免疫檢查點抑制劑耐藥機制的研究進展

張?zhí)m蘭，李向敏，樊再雯

0 引言

近年來，惡性腫瘤的發(fā)病率呈持續(xù)上升趨勢。美國癌癥研究中心（American Institute for Cancer Research,AICR）最新報道，2018年大約新增174萬癌癥患者，大約有60萬人死于癌癥[1]。免疫檢查點抑制劑（immune checkpoint inhibitors,ICI）治療惡性腫瘤近年來倍受矚目，如惡性黑色素瘤、非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer,NSCLC）、腎細胞癌、頭頸部鱗癌等。然而，在惡性黑色素瘤患者使用程序性死亡受體1（programmed cell death 1,PD-1）抑制劑治療中，有高達60%的患者無應(yīng)答反應(yīng)[2]，ICI體內(nèi)作用機制及可能存在的耐藥因素尚不完全明確。本文主要就ICI耐藥機制進行綜述。

1 耐藥機制的分類

ICI殺傷腫瘤是一個復(fù)雜的過程，受多種因素影響，故其耐藥機制也是復(fù)雜多樣的。根據(jù)耐藥發(fā)生的時間，ICI耐藥可分為原發(fā)性、適應(yīng)性和獲得性耐藥。原發(fā)性耐藥指腫瘤一開始對ICI治療就無反應(yīng)。獲得性耐藥指一開始腫瘤對ICI治療有效，治療一段時間后，病情出現(xiàn)進展或復(fù)發(fā)。而適應(yīng)性耐藥是指腫瘤能被免疫系統(tǒng)識別，但是腫瘤細胞適應(yīng)了免疫系統(tǒng)而不受免疫系統(tǒng)攻擊。因為患者體內(nèi)免疫反應(yīng)是動態(tài)的、連續(xù)的過程，適應(yīng)性耐藥在臨床上也經(jīng)常被認為是原發(fā)性耐藥、混合型耐藥和獲得性耐藥[3]。

2 原發(fā)性耐藥、適應(yīng)性耐藥

2.1 腫瘤內(nèi)在因素

內(nèi)在因素是指因腫瘤細胞表達某些基因或抑制某些信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，阻止免疫殺傷細胞浸潤或在腫瘤微環(huán)境中發(fā)揮作用從而導(dǎo)致免疫治療耐藥。

2.1.1 腫瘤細胞自身的變化 效應(yīng)T細胞識別腫瘤抗原在免疫治療中尤為重要，腫瘤抗原的改變或數(shù)量的增減對效應(yīng)T細胞的識別和殺傷均有影響。腫瘤突變負荷（tumor mutation burden,TMB）的高低與相關(guān)突變抗原（mutation-associated neoantigen）呈正相關(guān)。目前研究發(fā)現(xiàn)惡性黑色素瘤、腎細胞癌和NSCLC的TMB較胰腺癌和前列腺癌的TMB高，且前者對PD-1/PD-L1（programmed cell death-ligand 1,PD-L1）治療較后者更敏感[4-5]。此外，在多種腫瘤中發(fā)現(xiàn)DNA錯配修復(fù)基因缺失（deficient mismatch repair,dMMR）和基因組微衛(wèi)星高度不穩(wěn)定（microsatellite instability-high,MSI-H）增多也可導(dǎo)致腫瘤相關(guān)性新抗原增多，可能對ICI治療有益[6]。腫瘤的突變負荷以及dMMR/MSI-H比例低時，導(dǎo)致腫瘤相關(guān)抗原產(chǎn)生減少，可能會引起耐藥。2017年，美國食品藥品監(jiān)督管理局（Food and Drug Administration,FDA）批準(zhǔn)帶有dMMR/MSI-H的實體瘤患者使用PD-1抑制劑帕博利珠單抗治療，這是FDA首次批準(zhǔn)將生物標(biāo)志物作為治療標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.2 信號通路的改變 調(diào)控腫瘤內(nèi)源性抗原的信號通路將導(dǎo)致腫瘤抗原的改變，使T細胞在識別腫瘤抗原上有一定難度。絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase,MAPK）信號通路激活，產(chǎn)生的血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）和白細胞介素8（interleukin-8,IL-8）能抑制T細胞的招募和功能，進而阻止了效應(yīng)T細胞（effector T cells,Teffs）在腫瘤中的浸潤[7]。抑癌基因PTEN的缺失在惡性腫瘤中較常見，PTEN基因的缺失能增強磷酸肌醇3-激酶（phosphatidylinositide 3-kinases,PI3K）信號表達，進一步減少干擾素γ（Interferon-γ,INF-γ）、顆粒酶B基因的表達量以及減少腫瘤浸潤CD8+T細胞數(shù)目。在惡性黑色素瘤患者中，PTEN基因缺失與腫瘤部位T細胞浸潤減少、腫瘤切除后T細胞擴增的可能性降低以及PD-1抑制劑治療效果較差有關(guān)[8]。PTEN基因的缺失能增加免疫抑制細胞因子的表達，導(dǎo)致腫瘤中T細胞浸潤的減少，降低了T細胞介導(dǎo)腫瘤細胞死亡，PTEN基因缺失可能促進免疫耐受。潛在性的致癌信號WNT信號通路的激活可表達β-鏈蛋白（β-catenin）[9]。在小鼠模型中，高表達β-catenin腫瘤，其腫瘤微環(huán)境CD103+樹突細胞（dendritic cells,DCs）數(shù)量少，可能是CD103+DCs的趨化因子C-C基序配體4樣蛋白（chemokine C-C-motif ligand 4 like protein,CCL4）的減少，導(dǎo)致抗原遞呈障礙，進而影響微環(huán)境中的T細胞浸潤及免疫應(yīng)答。INF-γ通路在原發(fā)、適應(yīng)及獲得性耐藥中均起到作用，且對抗腫瘤免疫應(yīng)答有雙向作用。腫瘤特異T細胞產(chǎn)生的INF-γ能識別腫瘤細胞及它們同源的抗原，促使一些蛋白分子表達增加，如主要組織相容性復(fù)合體（major histocompatibility complex,MHC）分子、涉及抗原遞呈的分子、招募免疫細胞的分子和抑制腫瘤增殖或促腫瘤凋亡的效應(yīng)分子[10]。因此，缺乏INF-γ信號通路的腫瘤細胞不易受到T細胞的攻擊，導(dǎo)致ICI耐藥。但是，持續(xù)的INF-γ暴露也能導(dǎo)致腫瘤細胞的重新編輯，從而發(fā)生免疫逃逸[11]。INF-γ信號通路相關(guān)的受體鏈JAK1（Janus kinase 1）、JAK2（Janus kinase 2）、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子及轉(zhuǎn)錄激活分子（signal transducer and activators of transcription,STATs）和干擾素調(diào)節(jié)因子1（interferon regulatory factor 1,IRF1）發(fā)生突變或缺失均會引起腫瘤細胞發(fā)生免疫逃逸[12]。

2.1.3 組成性PD-L1的表達 腫瘤細胞能夠在其表面表達免疫抑制性配體，如PD-L1，它能有效抑制抗腫瘤T細胞的應(yīng)答。PDJ（PD-L1-PD-L2-JAK2）擴增子是位于染色體9號的基因，包含了PD-1的兩個配體（PD-L1,PD-L2）和INF-γ受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子JAK2基因[13]，因此PDJ的表達可能導(dǎo)致PD-L1表達增多。目前研究還發(fā)現(xiàn)PTEN缺失、PI3K或AKT突變、EGFR突變、MYC過度表達、CDK5異常及PD-L1基因突變或缺失均可導(dǎo)致癌細胞表達組成性PD-L1的改變[3]。組成性PD-L1的表達是否影響患者對抗PD-L1抗體的治療效果還需大量的試驗進一步研究。

2.2 腫瘤外在因素

引起原發(fā)和適應(yīng)性耐藥的腫瘤外在因素主要是腫瘤免疫微環(huán)境（tumor microenvironment,TME）成分，如調(diào)節(jié)性T細胞（T regulatory cells,Tregs），髓源性抑制細胞（myeloid derived suppressor cells,MDSCs），M2型巨噬細胞和免疫抑制性物質(zhì)，它們可能抑制抗腫瘤免疫反應(yīng)，從而影響ICI抗腫瘤的效果。

2.2.1 免疫微環(huán)境成分 腫瘤細胞的內(nèi)部和周圍往往聚集著大量免疫細胞，這些免疫細胞共同形成抵御腫瘤的保護屏障。然而，一旦這種屏障被破壞，其將成為促進腫瘤發(fā)生發(fā)展的重要因素。

Tregs在維持自身耐受中起主要作用，Tregs能分泌抑制性細胞因子如IL-10、IL-35和TGF-β等，或直接抑制Teffs應(yīng)答[14]。Tregs可在多種腫瘤細胞中發(fā)生浸潤。大量的小鼠模型實驗研究表明，減少腫瘤微環(huán)境的Tregs能夠增加或存儲抗腫瘤免疫抵抗力[15]。在另一項小鼠模型的實驗研究中發(fā)現(xiàn)，細胞毒性T淋巴細胞相關(guān)抗原4（cytotoxic T-lymphocyte antigen 4,CTLA-4）抑制劑治療的效果與Teffs和Tregs的比值相關(guān)，其比值越高，治療效果越好[16]。

髓源抑制性細胞（myeloid-derived suppressor cells,MDSCs）代表一群異質(zhì)性的髓細胞群，是TME的重要組成部分，在癌癥和慢性感染期間會增多。MDSCs能強烈抑制T細胞、自然殺傷細胞（natural killer cells,NK）和一些骨髓細胞如DCs的抗腫瘤活性，刺激Tregs增多；MDSCs對新生血管生成、腫瘤細胞浸潤和轉(zhuǎn)移也有一定影響，導(dǎo)致腫瘤進展[17]。還有研究表明腫瘤微環(huán)境的MDSCs與ICI的抗腫瘤效果負相關(guān)[18]。

腫瘤相關(guān)巨噬細胞（tumor-associated macrophages,TAMs）是另外一種能夠影響免疫治療效果的細胞。TAMs包括M1型巨噬細胞和M2型巨噬細胞，M1型巨噬細胞能增強抗腫瘤免疫；M2型巨噬細胞能促進腫瘤發(fā)生及發(fā)展。惡性腫瘤中高水平的TAMs與預(yù)后不良相關(guān)，在一項關(guān)于肺腺癌小鼠模型的研究中發(fā)現(xiàn)，可通過激活CCL2和（或）CCR2信號通路，使M2型巨噬細胞減少，抑制TAMs的招募[19]，從而抑制腫瘤生長。此外另有研究發(fā)現(xiàn)巨細胞集落刺激生長因子受體阻滯劑聯(lián)合PD-1抑制劑或CTLA-4抑制劑，再聯(lián)合吉西他濱，會加速腫瘤消退[20]，表明巨細胞集落刺激生長因子受體阻滯劑可能誘導(dǎo)TAMs消亡，從而增加ICI抗腫瘤的效應(yīng)。

2.2.2 免疫抑制性物質(zhì) 正常人體內(nèi)免疫應(yīng)答的過程是動態(tài)且平衡的過程，在激活抗免疫應(yīng)答的同時，也調(diào)控抑制性基因和通路激活，以避免免疫應(yīng)答過激，對自身造成傷害。T細胞受體（T cell receptor,TCR）信號通路和CD28共刺激初始T細胞活化，最終導(dǎo)致CTLA-4免疫檢查點表達的增加[21]。在Teffs的應(yīng)答過程中如INF-γ的產(chǎn)生增多，從而促使PD-L1在多種細胞表面的表達增多，包括腫瘤細胞、T細胞和巨噬細胞，相對地引起PD-L1與T細胞表面的PD-1結(jié)合增多，增強了免疫抑制作用。INF-γ通路能促進吲哚胺2，3-雙加氧酶1（indoleamine 2,3-dioxygenase,IDO1）的表達，IDO1是一種能將色氨酸轉(zhuǎn)化成犬尿氨酸相關(guān)的酶，也是一種免疫抑制性分子，在驅(qū)動腫瘤免疫抑制、新生血管形成和轉(zhuǎn)移等過程中有一定作用。IDO1能抑制腫瘤局部CD8+T效應(yīng)細胞和NK細胞的功能，能誘導(dǎo)CD4+T調(diào)節(jié)細胞生成，還能調(diào)控MDSCs的招募和抑制MDSCs的功能[22]。

免疫抑制性因子通常由腫瘤或巨噬細胞釋放，對抗腫瘤免疫應(yīng)答有抑制作用。轉(zhuǎn)運生長因子β（transforming growth factor β,TGF-β）通過刺激Tregs在血管生成和免疫抑制中起到重要作用。腺苷通過T細胞表面的腺苷2A受體（adenosine 2A receptor,A2AR）抑制T細胞增殖和細胞毒性功能[23]，同時也能通過腫瘤細胞上的腺苷2B受體（adenosine 2B receptor,A2BR）促進腫瘤轉(zhuǎn)移[24]。此外，CD73是來源于腺苷的一種去磷酸的腺苷核糖核酸酶，能抑制免疫功能、促進腫瘤細胞轉(zhuǎn)移，也能刺激血管生成。CD73對PD-1治療是一個潛在的生物標(biāo)志物，其高表達對PD-1的治療有負向指示作用。TGF-β、CD73的高水平與多種腫瘤不良預(yù)后相關(guān)[25]。

特異性趨化因子和趨化因子受體對腫瘤微環(huán)境的MDSCs和Tregs的運輸非常重要。腫瘤細胞分泌的配體CCL5、CCL7和CXCL8，與MDSCs上表達的受體CCR1和CXCR2結(jié)合[26]，使MDSCs聚集向腫瘤微環(huán)境趨化。

3 獲得性耐藥

3.1 腫瘤內(nèi)在因素

目前研究發(fā)現(xiàn)腫瘤內(nèi)在獲得性耐藥的機制可能與IFN信號通路突變、靶抗原的改變和人類白細胞抗原1（human leukocyte antigen 1,HLA 1）類分子結(jié)構(gòu)繼發(fā)改變等有關(guān)，這可能與抗原表達缺失或抗原遞呈功能缺陷而導(dǎo)致T細胞無法識別腫瘤細胞有關(guān)。ICI治療過程中原有突變消失，更復(fù)雜的新生突變與T細胞譜出現(xiàn)，可不依賴PD-1通路導(dǎo)致ICI耐藥[27]。腫瘤表面抗原的β-2微球蛋白（β-2-microglobulin,β-2M）突變可導(dǎo)致HLA1缺失，使腫瘤抗原不能有效地遞呈到腫瘤細胞表面，導(dǎo)致CD8+T細胞識別功能下降[28]。

3.2 腫瘤外在因素

3.2.1 其他免疫檢查點的上調(diào) 除了CTLA-4、PD-1和PD-L1這三種常見的免疫檢查點，現(xiàn)有的研究發(fā)現(xiàn)還存在其他的免疫檢查點，如LAG-3、TIGIT、VISTA、TIM-3等，還有一些未知的免疫檢查點正在研究之中。ICI阻斷相應(yīng)的免疫檢查點，可能引起其他免疫檢查點的活化，從而發(fā)生耐藥。兩藥聯(lián)合（CTLA-4抑制劑ipilimumab聯(lián)合PD-1抑制劑nivolumab）較單藥治療的臨床效果更佳，這種聯(lián)合用藥已獲得FDA對惡性黑色素瘤治療的批準(zhǔn)[29]。使用CTLA-4抑制劑聯(lián)合PD-1/PD-L1抑制劑時，由于INF-γ和其他通路的活化，腫瘤浸潤的淋巴細胞中許多免疫檢查點可能聯(lián)合上調(diào)，最終導(dǎo)致治療失敗。2例肺腺癌患者在使用PD-1抑制劑發(fā)生進展后，在其胸水中可以監(jiān)測到高水平TIM-3+的T細胞[30]。

3.2.2 T細胞質(zhì)和量的改變 腫瘤復(fù)發(fā)的一個潛在性機制是T細胞功能的缺失，T細胞功能缺失將導(dǎo)致腫瘤抗原不能有效遞呈。其次，持續(xù)性的抗腫瘤效應(yīng)使T細胞耗竭，即腫瘤內(nèi)部及腫瘤微環(huán)境均缺乏T細胞的腫瘤，又可稱之為冷腫瘤，其腫瘤微環(huán)境為“沙漠型”，嚴(yán)重的T細胞耗竭可能引起繼發(fā)性的免疫耐藥。

4 其他因素

4.1 腸道菌群

腸道菌群可以認為是人體的第二基因組，腸道菌群的失調(diào)可能會使ICI治療耐藥。有一項早期研究觀察了使用廣譜抗生素或處于無菌條件的小鼠對CTLA-4抑制劑的治療反應(yīng)差[31]。另一項關(guān)于惡性黑色素瘤小鼠口服長、短雙歧桿菌混合物的研究，發(fā)現(xiàn)能提高PD-1抑制劑的療效[32]。該研究還發(fā)現(xiàn)可能是雙歧桿菌增強樹突細胞的功能，激活CD8+T細胞，因此增強了腫瘤免疫反應(yīng)。將腸道菌群豐富的黑色素小鼠模型的糞菌移植給ICI治療有效的無菌小鼠，也能提高ICI治療的效果[33]，可能是腸道微生物菌群直接或通過代謝產(chǎn)物間接參與抗腫瘤免疫過程[34]。目前關(guān)于腸道菌群與ICI治療相互作用機制仍不清楚，但基于以上研究，腸道菌群的監(jiān)測、移植及抗生素使用的監(jiān)控可以為ICI治療及耐藥后治療提供新思路。

4.2 神經(jīng)因素

實體腫瘤受交感神經(jīng)支配，神經(jīng)遞質(zhì)能調(diào)控腫瘤的生物學(xué)行為和腫瘤細胞的藥物耐受。同時，腫瘤細胞也可產(chǎn)生促神經(jīng)生長因子，刺激交感神經(jīng)和感覺纖維的生長[35]。腎上腺素（β-adrenergic,β-AR）介導(dǎo)的信號通路可調(diào)控腫瘤微環(huán)境CD8+T細胞的水平和功能[36]。使用β-AR阻滯劑（組織交感神經(jīng)的非選擇性β-阻滯劑）聯(lián)合PD-1抑制劑治療荷瘤小鼠，小鼠腫瘤組織內(nèi)的CD8+T細胞增多，且較PD-1抑制劑單藥抗腫瘤的效果好[37]。長期給予非選擇性β-興奮劑異丙腎上腺素能明顯降低CD8+T細胞的增殖及靶向殺傷能力[38]。此外，神經(jīng)信號通路可能被病原菌阻斷從而誘導(dǎo)免疫逃逸[39]，導(dǎo)致ICI耐藥。

5 總結(jié)

近年來ICI的治療倍受矚目，與放、化療及靶向治療相比，ICI治療具有獨特的優(yōu)勢，然而ICI也不能回避耐藥現(xiàn)象。腫瘤本身、腫瘤微環(huán)境對ICI的治療均有影響。在ICI治療方面，探索復(fù)雜ICI耐藥機制及提高ICI的精準(zhǔn)治療仍是研究熱點，除了需要實施合理的耐藥監(jiān)測方案，還需要解決ICI耐藥問題。將ICI耐藥治療管理體系系統(tǒng)化，還需要更多的基礎(chǔ)研究和臨床經(jīng)驗去完善。