IF=10.7! | 鄭大一附院張毅、王麗萍團隊：L-苯丙氨酸比CT更早“說話”，引領NSCLC聯合治療早期預后診斷

英文標題：Changes in L-phenylalanine concentration reflect and predict response to anti-PD-1 treatment combined with chemotherapy in patients with non-small cell lung cancer

中文標題：L-苯丙氨酸濃度變化可反映并預測非小細胞肺癌患者接受抗PD-1治療聯合化療的療效

發表期刊：MedComm

影響因子：10.7

客戶單位：鄭州大學第一附屬醫院

百趣提供服務：新一代代謝組學NGM 2

研究背景

非小細胞肺癌(Non-small cell lung cancer,  NSCLC)是全球高發腫瘤之一，多數患者確診時已晚期。近十年，免疫療法在NSCLC治療中潛力巨大，目前是晚期轉移性NSCLC的一線治療手段，也用于不可手術患者的輔助治療。美國國家綜合癌癥網絡指南推薦PD-L1為轉移性NSCLC的唯一生物標志物，但僅憑PD-L1表達預測PD-1/PD-L1抑制劑療效存在局限性。臨床研究表明，部分PD-L1陰性患者可從免疫治療中獲益，而部分高表達患者卻產生耐藥性，因此僅用PD-L1表達預測治療反應不準確。其他生物標志物如腫瘤突變負荷(Tumor mutation burden, TMB)、靶基因突變（KRAS、EGFR、ALK等）和循環腫瘤基因(Circulating tumor genes, ctDNA)雖可用于監測免疫治療反應，但侵入性強，難以重復檢測。

目前，臨床常用的血液活檢方法包括外泌體、腫瘤誘導血小板、微生物群和代謝物，但這些方法樣本半衰期短，處理要求高，缺乏標準化分析方法。代謝組學作為與表型聯系最密切的學科，可通過檢測代謝物濃度變化反映生理和病理變化，且代謝物變化與生物表型直接相關。本研究從代謝組學角度出發，通過非靶標代謝組學分析，尋找預測免疫治療聯合化療有效性的血清代謝物，并驗證其作為預后標志物的潛力。

技術路線

研究結果

1、患者隊列與基線特征概述

本研究納入了170名NSCLC患者，其中126例接受化療聯合抗PD-1抗體治療，41例接受單純化療。治療期間，每個周期后采集外周血，分離血清和PBMC，并根據RECIST 1.1標準評估臨床療效。7例患者因死亡或不良事件被排除，剩余患者分為發現隊列(n=83)、驗證隊列1(n=40)和驗證隊列2(n=30)（圖1）。

圖1. 接受單純化療或化療聯合PD-1抗體治療的患者及整個研究治療過程

2、非靶標代謝組學篩查及血清差異分析

從83例NSCLC患者中收集基線和兩周期治療完成后的血清樣本，進行非靶標代謝組學分析。OPLS-DA分析顯示，接受化療聯合抗PD-1抗體治療的NSCLC患者，其代謝物特征存在明顯差異（圖2A）。其中，NR（非應答者，指治療后腫瘤病灶最大徑之和較基線增大≥20% 或出現新轉移灶）組中，基線與治療后差異代謝物主要富集于有機酸及其衍生物；而R（應答者，指治療后腫瘤達完全緩解CR、部分緩解PR或疾病穩定SD）組中，差異代謝物則涉及脂質及類脂質分子、有機酸及其衍生物、有機雜環化合物（圖2B）。進一步統計差異代謝物比例，NR組差異代謝物占比7.94%（其中上調5.29%、下調2.65%），R組差異代謝物占比7.4%（其中增加3.17%、減少4.23%）（圖2C）。

對于接受單純化療的患者，其NR組與R組的代謝物變化特征也存在差異：兩組差異代謝物均主要集中于脂質及類脂質分子、有機酸及其衍生物（圖2E）；從差異比例來看，NR組基線與治療后差異代謝物占比7.14%，R組差異代謝物占比6.88%（圖2D-F）。

圖2. 血清標本代謝譜檢查

3、預測化療聯合抗PD-1治療反應的代謝物鑒定

研究先通過熱圖（圖3A-B）展示了“化療聯合抗PD-1”聯合治療組與單純化療組患者的差異代謝物（含氨基酸、脂質等類別），再基于這些差異代謝物分析其涉及的代謝通路及關鍵代謝物濃度變化；結果顯示，聯合治療中R組患者，其差異代謝物主要富集于L-苯丙氨酸代謝通路與L-精氨酸代謝通路（圖3C），而單純化療組中，R組差異代謝物富集于L-苯丙氨酸-酪氨酸代謝通路（圖3D），NR組則富集于L-精氨酸代謝通路（圖3E）；濃度變化方面，聯合治療受益患者的L-精氨酸濃度較基線下降（圖3F），單純化療NR組的L-精氨酸濃度也有所下降（圖3G），而L-苯丙氨酸僅在聯合治療中呈現與療效相關的相反變化（R組治療后濃度降低、NR組升高，圖3H），單純化療組無論R組還是NR組，其L-苯丙氨酸濃度均無顯著差異（圖3I），綜上，L-苯丙氨酸濃度變化可能是區分非小細胞肺癌患者對“化療聯合抗 PD-1”聯合治療療效的特異性指標。

圖3. L-苯丙氨酸濃度R組降低，NR組升高

4、L-苯丙氨酸濃度的變化可以反映聯合用藥的療效

研究選擇了20例有反應(R)和10例無反應(NR)的患者接受化療聯合抗PD-1抗體治療，并使用ELISA測定L-苯丙氨酸濃度。結果顯示，NR組治療后L-苯丙氨酸濃度升高，而R組濃度下降（圖4A）?；诖?，研究假設L-苯丙氨酸濃度變化可作為聯合治療臨床獲益的預后指標，并通過計算濃度變化比值來評估。統計結果顯示，NR組的變化值多為正，R組的變化值多為負（圖4B）。ROC曲線分析顯示，L-苯丙氨酸的AUC為0.8650，最佳截斷值為17.11%（圖4C）。根據此值分組后發現，截斷值≥17.11%組的患者治療后病情進展(PD)（圖4D），客觀有效率(ORR)為18.18%，顯著低于截斷值<17.11%組（ORR為94.74%）（圖4E）。此外，截斷值≥17.11%組的無進展生存期(PFS)和總生存期(OS)均較短（圖4F-G）。因此，L-苯丙氨酸濃度變化被確定為聯合治療反應的預后指標。

圖4. NSCLC患者在化療聯合PD-1抗體治療期間血清L-苯丙氨酸水平的變化反映了腫瘤反應

5、L-苯丙氨酸濃度的變化先于CT影像尺寸的變化

在驗證隊列（40例接受化療聯合抗PD-1抗體治療的患者，其中應答者R：20例，非應答者NR：20例）中，研究發現NR組的L-苯丙氨酸濃度變化顯著高于R組（圖5A）。使用此前確定的17.11% 截斷值分組后，截斷值≥17.11%組的客觀有效率(ORR)為 6.25%，顯著低于截斷值<17.11%組（ORR為79.17%）（圖5B），且≥17.11%組患者的無進展生存期(PFS)和總生存期(OS)均更短（圖5C）。

盡管治療4個周期后血清L-苯丙氨酸的變化可反映聯合治療的臨床療效，但臨床醫生通常傾向于在至少4個周期治療后采用CT評估療效。為此，研究進一步探索治療1個周期后血清L-苯丙氨酸濃度的變化是否能有效預測臨床療效：結果顯示，治療1個周期后，應答者(R)的L-苯丙氨酸濃度下降，非應答者(NR)的濃度則升高（圖5D）；同時，對20例接受聯合治療的參與者進行延長隨訪，在疾病進展時檢測其L-苯丙氨酸濃度，發現所有患者均表現出L-苯丙氨酸升高水平的個體差異，且動態分析顯示，治療1個周期后NR 組的L-苯丙氨酸濃度變化值大多為正，R組則大多為負（圖5E）。

對治療1個周期后的濃度變化值進行ROC曲線分析，結果顯示曲線下面積(AUC)為0.8400，最佳截斷值為10.79%（圖5F）。根據該截斷值分組發現，截斷值≥10.79% 組的患者接受聯合治療后，大部分出現疾病進展(PD)（圖5G）；且該組的ORR僅為12.5%，顯著低于截斷值<10.79%組的（ORR為75%）（圖 5H）。生存分析結果顯示，截斷值<10.79%組患者的PFS和OS顯著優于截斷值≥10.79%組（圖5I）。

綜上所述，在接受化療聯合抗PD-1抗體治療的NSCLC患者中，L-苯丙氨酸濃度的變化可作為早期臨床預后診斷指標，其變化先于CT影像顯示的腫瘤尺寸變化。

圖5. L-苯丙氨酸相對濃度的倍數變化與PD-1抗體在癌癥患者中的療效相關

6、判別模型的前瞻性驗證

最后，為驗證L-苯丙氨酸水平對化療聯合抗PD-1抗體治療療效的早期臨床預測效率，研究開展了一項前瞻性隊列研究（共納入30例患者，其中應答者R：n=15；非應答者NR：n=15）。研究在患者基線時及治療1個周期后，分別檢測其血清L-苯丙氨酸濃度，并依據此前確定的10.79%截斷值將患者分為兩組。

結果顯示，截斷值≥10.79%組的ORR為26.67%，顯著低于截斷值<10.79%組（ORR為73.33%）（圖6A）；治療4個周期后，影像學評估可見截斷值<10.79%組患者的腫瘤大多出現縮小，而截斷值≥10.79%組患者的腫瘤則持續進展（圖6B）。此外，生存分析結果顯示，截斷值≥10.79%組的中位無進展生存期(PFS)為10個月，顯著短于截斷值<10.79%組（18個月），且截斷值<10.79%組患者的中位總生存期(OS)也明顯更長（圖6C）。

綜上，該前瞻性驗證結果進一步證實，基于L-苯丙氨酸濃度變化（以10.79%為截斷值）的判別模型，可有效早期預測非小細胞肺癌患者對化療聯合抗PD-1抗體治療的療效。

圖6. L-苯丙氨酸的倍數變化反映了化療聯合PD-1抗體治療的有效性驗證2

研究結論

該項研究基于非靶標代謝組學結果，建立了一個基于L-苯丙氨酸濃度變化（基線與四個治療周期后）的預后模型，并通過影像學結果及PFS和OS的統計分析進行驗證。為實現早期預測，進一步建立了基于一個治療周期后L-苯丙氨酸濃度變化的模型，并進行了前瞻性驗證。該模型可幫助醫生篩選可能受益于化療聯合PD-1抗體治療的患者，提供個性化治療策略。

L-苯丙氨酸是一種必需氨基酸，具有穩定的代謝途徑和正常生理濃度范圍(35-120 µmol/L)。本研究中，其濃度在聯合治療前后均處于正常范圍。該模型基于PD-1抗體聯合化療的非小細胞肺癌患者，而單獨化療前后L-苯丙氨酸濃度變化不顯著。文獻顯示，L-苯丙氨酸濃度升高與多種疾病相關，但不同類型腫瘤的變化和作用不同。研究發現聯合治療后，無反應者L-苯丙氨酸水平上升，反應者下降，這種變化可作為預后指標。此外，L-苯丙氨酸的代謝產物可抑制T細胞增殖和信號通路，這可能是非獲益組患者L-苯丙氨酸水平升高的原因。這是首個使用代謝生物標志物指示非小細胞肺癌患者化療聯合免疫治療反應的大型隊列研究，為個性化治療提供了新策略，為前瞻性臨床試驗的發展奠定了基礎。

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END

孔涵蕊 撰文

Tang 校稿