PD-L1/PD-1通路與腫瘤免疫治療①

李慶云 綜述 王凌云 審校 (中山大學(xué)附屬第二醫(yī)院消化內(nèi)科，廣州 510120)

在控制腫瘤細(xì)胞的生長、擴(kuò)散和復(fù)發(fā)過程中，T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答有著重要的作用。T細(xì)胞的活化需要雙信號作用，第一信號來自抗原肽-MHC復(fù)合物與T細(xì)胞表面受體(TCR)結(jié)合。第二信號來自抗原呈遞細(xì)胞(APC)上協(xié)同刺激分子與T細(xì)胞表面上相應(yīng)受體的結(jié)合［1］。協(xié)同刺激分子影響T細(xì)胞發(fā)育、活化、增殖、起效、凋亡的各個階段［2］。缺少協(xié)同刺激分子提供的第二信號，會導(dǎo)致T細(xì)胞不能充分活化，使效應(yīng)T細(xì)胞被誘導(dǎo)呈無能狀態(tài)或凋亡，進(jìn)而使得腫瘤逃脫機(jī)體的免疫監(jiān)控。

目前已知的協(xié)同刺激分子分為3個家族:即B7家族(免疫球蛋白超家族)、TNF家族和細(xì)胞因子家族。其中B7家族是唯一能夠從APC單向傳送信號至T細(xì)胞的協(xié)同刺激分子。APC上的B7家族分子和T細(xì)胞上的CD28家族分子以配體-受體的形式結(jié)合并提供正負(fù)雙重協(xié)同刺激信號，從而平衡對外來抗原的免疫應(yīng)答和對自身抗原的免疫耐受。目前已明確 PD-L1(B7-H1)、PD-L2(B7-DC)/PD-1，B7-1、B7-2/CTLA-4，B7-H4/BTLA為共刺激分子中三個抑制性通路［3］，發(fā)揮重要的負(fù)性免疫調(diào)節(jié)作用。本文就PD-L1/PD-1通路的生物學(xué)特性和功能及其在腫瘤免疫治療等方面的研究進(jìn)展做一綜述。

1 PD-1、PD-L1分子結(jié)構(gòu)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)特點

PD-1屬于Ⅰ型跨膜蛋白，表達(dá)在活化的T細(xì)胞、B細(xì)胞、單核細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞表面。與CTLA-4的結(jié)構(gòu)具有30%同源性，胞外區(qū)由一個單一的IgV樣域組成，胞內(nèi)區(qū)保留有一個免疫受體酪氨酸依賴抑制基序(ITIM)和一個免疫受體酪氨酸轉(zhuǎn)換基序(ITSM)。ITIM是許多免疫抑制性受體的共有結(jié)構(gòu)，因此推測PD-1的免疫抑制功能應(yīng)主要由ITIM來發(fā)揮。PD-1的配體已被證明有兩個，分別為PD-L1和PD-L2［4］。其中PD-L1是其主要配體，在多種實體瘤中表達(dá)上調(diào)，消弱腫瘤局部浸潤C(jī)D4+CD8+T細(xì)胞的功能，減少細(xì)胞因子產(chǎn)生。

PD-L1是一種B7超家族成員，曾命名為B7-H1、CD274，也屬于Ⅰ型跨膜糖蛋白，PD-L1表達(dá)在活化的T細(xì)胞、B細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞表面。血管內(nèi)皮細(xì)胞、多種間質(zhì)細(xì)胞、心臟、肺、胰腺、胎盤組織均可被誘導(dǎo)表達(dá)。在癌組織上也可見廣泛表達(dá)，如肺癌、肝癌、乳腺癌、鱗狀細(xì)胞癌及卵巢癌組織等，在腫瘤鄰近的正常組織中低水平表達(dá)，提示它參與腫瘤發(fā)生發(fā)展，并在削弱抗腫瘤免疫反應(yīng)中有重要作用［5］。同時 IFN-γ、IL-4、脂多糖(LPS)等炎癥介質(zhì)或細(xì)胞因子能上調(diào)腫瘤微環(huán)境中PD-L1的表達(dá)［6，7］。

目前認(rèn)為，PD-1分子的細(xì)胞內(nèi)信號由PI3K-Akt通路傳導(dǎo)［8］。當(dāng) PD-1與其配體 PD-L1結(jié)合時，ITSM發(fā)生磷酸化，招募酪氨酸磷酸酶SHP-1/2，使下游的效應(yīng)分子PI3K(磷脂酰肌醇激酶3)去磷酸化，發(fā)揮負(fù)性調(diào)節(jié)作用。近年的研究顯示PD-L1/PD-1通路與CD4+CD25+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Tregs)的增殖有密切關(guān)系。PD-L1促進(jìn)誘生型Treg(iTregs)的發(fā)育，通過增強(qiáng) iTregs上Foxp3的表達(dá)來誘導(dǎo)Treg細(xì)胞的分化和維持其功能，從而抑制CD4+T細(xì)胞和CD8+T 細(xì)胞增殖及 IL-2、IL-10 的分泌［9，10］。此外，PD-L1能夠傳遞抗Fas系統(tǒng)凋亡信號，腫瘤細(xì)胞表面表達(dá)的PD-L1與PD-1結(jié)合后能夠啟動固有的抗CD8+T細(xì)胞毒性殺傷溶解作用的能力［11］。

另外，與其他T細(xì)胞共抑制信號(如CTLA-4)不同，PD-1抑制信號呈可逆性，即已經(jīng)被誘導(dǎo)耐受的T細(xì)胞，在阻斷PD-L1/PD-1通路后可被重新激活，這使得針對此通路的免疫治療具備可行性。

2 PD-L1/PD-1通路與腫瘤免疫逃逸

到目前為止，應(yīng)用免疫組織化學(xué)方法已在多種實體瘤患者病灶局部及外周血免疫細(xì)胞中檢測到PD-L1高表達(dá)，且高表達(dá)PD-L1的患者預(yù)后差，生存率低［7］。Ghebeh等發(fā)現(xiàn)乳腺癌患者的腫瘤細(xì)胞高表達(dá)PD-L1，且PD-L1水平與腫瘤大小及臨床病理分期正相關(guān)［12］。Gao等發(fā)現(xiàn)腫瘤組織中高表達(dá)PD-L1的肝癌患者術(shù)后復(fù)發(fā)率明顯增高，無病生存率及總生存率均明顯低于PD-L1陰性或低表達(dá)者［13］。在腎細(xì)胞癌中，表達(dá)PD-L1的患者在腫瘤轉(zhuǎn)移率和死亡率上是 PD-L1陰性患者的近4倍［14］。眾多研究表明，慢性淋巴細(xì)胞白血病、某些類型的T/B細(xì)胞淋巴瘤、胃癌、食管癌、腎癌、乳腺癌及膀胱癌中，腫瘤細(xì)胞都有過度表達(dá)PD-L1的現(xiàn)象，導(dǎo)致Treg活性增強(qiáng)及抗腫瘤T細(xì)胞失能，并且與不良預(yù)后相關(guān)［15］。本課題組前期采用免疫組化的方法對111例術(shù)后胃癌組織檢測，結(jié)果顯示胃癌組織中PD-L1的表達(dá)水平較對照組明顯上調(diào)，且高表達(dá)與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及TNM分期正相關(guān)，陽性者總體生存率低，預(yù)后差。這些證據(jù)證實了PD-L1/PD-1通路在腫瘤免疫逃逸中的作用，說明針對PD-L1/PD-1通路治療惡性腫瘤具有廣闊的應(yīng)用前景。鑒于PD-L1表達(dá)與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、腫瘤分期和生存率相關(guān)，我們推測PD-L1有望成為評估惡性腫瘤患者復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移風(fēng)險、判斷預(yù)后的標(biāo)志物。

腫瘤中PD-L1表達(dá)上調(diào)的原因可能為:第一、人PD-L1的啟動子中含有數(shù)個IFN-γ反應(yīng)原件，推測IFN-γ通過干擾PD-L1轉(zhuǎn)錄后抑制而上調(diào)其在腫瘤細(xì)胞中的表達(dá)［16］。第二、實驗發(fā)現(xiàn)新鮮分離的腫瘤組織PD-L1的表達(dá)高于相應(yīng)腫瘤細(xì)胞株，這提示腫瘤微環(huán)境中還存在其他一些細(xì)胞因子參與PD-L1的調(diào)節(jié)性表達(dá)。研究表明某些腫瘤細(xì)胞可在內(nèi)源性抗腫瘤介質(zhì)(如IFN-γ)或抗腫瘤治療誘導(dǎo)下表達(dá)PD-L1，探明IFN-γ等細(xì)胞因子誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞PD-L1表達(dá)上調(diào)的機(jī)制，有助于尋找方法抑制PD-L1的功能，提高機(jī)體對腫瘤細(xì)胞的免疫反應(yīng)［17，18］。

PD-L1/PD-1通路通過多種方式介導(dǎo)腫瘤的免疫逃逸過程。首先，PD-L1可選擇性刺激分泌IL-10的T細(xì)胞亞群，導(dǎo)致細(xì)胞免疫功能下調(diào)，并引起活化T細(xì)胞凋亡［19］。其次，PD-L1信號能上調(diào)經(jīng)抗CD3單抗活化的T細(xì)胞表面Fas和Fasl的表達(dá)，促進(jìn)IL-10的分泌，最終導(dǎo)致活化誘導(dǎo)的特異性細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞(CTL)細(xì)胞凋亡。此外，PD-L1在腫瘤細(xì)胞上可扮演分子屏障的角色，某些腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)為弱免疫原性可能與其固有表達(dá)PD-L1有關(guān)［11］。如PD-L1基因修飾能顯著減弱人肥大細(xì)胞瘤P815細(xì)胞系的免疫原性，使相應(yīng)荷瘤小鼠的腫瘤進(jìn)行性生長。最后，PD-L1能影響樹突狀細(xì)胞分化、發(fā)育和成熟及其對特異性CTL的激發(fā)作用。

3 PD-L1/PD-1通路與腫瘤免疫治療

機(jī)體的免疫系統(tǒng)對變異細(xì)胞具有監(jiān)視和清除能力，抗腫瘤免疫瓦解被證實是腫瘤細(xì)胞繁殖和轉(zhuǎn)移的根本原因［20］。腫瘤早期，癌細(xì)胞通過改變其表型逃脫免疫監(jiān)控［21］。在進(jìn)展和轉(zhuǎn)移時又需通過更多的機(jī)制來保證自己不被機(jī)體清除。PD-L1在腫瘤細(xì)胞的表達(dá)不但使腫瘤逃避宿主免疫反應(yīng)，而且使腫瘤逃避免疫治療。因此阻斷PD-1和PD-L1的相互作用為腫瘤免疫治療提供了更新的策略。近些年腫瘤免疫逃逸相關(guān)研究逐漸深入，使用單克隆抗體阻斷共刺激分子通路已作為一種新的腫瘤免疫治療手段逐漸被重視，也為腫瘤免疫治療翻開了新的篇章［22］。首個投入臨床應(yīng)用的針對負(fù)性共刺激信號通路阻斷的藥物是易普利姆瑪(ipilimumab)。作為B7/CTLA-4共刺激通路阻斷劑，ipilimumab被證實能有效提高晚期惡性黑素瘤患者的生存率，并在2011年被FDA批準(zhǔn)用于治療轉(zhuǎn)移性惡性黑素瘤［23］。緊隨其后，PD-L1/PD-1通路阻斷劑抗PD-1和PD-L1單克隆抗體也有了突破性的進(jìn)展。

3．1 針對PD-1和PD-L1的單克隆抗體免疫治療探索 通過制備特異性抗PD-1或PD-L1單抗對PD-L1/PD-1通路進(jìn)行阻斷，減少iTreg效應(yīng)，以增強(qiáng)CTL殺傷癌細(xì)胞的功能已成為近年免疫治療的熱點。多項荷瘤動物實驗表明，阻斷PD-L1/PD-1通路可以增強(qiáng)抗腫瘤效應(yīng)、延長生存期、改善預(yù)后。Strome等在建立PD-L1/SCCVII荷瘤小鼠模型的基礎(chǔ)上，采用活化的特異性CTL聯(lián)合抗PD-L1單抗進(jìn)行免疫治療，結(jié)果發(fā)現(xiàn)聯(lián)合治療較單純CTL治療能顯著提高荷瘤小鼠的存活時間，提示抗PD-L1單克隆抗體與 T細(xì)胞過繼治療具有協(xié)同作用［24，25］。Nomi等在胰腺癌小鼠模型的研究中發(fā)現(xiàn)，吉西他濱聯(lián)合抗PD-L1單克隆抗體較之單用化療藥物，療效明顯增強(qiáng)［26］。Hallett等發(fā)現(xiàn)在小鼠多發(fā)性骨髓瘤模型中，聯(lián)合造血干細(xì)胞移植及PD-L1/PD-1阻斷治療，可使荷瘤小鼠存活率提高至40%［27］。且在上述實驗中并未觀察到明顯毒性和致死性不良反應(yīng)。目前，多種針對PD-L1/PD-1通路阻斷的單克隆抗體用于進(jìn)展期惡性腫瘤的臨床試驗都在進(jìn)行當(dāng)中，包括 BMS-936559、BMS-936558、MPDL3280A、MK3475、CT-011等。

近期公布的兩項Ⅰ期臨床試驗結(jié)果顯示，抗PD-1和PD-L1單克隆抗體用于治療進(jìn)展期惡性腫瘤療效可觀，且耐受性良好。BMS-936559是一種高親和力抗人PD-L1單克隆抗體［28］，能夠抑制PD-L1與PD-1、CD80結(jié)合。試驗納入了207例進(jìn)展期癌癥患者(包括非小細(xì)胞肺癌、結(jié)直腸癌、腎癌、卵巢癌、胰腺癌、胃癌、乳腺癌)，對入組患者先進(jìn)行一個療程的“標(biāo)準(zhǔn)化療法”(包括傳統(tǒng)化療、免疫療法、生物治療)，再靜脈應(yīng)用不同劑量的抗PD-L1單克隆抗體，治療持續(xù)至16個療程或出現(xiàn)無法耐受的不良反應(yīng)時終止。結(jié)果顯示9例惡性黑素瘤、2例腎癌、5例非小細(xì)胞肺癌、1例卵巢癌出現(xiàn)完全緩解或部分緩解，有效率為6% ～17%，12% ～41%的患者維持長達(dá)24周的緩解期。研究表明聯(lián)合治療比單獨運(yùn)用傳統(tǒng)治療更為有效。

BMS-936558是一個特異性抗人PD-1單克隆抗體［29］。Ⅰ期臨床試驗一共納入了296名進(jìn)展期惡性黑素瘤、非小細(xì)胞肺癌、腎細(xì)胞癌、去勢無效的前列腺癌、結(jié)直腸癌病人，并對其進(jìn)行抗PD-1單克隆抗體治療，結(jié)果顯示非小細(xì)胞肺癌、惡性黑素瘤、腎細(xì)胞癌患者都獲得較好的療效，客觀有效率分別為18%(14/76)、28%(26/94)、27%(9/33)。且65%的病人在治療后隨訪1年仍持續(xù)緩解。其中惡性黑素瘤和腎癌的療效較已獲得FDA批準(zhǔn)臨床使用的抗CTLA-4單克隆抗體ipilimumab更好。但試驗也發(fā)現(xiàn)，前列腺癌和結(jié)腸癌從此項治療中并未觀察到明顯獲益，原因有待進(jìn)一步探討。

在對42例接受抗PD-1單克隆抗體治療的患者治療前腫瘤局部的PD-L1檢測后發(fā)現(xiàn)，PD-L1陽性的腫瘤患者有效率為36%(9/25)，而PD-L1陰性的患者對治療均無反應(yīng)，由此可以推測患者對治療敏感性與腫瘤細(xì)胞中PD-L1的表達(dá)有一定的聯(lián)系［30］。對此，Taube等人以惡性黑素瘤為例做了相關(guān)解釋。惡性黑素瘤患者癌灶內(nèi)PD-L1和腫瘤浸潤性淋巴細(xì)胞(TIL)具有相伴表達(dá)的特性，PD-L1高表達(dá)是腫瘤免于TIL殺傷的自我保護(hù)機(jī)制之一，也是既往單純應(yīng)用TIL過繼性治療療效欠佳的原因［31］。在應(yīng)用單克隆抗體有效地阻斷了PD-L1/PD-1通路后，TIL得以充分發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)。因此，當(dāng)癌灶內(nèi)PD-L1與TIL均表達(dá)陽性時，針對PD-L1/PD-1通路阻斷治療有效;僅TIL表達(dá)陽性時，患者對PD-L1/PD-1通路阻斷治療不敏感，但可能對其他負(fù)性共刺激通路的阻斷治療敏感;均不表達(dá)時，則可能對共刺激通路的阻斷治療均無反應(yīng)［32，33］。臨床中可對癌灶中PD-L1、TIL等生物標(biāo)志進(jìn)行檢測，篩選出適合本方案治療的患者。

3．2 抗PD-1和PD-L1單克隆抗體治療的安全性評估 PD-L1/PD-1通路阻斷后，被抑制的效應(yīng)T細(xì)胞功能重新恢復(fù)，有可能引起機(jī)體對自身抗原發(fā)生免疫反應(yīng)而導(dǎo)致自體組織損傷，故應(yīng)著重評估此類治療的安全性和免疫相關(guān)不良反應(yīng)。在上述介紹的兩項單克隆抗體的Ⅰ期臨床試驗中，出現(xiàn)了不同程度的不良反應(yīng)，包括輕微輸注反應(yīng)，罕見嚴(yán)重結(jié)腸炎，自身免疫性肺炎、白癜風(fēng)、肝炎、下垂體炎、甲狀腺炎、肉狀瘤病、眼內(nèi)炎、糖尿病、肌無力等。約有9%、14%的患者出現(xiàn)了3～4級的藥物相關(guān)不良反應(yīng)［28，29］。免疫相關(guān)不良反應(yīng)經(jīng)糖皮質(zhì)激素或免疫抑制劑治療可得到緩解，且未明顯影響抗腫瘤療效。與ipilimumab相比，不良反應(yīng)類型相似，但抗PD-1單克隆抗體相對安全、耐受性較好，誘發(fā)嚴(yán)重自身免疫免疫病的概率?。?4，35］。需要注意的是，在抗PD-1單克隆抗體治療后出現(xiàn)3例致死性肺炎，可能與肺部存在大量表達(dá)PD-L1的抗原呈遞細(xì)胞有關(guān)，在后期的Ⅱ、Ⅲ期臨床試驗中還需要對安全性作進(jìn)一步評估［33］。

4 sPD-L1相關(guān)研究進(jìn)展

研究證明，許多協(xié)同刺激分子存在細(xì)胞膜型和可溶型兩種形式［36-40］。可溶性分子可以由相應(yīng)的mRNA編碼產(chǎn)生，也可以通過蛋白水解酶裂解細(xì)胞上的膜型分子而形成。機(jī)體中可溶性分子和膜表面的分子一樣具有相應(yīng)的生物學(xué)功能。一方面，細(xì)胞膜上的分子能夠通過直接的配體/受體相互作用傳遞協(xié)同刺激信號;另一方面，可溶性蛋白因子能夠像細(xì)胞因子一樣進(jìn)入血液循環(huán)，到達(dá)其作用的靶器官或靶點，在免疫應(yīng)答中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。它們既能夠影響鄰近細(xì)胞又能夠和遠(yuǎn)端細(xì)胞表面的受體相互結(jié)合，從而參與調(diào)控局部和外周部位腫瘤微環(huán)境而影響腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。

研究發(fā)現(xiàn)，可溶性 CD28、CTLA-4、CD80、CD86分子在小兒支氣管哮喘急性發(fā)作時的血清中呈現(xiàn)高水平表達(dá)，能夠作為判斷反映病情嚴(yán)重的指標(biāo)［41］?？扇苄訡D40L是活化的CD4+T細(xì)胞和血小板表面膜型CD40L分子裂解而來，在某些自身免疫病的血清中異常升高，原發(fā)性血小板增多癥和動脈粥樣硬化患者的血清中sCD40L水平均較高［42］。sB7-H3與肺癌臨床多項指標(biāo)密切相關(guān)，在小細(xì)胞性肺癌患者的血清中呈高水平表達(dá)且與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、腫瘤大小、多器官轉(zhuǎn)移等臨床特性存在顯著相關(guān)性［43］。Frigola等發(fā)現(xiàn)腎癌患者血清中sPD-L1升高，且與患者淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、分期、預(yù)后等相關(guān)［44］。據(jù)此，我們推測可溶性協(xié)同刺激分子的表達(dá)水平可能具有臨床診斷及判斷預(yù)后的價值。但生理條件下sPD-L1表達(dá)水平對PD-L1/PD-1通路是否有調(diào)節(jié)作用，以及檢測該指標(biāo)在腫瘤患者體內(nèi)的表達(dá)水平能否成為預(yù)測單克隆抗體治療有效性的指標(biāo)有待進(jìn)一步研究。

5 展望

PD-L1/PD-1途徑在調(diào)節(jié)T淋巴細(xì)胞活化、免疫耐受、腫瘤免疫逃逸過程中至關(guān)重要。動物試驗及前期臨床試驗均已證實使用抗PD-L1單克隆抗體阻斷此通路能夠有效地增強(qiáng)抗腫瘤免疫。針對這一通道的干預(yù)治療極具前景。但接受抗PD-L1單克隆抗體治療的腫瘤患者最終預(yù)后具有明顯的不均一性，這種不均一性是否與患者前期接受的預(yù)治療有關(guān)有待研究。PD-L1和sPD-L1是否可以作為生物標(biāo)志物篩選抗PD-L1/PD-1單克隆抗體治療有效的患者，以及如何可靠地阻斷該途徑的信號傳導(dǎo)并盡可能減少免疫相關(guān)不良反應(yīng)均需要進(jìn)一步探討。

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