Cancer mutations, neoantigens, and immunogenicity
Chen DS, Mellman. Elements of cancer immunity and the cancer-immune set point. Nature 2017.
2017年創(chuàng)制了街頭巷尾人盡皆知的cancer immunity circle 的免疫學(xué)家 Daniel C很及其搭檔 Ira Mellman在Nature又一力作中，提出了腫瘤基因組突變特征，新抗原與免疫原性的關(guān)系：*從左到右，正常細(xì)胞蛋白氨基酸序列發(fā)生了不同類型的突變。
非免疫原性點(diǎn)突變 ：突變氨基酸序列產(chǎn)生的短肽與MHC-I分子的“錨點(diǎn)”無法匹配，這一短肽也無法被提成給TCR進(jìn)行抗原識別；
免疫原性點(diǎn)突變：突變氨基酸序列產(chǎn)生的短肽能夠與MHC-I分子“錨點(diǎn)”匹配，能夠被呈遞給TCR
插入刪除突變和移碼突變（frame shift):規(guī)律同上，但這兩種突變類型產(chǎn)生的肽，與正常蛋白的差異更大。
這幅概念圖精確的介紹了新抗原的來源。
Neoantigenquality, not quantity.
光頭強(qiáng)，哦，不，腫瘤進(jìn)化學(xué)說大拿，Charles Swanton 日前就高質(zhì)量新抗原的特點(diǎn)發(fā)表了一篇評述，提出理想新抗原應(yīng)該具備的幾大特性。
Nicholas McGranahan1,2* and Charles Swanton1,3* Neoantigen quality, not quantity. Science Translational Medicine.
The similarity to self: 相似性
免疫系統(tǒng)被進(jìn)化為識別“異己”，新抗原與自身蛋白差異越大，越可能被T細(xì)胞識別。最近的研究提示，包括插入/缺失在內(nèi)的移碼突變，能夠產(chǎn)生新的開放的讀碼區(qū)域（neoORFs），編碼多個氨基酸位點(diǎn)，可能是高質(zhì)量新抗原的來源。
Clonal fraction 克隆分?jǐn)?shù)
新抗原的克隆性非常重要，主克隆的定義是出現(xiàn)在大多數(shù)細(xì)胞中突變，與之相對的，僅在部分細(xì)胞中存在的突變?yōu)閬喛寺 ?/span>
McGranahan N et al. Science.2016;351:1463-1469
與既往的研究結(jié)論一致，具有較高 克隆性新抗原的病人傾向于擁有更長的PFS（腺癌和鱗癌）。這種相關(guān)性在經(jīng)過多變量校正后依然存在 ： 分期，組織學(xué)類型，年齡，性別，吸煙史和是否接受輔助治療。而相反，亞克隆性新抗原負(fù)荷或總體新抗原負(fù)荷與PFS則沒有看到這樣的相關(guān)性。
Rosenthal, R. et al. Neoantigen-directed immune escape in lung cancer evolution. Nature 1989 342:6250 1–26 (2019). DOI:10.1038/s41586-019-1032-7
這在很大程度上影響新抗原的質(zhì)量，原因有以下幾個方面：
1。一項(xiàng)在immune-competent小鼠中進(jìn)行種植瘤研究，將攜帶有不同新抗原克隆的混合細(xì)胞（每個細(xì)胞攜帶單一抗原）移植進(jìn)小鼠皮下，檢測小鼠免疫系統(tǒng)是否能夠甄別和殺死這些腫瘤細(xì)胞。腫瘤生長數(shù)周后，從新被移除用以分析抗腫瘤免疫反應(yīng)。發(fā)現(xiàn)，只有在某種克隆腫瘤細(xì)胞在腫瘤細(xì)胞中達(dá)到一定規(guī)模，并且處于“絕對優(yōu)勢”時，小鼠的免疫系統(tǒng)才能發(fā)起有效攻擊。
Ron S Gejman, et al. Rejection of immunogenic tumor clones is limited by clonal fraction eLife 2018;7:e41090 DOI: 10.7554/eLife.41090
Jian Guan, Nilabh Shastri. Cancer Immunotherapy: A peptide puzzle
（a）Gejman等人。發(fā)現(xiàn)包含大部分相同類型的免疫原性腫瘤細(xì)胞（以綠色顯示）的癌癥可被小鼠的免疫系統(tǒng)有效排斥（左），而含有一小部分免疫原性腫瘤細(xì)胞的腫瘤不被殺死（右）。（b）并且，含有大部分不同類型的免疫原性腫瘤細(xì)胞（以不同顏色顯示）的腫瘤，也同樣不會引起小鼠的免疫攻擊。Gejman等人觀察到在小鼠中的這種行為，與此前報道的對免疫治療缺乏應(yīng)答的人類相似（McGranahan et al，2016）。
亞克隆新抗原僅存在在一部分腫瘤細(xì)胞中，因此有可能無法介導(dǎo)所有病灶的免疫應(yīng)答。
在某些腫瘤中，比如NSCLC，whole genome doubling 作為早期克隆事件在70%的病人中發(fā)生，在genome 倍增實(shí)踐之前產(chǎn)生的新抗原擁有2倍于其后的新抗原的等位基因組分。
新抗原的有效表達(dá)
表達(dá)：新抗原的有效表達(dá)是關(guān)鍵因素，已經(jīng)有證據(jù)證明腫瘤在免疫選擇壓力下，在早期即可出現(xiàn)轉(zhuǎn)錄下調(diào)。
在TRACERx對未經(jīng)治療的早期NSCLC的研究中，預(yù)測的高親和力結(jié)合新抗原的啟動子甲基化約占未表達(dá)新抗原的20%(7)。
因此，轉(zhuǎn)錄下調(diào)的其他機(jī)制，包括外顯子跳躍突變和染色質(zhì)重構(gòu)，也可能代表免疫逃逸的途徑，在確定可能的新抗原突變時應(yīng)予以考慮
Rosenthal, R. et al. Neoantigen-directed immune escape in lung cancer evolution. Nature 1989 342:6250 1–26 (2019). DOI:10.1038/s41586-019-1032-7
HLA 結(jié)合
人 HLA復(fù)合物（MHC）編碼呈遞抗原的基因并且具有高度多態(tài)性。有研究證實(shí)，在腫瘤進(jìn)化過程中，HLA-loss是經(jīng)過確證的免疫逃逸機(jī)制。在NSCLC中，克隆或亞克隆的HLA 缺失發(fā)生在40%的病人中，尤其是在炎癥性的腫瘤微環(huán)境中。HLA-Loss 也可能是T細(xì)胞介導(dǎo)的腫瘤免疫的重要的耐藥機(jī)制。
Chowell D et al. Science.2017
2016年Rosenberg團(tuán)隊(duì)報道了一例接受接受4中識別KRAS G12D 突變的特異性T細(xì)胞（HLA-C*802 restricted）的結(jié)直腸癌病例，在治療9個月后，一個病灶出現(xiàn)疾病進(jìn)展，并且檢測出HLA-C*802等位基因缺失。 E. Tran, P. M. Robbins, Y.-C. Lu, T. D. Prickett, J. J. Gartner, L. Jia, A. Pasetto, Z. Zheng, S. Ray, E. M. Groh, I. R. Kriley, S. A. Rosenberg, T-cell transfer therapy targeting mutant KRAS in cancer. N. Engl. J. Med. 375, 2255–2262 (2016).
Rosenberg 在2016年NEJM上發(fā)表的針對KRAS G12D突變腫瘤進(jìn)行特異性T細(xì)胞治療的文章中，報道了1例編號為4095的病例在接受治療9個月后發(fā)生疾病進(jìn)展，在進(jìn)展的病灶中發(fā)現(xiàn)了通過 腫瘤免疫編輯導(dǎo)致6號染色體編碼HLA-C*08:02雜合缺失而導(dǎo)致對特異性T細(xì)胞（KRAS G12D）治療產(chǎn)生耐藥的證據(jù)。
因此，優(yōu)選能夠具有多種HLA結(jié)合性的新抗原將有可能可以對抗這種有HLA-loss介導(dǎo)的對免疫治療的抵抗。
新抗原刪失
大多數(shù)新抗原產(chǎn)生于passenger 突變而非driver 突變時間，因此通過腫瘤進(jìn)化過程中的染色體不穩(wěn)定性的突變而導(dǎo)致的新抗原缺失，也非偶然事件。
Anagnostou 及其同事在發(fā)表的研究中，揭示了在接受免疫檢查點(diǎn)抑制劑治療的過程出出現(xiàn)的克隆新抗原缺失。在接受免疫檢查點(diǎn)抑制劑治療耐藥后的腫瘤中發(fā)現(xiàn)了治療前病灶中的一部分腫瘤新抗原（cMANAs）缺失。推測這其中的機(jī)制可能是由于表達(dá)特定新抗原的細(xì)胞被清楚，其他細(xì)胞得以優(yōu)勢生長，或者腫瘤細(xì)胞基因組發(fā)生特定的突變事件導(dǎo)致原新抗原刪失。
V. Anagnostou, K. N. Smith, P. M. Forde, N. Niknafs, R. Bhattacharya, J. White, T. Zhang, V. Adleff, J. Phallen, N. Wali, C. Hruban, V. B. Guthrie, K. Rodgers, J. Naidoo, H. Kang, W. Sharfman, C. Georgiades, F. Verde, P. Illei, Q. K. Li, E. Gabrielson, M. V. Brock, C. A. Zahnow, S. B. Baylin, R. B. Scharpf, J. R. Brahmer, R. Karchin, D. M. Pardoll, V. E. Velculescu, Evolution of neoantigen landscape during immune checkpoint blockade in non–small cell lung cancer. Cancer Discov. 7, 264–276 (2017).
同樣，Nadeem Riaz，Timothy A Chan在2017年發(fā)表于cell的《Tumor and Microenvironment Evolution during immunotherapy with Nivolumab》一文中也描述了接受PD-1抑制劑治療的黑色素瘤患者中觀察到的TMB減少和新抗原刪失的現(xiàn)象。
Figure 2. Changes in Tumor Clonal Composition after Treatment with Nivo Therapy
(A) Changes in CCF of mutations (synonymous and non-synonymous, clonal/subclonal) from pre- to on-therapy samples. Similar CCFs in both pre- and on therapy samples (genomic persistence) in gray, increased CCF or novel in on-therapy samples (genomic expansion) in pink, and decreased CCF/lost in on therapy samples (genomic contraction) in blue.
(D) Changes of CCF in representative cases from patients with CR/PR (patient 53), SD (patient 10), and PD (patient 27). Tree diagrams illustrate the relationships between the clones. Colored lines and circles denote specific clones.
綜上所述，高質(zhì)量的新抗原可能包括必要基因中表達(dá)的克隆新抗原，與多個HLA等位基因結(jié)合，不會輕易刪失?？梢韵胂?，這種新抗原可以作為免疫監(jiān)測，疫苗治療和過繼性T細(xì)胞治療的有力來源。
說的倒是挺容易的。。。。。。
