过肿瘤标本的活检发现：抗CTLA-4存在治疗反应的患者标本中，其CD8阳性T细胞的密度明显高于无治疗反应的患者，这表明CD8阳性T细胞与治疗获益存在相关。

 

对PD-1或CTLA-4抑制治疗的患者进行肿瘤基因表达谱的检测结果发现，只有少部分基因在基线水平或早期治疗时表达增加，且与其治疗效果存在关联。与PD-1抑制的治疗反应相关的通路有：细胞溶解活性通路、抗原处理通路以及γ-干扰素信号通路。有治疗反应者的VEGFA表达水平下降，而无治疗反应者VEGFA表达水平上升，这意味着其与治疗耐药相关。与之相反，从耐药肿瘤的基因转录特征中发现：上皮-间质细胞转换、细胞粘附、细胞外基质重塑、血管生成以及伤口愈合等过程的调控基因表达上升。此外，间质细胞转换基因、免疫抑制基因（包括IL10， VEGFA， VEGFC）、单核及巨噬细胞趋化因子（例如CCL2， CCL7， CCL8， CCL13）等因素与PD-1抑制治疗效果不佳存在关联。在进行BRAF抑制治疗并耐药的黑色素瘤患者中出现了侵袭性间质转换、血管生成以及伤口愈合等反应，这就意味着这些现象是PD-1/PD-L1治疗的不良影响因素。

 

黑色素瘤通常伴有PTEN的缺失，这对于免疫检查点抑制治疗的抗肿瘤免疫作用具有破坏效应，进而导致“冷肿瘤”的产生，且免疫抑制细胞因子处于高水平状态。PTEN缺失同时会增加Akt信号通路的表达、P-Akt表达上升。此外，肿瘤细胞及浸润性T细胞中CTLA-4的表达与黑色素瘤治疗不佳以及总体生存时间短具有较大关联。

 

WNT/β钙粘蛋白信号通路的激活与T细胞基因表达的缺如存在关联，这导致浸润性树突细胞缺陷以及“冷肿瘤”微环境。PD-1抑制治疗的大型临床试验显示：中性粒/淋巴细胞比例、LDH基线水平以及嗜酸性粒细胞数目都与免疫检查点抑制治疗的疗效相关。

 

当PD-1抑制治疗初始有效但随后出现耐药时，JAK1和JAK2突变或β2微球蛋白缺如可能与耐药产生相关。这些因素可导致T细胞免疫功能的损坏进而无法识别肿瘤抗原。当PD-1抑制治疗先天性耐药时，JAK1/JAK2突变的失活不太常见，其耐药原因可能与PD-L1表达水平低以及缺乏抗肿瘤反应相关。

 

 

血清生物分子标记与PD-1抑制治疗获益之间的关联性尚不十分成熟。在进行nivolumab或pembrolizumab治疗的患者中，通过蛋白质的质谱分析发现了急性期反应物通路、补体通路以及伤口愈合通路。既往，补体通路并未明确表现出对T细胞激活的作用，但最近的研究显示：老鼠模型中的T细胞具有补体受体，C3a和C5a可抑制T细胞的增殖及激活。在CTLA-4或PD-1抑制治疗的患者中，治疗前血管紧张素-II的水平较高是预后不佳的因素，可能与其总体生存时间（OS）下降有关。在CTLA-4或PD-1抑制治疗后，常早期出现血管紧张素的上升，但在Ipilimumab中加入bevacizumab后一般会导致血管紧张素的下降，因此如果血管紧张素居高不下，则提示其对免疫检查点抑制剂治疗反应较差。

 

尽管外周血中检测到的免疫情况或许不能反映肿瘤微环境中发生的事件，但最近的一项研究显示：频繁出现的髓源性抑制细胞、CD4+/DF25+/FOXp3+的调节T细胞以及高水平的嗜酸性粒细胞可能与黑色素瘤ipilimumab治疗的临床疗效较好相关。外周血中CD4+/DF25+/FOXp3+的调节T细胞基线水平较高的话，则可能与OS提高有关。此外，长期的研究显示，在老鼠模型中，宿主的微生物群可能对免疫治疗或免疫检查点抑制剂而言是有利因素。新的数据表明，免疫检查点抑制剂的临床疗效和免疫相关不良事件的发生均与特定的微生物群存在相关性。

 

总而言之，目前尚无单一的生物分子标记及相关阈值可以明确判断免疫检查点抑制剂的治疗获益，以及筛选适合或者不适合免疫检查点抑制剂治疗的患者。欲明确PD-1/PD-L1或CTLA-4抑制治疗的影响因素，需要结合肿瘤细胞自身本质以及宿主T细胞的特异性因素进行综合考虑。从目前来看，通过免疫检查点抑制剂治疗前后收集患者外周血细胞、肿瘤及血清、微生物标本，研究具有预测及评估价值的生物分子标记仍是当前研究的主要方向。