PD-L1在腦膠質(zhì)瘤中表達(dá)的研究進(jìn)展

周紅建 綜述,王雄偉,汪 雷,王旭光 審校

(三峽大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院神經(jīng)外科,湖北宜昌443002)

近年來,有關(guān)共刺激分子在免疫調(diào)節(jié)中的作用已經(jīng)越來越受到廣大研究者重視。已知協(xié)同刺激分子分為3 個(gè)家族:B7家族、TNF 家族和細(xì)胞因子家族。B7 家族作為惟一能從抗原提呈細(xì)胞(antigen presenting cell, APC)單向傳送信號(hào)至T 細(xì)胞的共刺激分子, 其正向的共刺激分子是以CD28 為代表, 而負(fù)向的共刺激分子已成為目前研究的熱點(diǎn), 其中共刺激分子PD-L1(又稱B7-H 1 或者CD274)及其受體PD-1(programmed death 1)的信號(hào)途徑被認(rèn)為與移植排斥反應(yīng)、疾病免疫調(diào)節(jié)[1]、慢性病毒感染[2]、腫瘤免疫逃逸[3]等密切相關(guān)。共刺激信號(hào)不僅可以協(xié)助激活T 細(xì)胞, 而且可以通過負(fù)性共刺激信號(hào)下調(diào)免疫反應(yīng),從而精確地調(diào)節(jié)應(yīng)答的程度和持續(xù)時(shí)間。 因此, 以PD-1/PD-L1 為代表的負(fù)性共刺激途徑,在研究腫瘤細(xì)胞免疫逃逸和臨床腫瘤免疫治療中均具有重要的意義。 本文就PDL1 的分子生物學(xué)特點(diǎn)、功能和在腦膠質(zhì)瘤中表達(dá)的研究進(jìn)展作一綜述。

1 PD-L1 分子生物學(xué)特點(diǎn)

1.1 PD-L1 的分子結(jié)構(gòu) 1999年Dong 等[4]采用cDNA 表 達(dá)序列標(biāo)簽(expressedsequencetag, ES T)首次從人基因組中克隆出人PD-L1 分子。 PD-L1 m RNA 主要為4.2 kb, 此外還有1.8、3.7 和7.2 kb 等轉(zhuǎn)錄形式。它屬于B7 超家族成員,定位于人染色體9p24,間隔42 kb,開放閱讀框表明, PD-L1 基因編碼290 個(gè)氨基酸, 胞外區(qū)各有1 個(gè)IgV 和IgC 樣區(qū), 具有疏水的跨膜區(qū)及30 氨基酸細(xì)胞質(zhì)尾。其胞內(nèi)區(qū)具有蛋白激酶C 磷酸化位點(diǎn),胞內(nèi)區(qū)與PD-1、PD-2 同源性分別為6%和16%, 表明其可能具有傳輸信號(hào)的功能。最近,有研究顯示, PD-1 上與PD-L1 的結(jié)合位點(diǎn),細(xì)胞黏附實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證明了兩者相互作用后可抑制T 細(xì)胞反應(yīng),產(chǎn)生牢固、雙向的作用。此方法不僅展示了體外PD-1/PD-L1 相互作用產(chǎn)生的抑制性信號(hào), 而且對(duì)于調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)及治療應(yīng)用也非常必要[5]。

1.2 PD-L1 受體 PD-1 作為CD28 超家族成員之一, 被證實(shí)是PD-L1 和PD-L2 的受體, 與細(xì)胞毒性T 淋巴細(xì)胞抗原4(cytotoxic T lymphocyte antigen 4, CT LA-4)具有23%的氨基酸同源性[6]。但PD-1 比CT LA-4 具有更廣泛的免疫調(diào)節(jié)作用,其主要表達(dá)于活化的T 細(xì)胞、B 細(xì)胞、髓系細(xì)胞和胸腺細(xì)胞。且CD4+T 細(xì)胞、CD8+T 細(xì)胞、NK T 細(xì)胞、B 細(xì)胞和單核細(xì)胞在激活以后,均誘導(dǎo)性地表達(dá)PD-1 分子[7-8]。 PD-1 相對(duì)分子質(zhì)量為50×103～55×103的Ⅰ型跨膜糖蛋白, 是誘導(dǎo)活化T細(xì)胞進(jìn)入凋亡的表面標(biāo)志, 通過與B7 家族新成員PD-L1 和PD-L2 的IgV 樣結(jié)構(gòu)域相互結(jié)合, 將所產(chǎn)生的信號(hào)傳至其胞質(zhì)區(qū)尾部的免疫受體酪氨酸抑制基序(ITIM), 在免疫應(yīng)答中發(fā)揮重要的負(fù)性調(diào)控作用。它由胞外區(qū)、疏水性跨膜區(qū)、胞質(zhì)區(qū)組成。其中胞外由一個(gè)IgV 樣結(jié)構(gòu)組成, 胞質(zhì)區(qū)含兩個(gè)酪氨酸殘基,形成ITIM 和免疫受體酪氨酸轉(zhuǎn)換基序(ITSM), 在PD-1 激活后都可發(fā)生磷酸化[9]。人PD-1 基因位于2q37, 在正常狀態(tài)下T、B 細(xì)胞不表達(dá), 但在活化狀態(tài)下誘導(dǎo)高表達(dá)。PD-1 和T 細(xì)胞受體(T cell receptor, TC R)結(jié)合可導(dǎo)致SH P-2的迅速磷酸化而抑制TCR 信號(hào),進(jìn)而傳遞負(fù)性信號(hào), 在外周免疫耐受的建立中有重要作用。

1.3 PD-L1 的表達(dá)特性 PD-L1 主要表達(dá)于T 細(xì)胞、B 細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞(dendritic cell, DC)上, 在活化后的細(xì)胞上表達(dá)上調(diào)[10]。 此外, PD-L1 還表達(dá)于大量非淋巴細(xì)胞的組織細(xì)胞上,如心臟內(nèi)皮細(xì)胞、胰腺的B 細(xì)胞、胎盤的合體滋養(yǎng)層細(xì)胞等。研究表明,PD-L1 廣泛表達(dá)在大多數(shù)腫瘤細(xì)胞系上,如淋巴瘤、絨毛膜癌、黑色素瘤、食管癌、成神經(jīng)細(xì)胞瘤等都檢測到了PD-L1 的m RNA 水平和蛋白水平的表達(dá), 并且其表達(dá)能增加T 細(xì)胞的凋亡, 促進(jìn)活化T 細(xì)胞的清除, 而阻斷此通路能提高腫瘤特異性T 細(xì)胞的反應(yīng)[11]。這提示腫瘤細(xì)胞可能廣泛表達(dá)該分子并且PD-L1 的表達(dá)水平可能和患者的臨床病理特征及預(yù)后緊密相關(guān)。Geng 等[12]研究發(fā)現(xiàn), PD-L1 在胰腺癌中的表達(dá)和腫瘤分化程度、腫瘤分期密切相關(guān),并且腫瘤組織中PD-L1 在蛋白和m RNA 兩個(gè)表達(dá)水平均成顯著癥相關(guān)。此外,有研究發(fā)現(xiàn), 它共表達(dá)有290 個(gè)氨基酸, 與人PD-L1 有69%同源性。mRNA 分析表明, PD-L1 在鼠心臟、脾臟、骨骼肌、胎盤及肺組織中呈高表達(dá), 中度表達(dá)于胸腺、肝臟及甲狀腺,而胰腺及睪丸中則無PD-L1 表達(dá)。在免疫調(diào)節(jié)方面, 有大量的研究發(fā)現(xiàn),PD-L1 或PD-L2 與PD-1 結(jié)合后對(duì)T 細(xì)胞發(fā)生的作用, 整體上發(fā)揮了免疫抑制的作用, 可抑制免疫反應(yīng)的產(chǎn)生,對(duì)T 細(xì)胞的增殖、細(xì)胞因子的分泌及殺傷能力都有抑制作用,阻斷該通路后可以恢復(fù)T 細(xì)胞的大部分功能[13]。張艮甫等[14]研究發(fā)現(xiàn), 利用PD-L1 基因修飾的供體DC, 可以明顯延長大鼠移植胰島的存活時(shí)間, 而受體DC 則無此作用, 但兩種DC 聯(lián)合應(yīng)用可以使移植胰島獲得更長的存活時(shí)間。在生理和非炎性條件下,PD-L1 在體內(nèi)主要表達(dá)在抗原提呈細(xì)胞上,如單核細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞。然而, 在炎癥條件下發(fā)現(xiàn), PD-L1表達(dá)不再局限于表達(dá)在抗原提呈細(xì)胞上, 也可表達(dá)在非淋巴組織的其他類型細(xì)胞上, 如內(nèi)皮和肌肉細(xì)胞。提示PD-L1 和它的受體相互作用有可能參與炎癥和非炎癥性中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變。

2 PD-L1 在腦膠質(zhì)瘤中的表達(dá)

目前國內(nèi)外的研究結(jié)果顯示, PD-L1 蛋白在多種腫瘤組織中呈陽性表達(dá),與包括膠質(zhì)瘤在內(nèi)的腫瘤的發(fā)生發(fā)展及預(yù)后密切相關(guān)。最近有研究發(fā)現(xiàn), 在黑色素瘤細(xì)胞、肺癌細(xì)胞、卵巢、結(jié)腸以及在一些非中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤細(xì)胞系中均有PD-L1 基因的表達(dá)[15]。 隨著人們對(duì)腫瘤分子發(fā)生機(jī)制研究的不斷深入,越來越多的學(xué)者把癌癥的發(fā)生發(fā)展歸因于一系列的腫瘤細(xì)胞的免疫逃避策略[16]。人類膠質(zhì)母細(xì)胞瘤是一種典型的具有免疫抑制功能的腫瘤。它具有抗腫瘤免疫反應(yīng)的機(jī)制, 如釋放轉(zhuǎn)化生長因子、IL-10 等,來逃避機(jī)體免疫系統(tǒng)的監(jiān)控和殺傷。而對(duì)于腦膠質(zhì)瘤的免疫治療策略, 要么嘗試取消免疫抑制機(jī)制,要么提高抗腫瘤免疫反應(yīng)[17]。

有研究證實(shí),PD-L1 在腦膠質(zhì)瘤中有高表達(dá), 而在正常的腦組織和腫瘤旁組織中均無其表達(dá),從而有可能與患者的臨床病理特征及預(yù)后的密切相關(guān)。已有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道, 一些基因的改變和物質(zhì)的表達(dá)和膠質(zhì)瘤增殖活性、病理級(jí)別及患者預(yù)后密切相關(guān),如Ki-67、兔轉(zhuǎn)化生長因子β2(TGF-β2)、增殖細(xì)胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen, PCNA)、表皮生長因子受體(EGFR)、p16 蛋白、survivin 蛋白等。Parsa 等[18]研究證實(shí), 抑癌基因PTEN 的喪失導(dǎo)致了腦膠質(zhì)瘤的免疫抵抗, PD-L1 基因表達(dá)增加則在此中間通路中發(fā)揮了作用。 多數(shù)研究認(rèn)為,PD-L1 蛋白表達(dá)水平能較好地反映腦膠質(zhì)瘤惡性程度及患者預(yù)后, 可作為評(píng)價(jià)腦膠質(zhì)瘤生物學(xué)行為, 預(yù)測患者術(shù)后生存時(shí)間長短的有效指標(biāo)。 Wintterle 等[19]通過RT-PC R 技術(shù)對(duì)12種腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞株檢測發(fā)現(xiàn), 所有膠質(zhì)瘤細(xì)胞系均有PD-L1 mRNA 的表達(dá),但表達(dá)水平較低。隨后應(yīng)用免疫組織化學(xué)研究發(fā)現(xiàn),9 例Ⅳ級(jí)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤標(biāo)本和1 例Ⅲ級(jí)混合神經(jīng)膠質(zhì)瘤中均有PD-L1 蛋白的表達(dá)。

3 PD-L1 在腦膠質(zhì)瘤的作用機(jī)制

有研究認(rèn)為,在腦膠質(zhì)瘤的作用機(jī)制方面, PD-L1 主要通過抑制抗腫瘤免疫反應(yīng)的T 細(xì)胞和DC 細(xì)胞的功能啟動(dòng)。此外,PD-L1 基因可能保護(hù)膠質(zhì)瘤細(xì)胞逃避免疫抗原特異性細(xì)胞毒性T 細(xì)胞在效應(yīng)水平的直接攻擊也起著相當(dāng)?shù)淖饔谩?在腫瘤細(xì)胞表面的PD-L1 能誘導(dǎo)腫瘤特異性CTL 凋亡從而抑制機(jī)體對(duì)腫瘤的免疫反應(yīng);而在淋巴器官內(nèi),抗原提呈細(xì)胞表面的PD-L1 與初始T 淋巴細(xì)胞相互作用誘導(dǎo)T 淋巴細(xì)胞的無能化。因此,PD-L1 是參與腫瘤免疫逃逸的重要分子, 阻斷PD-1/PD-L1, 既能直接抑制腫瘤生長, 又能抑制腫瘤的免疫逃避,提高初始T 細(xì)胞的激活能力和CT L 的殺傷活性,從而提高其他抗原的免疫反應(yīng)。Pilon-Thomas 等[20]研究發(fā)現(xiàn), 在體外中和抗體與PD-L1 結(jié)合有效地增加IFN-γ的產(chǎn)生, 抗原特異性的殺傷性T 細(xì)胞活性增強(qiáng);而在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中, 將PD-L1 抗體與黑色素瘤以全身用藥的形式注入小鼠體內(nèi),發(fā)現(xiàn)特異性抗黑色素瘤的殺傷性 CD8+T 細(xì) 胞增多。 Okudaira 等[21]使用C57BL/6 小鼠胰腺腫瘤模型, 分3 次給予PD-1/PD-L1 抗體(每次間隔1 周)檢測小鼠體內(nèi)免疫調(diào)節(jié)功能在抗腫瘤中的作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,使用抗體治療后, 腫瘤組織的生長得到抑制,腫瘤組織中的PD-1/PD-L1 表達(dá)量減少。 RT-PCR 顯示,IFN-γ抗腫瘤細(xì)胞因子表達(dá)量增多, IL-10 和FoxP3 等機(jī)體抑制性免疫細(xì)胞因子表達(dá)量減少。因此,PD-L1 與腦膠質(zhì)瘤的研究不僅為腫瘤發(fā)生提供了新的病因?qū)W理論,也為今后腫瘤的基因診斷、基因治療提供了新的研究課題和思路。

4 展 望

綜上所述,PD-L1 作為B7 家族的共刺激分子, 介導(dǎo)免疫反應(yīng)的負(fù)性調(diào)節(jié)信號(hào),在腫瘤發(fā)生、病毒感染以及自身免疫病中都發(fā)揮了特異性的調(diào)節(jié)作用。鑒于PD-L1 基因在腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞上表達(dá)的特異性,可以大膽地嘗試將抗腫瘤的化療藥物與PD-1/PD-L1 抗體和蛋白連聯(lián)接并聯(lián)合用于腦膠質(zhì)瘤的治療、有理由相信腫瘤的分子免疫治療將會(huì)是除傳統(tǒng)外科手術(shù)、放射治療,化學(xué)藥物治療等之外另一有效的治療手段。

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