免疫檢查點(diǎn)分子與腫瘤免疫治療
——解讀2018年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)*

張玉瑩 林怡婷 姚依凡 王雪珩 王月丹

（北京大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院免疫學(xué)系 北京 100191）

北京時(shí)間2018年10 月1 日17 時(shí)30 分，瑞典卡羅林斯卡大學(xué)宣布來自美國的James P.Allison（艾利森）教授與來自日本的Tasuku Honjo（本庶佑）教授，因?yàn)樵凇鞍┌Y免疫治療”領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)，而獲得了2018年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)［1］。

其中，Allison 教授在研究了細(xì)胞毒T 淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原4（CTLA-4，也被稱為CD152）的功能基礎(chǔ)上，率先推出了以CTLA-4 為靶點(diǎn)的腫瘤治療抗體藥物——Yervoy（伊匹單抗，ipilimumab），為T 細(xì)胞應(yīng)答調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)研究和腫瘤的免疫治療，開創(chuàng)了新的道路。 另一位獲獎(jiǎng)?wù)逪onjo 教授，于1992年首先克隆并發(fā)現(xiàn)了程序性細(xì)胞死亡蛋白-1（PD-1，也被稱為CD279），其后在著名華裔免疫學(xué)家陳列平教授有關(guān)PD-1 配體——PD-L1 分子及其功能研究［2］的啟發(fā)下，Honjo 與他人共同揭示了PD-1/PD-L1 途徑在機(jī)體免疫應(yīng)答調(diào)節(jié)過程中的反向和剎車制動(dòng)作用，開創(chuàng)了以PD-1/PD-L1為靶點(diǎn)的腫瘤免疫治療方法。授予他們2018年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，主要也是為了獎(jiǎng)勵(lì)他們?cè)贑TLA-4 和PD-1 分子相關(guān)領(lǐng)域研究與應(yīng)用中作出的杰出貢獻(xiàn)。

從免疫學(xué)概念的角度講，CTLA-4 和PD-1 分子都屬于免疫檢查點(diǎn)分子。 因此，準(zhǔn)確地說，2018年諾貝爾獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)成果應(yīng)該被稱為“基于免疫檢查點(diǎn)分子的腫瘤免疫治療”。什么是免疫檢查點(diǎn)分子？

T 細(xì)胞是機(jī)體的主要免疫應(yīng)答細(xì)胞，其表面具有識(shí)別抗原信號(hào)的T 細(xì)胞受體（TCR）和接受調(diào)控T 細(xì)胞活化所需的共刺激信號(hào)分子。 在通常情況下，T 細(xì)胞表面的共刺激信號(hào)分子，可分為兩大類。 其中，較早被發(fā)現(xiàn)的一類共刺激信號(hào)分子（例如CD28 分子和4-1BB 分子等），一般在T 細(xì)胞的表面為組成性的表達(dá)，主要為T 細(xì)胞識(shí)別抗原信號(hào)后的活化，提供必需的第二信號(hào)。如果沒有這個(gè)第二信號(hào)，即使獲得了抗原信號(hào)，T 細(xì)胞也無法活化、 增殖和分化為效應(yīng)T 細(xì)胞，介導(dǎo)免疫應(yīng)答，甚至還可能發(fā)生凋亡，導(dǎo)致對(duì)相應(yīng)抗原信號(hào)的免疫耐受。而另一類共刺激分子（例如CTLA-4 和PD-1）的功能，則相對(duì)被發(fā)現(xiàn)的較晚，其只在活化后的T 細(xì)胞表面表達(dá)，一旦被相應(yīng)的配體分子結(jié)合并激活以后，就會(huì)向T 細(xì)胞發(fā)出活化抑制信號(hào)，阻斷活化T 細(xì)胞的增殖、 分化及發(fā)揮免疫效應(yīng)的功能，對(duì)T 細(xì)胞的免疫應(yīng)答過程，發(fā)揮類似于剎車和制動(dòng)器的作用，避免過度的免疫應(yīng)答效應(yīng)過程損傷自身正常的組織細(xì)胞，從而引發(fā)自身免疫性疾病的風(fēng)險(xiǎn)。 因此，這類發(fā)揮負(fù)向免疫調(diào)控作用的共刺激分子，也被稱為免疫“檢查點(diǎn)（checkpoint）分子”。

CTLA-4 和PD-1 是2 種最有代表性的免疫檢查點(diǎn)分子。其中,早在1978年即已被發(fā)現(xiàn)的CTLA-4分子（圖1），主要表達(dá)在活化的CD4+和CD8+T 細(xì)胞表面，與CD28 分子同源，均屬于免疫球蛋白超家族成員分子，能與CD28 分子競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合B7 分子［3］。 與CD28 分子不同，CTLA-4 分子的細(xì)胞質(zhì)區(qū)具有免疫受體酪氨酸抑制基序（ITIM）。 當(dāng)CTLA-4與相應(yīng)配體結(jié)合后，其ITIM 中的酪氨酸殘基磷酸化，繼而募集和結(jié)合蛋白質(zhì)酪氨酸磷酸酶（主要是SHP-1 和SHIP），并對(duì)T 細(xì)胞活化過程中的多個(gè)重要信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子進(jìn)行去磷酸化，使活化的T 細(xì)胞分泌IL-2 能力下降和發(fā)生細(xì)胞周期停滯，從而抑制T 細(xì)胞的活化、增殖和效應(yīng)。此外，機(jī)體的調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞（Treg 細(xì)胞）還能持續(xù)性地表達(dá)CTLA-4分子［4］，通過下調(diào)抗原提呈細(xì)胞（APC）表達(dá)B7 分子水平的方式，進(jìn)一步抑制機(jī)體T 細(xì)胞活化的CD28 信號(hào)通路，在T 細(xì)胞活化的起始階段即可有效發(fā)揮負(fù)向調(diào)節(jié)的作用。

圖1 CTLA-4 分子結(jié)構(gòu)的模式圖（二聚體）

PD-1 分子（圖2），是在1992年被日本科學(xué)家Honjo 首先發(fā)現(xiàn)的，主要表達(dá)在活化T 細(xì)胞、B細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞等細(xì)胞的表面，也與CD28 分子同源，屬于免疫球蛋白超家族的成員。 與CTLA-4不同，PD-1 的配體分子主要為PD-L1 和PD-L2 共2 種。 PD-1 分子的細(xì)胞質(zhì)區(qū)除了也具有ITIM 區(qū)以外，還具有免疫受體酪氨酸轉(zhuǎn)換基序（immunoreceptor tyrosine-based switch motif，ITSM）結(jié)構(gòu)。當(dāng)PD-1 與相應(yīng)配體結(jié)合以后，可以通過ITIM 和ITSM 結(jié)構(gòu)的共同作用，使T 細(xì)胞分泌IFN-γ 及TNF-α 等細(xì)胞因子的能力下降，細(xì)胞周期停滯，從而抑制T 細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答及其效應(yīng)的過程。 且當(dāng)TCR 和PD-1 同時(shí)被激活時(shí)，PD-1 分子的活化可以阻斷TCR 分子活化介導(dǎo)的磷酸化，從而阻礙T 細(xì)胞的活化［5］。 一般認(rèn)為，PD-1 分子的調(diào)節(jié)與抑制作用主要在T 細(xì)胞應(yīng)答的效應(yīng)階段。此外，PD-L1 分子還能通過PD-1/PD-L1 途徑，促進(jìn)初始CD4+T 細(xì)胞分化為Treg 細(xì)胞，進(jìn)一步調(diào)節(jié)和抑制T 細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答與效應(yīng)過程，從而參與對(duì)自身抗原免疫耐受狀態(tài)的建立與維持。

圖2 PD-1 分子的結(jié)構(gòu)模式圖

機(jī)體的免疫系統(tǒng)就是通過上述T 細(xì)胞活化的雙信號(hào)模式和免疫檢查點(diǎn)分子功能調(diào)節(jié)的方式，對(duì)T 細(xì)胞及其介導(dǎo)的免疫應(yīng)答過程，進(jìn)行精密調(diào)控的，在發(fā)揮有效防御和監(jiān)視功能的同時(shí)，又能保障機(jī)體組織細(xì)胞的安全不受攻擊，維持機(jī)體內(nèi)部生理環(huán)境保持穩(wěn)定［6］。

然而，很多的惡性腫瘤細(xì)胞也像正常組織細(xì)胞一樣，可以通過啟動(dòng)活化T 細(xì)胞表面的檢查點(diǎn)分子功能，繼而抑制和阻斷進(jìn)入腫瘤組織中的效應(yīng)T 細(xì)胞效應(yīng)功能，從而逃避機(jī)體免疫系統(tǒng)的監(jiān)視和清除作用。例如，在腫瘤及慢性感染患者的體內(nèi)，T 細(xì)胞可處于過度激活狀態(tài)，反饋性地上調(diào)其細(xì)胞表面表達(dá)的CTLA-4 和PD-1 等免疫檢查點(diǎn)分子的水平，容易發(fā)生免疫應(yīng)答和效應(yīng)的負(fù)向調(diào)控和抑制。 在體內(nèi)，PD-1 的配體分布非常廣泛，特別是PD-L1 分子不僅在正常人體淋巴組織中的白細(xì)胞和組織細(xì)胞表面表達(dá)，而且還可以在炎癥因子或者腫瘤細(xì)胞的作用下，被誘導(dǎo)表達(dá)于腫瘤組織的基質(zhì)細(xì)胞表面，甚至腫瘤細(xì)胞的表面，從而導(dǎo)致腫瘤組織微環(huán)境中的T 細(xì)胞活化受阻和功能障礙，使腫瘤細(xì)胞規(guī)避了機(jī)體免疫系統(tǒng)的監(jiān)視和清除，導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生和不斷的進(jìn)展（圖3）。

圖3 腫瘤組織微環(huán)境中T 細(xì)胞表面免疫檢查點(diǎn)分子作用的模式圖

通過體外實(shí)驗(yàn)、 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和人體臨床試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，CTLA-4 和PD-1/PD-L1 的阻斷劑能逆轉(zhuǎn)腫瘤微環(huán)境及其成分對(duì)效應(yīng)T 細(xì)胞的抑制作用，緩解腫瘤細(xì)胞的生長及進(jìn)展，延長患者的生存時(shí)間和改善患者的生存質(zhì)量。

2011年，美國食品藥品管理局（FDA）批準(zhǔn)了Allison 主導(dǎo)研制的針對(duì)CTLA-4 分子的腫瘤治療單克隆抗體藥物——伊匹單抗（商品名Yervoy）用于治療黑色素瘤，開創(chuàng)了靶向免疫檢查點(diǎn)，進(jìn)行腫瘤免疫治療的先河［7］。 在應(yīng)用過程中，Yervoy 取得了令人矚目的治療效果，是第1 種被臨床證實(shí)可以延長晚期黑色素瘤患者總生存期的藥物。 2014年的4 月和12 月，美國FDA 分別批準(zhǔn)了2 個(gè)全人源化的IgG4 型抗PD-1 單克隆抗體藥物——Pembrolizumab［8］和Nivolumab［9］，用于黑色素瘤、非小細(xì)胞性肺癌和經(jīng)典霍奇金淋巴瘤等惡性腫瘤的治療。 在難治性肺癌的治療研究中，抗PD-1 單克隆抗體藥物取得了比化療更好的療效，并成為了PD-L1 高表達(dá)的轉(zhuǎn)移性非小細(xì)胞肺癌的一線治療藥物，為非小細(xì)胞肺癌的治療開辟了一片新的天地。同時(shí)，基于免疫檢查點(diǎn)的腫瘤免疫治療在泌尿生殖系統(tǒng)腫瘤、 結(jié)直腸癌和淋巴瘤等多種惡性腫瘤的治療中也取得了突破性的進(jìn)展，其適應(yīng)的腫瘤治療譜也在不斷擴(kuò)展（表1）。

如同其他抗腫瘤治療方法一樣，基于免疫檢查點(diǎn)分子的腫瘤免疫治療也同樣面臨治療效果較低和存在毒副作用等方面的不足與挑戰(zhàn)，但是，隨著現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)技術(shù)研究與應(yīng)用的不斷深入與發(fā)展，通過個(gè)體化與精準(zhǔn)治療、調(diào)節(jié)給藥劑量和聯(lián)合用藥等方式，將可能不斷地提升該療法的治療效果和改善不良反應(yīng)的發(fā)生，最終為攻克癌癥，維護(hù)人類的健康和生命安全，提供一個(gè)新的有效治療手段。