空间生物标志物和多重免疫荧光在肿瘤免疫研究中的应用价值——来自临床研究人员的见解
什么是空间生物标记物？
Alexander “Sandy” Borowsky, M.D.
加州大学戴维斯分校健康中心病理和检验医学系教授
病理学是通过观察组织切片的微观解剖形态来做出诊断。目前有两种可选择的方法可以在病理数据上添加辅助生物标志物数据。
第一种方法包括研磨组织和检测分析物，一个有指导性的例子是使用组织裂解物对乳腺癌雌激素受体进行评估的生化分析方法。虽然该方法可以进行定量分析，但空间环境背景丢失，且不能区分肿瘤细胞和正常细胞。
另一种方法是空间表型分析——在组织形态学结构的背景下，直接在组织切片上观察生物标记物。例如，病理学家可以看到肿瘤细胞或附近的细胞是否表达雌激素受体，并进行适当的评分。这就是我们所说的空间生物标记物——它们必须在疾病结构的背景下直接在组织切片上检测。
为什么需要空间表型来预测肿瘤的治疗反应？
Kurt Schalper, M.D., Ph.D.
耶鲁大学癌症中心病理学系助理教授兼转化肿瘤免疫实验室主任
肿瘤微环境(TME)十分复杂且高度组织化，并且患者之间存在差异，这在选择患者进行治疗时很重要。传统上，肿瘤免疫学家治疗癌症时按照解剖学分类-例如，乳腺癌，肺癌，或宫颈癌。然而，与解剖分类相比，分子分型增加了靶向治疗的潜力。
这就是空间表型(分析细胞如何组织和相互作用)具有价值的地方。它可以确定大多数抗肿瘤免疫反应TME内的相互作用。在药效学研究中使用空间表型方法还可以揭示给定治疗在TME中的影响和相关的临床反应。
为何在肿瘤免疫学研究中检测蛋白表达而不是其他类型的分析物？
Bernard A. Fox, Ph.D.
Providence癌症中心，Earle A. Chiles研究所，Robert W. Franz 肿瘤研究中心癌症研究Harder Family Chair
评估蛋白表达克服了不同RNA转录本在不同条件下表达不同所带来的不确定性。细胞表面表达的蛋白水平(例如，PD-1染色的强度)可能是决定哪些患者更有可能有最佳反应的关键决定因素。在其他免疫检查点相互作用的研究中，了解什么蛋白被表达、表达水平以及蛋白在哪里表达将越来越重要。因此，能够使用多重免疫荧光(mIF)技术评估患者体内的这些指标非常令人兴奋。
什么样的空间特征对预测临床指标很重要？
Liz Engle, M.S
马里兰州约翰霍普金斯医院高级实验室经理
正如最近在《Science》杂志上报道的那样，我们使用AstroPath平台分析了黑色素瘤患者整个TME的多光谱多重免疫荧光成像。
我们专门研究了空间特征，如PD-1在T细胞和T细胞亚型上的共表达，以及它们与表达PD-L1细胞的关系。我们仅用一个六标记抗体组合就鉴定出FoxP3+CD8+PD-1+细胞，检查这些细胞与肿瘤-基质边界的关系，与不同PD-L1细胞的关系以及这些细胞如何与它们的最近邻居结合。我们的数据显示，肿瘤-基质边界的CD8+FoxP3+PD-1低/中细胞密度是抗PD-1治疗反应的预测标志物，CD163+PD-L1-巨噬细胞与缺乏反应有关。结合这两种细胞表型和一些其他细胞表型使我们能够对黑色素瘤患者抗PD-1治疗的长期反应进行完全分层。
使用mIF的空间生物标志物方法显示出希望的其他迹象还有哪些？
Schalper:
肿瘤细胞中的三级淋巴结构和抗原呈递缺陷是显示空间生物标志物力量的两个很好的例子。三级淋巴结构（TLS）存在于约三分之一的肿瘤中，并且与免疫疗法和化疗的更好结果有关。TLS与PD-L1 IHC或TMB等生物标志物相比，可以提供独立的预测性。另一方面，抗原呈递缺陷通常与缺乏反应有关，因此提供了整合另一种可能非冗余或与其他信号不重叠的标志物的机会。最终，使用多个空间要素可能会生成比单独使用任何一个标记都要好的预测模型。
Gavin Gordon
Akoya Biosciences临床市场开发副总裁
最近的一篇《Nature Cancer》论文强调了通过使用 mIF 与 Akoya 的 PhenoImager 工作流程结合作为独立预测因子的独立预测能力。
有哪些mIF生物标志物策略的例子，可以帮助推进对生物标志物更广泛的思考？
Borowsky:
治疗中活检的动态显示，有证据表明它是肿瘤免疫学方案有效性的高度预测性生物标志物。例如，监测调节性T细胞（Treg）活性以及Treg与其他T细胞的接近程度可以帮助指导治疗策略。在确认Treg确实是抑制肿瘤免疫反应后，抑制Tregs可以提高疗效。基于哪种免疫逃逸和/或免疫抑制模式在个体肿瘤中活跃来选择免疫疗法至关重要。
端到端的mIF工作流程分析验证的后续步骤是什么？
Fox:
MITRE研究是朝着验证mIF技术和执行该检测的能力迈出的非常重要的一步。其后续研究称为MITRE-2，聚焦在独立于中央审查测试技术的各个方面。
最初的MITRE研究会让更多的病理学团体相信mIF对肿瘤学的未来很重要。mIF可以帮助选择最有可能有反应的患者。这可以促进FDA的批准，并降低与使用无效药物治疗患者相关的成本。
采用mIF工作流程面临哪些挑战？
Gordon：回顾当前生物医学技术的历史，可以揭示mIF从新兴平台发展到广泛可采用的路径。例如，早期的Sanger测序不足以应对下一代测序（NGS）解决的挑战。就像早期关于结直肠癌测序的转化研究和美国国家癌症研究所对NGS的分析验证研究一样，AstroPath Science论文和MITRE研究代表了mIF从技术平台到稳健和临床准备的轨迹。
Fox: 使用空间生物标志物进行临床试验设计可能需要额外的活检来检测肿瘤环境与治疗有关的变化。为多重组合获得足够的组织样本可能是一个挑战。
Engle：另一个挑战可能是易于转化为许多实验室方式的标准化mIF试剂。
Schalper：mIF的广泛采用需要三个发展阶段：首先，标准的确立必须让用户相信检测是有效的。其次，向临床的过渡必须有抗体组合的支持，这些抗体组合包含一些标记物，可以可靠地染色，易于实施和临床解释。第三，继续发现更多指标的检测将有助于确定哪些标志物应纳入下一代临床级抗体组合中。
Borowsky：与显色IHC相比，免疫荧光提供了更大的动态范围，并且更具定量性。但障碍包括再培训病理学家转向免疫荧光，以及简化数据分析和读数。但这些挑战可能很容易被解决。
参考文献
1. Berry S, Giraldo NA, Green BF, et al. Analysis of multispectral imaging with the AstroPath platform informs efficacy of PD-1 blockade. Science. 2021 Jun 11;372(6547):eaba2609. doi:10.1126/science.aba2609.
2. Vanhersecke L, Brunet M, Guégan JP, et al. Mature tertiary lymphoid structures predict immune checkpoint inhibitor efficacy in solid tumors independently of PD-L1 expression. Nat Cancer 2, 794–802 (2021). doi:10.1038/s43018-021-00232-6
3. Taube JM, Roman K, Engle EL, et al. Multi-institutional TSA-amplified Multiplexed Immunofluorescence Reproducibility Evaluation (MITRE) Study. Journal for ImmunoTherapy of Cancer 2021;9:e002197. doi:10.1136/jitc-2020-002197.
关注我们
FOLLOW US
官方公众号
样本体验申请
技术服务需求
