通过评估2011年至2019年4月的45项FDA批准药物有关的主要研究，共有15种肿瘤类型获得批准。在所有批准中，PD-L1仅在28.9％的病例中具有预测性，在其余病例中无预测性的（53.3％）或未经过测试（17.8％）。有9项FDA批准与特定的PD-L1阈值和伴随诊断相关：膀胱癌（N = 3），非小细胞肺癌（N = 3），三阴性乳腺癌（N = 1），宫颈癌（N = 1）和胃/胃食管连接癌（N = 1），其中8/9（88.9％）采用免疫检查点抑制剂单药治疗。使用几种不同的测定方法，PD-L1阈值在肿瘤类型内和肿瘤类型之间均可变，包括以下PD-L1阈值的批准：1、5％和50％。还以可变的方式在肿瘤细胞，肿瘤浸润免疫细胞或两者上测量PD-L1表达。总之，研究发现表明，PD-L1作为预测性生物标志物的表达存在局限性，必须严格执行进行测试的决定，以进行临床决策。
免疫检查点抑制剂已改变了许多肿瘤类型的治疗前景，尤其是在转移性肿瘤。自2011年首次获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准以来，免疫检查点抑制剂开发的速度已大大提高。
PD-L1作为生物标志物研究的探索
免疫检查点抑制剂的开发虽然是改变许多类型肿瘤中晚期癌症的治疗方式，尽管在一部分患者中出现了令人鼓舞甚至有时持久的反应，但大多数患者仍未对该类药物有反应。
迄今为止，鉴于这些抗体与免疫微环境之间的动态相互作用以及不同肿瘤类型中免疫环境的异质性，寻找预测性生物标志物一直具有挑战性。基于PD-1和PD-L1之间相互作用的机制，早期研究最频繁的生物标志物PD-L1蛋白在肿瘤或免疫细胞上的表达被发现了。具体来说，PD-1（CD279）主要在活化的T和B淋巴细胞表面表达，通过与配体PD-L1（B7-H1）和PD-L2结合，在维持外周和中枢免疫细胞耐受中起着至关重要的作用（B7-DC），并抑制外周T细胞活化。 PD-L1在多种正常和免疫细胞类型中表达，并且比PD-L2更为常见。肿瘤细胞还采用了这种PD-1 / PD-L1机制来抑制免疫监视并促进肿瘤生长。因此，特别是在具有表达PD-L1的肿瘤和肿瘤浸润性免疫细胞群的患者中使用免疫检查点阻断已引起人们的极大关注。
肿瘤通过进行PD-1 / PD-L1免疫逃逸以促进肿瘤生长，可将其用作免疫检查点抑制剂的潜在靶标。在此基础上，PD-L1蛋白在肿瘤或免疫细胞上的表达成为对免疫检查点阻断敏感的第一个潜在的预测性生物标志物。本文通过对FDA批准的免疫检查点抑制剂药物研究，评估PD-L1作为一种预测性生物标志物可能性。
PD-L1预测性不足1/3
从2011年至2019年4月，总共有45项FDA批准。批准的步伐随着时间的推移而增加，2011年为1个，2014年为2个，2015年为7个，2016年为7个，2017年为12个，2018年为13个，到2019年4月获得批准3个。大多数批准是由于进行了II期临床试验（22/45，49％）和III期临床试验（20/45，44％）。批准的药物包括15种肿瘤类型（NSCLC（N = 11），黑色素瘤（N =）8），膀胱癌（N = 5），肾癌（N = 2），头颈部癌（N = 2），结肠癌（N = 2），肝细胞癌（N = 2），小细胞肺癌（N = 2），默克尔细胞癌（N = 2），皮肤鳞状细胞癌（N = 2），霍奇金淋巴瘤（N = 2），其他各一项（乳腺癌，宫颈，胃/胃食管交界处（GEJ），原发性纵隔B细胞淋巴瘤各一种，与组织无关的一种）。最常用的免疫检查点抑制剂包括pembrolizumab（N =，18），nivolumab（N = 11） ），然后是atezolizumab（N = 5），Ipilimumab和nivolumab（N = 3），Ipilimumab（N = 2），durvalumab（N = 2），cemiplimab（N = 2）和avelumab（N = 2）。
关于PD-L1状态，有9个FDA批准与PD-L1测试相关（表1）。与PD-L1状态相关的批准包括以下肿瘤类型：膀胱癌（N = 3），NSCLC（N = 3），三阴性乳腺癌（N = 1），宫颈癌（N = 1）和胃/ GEJ癌（N = 1）（图1）。 PD-L1阈值在肿瘤类型和适应症之内和之间都是可变的，包括以下PD-L1阈值的批准：1、5％和50％。表达PD-L1的细胞类型也会因批准而有所不同。例如，对于NSCLC，批准是基于肿瘤细胞上PD-L1的染色。相比之下，三阴性乳腺癌批准是基于浸润肿瘤的免疫细胞，而子宫颈癌批准则采用了肿瘤和免疫细胞的综合比例评分。9项批准中的8项（89％）用于免疫检查点抑制剂单一疗法。此外，根据适应症的具体研究中使用的抗体，FDA适应症与不同的伴随诊断方法相关联。其中包括SP142（Ventana Medical Systems），SP263（Ventana Medical Systems）和IHC 22C3（Dako North America，Inc.）。
表1 FDA批准与PD-L1测试相关的免疫检查点抑制剂
图1 免疫检查点抑制剂获得FDA批准的肿瘤类型的数量
颜色表示PD-L1检测是否批准（蓝色）或未被批准（绿色）作为伴随诊断。
缩写：GEJ =胃食管连接； HCC =肝细胞癌； HL =霍奇金淋巴瘤； 非小细胞肺癌 PMBCL =原发性纵隔B细胞淋巴瘤； RCC =肾细胞癌； SCC =鳞状细胞癌； SCLC =小细胞肺癌
在包括的45个案例中，PD-L1在28.9％的批准中具有预测性，在其余案例中则不是预测性（53.3％）或未经测试（17.8％）（图2）。 在研究中，PD-L1表达的报告在以下类型的细胞中变化很大：肿瘤细胞（N = 22），肿瘤和免疫细胞（N = 10），免疫细胞（N = 2），肿瘤或免疫细胞 （N= 1），未陈述（N= 2），或未执行（N= 8）。 与批准相关的唯一其他预测性生物标志物是三例中微卫星高（MSI高）/错配修复缺陷状态。
图2 免疫检查点抑制剂每年获得FDA FDA批准的数量
颜色表示PD-L1作为伴随诊断剂的状态的预测性和批准状态。 标记的肿瘤类型（蓝色）表示已通过PD-L1测试作为辅助诊断。
缩写：GEJ =胃食管连接处，NSCLC =非小细胞肺癌
基于PD-L1是肿瘤免疫逃逸的关键蛋白并且其存在表明免疫检查点抑制剂潜在靶点的假设，PD-L1成为了在免疫疗法临床试验中测试的早期生物标记。实际上，超过80％的获得FDA批准的关键试验都将PD-L1表达作为相关因素。尽管在临床试验环境中进行了广泛的研究，但该研究表明PD-L1作为预测性生物标志物的准确性不高。具体来说，PD-1阳性预测不到30％的研究会增加反应，重要的是，只有20％的批准具有伴随PD-L1诊断测试。此外，对于获得FDA批准的“阳性”试验，PD-L1生物标志物的效用估计值可能会被夸大。
PD-L1预测性具有异质性
有几种原因可以解释PD-L1预测性的异质性。首先，试验在所测试的组织类型（新鲜与储存），PD-L1分析类型，PD-L1表达截止值和细胞类型（肿瘤与（免疫与两者）测试PD-L1表达。对于病理学家和临床医生来说，解密各种测试模式及其在常规临床实践中的应用提出了重大挑战。其次，PD-L1的表达受肿瘤微环境中的几种分子途径和其他免疫细胞的调节，其驱动免疫原性的能力可能因不同的肿瘤类型而异。在动物模型系统中，早期证据表明，PD-L1在肿瘤和免疫细胞上的表达可能有助于逃避肿瘤并抑制不同肿瘤类型之间的抗肿瘤免疫力。这些细胞成分的相对贡献可能取决于环境。例如，一项对接受atezolizumab治疗的NSCLC患者的研究表明，高肿瘤细胞PD-L1和高免疫细胞PD-L1的客观缓解率分别为40％和22％，并且这些人群是独立的。第三，PD-L1表达具有时间和空间异质性，并且可以通过暴露于先前的疗法来改变。
尽管PD-L1测试尚未作为广泛应用的生物标记物提供，但它对某些肿瘤类型具有价值，如表1所示，并且仍然是当前临床实践中最常见的基于免疫的生物标记物。在NSCLC中，两项大型III期研究表明，在PD-L1表达分别≥1％和> 50％的铂类难治性和未接受化疗的患者中，pembrolizumab在延长生存期方面优于化疗。尽管其有望成为有用的生物标志物，但在批准后的第一年，NSCLC中的PD-L1检测仅在大约11％的社区实践中得到了利用。尽管自批准以来，PD-L1测试的使用已随着时间增加[，但学术和社区环境中的真实估计仍不确定。在尿路上皮癌中，atezolizumab和pembrolizumab分别通过其伴随的PD-L1诊断测试，Ventana SP142和Dako IHC 22C PharmDx分析被批准用于一线不符合铂类标准的患者。这些批准是基于与PD-L1-肿瘤相比在铂难治性患者中对PD-L1 +肿瘤具有优越的临床疗效。具体而言，与PD-L1-肿瘤相比，atezolizumab改善了PD-L1 +的ORR，而与标准化疗相比，pembrolizumab证明了生存获益，而与PD-L1状态无关。基于改善的ORR，durvalumab还被批准将其自己的PD-L1诊断剂Ventana SP263用于铂难治性患者。但是，此诊断程序的使用仅作为补充。尽管在许多包含PD-L1表达的患者中有希望的持久反应，但在这些临床试验中PD-L1表达的程度与反应率之间没有相关性。另外，一些没有PD-L1表达的患者也表现出持久反应。因此，此时PD-L1在尿路上皮癌中的临床应用相当有限。相反，带有PD-L1表达的重度前期治疗的胃/ GEJ和铂难治性宫颈癌患者可以从免疫检查点阻滞中获益，作为另一种治疗方法。最近，PD-L1伴随诊断测试被批准用于三阴性乳腺癌的一线治疗。这是基于III期数据，该数据显示接受nab-paclitaxel联合atezolizumab治疗的患者与单独使用nab-paclitaxel相比，其PFS和ORR有所改善，其临床疗效主要在PD-L1 +肿瘤患者中观察到。
该研究也有一些局限性。首先，研究仅纳入导致FDA药物批准的研究。因此，我们的分析高估了PD-L1作为生物标志物的预测性质。其次，鉴于研究设计，治疗方法和肿瘤类型的多样性，无法评估整个研究的合并结果指标。最后，无法确定FDA批准PD-L1诊断测试的基础，由于3项预测性研究未获批准。
其他生物标志物的探索
除PD-L1表达外，业内还在进行针对免疫检查点封锁的新型预测性生物标志物的深入研究。一个例子是肿瘤突变负荷（TMB），它是指肿瘤中体细胞突变的数量，由于诱变性暴露，在特定的肿瘤类型（例如黑素瘤，NSCLC和尿路上皮癌）中往往更高。最近，NSCLC和尿路上皮癌的临床试验表明，TMB实际上可以具有预测性。此外，TMB也似乎与PD-L1状态无关。然而，TMB的临床实施面临一些挑战，包括定义统一的检测方法和针对肿瘤类型的反应阈值。其他潜在的预测性生物标志物包括T细胞炎性的基因表达谱（GEP）和肿瘤浸润淋巴细胞（TILs）。