针对程序性细胞死亡蛋白1（PD-1）/程序性死亡配体1（PD-L1）的检查点抑制剂改变了包括尿路上皮癌（UC）的癌症治疗，但依然有许多患者没有受益，因此需要更好地了解反应和耐药性背后的分子机制以改善结果。今天，小编要和大家分享一篇2024年12月发表在Cancer Cell（IF：48.8）上的文章，对来自四项后期随机临床试验的2,803名UC患者的肿瘤进行了RNA测序（RNA-seq）、靶向DNA组合、免疫组织化学和数字病理学评估PD-L1抑制剂atezolizumab的多重分析，为针对UC和其他适应症的特定分子亚型定制治疗的临床研究提供了新见解。
具有不同肿瘤微环境的尿路上皮癌的四种分子亚型
阿替利珠单抗对免疫肿瘤和基底肿瘤患者的生存获益
数字病理学通过H&E染色预测分子亚型
分子亚型的识别可以改善尿路上皮癌的治疗
摘要图
1.UC的四种分子亚型
首先，作者描述了纳入本项研究的患者的基本信息，即局部晚期或转移性和肌肉侵袭性非转移性UC临床试验的2,803名患者（IMvigor210：n = 354；IMvigor211：n = 793；IMvigor130：n = 928；IMvigor010：n = 728）的阿特珠单抗治疗前肿瘤，并将总生存期（OS）视为四项试验之间的共同临床终点。
通过非负矩阵分解（NMF）方法对3个数据集作为分析，剩下一个作为验证数据集，以识别转录定义的患者亚组，共识别出4种分子亚型（NMF1-4）。随后将分子亚型与临床结果OS关联分析，发现OS和NMF亚型之间存在显着相关性；进一步发现这种差异相关性与阿替利珠单抗治疗在不同分子亚型中呈现不同的相关性，其中最明显的是NMF3和NMF4亚型的UC患者受益于PD-L1阻断。
图1. 与OS相关的四种UC分子亚型
2.UC NMF亚型的生物学特征
接下来，作者通过将已知的生物标志物与转录数据、数字病理学衍生的可解释特征（HIF）整合，进一步探究了NMF亚型的生物学特征。
首先，作者通过IHC分析了不同NMF亚型的PD-L1、CD8的染色状态和肿瘤突变负荷（TMB）。进一步，作者使用转录特征生成了热图，以概括肿瘤、免疫和基质生物学的分子学特征，以及每种NMF亚型中富集的生物学途径。最后，将NMF1注释为腔沙漠（luminal desert），NMF2注释为基质（stromal），NMF3注释为免疫（immune），NMF4注释为基底（basal）。
图2. UC NMF亚型生物学特征
3.数字病理学预测 UC 亚型
接下来，作者应用数字病理学来评估自动苏木精和伊红（H&E）载玻片分析是否可以：
（1）识别与分子亚型相关的HIF以进行生物学验证；
（2）高精度预测分子亚型。分别使用机器学习并在独立队列中进行验证，筛选 NMF亚型的HIF；应用基于Platt标度的校准技术与随机森林机器学习算法相结合，评估HIF是否可以从H&E结果预测NMF亚型。
结果发现是识别的HIF不足以解释这四个UC分子亚型。于是作者进一步研究了深度学习模型学习从“黑匣子”图像特征到四种 UC 分子亚型的映射的功效，结果发现比HIF有了显着的改进。
图3. 预测 UC NMF亚型的数字病理学
4.UC NMF亚型的体细胞改变
为了补充转录组学，作者还使用靶向测定（FoundationOne）分析了2,168名患者的体细胞DNA改变。至少5%患者中发生改变的基被定义为oncoprint。接下来就是检测不同NMF亚群是否表现出特定体细胞改变的富集，以及体细胞改变是否与临床试验组的OS相关。结果发现NMF亚组部分富集了肿瘤内在特征，然而仅肿瘤DNA改变可能不足以解释PD-L1阻断的益处。
图4. UC NMF亚型的体细胞改变
5.阿特珠单抗的独特获益机制
然后，作者进一步深入探究了每种NMF分子亚型中治疗益处的分子机制。首先研究了不同NFM中PD-L1 IC与OS的关联。除此之外，还可以分析每个分子亚型和每个治疗组内特征表达与OS之间的关联，从而预测对atezolizumab敏感性/耐药性相关的其他转录程序。这些发现揭示了分子亚型特异性程序，提示可以通过适当的靶向药物结合PD-L1阻断来改善OS。
图5. UC NMF亚型的不同反应/抵抗机制
6.基底UC肿瘤中中性粒细胞浸润增加
接下来，为了进一步了解免疫招募模式的差异，作者分析了NMF亚型的趋化因子转录本表达模式，发现粒细胞趋化因子CXCL1/5/6/8富集于NMF4，这一发现也被H&E病理学检测证实。进一步分析2个公开的单细胞RNA-seq数据集，确定了这些粒细胞趋化剂来源于基底肿瘤细胞。
图6. 基底肿瘤中性粒细胞增多
7.潜在的临床应用
最后，作者总结了每个NMF亚型的分子特征，并提出了基于NMF亚型分子特征制定治疗方案。例如，NMF1亚型患者可能会受益于促进免疫细胞（特别是淋巴细胞）浸润到肿瘤中以及阻断管腔肿瘤特征（例如FGFR3）的药物；NMF2亚型患者可能受益于针对基质细胞的治疗，例如TGF-β抑制剂以增加免疫细胞浸润；NMF3亚型患者可能受益于PD-L1阻滞剂，并与其他检查点抑制剂以及B/浆细胞成熟剂联合使用。当PD-L1 IHC呈阳性时，或与靶向基础肿瘤生物学的药物（例如抗增殖药物CDK4/6 抑制剂、化疗）联合使用时，NMF4 亚型患者可能会受益于PD-L1阻滞剂。
图7. UC分子分型总结
该研究在PD-L1阻断治疗的背景下，对2,803名UC患者进行了多组学分析结合数字病理学评估，从而确定了UC肿瘤的四种分子亚型，揭示了决定检查点抑制临床结果的生物学途径，为前瞻性研究中的合理治疗组合提供了参考依据。
