細胞毒性T淋巴細胞相關(guān)抗原-4的生物學(xué)功能及其在頭頸部鱗狀細胞癌治療中的應(yīng)用

胡晨 張明

(復(fù)旦大學(xué)附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院耳鼻喉科 上海 200031)

頭頸鱗狀細胞癌(head and neck squamous cell carcinoma, HNSCC)作為一種免疫抑制類疾病，腫瘤細胞能通過免疫檢查位點抑制效應(yīng)T細胞活化進而誘導(dǎo)免疫抵抗，人類細胞毒性T淋巴細胞(T細胞)相關(guān)抗原-4(cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4, CTLA-4)便是其中一類。CTLA-4抑制效應(yīng)T細胞的功能是通過與CD28競爭性結(jié)合B細胞激活抗原(B7)分子，同時向胞內(nèi)功能區(qū)傳遞阻滯信號實現(xiàn)的。并且CTLA-4在T細胞上表達程度的高低對評價預(yù)后有著重要意義。本文就CTLA-4的生物學(xué)特性，在HNSCC中的表達與作用、抗CTLA-4受體治療以及聯(lián)合治療做一綜述。

1 CTLA-4的生物學(xué)特征

1.1 結(jié)構(gòu)CTLA-4基因位于第2號染色體長臂33區(qū)(2q33)，包含4個外顯子和3個內(nèi)含子。其2號外顯子編碼CTLA-4V區(qū)116個氨基酸，為B7分子的配體；3號外顯子編碼穿膜區(qū)，包括胞質(zhì)內(nèi)功能區(qū)起始的數(shù)個氨基酸、胞外部分氨基酸以及跨膜區(qū)的疏水氨基酸；4號外顯子編碼CTLA-4胞質(zhì)內(nèi)功能區(qū)的大部分氨基酸[1]?；罨腡細胞表面短暫表達CTLA-4，它是B7分子的受體之一，二聚體為T細胞表面完整的CTLA-4主要存在形式，其余存在形式為單體分子，膜外區(qū)、跨膜區(qū)以及胞內(nèi)區(qū)為單體分子的構(gòu)成組分[2]。有3個多態(tài)位點存在于CTLA-4基因中：①啟動子第2 318位點的C/T 二態(tài)性；②1號外顯子第17密碼子第49位點的A/G 二態(tài)性；③4號外顯子的3號非翻譯區(qū)第642位點的(A T )可變重復(fù)序列[3]。CTLA-4分子的功能水平被CTLA-4啟動子與外顯子1的多態(tài)性調(diào)控：CTLA-4的表達在1號外顯子第49位點為A，啟動子第2 318位點為T時增強[4]；而CTLA-4的抑制作用隨著G等位基因在1號外顯子中的頻率增加而降低[5]。

1.2 功能 有2種刺激信號在參與T細胞活化的免疫應(yīng)答中不可或缺。第1種信號是經(jīng)特殊的T細胞(抗原)受體(T cell receptor, TCR )識別后由抗原呈遞細胞(antigen-presenting cells, APCs )呈遞的人類白細胞抗原(human leukocyte antigen, HLA )復(fù)合物傳遞給T 細胞的信號。這種信號對于T細胞的活化是必要的，但T細胞的增殖以及相關(guān)細胞因子的分泌并未受到影響。第2種信號是協(xié)同刺激信號，由配體即APC表面的B7分子與受體即T細胞表面的CD28結(jié)合并相互作用而產(chǎn)生，該信號為非抗原依賴性信號。CTLA-4與CD28為同源分子，二者具有相似的整體結(jié)構(gòu)，并且擁有部分相同的氨基酸序列,但二者生物學(xué)功能迥異。激活或靜止的T細胞均可表達CD28，T細胞的活化在其與B7分子結(jié)合后協(xié)同刺激發(fā)生，促進免疫應(yīng)答。CTLA-4僅僅表達于激活的T 細胞，阻滯信號在其傳遞之后，導(dǎo)致T細胞活化終止[2, 6]。通過與CD28競爭性結(jié)合APC上的B7分子，中斷CD28信號,并向胞內(nèi)功能區(qū)輸送阻滯信號抑制T 細胞的活化，CTLA-4的T細胞抑制作用得以實現(xiàn)，從而導(dǎo)致腫瘤細胞免疫抵抗。

淋巴細胞過度增殖所導(dǎo)致的各種全身免疫過度活躍的疾病，如脾大、淋巴結(jié)病等，在敲除CTLA-4基因的小鼠身上屢見不鮮，自身免疫性疾病常于3～4周后導(dǎo)致其死亡[7]；實驗鼠變應(yīng)性腦炎的病情在應(yīng)用CTLA-4抗體后明顯加重[8]；實驗鼠的自身免疫紊亂情況在使用CTLA-4的可溶性蛋白以及CTLA-4Ig(CTLA-4與IgG的融合蛋白)后均有不同程度的緩解[9]。IL-22的產(chǎn)生在CTLA-4與配體的結(jié)合后受到阻礙，進而對T細胞的活化產(chǎn)生抑制，最終導(dǎo)致T細胞凋亡的發(fā)生[10]。上述實驗表明，在抑制T細胞增殖并維持免疫穩(wěn)態(tài)中，CTLA-4起了重要作用，證明CTLA-4能夠負性調(diào)節(jié)T細胞免疫反應(yīng)，進而介導(dǎo)免疫耐受；然而T細胞活化受CTLA-4抑制的具體機制尚在探索中。

2 CTLA-4在HNSCC中的表達與作用

腫瘤細胞表達的特異性抗原被免疫系統(tǒng)準(zhǔn)確識別以及功能正常的APCS，有助于形成針對腫瘤細胞抗原并裂解腫瘤細胞的效應(yīng)細胞，這對于清除機體腫瘤細胞至關(guān)重要。在抗腫瘤的免疫過程中，腫瘤細胞特異性抗原的表達、免疫系統(tǒng)識別腫瘤細胞表面的特異性抗原以及機體形成抗腫瘤效應(yīng)細胞三者缺一不可。生理狀態(tài)下，自身免疫性疾病以及變態(tài)反應(yīng)等過度炎癥可以通過免疫檢查點來避免發(fā)生。有研究[11-12]發(fā)現(xiàn)，在免疫檢查點通路抑制免疫系統(tǒng)的作用下， HNSCC患者的腫瘤細胞逃脫免疫系統(tǒng)監(jiān)視得以實現(xiàn)，腫瘤微環(huán)境從而得以發(fā)展，因此將HNSCC視為免疫抑制性疾病。T細胞表面表達的CTLA-4介導(dǎo)的抑制效應(yīng)T細胞激活是通過與CD28競爭性結(jié)合B7分子(CD80和CD86)而導(dǎo)致的，同時CTLA-4能進行胞內(nèi)抑制信號的傳遞，下調(diào)對腫瘤細胞等變異細胞的免疫應(yīng)答[13]。在HNSCC中，表達CTLA-4的調(diào)節(jié)性T細胞(T regulatory cell，Treg)能夠下調(diào)細胞毒性T細胞的增殖，從而降低對腫瘤細胞的殺傷作用；相反，有研究觀察到對Treg上CTLA-4表達的阻滯可以降低細胞毒性T細胞所受抑制作用[14-15]。并且，在HNSCC 患者中發(fā)現(xiàn)在腫瘤組織效應(yīng)性T細胞中表達的CTLA-4和細胞程序性死亡受體-1(programmed cell death protein 1, PD-1)高于外周血中的效應(yīng)性淋巴細胞[16]。效應(yīng)T細胞以及樹突細胞的功能活躍與否是評價HNSCC患者預(yù)后情況的重要參數(shù)， CTLA-4高表達的HNSCC患者往往預(yù)后不佳[17]。

3 抗CTLA-4受體治療

近年來，在癌癥領(lǐng)域免疫治療正迅速發(fā)展成為一種有效的療法。HNSCC是研究較為廣泛的癌癥之一，表現(xiàn)明顯的免疫抑制。熱門的抗腫瘤免疫途徑是阻斷免疫檢查點。免疫檢查點是機體維持正常的重要抑制途徑，它作為免疫反應(yīng)的調(diào)制器以避免自身免疫和維持體內(nèi)平衡。HNSCC患者體內(nèi)微環(huán)境中，CTLA-4與CD28的同源性使其能夠與CD28競爭性結(jié)合B7配體，阻止APC與T細胞的協(xié)同刺激，并傳遞免疫抑制信號。髓源性抑制細胞(myeloid-derived suppressor cells, MDSCs)和M2巨噬細胞是腫瘤環(huán)境中重要的免疫抑制細胞。CTLA-4是影響T細胞功能的關(guān)鍵抑制性受體。Yu等[18]研究發(fā)現(xiàn)，部分MDSC和M2巨噬細胞表達CTLA-4，CTLA-4可能調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境中MDSC和M2巨噬細胞的活性。其研究結(jié)果表明，T細胞耗竭與MDSC中CTLA-4表達增加有關(guān)，并且在小鼠模型中，發(fā)現(xiàn)阻滯CTLA-4能通過減少MDSC和M2巨噬細胞阻礙HNSCC腫瘤細胞的免疫逃逸，促進腫瘤抗原呈遞并且激活T細胞，從而抑制腫瘤生長。同時，抗CTLA-4治療通過抑制T細胞表面CTLA-4受體的表達，間接促進APC表面的B7分子與T細胞表面的CD28結(jié)合，協(xié)同刺激誘導(dǎo)T細胞活化；并且CTLA-4靶向治療也阻斷了其受體向T細胞胞內(nèi)功能域傳遞免疫抑制信號，進而解除CTLA-4的免疫抑制效應(yīng)。

世界上第1個抗CTLA-4受體的單克隆抗體(伊匹單抗)——ipilimumab，細胞毒性T細胞和Treg上活化的CTLA-4受體在其應(yīng)用后功能受到抑制。對CTLA-4信號的阻斷可以減少其與CD28對于APCs表面配體B7分子的競爭性結(jié)合，從而引導(dǎo)腫瘤抗原特異性TCR所需要的B7-CD28信號通路的激活，進而增強腫瘤抗原特異性細胞毒性T細胞的腫瘤免疫反應(yīng)。在一項Ⅲ期臨床試驗中， Hodi等[19]發(fā)現(xiàn)晚期黑色素瘤患者接受伊匹單抗治療的總生存期(10.1個月)比接受gp-100疫苗治療的患者更長(6.4個月，P=0.003)。盡管研究例數(shù)較少，在1項22 例HNSCC患者的研究中，Treg上CTLA-4受體在HNSCC患者腫瘤組織內(nèi)的表達因 cetuximab(西妥昔單抗)治療后有增加趨勢，Treg表達的CTLA-4數(shù)量隨伊匹單抗的應(yīng)用而減少，自然殺傷細胞受Treg的抑制作用也明顯減弱[20]。

4 聯(lián)合治療

聯(lián)合免疫治療作用范圍較單一治療廣，療效更好。在免疫原性差的小鼠腫瘤模型中，CTLA-4阻斷作為單一藥物不能顯示療效；然而，與傳統(tǒng)治療方法(放療和化療)聯(lián)合應(yīng)用產(chǎn)生了顯著的協(xié)同作用：CTLA-4抗體能有效減少Treg數(shù)量，放療能增加TCR多樣性[21]。癌癥經(jīng)常發(fā)生對化療和靶向抗體抵抗的體細胞突變，使腫瘤細胞避免被免疫系統(tǒng)識別, 然而免疫療法針對這一點起效，因為免疫系統(tǒng)具有潛力識別所有外來抗原。靶向CTLA-4治療憑借其針對特定受體作用的特異性，相對于傳統(tǒng)治療方法，在盡量不影響正常組織細胞的前提下作用于靶細胞。FDA認證的聯(lián)合免疫療法中療效最好的一組即尼魯單抗(nivolumba)與伊匹單抗的聯(lián)合應(yīng)用。這與效應(yīng)T細胞免疫抑制被尼魯單抗解除，同時效應(yīng)T細胞在腫瘤組織以及淋巴器官中的含量因伊匹單抗而增加有關(guān)；對比尼魯單抗，伊匹單抗具有更嚴(yán)重的潛在毒性，例如結(jié)腸炎等副作用，甚至危及生命[22]。CTLA-4與PD-1均為T細胞表面的抑制性受體，但二者在免疫反應(yīng)過程中作用不同：CTLA-4在APC與T細胞接觸時與CD28競爭性結(jié)合B7分子從而減少協(xié)同刺激，同時介導(dǎo)免疫抑制信號的傳遞，抑制T細胞的活化；而PD-1在與腫瘤細胞表面的配體PD-L1結(jié)合時介導(dǎo)效應(yīng)T細胞程序性死亡。伊匹單抗與尼魯單抗在免疫反應(yīng)過程中的不同階段發(fā)揮效用，在難治性HNSCC患者中，有伊匹單抗與尼魯單抗聯(lián)合應(yīng)用的成功治療案例[23]。相對于單用伊匹單抗，二者在惡性黑色素瘤中聯(lián)合使用有效率為61%，療效顯著增高[24]。對比單用西妥昔單抗，在聯(lián)合應(yīng)用伊匹單抗時能恢復(fù)HNSCC患者對于西妥昔單抗的敏感度[20]。

5 結(jié)語

CTLA-4是一種白細胞分化抗原，是T細胞上的一種跨膜受體，與CD28競爭性結(jié)合B7分子配體，CTLA-4與B7分子結(jié)合后發(fā)生T細胞無反應(yīng)性，參與免疫反應(yīng)的負調(diào)節(jié)，HMSCC可通過CTLA-4等免疫檢查點下調(diào)T細胞免疫應(yīng)答來實現(xiàn)免疫逃逸?？笴TLA-4的免疫療法有協(xié)同放化療等傳統(tǒng)療法的優(yōu)勢，有關(guān)CTLA-4在腫瘤治療方面的應(yīng)用已成為熱點，相關(guān)聯(lián)合治療方案也在臨床試驗中。隨著對CTLA-4作用機制的深入研究，有望對腫瘤臨床治療提供更多的啟發(fā)。