背景:我国肺癌发病率和死亡率均居众癌之首,已经成为危害国人健康的重要疾病。近年多项临床研究显示免疫检查点抑制剂如PD-1/PD-L1抑制剂给肺癌、恶性黑色素瘤、消化道肿瘤等多种癌症患者带来疗效与生存受益。但仅20%左右患者可从免疫治疗中获益,故探寻有效的预测远近期疗效的生物标志是实现个性化免疫治疗的关键。目前研究主要聚焦于PD-L1表达与TMB等肿瘤组织中的生物标志物,但尚未达到令人满意的临床预测效能。整合肿瘤内因和肿瘤微环境的预测体系可能实现更精准的免疫治疗疗效预测。免疫组库被定义为个体循环系统所拥有的包含功能多样性T细胞和B细胞在指定的任意时间内的总数,其涵盖了个体免疫状态的多样性与特异性。T淋巴细胞通过T细胞受体(T cell receptor,TCR)识别肿瘤新抗原进而增殖是激活针对癌细胞的宿主免疫应答的关键过程。预先存在的PD-1+CD8T细胞代表了功能性细胞毒性T细胞,此部分T细胞在免疫检查点的影响下呈耗竭状态,并可在外周血中成功检测到。本研究拟从肿瘤微环境层面探寻并验证肿瘤组织与外周血TCR库共有克隆在免疫治疗疗效预测中的作用,并建立外周血无创性、涵盖肿瘤和微环境多因素的疗效预测体系。方法:本研究共入组71例在中国医学科学院肿瘤医院内科接受PD-1/PD-L1免疫治疗的晚期非小细胞肺癌患者。其中31例配对其备肿瘤组织样本及外周血PK-样本1+CD8T细胞,40例具备外周血PD-1+CD8T细胞。我们通过高通量免疫组库技术对肿瘤浸润淋巴细胞及外周血PD-1+CD8T细胞进行了 TCR测序,同时,我们对肿瘤组织DNA及ctDNA进行了基于1021Panel的高通量测序。新抗原的计算基于肿瘤突变信息及患者HLA分型的基础,所构建的新抗原及其野生型用于体外刺激患者来源的外周血淋巴细胞。除此之外,我们使用了 395Panel的高通量RNA测序,电化学发光法对74类细胞因子的检测以及免疫组化多重染色检测细胞表面蛋白表达情况对肿瘤的免疫微环境进行了评估。结果:在31例具备配对肿瘤组织样本及外周血PD-1+CD8T细胞的患者中,我们发现配对标本TCR库中所共有的克隆亚型在TILs中平均频率高的患者,更有可能从免疫治疗中获益。为了验证这一结果,我们结合肿瘤标本NGS测序结果与患者HLA分型进行了新抗原预测并构建出了新抗原多肽,通过新抗原多肽对患者外周血淋巴细胞的刺激试验证实共有克隆可以正确的识别肿瘤新抗原。除此之外,我们通过外周血细胞因子和组织RNA表达水平检测发现组织中携带高频共有克隆的患者,其肿瘤免疫微环境更有利于免疫治疗发挥抗肿瘤作用。而小部分(2例)患者虽具有高频共有克隆但未能从免疫治疗获益,其组织标本免疫组化多重染色结果提示PD-1/PD-L1之外的免疫检查点如TIM3和LAG3的存在可能是患者未能从单药免疫检查点抑制剂中获益的原因。对此部分共有克隆在外周血中频率的动态变化进行监测,发现其变化趋势与免疫治疗中肿瘤的变化相一致。为建立外周血无创性免疫治疗疗效预测标志物,我们对40例晚期非小细胞肺癌患者进行了免疫治疗前外周血PD-1+CD8T细胞TCR多样性分析,发现基线时的高多样性,对免疫治疗疗效预测敏感性为87%,特异性94%,而不经分选的外周血T细胞无预测价值。这意味着PD-1+CD8T在基线时克隆类型的多样性越多,越有可能在免疫治疗的影响下识别出肿瘤所携带的抗原并做出应答。我们进一步对比了基线与首次疗效评价时PD-1+CD8T克隆性的变化,发现从免疫治疗中获益的患者,TCR的克隆性呈现出上升的趋势,提示可识别新抗原的T细胞克隆亚型在治疗过程中发生了克隆增殖。值得注意的是,在两名出现假性进展的患者中,其外周血TCR克隆性也出现了增加,与获得PR疗效的患者一致,提示此项指标或可有助于临床假性进展的辅助诊断。结论:综上所述,该研究首次从机体免疫应答的角度揭示了晚期肺癌PD-1/PD-L1抑制剂治疗中获益人群的TCR及其免疫微环境的特征,发现肿瘤组织及外周血配对标本中TCR库所共有的克隆亚型可有效预测免疫治疗疗效,并体外验证新抗原多肽可被共有克隆识别;共有克隆平均频率高的患者拥有利于抗肿瘤的免疫微环境。在此基础上,建立了外周血TCR多样性和克隆性预测免疫治疗获益人群的无创检测平台。