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，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抑制的結果有不同的影響也是未知的。根據KRAS、STK11和KEAP1突變狀態，在兩個獨立的隊列中分析PD-(L)1抑制的臨床結果。根據KRAS/STK11和KRAS/KEAP1的計算狀態，分別對腫瘤基因表達和腫瘤免疫細胞亞群的差異進行分析。在聯合隊列的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現有害的STK11和KEAP1突變。在每個獨立隊列和聯合隊列中，STK11和KEAP1突變與明顯惡化的無進展相關(STK11風險比[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_本體論和免疫細胞富集分析顯示，STK11或KEAP1突變的存在導致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突變導致免疫治療效果較差，但在KRAS^WTLUAD患者中沒有。同時發生KRAS/STK11和KRAS/KEAP1突變的腫瘤在基因表達和免疫細胞浸潤方面表現出不同的免疫特征。本文于2022年3月發表于Journal of Thoracic Oncology (IF=20.121)。

技術路線：

主要研究結果：

(1) KRAS、STK11和KEAP1突變狀態對PD-L1表達和TMB的影響

我們首先分析了KRAS、STK11和KEAP1突變狀態對PD-L1表達和TMB的影響。STK11^MUT和KEAP1^MUTLUADs在DFCI/MGH、MSKCC/MDACC和聯合隊列中PD-L1表達顯著降低，而KRAS^MUTLUADs僅在DFCI/MGH隊列中PD-L1表達顯著升高(補充圖未展示)。通過KRAS狀態分析，STK11突變與KRAS^MUT和KRAS^WTLUAD中PD-L1表達顯著降低相關，而KEAP1突變與PD-L1表達降低相關的主要是KRAS^MUT病例，而不是KRAS^WT病例(圖1A和B)。就TMB分布而言，在MSKCC/MDACC、聯合隊列和KEAP1^MUT腫瘤的所有評估隊列中，KRAS^MUT和STK11^MUTLUAD的中位TMB均顯著高于MSKCC/MDACC(補充圖未展示)。當根據KRAS狀態分析TMB分布時，在MSKCC/MDACC和聯合隊列中，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突變狀態對KRAS^MUT和KRAS^WTLUAD中程序性細胞死亡蛋白-1抑制的臨床結果的影響

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。STK11突變對免疫治療結果的這種有害影響主要是由LUAD的KRAS^MUT亞群驅動的。在DFCI/MGH和MSKCC/MDACC隊列中(補充圖未展示)，以及在聯合隊列中，STK11突變與KRAS^MUTLUAD的總體緩解率(ORR)、mPFS和mOS顯著較差相關，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，但在兩個獨立隊列(補充圖未展示)和聯合隊列(圖2C和D和4A-D)中沒有影響KRAS^WT病例。

當我們分析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。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證了STK11和KEAP1突變對KRAS^MUT病例ICI預后較差的獨立貢獻(補充圖未展示)。STK11和KEAP1突變都與較低的PFS和OS相關，而相互作用項與PFS和OS無關，這表明STK11和KEAP1突變對免疫治療結果具有可加性影響。

圖2

圖3

圖4

圖5

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

為了揭示STK11和KEAP1突變對LUADICI預后的有害影響主要是由KRAS突變驅動的潛在機制，我們研究了KRAS^MUT和KRAS^WTLUAD中含有這些突變的腫瘤的轉錄組譜。根據KRAS/STK11和KRAS/KEAP1計算狀態對TCGA數據集中513個LUAD的RNA測序數據進行分析。

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腫瘤中調控差異的基因亞群進行了基因本體層次分析，而KRAS^WT/STK11^WT與KRAS^WT/STK11^MUT腫瘤中調控差異的基因亞群沒有進行基因本體層次分析。在確定的22個重要終點通路中，與KRAS^MUT/STK11^WTLUADs相比，KRAS^MUT/STK11^MUT中13個參與免疫介導過程的通路顯著下調，包括MHC II類蛋白復合物、T細胞激活、免疫應答激活信號、白細胞遷移、白細胞脫粒和髓系白細胞激活(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癌癥之間差異表達的基因，并對KRAS^MUT/KEAP1^WT腫瘤與KRAS^MUT/KEAP1^MUT腫瘤中唯一上調的基因亞群進行了基因本體論分析。在確定的13個終末通路中，11個涉及免疫相關過程，包括以下基因本體術語：質膜外側、T細胞激活調控、T細胞受體信號轉導、病毒防御反應、白細胞與細胞粘附調控、淋巴細胞遷移(圖6B)。與KRAS^MUT/KEAP1^WT病例相比，KRAS^MUT/KEAP1^MUT腫瘤中涉及單核細胞、T細胞和樹突狀細胞募集的幾個基因顯著下調，包括CCL2、CXCL6、CCR1、CCR6、CCR7和ITGAM。此外，編碼促炎細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。重要的是，I型干擾素和其他炎癥細胞因子產生的陽性調節因子，如TMEM173(STING)、DDX58、TLR4和TLR7，在KRAS^MUT/KEAP1^MUT與KRAS^MUT/KEAP1^WT癌癥中明顯下調。

圖6

(4)細胞型富集分析顯示，根據KRAS突變狀態，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胞亞群，根據是否同時存在KRAS突變；我們通過將基因表達數據反卷積到腫瘤相關細胞群中進行細胞類型富集分析。

首先，我們根據KRAS突變狀態評估STK11突變是否與不同的細胞浸潤相關，并確定了6種免疫細胞類型，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巨噬細胞(p<0.01)、M2巨噬細胞(p<0.01)、粒細胞母細胞祖細胞(p=0.02)、CD4+效應記憶細胞(p=0.01)、和B細胞(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中浸潤細胞類型的獨特模式相關。我們確定了四種細胞類型，包括CD8+ T細胞(p<0.001)、CD8+中樞記憶T細胞(p<0.01)、CD8+ naive T細胞(p=0.02)和B細胞(p=0.01)，這些細胞類型在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，間充質干細胞僅在KRAS^MUT/KEAP1^MUT腫瘤中顯著富集(p=0.02)(圖6D)。

結論：

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一步剖析這些相關性背后的分子機制，并確定新的治療漏洞。

參考文獻：

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.