TMB都不知道，你怎麼能懂腫瘤的免疫治療？

在前幾天的PD1掃盲貼中，反覆的提到了一個詞就是TMB，那麼TMB是什麼呢？

TMB，全稱是「腫瘤基因突變負荷」，tumor mutational burden。腫瘤突變負荷（TMB）被定義為每百萬鹼基中被檢測出的，體細胞基因編碼錯誤、鹼基替換、基因插入或缺失錯誤的總數。簡單說就是看看病人腫瘤組織中到底有多少個基因突變。

腫瘤突變負荷相關的背景知識：

TMB涉及到兩個重要概念germline mutation（種系突變或胚系突變）和somatic mutation（體細胞突變）。

胚系突變來自上一代，可以遺傳，比如血友病等。Somatic突變為獲得性突變，在誘變劑的影響下發生突變，可表現在RNA和蛋白水平，產生的新抗原（或新表位）、蛋白片段、肽段等被自身免疫系統識別為非自我（non-self）抗原，激活T細胞，引起免疫反應。下圖簡要闡述了從體細胞突變到激活免疫攻擊的6個步驟。

點擊看大圖

體細胞突變可能受到外源性誘變因素的影響，比如肺癌中煙草（吸煙）誘導的C→A的突變。惡性黑色素瘤中，紫外線照射引起的C→T的突變。內源性因素引起的突變可以是DNA錯配修復突變，比如結直腸癌和食管癌中的MSI（微衛星不穩定）。在實體腫瘤中，95%的突變為單個鹼基的替換，造成的非同義突變（一個核苷酸突變改變一個蛋白的氨基酸順序），錯義突變（非同義點突變，單個核苷酸改變導致一個密碼子編碼一個不同的氨基酸）和無義突變（非同義點突變使一個密碼子變為終止密碼子引起多肽鏈合成提前終止），共同構成了體細胞非同義突變的基本要素。

TMB是如何真正起作用的呢？

TMB指的是一份腫瘤樣本中，所評估基因的外顯子編碼區每兆鹼基中發生置換和插入/缺失突變的總數。我們知道，體細胞的突變可轉錄/表達於在RNA/蛋白水平，產生新的抗原，蛋白片段或多肽段等，這些新的蛋白被自身免疫系統識別為非自身抗原，激活T細胞，引起免疫反應。因此，當每兆鹼基中累積的基因變異數目增多時，就可以產生很多新的抗原。目前，在很多研究中都證實TMB和腫瘤新生抗原與免疫檢查點抑製劑的療效是相關的。

TMB檢測與PD-1療效

PD-1抗體藥物是這兩年，腫瘤免疫治療領域的最大進展。但是針對大部分實體瘤，PD-1抗體的有效率大概只有20%。如何在患者用藥之前就提前判斷PD-1抗體是否有效呢？

我們都知道，基因可以調控蛋白質的表達。基因突變越多，產生的異常蛋白質就可能越多，因此就有更大的可能性激活免疫系統。基於這個概念，學術界認為直接測定腫瘤組織中的突變數量腫瘤突變負荷(TMB)，是可以預測PD-1抗體等免疫治療的療效的。

舉個例子：

我們來看一下CheckMate-032臨床試驗

這是一項納入401名一線治療失敗的晚期小細胞肺癌的I/II期臨床試驗，分成兩組：一組接受PD-1抗體O葯治療，一組接受PD-1抗體O葯和CTLA-4抗體I葯治療（具體方案是：O葯1mg/kg+伊匹木單抗 3mg/kg）。

臨床發現

科學家們對其中211位檢測了TMB的患者，進行了深入的分析。發現突變負荷高的一組，療效非常顯著，尤其在聯合治療組，有效率不止翻倍，生存率直接是3倍。中位總生存時間，TMB低、中、高分別是3.4個月，3.6個月，22.0個月，相差6倍多！

紀念斯隆凱特琳癌症中心研究調查人員Matthew D. Hellmann說：「來自CheckMate-032的這些探索性TMB數據是首先顯示使用突變負荷來預測兩種免疫腫瘤學藥物組合的患者反應的潛力。

TMB與驅動基因之間的關係

TMB是在預測腫瘤療效及篩選獲益人群方面的新嘗試，與傳統免疫治療以及PD-L1的檢測是互補的關係。TMB在惡性黑色素瘤、肺癌和大腸癌中的高表達與免疫治療的臨床療效呈正相關。對於Opdivo來講，PD-L1並不能作為預測其療效的指標，然而，最新研究發現在TMB高的人群中應用Opdivo，療效明顯高於TMB低的人群，也說明PD-L1和TMB是可以互補的。

但是要把TMB與驅動基因的概念區分開來。針對突變型患者，驅動基因用來預測靶向藥物療效是有效的，我們之所以討論TMB，其原因在於其對於野生型驅動基因的患者指導免疫治療具有重要作用。目前NSCLC可以分為驅動基因陽性和野生型兩類。對於驅動基因陽性的患者，如EGFR突變和ALK融合的NSCLC，這類患者的TMB通常較低，因為這類癌症中已經存在一個優勢基因，所以整體的TMB較低。而TMB高的患者，驅動基因多為陰性。

免疫治療相關生物標誌物的新趨勢

2017年，美國FDA批准pembrolizumab用於MSI-H/dMMR實體瘤患者。這是FDA首次批准不以腫瘤部位為參考，僅依靠生物標誌物進行治療選擇的突破。這一消息是非常令人振奮的。希望這種先進理念能夠在中國也得以實施。比如PD-1抑製劑等藥物，可以通過快速獲批，以及能夠獲批多個瘤種的適應症。

TMB的缺陷—正確認識TMB

周彩存教授指出，TMB的檢測遠比想像的複雜，基因突變有點突變、插入缺失突變、拷貝數變異等，顯然不同種類突變的預測意義是不一樣的，插入/缺失突變產生新生抗原的機會可能更大，不同種類突變的權重需要專業的檢測公司來評價。例如腎癌的抗PD-1/PD-L1療效，無法簡單通過TMB預測，原因可能是插入/缺失突變導致的neoantigen更多，而實際其TMB的權重可能沒有那麼高。全外顯子檢測TMB存在檢測周期長，經濟成本高等缺點，checkmate026研究用的foundation medicine的大panel（315個基因），結果顯示該panel的檢測結果與WES的檢測結果相關性非常好；MSKCC的大panel（341基因）、裕策生物的大panel（811基因）檢測結果與WES相關性也很強。Panel做的足夠大設計的又合理，可以取代WES，NGS大panel作為伴隨診斷是大趨勢。單純地TMB並不能解決所有的問題，例如對於炎性腫瘤和非炎性腫瘤都有TMB的高表達，但是非炎性腫瘤的免疫治療效果並不好，況且TMB的cutoff值與PD-L1表達一樣，並沒有統一標準。宋勇教授指出PD-L1表達與TMB弱相關，即高TMB與高PD-L1表達不是同一人群，我們需要更多Biomarker。

如何檢測TMB？在臨床工作中TMB檢測有哪些挑戰？

目前檢測TMB最常用的方法為二代測序（Next Generation Sequencing,NGS）。但該方法存在一定挑戰，如隨著檢測平台不同，所檢測的基因panel不同，會導致Cut-off值出現差異，且數據複雜，需要專業的生物信息學團隊進行解讀，價格昂貴，醫保難以覆蓋。

儘管存在一定的困難，但TMB作為一個新型的Biomarker用來篩選抗PD-1/PD-L1免疫治療獲益人群，可與PD-L1的檢測形成互補。相信，在不久的將來，隨著上述挑戰的解決，會使目前火熱的免疫療法如虎添翼。

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