主要的

t细胞增强免疫检查点抑制剂(ICIs)在癌症治疗中获得了一席之地,对多种肿瘤类型具有令人印象深刻的持久抗肿瘤功效1,2,3。然而,反应率不同,只有一部分患者受益。与其他ICI或其他药物联合使用可以提高缓解率,但也会增加不良事件(AE)的风险1。这突出了临床对工具的需求,以优化个体患者的治疗策略。已经确定了几种生物标志物来选择ICI患者3。这些包括程序性死亡配体1 (PD-L1)表达、肿瘤突变负荷、错配修复(dMMR)蛋白缺陷和T细胞炎症基因表达谱4,5,6。然而,没有一个生物标记物或生物标记物的组合能准确预测对ICI的反应。

CD8+t细胞在免疫系统破坏肿瘤细胞中起着重要作用。它们在肿瘤中的存在与几种肿瘤类型对ICIs的反应有关6,7,8,9,10。ICI治疗导致CD8升高+肿瘤活检样本中的t细胞密度也与肿瘤反应相关。在ICIs开始后的不同时间点获得的活检样本提供了晚期黑色素瘤患者的大部分数据。例如,CD8增加+在20-120天后收集的25对肿瘤活检样本中的细胞密度与疗效相关11。其他人报告了CD8+抗程序性细胞死亡(PD-1)抗体治疗开始后两周,13个活检样本中的t细胞扩增,但在一项分析0.7-26个月后的10个大多数晚期治疗活检样本的研究中,情况并非如此9,10。取样偏倚可能影响这些差异,并且在同一患者的不同病变内部或之间可能存在相当大的异质性12,13.

由于侵袭性肿瘤活检固有的局限性,我们对CD8的系统动力学和异质性知之甚少+患者肿瘤类型和个体肿瘤病变中t细胞的分布。为了解决这个问题,我们开发了锆-89标记的单臂抗体89ZED88082A靶向CD8a,作为用锆-89标记的抗体或抗体片段(89Zr)允许用正电子发射断层扫描(PET)对目标进行无创全身显像14,15,16。首先,89在小鼠异种移植的表达人CD8的肿瘤中显示了用PET摄取ZED88082A17。然后我们表演了89用PD-L1抗体或PD-1抗体加或不加CTLA-4抗体进行ICI治疗前和治疗后约30天对实体瘤患者进行PET扫描。该研究的主要目的是表征的安全性,成像剂量和时间点,药代动力学和免疫原性89实体瘤患者的ZED88082A。次要目标包括全身CD8成像的潜力+t细胞、CD8 PET成像数据与基于肿瘤的评估的相关性以及与临床结果和不良事件与ICI治疗的相关性。

结果

试验人群和安全性

在2019年2月至2020年11月期间,有39名患者入选(NCT04029181).PET分析中排除了一名出现示踪剂外渗的患者(表1).29名连续重复成像的患者中有22名接受了这种检查,开始ICI治疗后的中位时间为30天(IQI为28-36天)。7例在ICI治疗期间没有进行扫描,因为之前退出(n= 1)和期间(n= 4)由于疾病进展、患者焦虑(n= 1)和新冠肺炎限制(n= 1).

表1所有可评估患者进入研究时的特征

89出现ZED88082A相关的副作用。ICI导致的AE与之前研究的报告一致(扩展数据表1).

在部分A中,两种抗CD8示踪蛋白剂量(89评估ZED88082A +未标记的去铁草胺(DFO)-缀合的单臂抗体ced 88004s ): 4mg(n= 3)或10毫克(n= 6)在给药后第0 (1小时)、第2、第4和第7 ( 1)天进行系列PET扫描,随后对肿瘤病变进行活检。10 mg剂量允许足够的血池示踪剂可用性(平均第2天平均标准摄取值(SUV意思是)2.9 ( 1.0),第4天SUV意思是1.9 ( 0.3)).与4 mg相比,10 mg剂量显示较少且稳定的脾脏摄取,表明脾脏示踪剂下沉效应减弱(扩展数据图。1a).10 mg蛋白质剂量显示了肿瘤病变和淋巴组织(图。1补充视频),在第2天和第4天吸收量最高(扩展数据图。2).在体外,人外周血单核细胞没有内在化示踪剂(扩展数据图。3),与PET成像数据一致,显示在第2-7天之间组织信号没有进一步增加。因此,在B部分中,在第2天进行PET扫描的10 mg蛋白质剂量被认为是最佳的。

图1:正常组织的生物分布89ZED88082A。
figure 1

a,代表89ZED88082A PET扫描最大强度投影第2天。全身显像可通过以下方式获得补充视频. b–e,轴视图相同的扫描融合低剂量CT。箭头表示咽淋巴环、颈部淋巴结(b)、脾脏、骨髓(c)、肾皮质、小肠(d)和腹股沟淋巴结(e). f,g对蛋白质剂量进行调整后,在10 mg剂量时,组织间的预处理摄取具有95%的置信带(n= 9),第0天(1小时),第2、4和7天(1天),平均SUV意思是 (f)和意思是SUV最大 (g)对于淋巴结和扁桃体,在第0天不可见。

基线时肿瘤病灶的摄取

基线89所有非辐射损伤中的ZED88082A摄取(n38名患者中= 266)显示了总体几何平均SUV最大第2天为5.6(几何变异系数0.72)。在所有主要器官中都发现了损伤。几何平均中位数最大每名患者为5.2 (IQI为4.0-7.4)。在患者之间和患者内部观察到肿瘤摄取的异质性(组内相关系数0.46;图。2a,b(二)和扩展数据图。4).在10名患者中,4名患有dMMR肿瘤,16个病灶(6个dMMR)显示明显的肿瘤边缘摄取(图。2b和扩展数据图。4f–h).在这16个可评估的13个病灶中,只有3个有中央坏死的计算机断层扫描(CT)证据。

图2:89ZED88082A在非辐射肿瘤病灶中的摄取。
figure 2

a注射示踪剂后第2天266个病灶的治疗前摄取,按几何平均SUV递增排序最大每个患者,可视化病变大小和位置,以及主动脉背景摄取。,直径。μ,意思是。b,轴视图PET/CT扫描,箭头表示病变。(I)在dMMR十二指肠肿瘤中的高不均匀摄取。(ii)在三阴性右乳腺癌病变中的摄取,在胸膜中的中度摄取,以及在肺病变中没有至轻微摄取。(iii)膀胱周围dMMR尿路上皮细胞癌病变预处理中的少量摄取在治疗期间随着rim模式而增加(iv)。c,小提琴情节SUV最大在病变中(n= 212)每部位(淋巴结n= 99,肝n= 35,骨头n= 17,肺n= 42,皮肤n= 19).d,SUV的小提琴情节最大在pMMR患者中(n= 25)和dMMR肿瘤(n= 9).e,SUV的小提琴情节最大在有沙漠的病变中(n= 15)和非废弃(n= 19)24名患者治疗前和治疗期间的免疫表型。汉英对照,Violin plots与SUV的底部和顶部1%最大截断的值(cd,不为e);彩色点是每个患者的几何平均值(d)或病变(e);黑色竖线是几何意思SUV最大95%可信区间;黑线中的白点和小提琴下方的数值表示实际的几何平均值。双面标称P数值来源于线性混合模型,考虑了患者(和病变,如果适用)内的聚类,使用Wald检验对三个较高水平因素(c)或两级因子最大似然下的似然比检验(d,e).SqCC,鳞状细胞癌;OCCC,卵巢透明细胞癌;HCC,肝细胞癌;上升,未知的主要。

89ZED88082A摄取与病变的器官位置有关,在恶性淋巴结中最高(图。2c).恶性淋巴结的SUV也高62%最大比正常淋巴结(95%可信区间(CI)45–80%,P≤0.001).我们采用两种方法来验证CD8示踪剂摄取的潜在差异是否反映了CD8相关的肿瘤特征。首先,我们展示了899例dMMR患者的ZED88082A肿瘤摄取高于25例错配修复熟练(pMMR)肿瘤患者(图。2d).其次,我们用CD8免疫组织化学(IHC)研究了24例患者的肿瘤,其中22例为治疗前样品,12例为治疗中样品。这显示了4种炎症、15种基质和15种荒漠表型(扩展数据图。5a和补充图。1).越野车最大在治疗前和治疗期间,炎症或基质表型病变的发病率高于荒漠表型病变(图。2e和扩展数据图。5f).具有CD8荒漠表型的病变具有几何平均SUV最大4.3(95% CI 3.1–6.0),而间质或炎症表型的病变具有几何平均SUV最大7.1的(95%可信区间为5.4–9.4)(P= 0.018);当表现为生理肌肉背景摄取时,这种差异并不显著(扩展数据图。5e).本地化CD8+通过IHC测量的t细胞密度与肿瘤组织中的放射自显影信号强度相关(τ= 0.45,P= 0.015)(图。3a和扩展数据图。5b–d).

图3:89IHC检测肿瘤组织中与CD8相关的ZED88082A。

a,放射自显影图像89dMMR结肠直肠癌肝转移中的ZED88082A摄取和伴随的CD8 IHC染色。CD8中度至高度表达的区域1、3和5;没有CD8表达的2和4。代表性图像显示了IHC CD8表达和放射自显影信号之间的明显相关性(n= 16).b,SUV概述最大以及10名患者在治疗前和治疗期间在具有相应配对活检样本的病变中的CD8 IHC表达模式(密度评分)。在……上x显示了轴、原发肿瘤类型和活检位置。条形图上方的符号表示病变在六周时的放射照相反应。淋巴结。

源数据

截至2021年10月13日,患者平均随访时间为5.6个月;38名患者中有35名可评估为最佳总体缓解,4名患者经历了完全缓解(CR),8名患者经历了部分缓解(PR),4名患者经历了稳定疾病(SD)和19名患者经历了进展疾病(PD)。基线示踪剂肿瘤摄取显示出阳性趋势,具有实体瘤最佳总体反应评估标准(RECIST)反应(P趋势= 0.064,扩展数据图。6a),在ICI期间,SD/PR/CR患者的摄取率比其他患者高40%(95% CI 0–94%)P= 0.040;扩展数据图。6b,c).基线高于中位数的患者89ZED88082A-uptake几何平均SUV最大(也就是说,> 5.2)显示出一种更好的无进展生存期(PFS)趋势(中位数1.5,95% CI 1.3至未达到;与3.9相比,95%可信区间为2.6至未达到,P= 0.058),并且比摄取量低于中位数的患者具有更高的总生存率(OS)(中位数为6.5,95%可信区间为3.3至未达到,而13.8,95%可信区间为11.3至未达到,P= 0.030)(图。4).连续分析,基线89ZED88082A-uptake几何平均SUV最大(按标准差减少)显示PFS的风险比为1.60 (95%可信区间为1.03-2.78;P= 0.034),对于OS为1.59 (95%可信区间为1.04–2.72;P= 0.031).

图4:89ZED88082A摄取与肿瘤反应相关。
figure 4

a,b,PFS(a)和OS(b),根据基线几何平均SUV最大低于和高于中间值,并带有双侧标称值P从对数秩检验得出的值。c重复成像过程中肿瘤摄取和解剖大小的变化,表示为每周治疗的估计变化,以说明患者之间在PET扫描/CT反应评估时间上的差异。患者(n= 19)由两个条形(蓝色和粉色)表示,并根据最佳总体治疗反应分组。蓝条,根据治疗前和首次反应评估之间RECIST,靶病变总数变化。粉色条,一般的SUV最大改变。圆点是单个病变(n= 111).大小(蓝色)和摄取(红色)的单个病变数据点由灰色线连接。蓝点,病变蓝色,精确直径预处理。点的位置,大小相对于基线的变化。红点、损伤发红、SUV最大预处理。Dot位置,SUV最大改变。

治疗期间肿瘤病灶的摄取

在治疗期间,平均89ZED88082A在所有患者的非辐射损伤中的摄取(损伤n= 111)低于基线值(几何平均SUV变化4.6%最大每周治疗,95%可信区间6.5%至2.6%),这一变化取决于最佳总体缓解率,SD、PR或CR患者的总体缓解率下降幅度更大(P互动= 0.018)(扩展数据图。6c).在治疗中显示PR或CR的8名患者中,有5名在30天时进行PET扫描时已经符合PR标准。当考虑到肿瘤体积变化和由于响应病灶中的部分体积效应导致的示踪剂摄取低估时,估计的平均示踪剂摄取变化为每周治疗2.7%(95% CI 4.4%至1.1%),这不再取决于最佳总体响应(P互动= 0.71)(扩展数据图。6d).重复成像队列中没有患者出现假性进展。

在患者体内,病变表现出不同的变化89ZED88082A摄取,与基线相比,有些下降,有些增加。此外,反应性病变显示了多种动态变化89zed 88082 a-两个PET系列之间的摄取变化(图。4c).

对于10名患者,具有PET上相应肿瘤感兴趣体积(voi)的相同病变的成对肿瘤组织是可用的(补充信息图。S1).其中5例通过IHC和成像反映了一致的治疗中出现的变化(图。3b).在一个病人身上,SUV的淋巴结转移最大8.28和基质CD8 T细胞浸润在基线仅显示正常淋巴结组织在第二次活检样本中,与SUV最大5.63的概率。

正常组织生物分布和药代动力学

89ZED88082A显示了每个器官的特定摄取量(图。1).最高的89ZED88082A摄取发生在脾脏中,并且在注射后一小时内是明显的。从第二天开始,有一个清晰的89ZED88082A在正常淋巴组织中的摄取,包括骨髓、韦氏环、淋巴结、小肠(扩展数据图。1)和附录(扩展数据图。7i).先前有淋巴结清扫的部位缺乏摄取。此外,在肾皮质和肝脏中存在示踪剂摄取。部分容积效应和溢出信号排除了包含在肾皮质和脾脏内的小肿瘤病变的量化。在炎症部位也观察到示踪剂摄取(扩展数据图。7).在两个病人中,89ZED88082A的摄取在受辐射< 12个月的椎骨中低于未受辐射的椎骨(扩展数据图。7g高).在治疗期间,普通的示踪SUV意思是与治疗前相比,在第四周的血池中降低了13.3%。同样,脾脏和淋巴组织中的摄取也有限减少,后者与最佳总体反应不相关(扩展数据图。1b).

几名患者在ICI开始后出现免疫相关不良事件(irAE )(扩展数据表1).一名接受稳定甲状腺替代治疗的桥本氏甲状腺炎患者出现病情恶化,需要更多的替代治疗。她升高的甲状腺SUV意思是在治疗期间从3.32增加到8.07(扩展数据图。7e,f).在其他患者中,在PET扫描期间或之后,irAE≥3级,没有更高89ZED88082A在基线或治疗期间的摄取发生在感兴趣的器官中。这包括两名在接受治疗的CD8 PET后4天和14天出现腹泻的患者。在腹泻开始两天后,通过结肠镜检查和结肠活检对他们进行了评估,结果显示两名患者均有轻微炎症。由于临床怀疑ICI诱导的结肠炎,他们后来接受了类固醇治疗。

在A部分,血清89在相同剂量组内,ZED88082A/CED88004S蛋白水平相当(扩展数据图。8a、b).的估计血清半衰期89ZED88082A/CED88004S为1.19±0.33天。示踪剂的药代动力学不受ICI的影响(扩展数据图。8c). 89ZED88082A在血清中是完整的,而只有低分子量成分,包括游离的89Zr,可在尿液中检测到(扩展数据图。8d). 89ZED88082A给药不影响T细胞、B细胞和NK细胞血细胞计数(扩展数据图。3a).

在注射示踪剂之前,没有患者具有内源性抗体-药物抗体(ADAs)n= 31),19%在第一次(n= 26次中的5次)和第二次示踪剂注射后18-38天的8%(n= 12个中的1个)。第一次注射示踪剂后,22名患者中有1名出现ADAs。腺苷脱氨酶对大鼠无明显影响89ZED88082A/CED88004S血清水平和成像结果。

讨论

肿瘤微环境的系统表征对于理解免疫治疗后的有效抗癌免疫反应至关重要。这是首次使用CD8靶向抗体的人体研究89表征CD8的ZED88082A+癌症患者在基线和ICI治疗期间通过PET成像的t细胞生物分布。我们证明了示踪剂是安全的。肿瘤病灶中的示踪剂摄取与这些病灶中的CD8 IHC和放射自显影信号相关。89ZED88082A信号早期在作为清除器官的血池和肾脏中以及在红髓网状内皮细胞上广泛表达CD8的脾脏中是显著的18。然而,渐进摄取仅在富含CD8的组织如淋巴结中是明显的,进一步支持了示踪剂的CD8特异性。

总体而言,高89基线时ZED88082A肿瘤摄取与较好的OS相关,这与临床ICI试验组织中CD8 IHC的发现一致6,19。在2004年,患者内部和患者之间存在很大的空间异质性89ZED88082A通过其病变摄取。我们采用两种方法来验证CD8示踪剂摄取的潜在差异是否反映了CD8相关的肿瘤特征。首先,我们发现治疗前成像的dMMR肿瘤比pMMR肿瘤有更高的示踪剂摄取,反映了更高的CD8+dMMR肿瘤中t细胞浸润的报道20,21,22,23,24。第二,我们发现,经活组织检查,IHC已知有高T细胞浸润的肿瘤病灶(间质或炎症表型)比低T细胞“荒漠”表型的肿瘤病灶有更高的CD8示踪剂摄取。这89ZED88082A在治疗前和治疗期间在几种肿瘤中的边缘模式摄取可能反映了CD8+t细胞肿瘤浸润称为浸润边缘11,23,25.

为了提高对ICIs的认识,我们研究了它们的生物分布89锆标记的抗PD-1和抗PD-L1抗体15,16,26,27。接受阿替唑单抗预处理的患者89Zr-阿替唑单抗肿瘤摄取可预测肿瘤反应、PFS和OS,而IHC评估的PD-L1表达则不能15。对以下方面也进行了类似的观察89Zr-pembrolizumab成像16。这表明肿瘤病变中的T细胞作为免疫治疗的关键介质可以通过全身PET成像进行评估。最近在一项小型1期研究中描述了CD8成像,该研究涉及在ICI或靶向治疗之前、期间或之后的单个时间点对15名患者使用不同蛋白剂量的微抗体进行CD8 PET成像89Zr-Df-IAB22M2C28。这89Zr-minibody是安全的,并在CD8中积累+10名患者的丰富组织和肿瘤病变,支持CD8 PET方法。

虽然我们在个别病例中观察到在反应前信号增加,这也在一些活检研究中显示9,10,11,29,整体SUV最大更改于89ICI开始后30天的ZED88082A PET与校正体积变化后的最佳总体反应不相关。有趣的是,我们在有反应的患者中发现了30天时PET上示踪剂摄取的巨大差异。这些发现表明,随着抗肿瘤免疫反应的展开,全身性T细胞动力学存在显著的时空变异性。有趣的是,在使用肿瘤细胞和免疫细胞的原位荧光成像的良好控制的小鼠模型中也观察到了类似的结果。因此,即使在同一接种肿瘤细胞系的一个模型的单个小鼠中,也可以观察到免疫表型进化的大量变化30。此外,在人类肿瘤片段平台分析中,PD-1阻断导致来自个体患者肿瘤病变的小肿瘤片段中不同的免疫激活谱31。总之,我们的结果强调了在全面评估肿瘤免疫状态和治疗诱导的药效作用时,所有肿瘤病变的时间和特征的重要性。

一些肿瘤类型对ICIs的反应动力学比其他类型更快32,33。在第30天,我们捕捉了患者和他们在免疫反应的不同阶段或缺乏免疫反应时的损伤的快照。我们的结果表明更早的成像时间点被保证捕获CD8+可能先于抗肿瘤活性的t细胞动力学导致这些患者的病变缩小。由于我们的研究中包括了各种肿瘤类型,因此纳入的个体肿瘤类型数量太少,无法定义患者亚群特异性CD8+t细胞动力学。为了全面了解和评估ICIs诱导的抗肿瘤免疫(超出了局部肿瘤活检的可行性),有必要通过随时间的全身评估对病变部位的T细胞动态进行成像。因为89Zr的半衰期相对较长,为78.4小时,使用89Zr示踪剂理想地需要两个星期的间隔,以避免残留的放射性,并允许抗体的完全清除。以CD8为目标并用氟-18标记的新的小分子示踪剂可以更容易地允许连续的成像时间点,增加捕捉更完整的时间过程的机会,以阐明CD8的时空变化+免疫治疗开始后的t细胞34。对于未来的研究,我们还设想了一个更早的第二成像时间点,即开始ICI治疗后两周内,以捕捉肿瘤实质性缩小前的药效学变化。

几个问题挑战了治疗后CD8成像变化的解释。在一些肿瘤病变中,摄取模式发生了变化,而不是摄取的大小,这可能反映了在更大的肿瘤体积中增强的浸润。我们将特异性肿瘤摄取表示为SUV最大,通常用于测量比吸收率。然而,这可能不能正确反映异质摄取或分布模式的变化。

此外,我们检测到了CD8+非恶性炎症区域的t细胞,支持示踪剂在任何情况下可视化炎症过程的能力,包括891例桥本甲状腺炎患者ICI治疗期间的PET改变,桥本甲状腺炎是一种高淋巴细胞参与的疾病35。因此,如果在相关时间段内对患者进行扫描,CD8 PET可以识别潜在的irAEs。然而,应该注意的是,并不是所有的独立评价机构都是由CD8驱动的+t细胞,而是可能涉及多因素病因,包括B细胞、补体或自身抗体驱动机制36。因此,CD8 PET在irAEs的表征、鉴定和监测中的潜在相关性需要进一步的研究,目前仅限于单个轶事。

该示踪剂在正常组织中显示出器官特异性生物分布,而没有免疫细胞内化细胞示踪剂的体外迹象。我们不能排除我们也看到了CD8+NK细胞,但它们相对罕见,不太可能是混杂的。在注射后的第一个小时内,脾脏中的摄取是显著的,这可能是由于高灌注和红髓窦中的沿岸细胞容易接近高CD8水平的示踪剂15,18。脾上部89ZED88082A SUV意思是4 mg比10 mg可能反映了10 mg剂量下的部分CD8饱和,因为含有更多未标记的CED88004S。

注射后早期的高骨髓摄取,随后这种密集血管化空间的逐渐减少,可能与灌注有关,而在稍后时间点的成像可能反映靶介导的89ZED88082A与CD8结合+t细胞,这是基于其作为初级和次级淋巴器官和记忆CD8的作用而预期的+t细胞定位37,38。此外,我们在小肠中看到示踪剂摄取,可能显示CD8+肠相关淋巴组织中的t细胞,如肠粘膜内的派尔氏结39,40。这些组织中的高示踪剂摄取与蛋白质图谱中报道的CD8蛋白表达位点相匹配41,尽管由于图谱中相对年轻和健康的组织来源,以及在活体受试者中将抗体示踪剂递送至CD8靶的相对复杂性,这些比较不能精确。肝脏、肾皮质、尿液和大肠中的示踪剂信号可能反映了示踪剂的清除和代谢,而不是靶介导的结合。肾皮质显示持续的高放射性信号,与血池水平下降无关。这大概是由于肾示踪剂清除,随后吸收和分解代谢,细胞内带电金属螯合分解代谢物如赖氨酸-DFO-Zr-结合蛋白的残留。这是小分子和抗体片段的已知现象42,43.

CD8系列全身表征+t细胞在临床研究中有几个潜在的应用。一个应用是更全面地表征预处理CD8+t细胞肿瘤浸润,其可作为对特定免疫疗法(例如,ICIs)的后续反应的预测性生物标志物。此外,系列CD8 PET成像有可能在新的免疫疗法或药物组合后表征治疗中出现的药效学变化,因此可能有助于指导其临床开发。89ZED88082A PET也可能有助于指导肿瘤活检,以提高获得高CD8肿瘤样本的机会+t细胞浸润。最终,CD8 PET有潜力成为临床决策支持工具,为患者提供个性化的免疫治疗方法。描述和接受CD8巨大的时空异质性+t细胞对于未来更个性化的治疗方法至关重要。然而,需要生成更大的CD8 PET成像数据集并与临床结果相关联,以评估CD8 PET是否可以指导治疗决策。

总之,89ZED88082A PET特别将体内的CD8可视化,提供了评估全身CD8的机会+t细胞分布,单病灶活检无法获得。我们证明了CD8+ICI前成像的肿瘤病变中t细胞的存在可以预测OS,这突出了CD8成像作为预测生物标志物对患者进行个性化治疗的潜力。ICI暴露期间肿瘤内CD8表达的动力学比以前报道的更加复杂和微妙,并且在不同患者和同一患者的不同病变之间有所不同。为了正确评估肿瘤免疫状态,跨病变的时间选择和评估是至关重要的。我们的结果为使用新的成像技术表征肿瘤免疫微环境提供了强有力的理论基础。