PD-1/PD-L1信號通路在非小細(xì)胞肺癌免疫微環(huán)境和治療方面的研究進(jìn)展

龍博雨綜述 霍建民審校

肺癌是死亡率最高的惡性腫瘤之一。在所有肺癌病例中，近85%為非小細(xì)胞肺癌(non-small cell cancer,NSCLC)。NSCLC患者早期癥狀并不明顯，導(dǎo)致確診時多已是中晚期。化療和放療是治療中晚期NSCLC最主要的方法，但是由于肺癌高度的轉(zhuǎn)移性，治療效果并不是很理想。因此，探索有效的治療方式成為近幾年人們關(guān)注的熱點(diǎn)。惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展與機(jī)體免疫功能失調(diào)有密切的聯(lián)系，近年來腫瘤免疫治療在NSCLC治療上取得了長足的進(jìn)步。程序性死亡受體(programmed death-1，PD-1)及其配體PD-L1在腫瘤免疫逃避和腫瘤微環(huán)境形成中起著重要作用。

1 PD-1及其配體

PD-1是一種1型轉(zhuǎn)膜蛋白，編碼PDCD1基因[1]，是擴(kuò)展的CD28/CTLA-4免疫球蛋白家族的一員，也是一個重要的T細(xì)胞表達(dá)的抑制性共受體。PD-1包含1個細(xì)胞外IgV結(jié)構(gòu)域、1個疏水性轉(zhuǎn)膜區(qū)、1個基于酪氨酸的抑制性模體(tyrosine-based inhibitory motif,ITIM)和1個基于酪氨酸的轉(zhuǎn)換模體(tyrosine-based switch motif,ITSM)。研究發(fā)現(xiàn)，激活I(lǐng)TSM對PD-1誘導(dǎo)的T細(xì)胞抑制有重要作用[2]。PD-1在T細(xì)胞、B細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和腫瘤浸潤淋巴細(xì)胞(TILs)中均有表達(dá)[3]。

PD-1有2個配體：PD-L1(又被稱為B7-H1,CD274)和PD-L2 (B7-D,CD273)。PD-L1在休眠的T細(xì)胞、B細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞和胰島細(xì)胞中均有表達(dá)。而PD-L2只在巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞中表達(dá)[4]。不同的細(xì)胞分布，說明PD-L1和PD-L2在免疫調(diào)控上有著不同的作用。

PD-L1在多種腫瘤中表達(dá)，特別是NSCLC[5]、黑色素瘤、腎癌、前列腺癌、肝癌、白血病、多發(fā)性骨髓瘤等[6-7]。PD-L1的表達(dá)會誘導(dǎo)多種前炎癥因子生成，如1型、2型IFN-γ，TNF-α，LPS，GM-CSF，VEGF，以及細(xì)胞因子IL-10和IL-4[8]。因此，腫瘤微環(huán)境中PD-1表達(dá)增加能夠促進(jìn)機(jī)體免疫抑制，從而達(dá)到抗腫瘤的目的，這種現(xiàn)象被稱為 “獲得性免疫”[7]。PD-L1受癌基因和抑癌基因調(diào)控，如PD-L1的表達(dá)會被抑癌基因PTEN抑制，這屬于自身免疫。Parsa等研究發(fā)現(xiàn)，在神經(jīng)膠質(zhì)瘤中敲除PTEN，能夠在轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控PD-L1表達(dá)，其作用機(jī)制為激活PI3K/AKT下游mTOR-S6K1信號通路，最終使PD-L1表達(dá)增加[9]。另一項研究發(fā)現(xiàn)，在黑色素瘤模型中，PD-L1能夠與T細(xì)胞表達(dá)的CD80結(jié)合，暗示CD80是PD-L1的受體[10]。

2 PD-1/PD-L1介導(dǎo)免疫抑制的機(jī)制

PD-1/PD-L1通路，同CTLA-4一樣，通過調(diào)控免疫信號通路的蛋白來調(diào)控機(jī)體免疫。然而，兩者的作用方式稍有不同[11]。CTLA-4的作用方式為調(diào)控T細(xì)胞激活，而PD-1則是調(diào)控作用于T細(xì)胞活性的調(diào)控子[12]。

PD-1/PD-L1通過多種機(jī)制調(diào)控免疫抑制：①誘導(dǎo)激活T細(xì)胞的凋亡。PD-1通過影響凋亡相關(guān)基因從而抑制T細(xì)胞存活。在T細(xì)胞激活過程中，CD28通過促進(jìn)抗凋亡基因Bcl-xL表達(dá)來維持T細(xì)胞存活。然而，PD-1通過抑制PI3K激活而抑制Bcl-xL表達(dá)，最終導(dǎo)致T細(xì)胞凋亡[13]。研究發(fā)現(xiàn)，鼠類和人類腫瘤細(xì)胞表達(dá)PD-L1會導(dǎo)致激活的T細(xì)胞凋亡，PD-L1抗體能夠減少激活的T細(xì)胞凋亡從而增加抗腫瘤免疫[12]。②作用T細(xì)胞能量代謝。先前很多研究表明，腫瘤的發(fā)生與慢性感染有關(guān)[13]。而研究者又發(fā)現(xiàn)，在慢性感染中，能量耗盡的T細(xì)胞中PD-1過表達(dá)，抑制PD-1/PD-L1通路可以使T細(xì)胞恢復(fù)增殖與分泌能力[14]。另一項研究也表明，在腫瘤微環(huán)境中，能量耗盡的腫瘤浸潤淋巴細(xì)胞(TILs)中也存在PD-1過表達(dá)的現(xiàn)象[15]。③增加調(diào)控性T細(xì)胞的功能。PD-1通過下調(diào)mTOR、AKT、S6、P-ERK2以及上調(diào)PTEN，促進(jìn)Tregs(naturally occurring CD4 + CD25 + regulatory T cells)生成并恢復(fù)T細(xì)胞調(diào)控子活性[16]。抑制PD-1/PD-L1通路能夠提高CD8 T細(xì)胞調(diào)控子的功能，并抑制Tregs功能，從而達(dá)到抗腫瘤的目的。④抑制T細(xì)胞增殖。PD-1能抑制PKC-theta的磷酸化，使T細(xì)胞周期阻滯在G1期，并且影響 IL-2的生成[17]。PD-1還能通過激活Smad3，引起T細(xì)胞周期阻滯[18]。⑤抑制損傷的T細(xì)胞激活和IL-2產(chǎn)生。PD-1/PD-L1阻斷Ag/MHC激活的下游信號通路，抑制T細(xì)胞激活和IL-2生成[19]。CD80-PD-L1反應(yīng)可以阻止T細(xì)胞自我激活后的自身免疫反應(yīng)[20]。

還有很多PD-1/PD-L1信號通路相關(guān)的研究正在進(jìn)行中，然而，PD-L2相關(guān)的機(jī)制并不是很明了，但是之前PD-L1的研究為研究PD-L2提供了理論基礎(chǔ)和研究方向。

3 PD-1/PD-L1信號通路在NSCLC中的臨床意義

NSCLC能通過多種機(jī)制逃避免疫監(jiān)控。在晚期NSCLC患者中，研究者發(fā)現(xiàn)腫瘤微環(huán)境和腫瘤淋巴細(xì)胞與腫瘤逃避免疫監(jiān)控密切相關(guān)[21]。先前研究發(fā)現(xiàn)，在NSCLC患者中，PD-L1過表達(dá)與預(yù)后差和高侵襲性相關(guān)。然而，Yang等在肺腺癌的研究結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，PD-L1與腫瘤的高分化相關(guān)，PD-L1陽性表達(dá)與腫瘤復(fù)發(fā)率下降呈正相關(guān)。PD-L1表達(dá)與無復(fù)發(fā)存活率(relape-free survival,RFS)呈正相關(guān)，但是與整體存活率(overall survival,OS)無關(guān)[22]。筆者認(rèn)為產(chǎn)生這些矛盾結(jié)果的原因可能與不同的種屬、腫瘤病理類型、樣本質(zhì)量以及檢測方法等原因有關(guān)。因此，PD-L1是否能當(dāng)做診斷NSCLC的標(biāo)志物是有爭議的，需要進(jìn)一步的研究支持。

一項583例NSCLC樣本的單核苷酸多態(tài)性(single-nucleotide polymorphism,SNP)分析結(jié)果顯示：PD-1 SNP狀態(tài)(AA,AG,GG)與正常對照樣本相比并沒有明顯差異。但是，PD-1 GG表型的患者存活時間明顯少于GA、AA表型的患者[23]。

腫瘤微環(huán)境中，免疫系統(tǒng)的變化會影響腫瘤的發(fā)展和轉(zhuǎn)移。腫瘤相關(guān)基因的突變與免疫系統(tǒng)的失衡有關(guān)。在肺癌的發(fā)展過程中，有很多突變，如EGFR、ALK等。研究發(fā)現(xiàn)，PD-L1在EGFR突變的樣本中高表達(dá)，并且EGFR突變能夠促使PD-L1表達(dá)[24]。這個現(xiàn)象為臨床治療提供了思路，提示我們?nèi)パ兄艵GFR和PD-L1抑制劑來抑制肺癌的發(fā)生、發(fā)展。但也有研究指出，在東亞人種中，PD-L1表達(dá)與肺腺癌主要突變基因(EGFR,ALK,KRAS,BRAF)沒有相關(guān)性。PD-L1與腫瘤相關(guān)基因突變的相關(guān)性還有待大樣本的研究來進(jìn)行證實(shí)。

4 PD-1，PD-L1靶向藥物

4.1 PD-1抗體

4.1.1 Nivolumab Nivolumab(BMS-936558，品名：Opdivo)是一個人源化IgG4單克隆抗體。Nivolumab能夠抑制CD8+ TILs，促使細(xì)胞因子分泌并促進(jìn)T細(xì)胞增殖[25]。一項296例患者參與的臨床1期試驗數(shù)據(jù)表明，Nivolumab對18%的NSCLC患者有效，對65%患者有超過一年的持久效應(yīng)。研究者檢測了42例患者的PD-L1表達(dá)，Nivolumab對36%表達(dá)PD-L1的患者(9/25)有效，而對17例患者無效[26]。在另一項臨床1期試驗中，Nivolumab 對NSCLC患者的有效率為17%(22/129)，排除6例異常免疫反應(yīng)個例[27]。

Nivolumab的單藥臨床試驗(NCT01721759,NCT02066636)已經(jīng)在進(jìn)行中，另外，比較Nivolumab和聯(lián)合化療治療的隨機(jī)試驗(NCT02041533,NCT01673867)也正在進(jìn)行中。2015年3月4日，Nivolumab被美國食品及藥物管理局核準(zhǔn)用于轉(zhuǎn)移性NSCLC患者的治療。

4.1.2 Pembrolizumab Pembrolizumab(MK-347)是一個高度選擇性、人源化IgG4單克隆抗體，在設(shè)計中使C228P位點(diǎn)突變。在臨床應(yīng)用中，多用于治療晚期實(shí)體瘤。在臨床1期試驗中，Pembrolizumab 對38個病例中21%患者有效，最佳效應(yīng)出現(xiàn)在接受10 mg/kg Pembrolizumab治療3周。深入研究發(fā)現(xiàn)，Pembrolizumab的抗腫瘤效應(yīng)與PD-L1表達(dá)相關(guān)[28]。Pembrolizumab單藥治療的臨床試驗(NCT01840579)正在NSCLC患者中進(jìn)行。比較Pembrolizumab和聯(lián)合化療治療的隨機(jī)試驗(NCT02142738)也正在進(jìn)行中。4.1.3 Pidilizumab (CT-011) Pidilizumab是一個人源化IgG-1K重組PD-1單克隆抗體，在小鼠腫瘤模型上已經(jīng)證實(shí)其具有抗腫瘤作用。而人體試驗只在血液腫瘤患者中進(jìn)行，并未在NSCLC患者中進(jìn)行[29]。

4.2 抗PD-L1抗體

4.2.1 BMS-936559 BMS-936559/MDX1105是一個人源化，高親和力IgG4單克隆抗體，特異性抑制PD-L1與PD-1結(jié)合，在臨床1期試驗中，207位患者中有75名NSCLC患者出現(xiàn)腫瘤縮小現(xiàn)象，BMS-936559的有效率為6%～17%，包括NSCLC患者、黑色素瘤患者，腎癌患者的病情持續(xù)穩(wěn)定24周占比12%～41%；在5例NSCLC患者(4例非鱗癌亞型患者，1例鱗癌亞型患者)中，在劑量3 mg/kg 和10 mg/kg時，有效率分別為8%和16%。另外有6名NSCLC患者病情穩(wěn)定超過24周[30]。

4.2.2 MPDL3280A MPDL3280A是一個人源化IgG1抗體，特異性結(jié)合于PD-L1，因此競爭性抑制PD-L1與PD-1結(jié)合。一項臨床1期試驗表明其能夠提高NSCLC患者生存率[31]。

4.2.3 MEDI4736 MEDI4736是一個人源化IgG1抗體，特異性結(jié)合于PD-L1。一項臨床1期試驗發(fā)現(xiàn)，MEDI4736對NSCLC患者12周病情控制率可達(dá)46%[32]。

4.2.4 AMP-224 AMP-224是一個B7-DC-Fc融合蛋白，可以競爭性結(jié)合PD-1[33]。在對NSCLC患者的臨床1期試驗中發(fā)現(xiàn)，PD-1高表達(dá)的TILs隨AMP-224劑量增加在4小時至2周間逐漸減少[34]。

5 展望和存在的問題

5.1 作為NSCLC診斷的標(biāo)志物

先前研究認(rèn)為PD-L1表達(dá)與NSCLC不良預(yù)后有關(guān)，但是這個觀點(diǎn)存在很多爭議。PD-L1是一個可誘導(dǎo)的分子，而腫瘤又具有異質(zhì)性的特征，PD-L1是否陽性表達(dá)以及過表達(dá)在不同的試驗中存在很大差異。因此，筆者認(rèn)為是否將PD-L1作為腫瘤標(biāo)志物還需要大量實(shí)驗以及大規(guī)模臨床研究來證實(shí)。

5.2 未來研究方向

盡管已有研究證實(shí)PD-1/PD-L1信號通路與腫瘤免疫有關(guān)，但是還有很多問題需要進(jìn)一步探索。例如，如何選擇不同的患者的治療方案，是PD-1/PD-L1抑制劑、化療、放療、還是聯(lián)合治療；PD-1/PD-L1抑制劑能否作為第一用藥；阻斷PD-1/PD-L1信號通路是否只激活腫瘤效應(yīng)T細(xì)胞，或是T細(xì)胞能否自激活；以及PD-L2能否用于NSCLC診斷。

總之，腫瘤的免疫治療為NSCLC的治療提供了新的思路。相較于其他的腫瘤治療方式，腫瘤免疫治療具有相對安全性、有效性、副作用低等特點(diǎn)。臨床試驗數(shù)據(jù)顯示越來越多的NSCLC患者正受益于抗PD-1和抗PD-L1藥物。在今后的研究中，大規(guī)模臨床試驗是必須的，隨著對PD-1/PD-L1信號通路研究的深入，NSCLC的治療將會取得長足進(jìn)步。

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