在STK11-和KEAP1突變的肺腺癌中，PD-(L)1抑制作用的減弱受到KRAS突變狀態(tài)的影響

STK11和KEAP1突變(STK11突變[STK11^MUT]和KEAP1^MUT)是肺腺癌(LUAD)中最常見的突變基因。雖然STK11^MUT與KRAS^MUTLUAD對程序性死亡-(配體)1 (PD-(L)1)抑制的抗性有關(guān)，但它對KRAS野生型(KRAS^WT) LUAD免疫治療療效的影響目前尚不清楚。KEAP1^MUT是否對KRAS^MUT和KRAS^WTLUAD中PD-(L)1抑制的結(jié)果有不同的影響也是未知的。根據(jù)KRAS、STK11和KEAP1突變狀態(tài)，在兩個獨(dú)立的隊(duì)列中分析PD-(L)1抑制的臨床結(jié)果。根據(jù)KRAS/STK11和KRAS/KEAP1的計算狀態(tài)，分別對腫瘤基因表達(dá)和腫瘤免疫細(xì)胞亞群的差異進(jìn)行分析。在聯(lián)合隊(duì)列的1261例患者中，在536例(42.5%)中檢測到KRAS突變，在20.6%和19.2%的可評估病例中分別發(fā)現(xiàn)有害的STK11和KEAP1突變。在每個獨(dú)立隊(duì)列和聯(lián)合隊(duì)列中，STK11和KEAP1突變與明顯惡化的無進(jìn)展相關(guān)(STK11風(fēng)險比[HR]=2.04,p<0.0001;KEAP1HR=2.05,p<0.0001)和總體(STK11HR=2.09,p<0.0001;KEAP1HR=2.24,p<0.0001)在KRAS^MUT中僅存在免疫治療生存率，而KRAS^WTLUADs則不存在?；虮磉_(dá)本體論和免疫細(xì)胞富集分析顯示，STK11或KEAP1突變的存在導(dǎo)致KRAS^MUT肺癌不同的免疫表型，但在KRAS^WT肺癌中沒有。在KRAS^MUT患者中，STK11和KEAP1突變導(dǎo)致免疫治療效果較差，但在KRAS^WTLUAD患者中沒有。同時發(fā)生KRAS/STK11和KRAS/KEAP1突變的腫瘤在基因表達(dá)和免疫細(xì)胞浸潤方面表現(xiàn)出不同的免疫特征。本文于2022年3月發(fā)表于Journal of Thoracic Oncology (IF=20.121)。

技術(shù)路線：

主要研究結(jié)果：

(1) KRAS、STK11和KEAP1突變狀態(tài)對PD-L1表達(dá)和TMB的影響

我們首先分析了KRAS、STK11和KEAP1突變狀態(tài)對PD-L1表達(dá)和TMB的影響。STK11^MUT和KEAP1^MUTLUADs在DFCI/MGH、MSKCC/MDACC和聯(lián)合隊(duì)列中PD-L1表達(dá)顯著降低，而KRAS^MUTLUADs僅在DFCI/MGH隊(duì)列中PD-L1表達(dá)顯著升高(補(bǔ)充圖未展示)。通過KRAS狀態(tài)分析，STK11突變與KRAS^MUT和KRAS^WTLUAD中PD-L1表達(dá)顯著降低相關(guān)，而KEAP1突變與PD-L1表達(dá)降低相關(guān)的主要是KRAS^MUT病例，而不是KRAS^WT病例(圖1A和B)。就TMB分布而言，在MSKCC/MDACC、聯(lián)合隊(duì)列和KEAP1^MUT腫瘤的所有評估隊(duì)列中，KRAS^MUT和STK11^MUTLUAD的中位TMB均顯著高于MSKCC/MDACC(補(bǔ)充圖未展示)。當(dāng)根據(jù)KRAS狀態(tài)分析TMB分布時，在MSKCC/MDACC和聯(lián)合隊(duì)列中，攜帶STK11突變的LUADs僅在KRAS^MUT中有較高的TMB，而在KRAS^WT中沒有，而在所有評估的隊(duì)列中，KEAP1^MUT腫瘤僅在KRAS^MUT中有較高的TMB，而在KRAS^WT中沒有(圖1C和D)。

圖1

(2)STK11和KEAP1突變狀態(tài)對KRAS^MUT和KRAS^WTLUAD中程序性細(xì)胞死亡蛋白-1抑制的臨床結(jié)果的影響

接下來，我們分析了STK11突變對所有LUAD患者ICI療效的影響，以及KRAS突變狀態(tài)。STK11突變對免疫治療結(jié)果的這種有害影響主要是由LUAD的KRAS^MUT亞群驅(qū)動的。在DFCI/MGH和MSKCC/MDACC隊(duì)列中(補(bǔ)充圖未展示)，以及在聯(lián)合隊(duì)列中，STK11突變與KRAS^MUTLUAD的總體緩解率(ORR)、mPFS和mOS顯著較差相關(guān)，而在KRAS^WT腫瘤中則沒有(圖2A、B和3A-D)。

接下來我們分析了KEAP1突變對免疫治療療效的影響。KEAP1突變也影響了KRAS^MUT亞組的免疫治療療效，但在兩個獨(dú)立隊(duì)列(補(bǔ)充圖未展示)和聯(lián)合隊(duì)列(圖2C和D和4A-D)中沒有影響KRAS^WT病例。

當(dāng)我們分析KRAS^MUT/STK11^WT病例中KEAP1突變的影響時，KEAP1^MUT和KEAP1^WT病例對免疫治療的ORR沒有差異(p=0.99，補(bǔ)充圖未展示)。然而，與KRAS^MUT/STK11^WT/KEAP1^WT病例相比，KEAP1突變病例的mPFS和mOS顯著縮短(PFSHR=1.80,p=0.002;mOSHR=2.06,p=0.002，補(bǔ)充圖未展示)，表明KEAP1突變對ICI療效的有害影響與同時存在的STK11突變無關(guān)。最后，我們在一個包括兩種基因突變相互作用的多變量模型中驗(yàn)證了STK11和KEAP1突變對KRAS^MUT病例ICI預(yù)后較差的獨(dú)立貢獻(xiàn)(補(bǔ)充圖未展示)。STK11和KEAP1突變都與較低的PFS和OS相關(guān)，而相互作用項(xiàng)與PFS和OS無關(guān)，這表明STK11和KEAP1突變對免疫治療結(jié)果具有可加性影響。

圖2

圖3

圖4

圖5

(3)基因本體分析顯示，根據(jù)KRAS突變狀態(tài)，STK11^MUT和KEAP1^MUTLUADs具有不同的轉(zhuǎn)錄組譜

為了揭示STK11和KEAP1突變對LUADICI預(yù)后的有害影響主要是由KRAS突變驅(qū)動的潛在機(jī)制，我們研究了KRAS^MUT和KRAS^WTLUAD中含有這些突變的腫瘤的轉(zhuǎn)錄組譜。根據(jù)KRAS/STK11和KRAS/KEAP1計算狀態(tài)對TCGA數(shù)據(jù)集中513個LUAD的RNA測序數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

我們首先確定了KRAS^MUT/STK11^WT與KRAS^MUT/ STK11^MUTLUADs之間以及KRAS^WT/STK11^WT與KRAS^WT/STK11^MUT癌癥之間差異表達(dá)的基因。接下來，我們只對KRAS^MUT/STK11^WT腫瘤與KRAS^MUT/STK11^MUT腫瘤中調(diào)控差異的基因亞群進(jìn)行了基因本體層次分析，而KRAS^WT/STK11^WT與KRAS^WT/STK11^MUT腫瘤中調(diào)控差異的基因亞群沒有進(jìn)行基因本體層次分析。在確定的22個重要終點(diǎn)通路中，與KRAS^MUT/STK11^WTLUADs相比，KRAS^MUT/STK11^MUT中13個參與免疫介導(dǎo)過程的通路顯著下調(diào)，包括MHC II類蛋白復(fù)合物、T細(xì)胞激活、免疫應(yīng)答激活信號、白細(xì)胞遷移、白細(xì)胞脫粒和髓系白細(xì)胞激活(圖6A)。

接下來，我們確定了KRAS^MUT/KEAP1^MUT與KRAS^MUT/KEAP1^WTLUADs之間以及KRAS^WT/KEAP1^MUT與KRAS^WT/KEAP1^WT癌癥之間差異表達(dá)的基因，并對KRAS^MUT/KEAP1^WT腫瘤與KRAS^MUT/KEAP1^MUT腫瘤中唯一上調(diào)的基因亞群進(jìn)行了基因本體論分析。在確定的13個終末通路中，11個涉及免疫相關(guān)過程，包括以下基因本體術(shù)語：質(zhì)膜外側(cè)、T細(xì)胞激活調(diào)控、T細(xì)胞受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、病毒防御反應(yīng)、白細(xì)胞與細(xì)胞粘附調(diào)控、淋巴細(xì)胞遷移(圖6B)。與KRAS^MUT/KEAP1^WT病例相比，KRAS^MUT/KEAP1^MUT腫瘤中涉及單核細(xì)胞、T細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞募集的幾個基因顯著下調(diào)，包括CCL2、CXCL6、CCR1、CCR6、CCR7和ITGAM。此外，編碼促炎細(xì)胞因子及其受體的基因，如TNF、TNFSF8、TNFRSF9、IL1B和IL2RA，在KRAS^MUT/KEAP1^MUT腫瘤中與KRAS^MUT/KEAP1^WT癌癥相比也顯著下調(diào)。重要的是，I型干擾素和其他炎癥細(xì)胞因子產(chǎn)生的陽性調(diào)節(jié)因子，如TMEM173(STING)、DDX58、TLR4和TLR7，在KRAS^MUT/KEAP1^MUT與KRAS^MUT/KEAP1^WT癌癥中明顯下調(diào)。

圖6

(4)細(xì)胞型富集分析顯示，根據(jù)KRAS突變狀態(tài)，STK11^MUT和KEAP1^MUT腫瘤具有不同的免疫表型

我們最后評估了攜帶STK11或KEAP1突變的LUADs是否也具有不同的免疫細(xì)胞亞群，根據(jù)是否同時存在KRAS突變；我們通過將基因表達(dá)數(shù)據(jù)反卷積到腫瘤相關(guān)細(xì)胞群中進(jìn)行細(xì)胞類型富集分析。

首先，我們根據(jù)KRAS突變狀態(tài)評估STK11突變是否與不同的細(xì)胞浸潤相關(guān)，并確定了6種免疫細(xì)胞類型，與KRAS^MUT/STK11^MUT腫瘤相比，KRAS^MUT/STK11^WT腫瘤中顯著富集，但與KRAS^WT/STK11^WT腫瘤相比，KRAS^WT/STK11^WT腫瘤中不富集，包括M1巨噬細(xì)胞(p<0.01)、M2巨噬細(xì)胞(p<0.01)、粒細(xì)胞母細(xì)胞祖細(xì)胞(p=0.02)、CD4+效應(yīng)記憶細(xì)胞(p=0.01)、和B細(xì)胞(p=0.04)(圖6C)。此外，與KRAS^MUT/STK11^MUT相比，KRAS^MUT/STK11^MUT腫瘤的免疫評分和微環(huán)境評分僅在KRAS^MUT/STK11^WT腫瘤中顯著富集(分別p<0.001和p<0.01；圖6C)。相反，與KRAS^MUT/STK11^WT腫瘤相比，KRAS^MUT/STK11^MUT腫瘤的中性粒細(xì)胞顯著豐富(p<0.01)(圖6C)。

接下來，我們研究了KEAP1突變是否也與KRAS^MUT和KRAS^WTLUADs中浸潤細(xì)胞類型的獨(dú)特模式相關(guān)。我們確定了四種細(xì)胞類型，包括CD8+ T細(xì)胞(p<0.001)、CD8+中樞記憶T細(xì)胞(p<0.01)、CD8+ naive T細(xì)胞(p=0.02)和B細(xì)胞(p=0.01)，這些細(xì)胞類型在KRAS^MUT/KEAP1^WT腫瘤對KRAS^MUT/KEAP1^MUT中富集，而不在KRAS^WT/KEAP1^WT腫瘤對KRAS^WT/KEAP1^MUT中富集(圖6D)。相反，與KRAS^MUT/KEAP1^WT腫瘤相比，間充質(zhì)干細(xì)胞僅在KRAS^MUT/KEAP1^MUT腫瘤中顯著富集(p=0.02)(圖6D)。

結(jié)論：

我們揭示了STK11和KEAP1突變對KRAS^MUT患者的免疫治療效果較差，但在KRAS^WTLUAD患者中沒有，同時攜帶KRAS/STK11和KRAS/KEAP1突變的腫瘤顯示出不同的免疫譜。迫切需要臨床前研究來進(jìn)一步剖析這些相關(guān)性背后的分子機(jī)制，并確定新的治療漏洞。

參考文獻(xiàn)：

Ricciuti, B., Arbour, K. C., Lin, J. J., Vajdi, A., Vokes, N., Hong, L., Zhang, J., Tolstorukov, M. Y., Li, Y. Y., Spurr, L. F., Cherniack, A. D., Recondo, G., Lamberti, G., Wang, X., Venkatraman, D., Alessi, J. V., Vaz, V. R., Rizvi, H., Egger, J., Plodkowski, A. J., … Awad, M. M. (2022). Diminished Efficacy of Programmed Death-(Ligand)1 Inhibition in STK11- and KEAP1-^MUTant Lung Adenocarcinoma Is Affected by KRAS^MUTation Status. Journal of thoracic oncology : official publication of the International Association for the Study of Lung Cancer, 17(3), 399–410. https://doi.org/10.1016/j.jtho.2021.10.013.