非小细胞肺癌 （ NSCLC ） 是一种常见的肺癌类型，其治疗方式包括化疗、靶向治疗和免疫治疗等。近年来，免疫检查点抑制剂 （如PD-1/PD-L1抑制剂） 在NSCLC的治疗中取得了显著进展，并且经常与以铂类为基础的化疗联合使用，特别是对于肿瘤中PD-L1表达水平较低 （低于1%的肿瘤细胞） 或中等 （1-49%） 的患者。一些证据表明，对PD-1/PD-L1抑制剂的反应不仅取决于肿瘤PD-L1水平，还取决于肿瘤致癌基因 （如激活EGFR突变） 和肿瘤抑制基因 （TSG） 中存在的基因组改变。在NSCLC中，有2个常见的TSG的变异与对PD-(L)1抑制剂缺乏反应性有关，即STK11和KEAP1。STK11编码的LKB1蛋白调控肿瘤细胞的代谢、生长和极性，而KEAP1编码的蛋白则参与NRF2的泛素化和降解，进而调节细胞的抗氧化和细胞保护反应。当STK11或KEAP1基因发生变异时，可能导致LKB1和NRF2信号通路的功能障碍，这可能与肿瘤细胞对PD-(L)1抑制剂的耐药性有关。因此，这些基因的变异可能影响肿瘤微环境中的免疫细胞活性，从而影响免疫检查点抑制剂的疗效 【1-3】 。迄今为止，临床上还没有任何疗法能有效克服与这些TSG失活相关的免疫抑制表型。研究显示，当将第二免疫检查点CTLA4通路的抑制剂 （CTLA4i） 与PD-(L)1抑制剂 （PD-(L)1i） 联合使用，即双重免疫检查点阻断 （ICB） 时，无论是否结合化疗，都能改善部分NSCLC患者的临床结果 【4】 。然而，目前还没有经过验证的生物标志物可以用于识别从双重ICB中受益的患者，而这一点其实非常重要，因为与PD-(L)1i单一治疗相比，双重ICB增加了免疫相关毒性，可引起更多的免疫相关不良反应。
近日，来自美国MD安德森癌症中心的 John V. Heymach 团队在 Nature 上在线发表题为 CTLA4 blockade abrogates KEAP1/STK11-related resistance to PD-(L)1 inhibitors 的文章， 发现携带STK11或KEAP1基因突变的NSCLC患者在接受PD-L1抑制剂和CTLA4抑制剂的双重免疫治疗时，比单独使用前者有更好的疗效，证实这种组合疗法能激活CD4+ T细胞，重新编程肿瘤髓系细胞，改善肿瘤微环境，增强抗肿瘤效果，以减轻携带STK11和/或KEAP1基因突变的NSCLC患者的PD-(L)1抑制剂耐药性，为这类难治性肺癌患者提供了一种可能更有效的治疗策略。
尽管STK11和KEAP1基因的突变与从PD-(L)1i单一治疗中获益有限相关，但这些突变与PD-(L)1i联合化疗的疗效之间的关系尚未得到充分证实。为此，本文研究人员首先对871名晚期非鳞状NSCLC （nsNSCLC） 患者进行了多中心队列回顾性分析，这些患者接受了标准化疗 （卡铂或顺铂加培美曲塞，CP） 或CP联合PD-(L)1i派姆单抗 （PCP） 治疗。分析结果显示，与STK11野生型患者相比，STK11突变型患者接受PCP治疗的效果差，生存期更短，且与KRAS突变状态或肿瘤突变负荷 （TMB） 无关，但与肿瘤PD-L1表达相关。KEAP1突变患者的预后更差，生存期更短，客观反应率 （ORR） 更低，且这一结果不受KRAS突变状态、TMB和肿瘤细胞PD-L1表达的影响。两种突变同时存在时，对PCP的响应率更低。值得注意的是，尽管STK11和KEAP1的突变都与PCP化疗免疫疗法和CP化疗的不良临床结果相关，但KEAP1突变在铂类化疗中的不良预后中起主导作用，而没有KEAP1变异的STK11突变对CP的生存期和ORR只有轻微影响。由此可见，针对这些基因突变患者采取更有效的治疗策略是极其必要的。
随后，研究人员对STK11和KEAP1基因突变肿瘤对PD-(L)1i耐药的机制进行研究，发现这些突变的肿瘤PD-L1表达较低，可能解释了它们对PD-(L)1i反应不佳的原因。特别是STK11突变与PD-L1低表达相关，而KEAP1突变则没有这种关联。此外，这些突变的肿瘤具有更高的TMB，表明它们对免疫治疗的不敏感性并非由于低TMB引起。研究结果揭示了STK11和KEAP1突变通过影响PD-L1的表达和免疫微环境，从而在NSCLC的免疫逃逸中发挥了重要作用。
基于以上发现，不禁让人猜测，在STK11和KEAP1突变情况下，双重ICB是否比PD-(L)1i单药治疗有更大的益处呢？研究人员分析了POSEIDON研究中的数据，这是一项随机III期临床试验，涉及1013名转移性NSCLC患者，比较了标准化疗 （CT） 、化疗联合PD-L1抑制剂durvalumab （DCT） ，以及化疗联合PD-L1抑制剂durvalumab和CTLA4抑制剂tremelimumab （TDCT） 三种治疗方案。结果显示，STK11和KEAP1突变与DCT治疗的不良预后相关，而化疗联合双重ICB （TDCT） 则能改善这些患者的无进展生存期 （PFS） 和总生存期 （OS） 。双重ICB治疗在STK11和KEAP1突变的患者中提高了ORR，并延长了反应持续时间 （DoR） 。这些发现证明对于携带STK11和/或KEAP1突变的NSCLC患者，使用化疗联合双重ICB治疗可能比单独使用PD-(L)1i更有效，CTLA4的抑制可以减轻他们对PD-(L)1i的耐药性，而且这类患者从中获得的益处比缺乏这两种突变的患者更大。
那么，在NSCLC中经常发生突变的Stk11、Keap1以及其他TSG的失活是否直接影响肿瘤对PD-(L)1i或双重ICB的敏感性呢？研究人员利用CRISPR-Cas9技术在具有免疫活性的小鼠模型中进行了体内筛选实验，结合Tuba-seq技术 （High-throughput barcode sequencing，一种用于高通量测序的技术，它允许同时分析多个样本或多个细胞群体的遗传信息） 来定量评估不同TSG缺失对单药和双药ICB效果的影响，证实STK11和KEAP1基因的失活是导致肿瘤对PD-(L)1轴抑制剂产生耐药性的直接因素，而这些基因的失活使得肿瘤对包含抗PD-(L)1和抗CTLA4的双重ICB治疗更加敏感，双重ICB可以减轻Stk11缺陷的PD-1i治疗的原发性耐药，这个现象在Keap1缺陷的NSCLC模型中更明显 （图1） 。
进一步地探究STK11和/或KEAP1突变型NSCLC对双重ICB敏感性增加的机制基础，研究人员使用基于荧光激活细胞分选 （FACS） 的免疫分析方法，结合单细胞RNA测序 （scRNA-seq） ，研究了Stk11和/或Keap1突变型小鼠肿瘤的免疫表型，以及阻断PD-(L)1和/或CTLA4通路的效果。实验结果显示，对于STK11和KEAP1突变的NSCLC模型，双重ICB治疗能够显著增加CD4+ T细胞 （包括TH1细胞） 和记忆CD4+ T细胞的比例，并通过CTLA4阻断增强TH1/调节性T细胞 （Treg） 的比例。此外，双重ICB还重塑了肿瘤的髓系细胞环境，诱导表达一氧化氮合酶 （iNOS） 的抗原呈递细胞、单核细胞、中性粒细胞和MHCII+肿瘤相关巨噬细胞的显著增加。这些改变与肿瘤对双重ICB治疗的敏感性增强有关。研究还发现，双重ICB的抗肿瘤效果依赖于CD4+ T细胞和髓系细胞，尤其是依赖于iNOS的表达。这些发现揭示了双重ICB治疗通过激活特定的免疫细胞群和重塑肿瘤微环境来克服STK11和KEAP1突变型NSCLC的耐药性的作用机制。
综上所述，本研究表明 STK11和KEAP1基因突变与转移性NSCLC患者从PD-(L)1抑制剂联合化疗的治疗方案中获益相对较少直接相关，而这种耐药性可以通过阻断CTLA4来减轻。 证实了STK11和KEAP1基因的失活可促进肿瘤对PD-(L)1抑制剂的抗性，并赋予对双重ICB的选择性敏感性，而这得益于双重ICB治疗激活了特定的免疫细胞群，并重塑肿瘤微环境。毫无疑问，这些发现为这种难治性肺癌患者群体提供了新的治疗策略，并且提示STK11和KEAP1基因的突变状态可能作为预测患者对双重ICB治疗反应的潜在生物标志物。
https://doi.org/10.1038/s41586-024-07943-7
制版人：十一
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3. Sitthideatphaiboon, P. et al. STK11/LKB1 mutations in NSCLC are associated with KEAP1/ NRF2-dependent radiotherapy resistance targetable by glutaminase inhibition. Clin. Cancer Res. 27, 1720–1733 (2021).
4. Brahmer, J. R. et al. Five-year survival outcomes with nivolumab plus ipilimumab versus chemotherapy as first-line treatment for metastatic non–small-cell lung cancer in CheckMate 227. J. Clin. Oncol. 41, 1200–1212 (2023).
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