腫瘤微環(huán)境中主要炎癥細(xì)胞因子對(duì)PD-L1表達(dá)調(diào)控的研究進(jìn)展*

牛玉苗， 嚴(yán) 翔， 齊宏妍， 邵吉民

（浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院病理學(xué)與病理生理學(xué)系，浙江杭州310058）

程序性細(xì)胞死亡蛋白1配體1（programmed cell death protein 1 ligand 1，PD-L1；又稱(chēng) CD274或 B7-H1）是重要的免疫檢查點(diǎn)蛋白，通過(guò)與其受體程序性細(xì)胞死亡蛋白1（programmed cell death protein 1，PD-1）結(jié)合，可以抑制T細(xì)胞激活，促進(jìn)腫瘤的免疫逃逸［1］。目前，抗PD-1/PD-L1療法是除手術(shù)、化療、放療、靶向藥物等常見(jiàn)治療手段之外最新的腫瘤免疫治療方法之一。已有多個(gè)PD-1/PD-L1治療性單抗獲得美國(guó)食品和藥物管理局（food and drug administration，F(xiàn)DA）批準(zhǔn)應(yīng)用于臨床治療，包括納武單抗（nivolumab，商品名 Opdivo）、派姆單抗（pembrolizumab，商品名Keytruda）、阿特珠單抗（atezolizumab，商品名Tecentriq）和度伐單抗（durvalumab，商品名Imfinzi）等。在2019年，中國(guó)也批準(zhǔn)了Imfinzi在國(guó)內(nèi)的上市，用于肺癌的一線治療。

針對(duì)PD-1/PD-L1等檢查點(diǎn)的免疫療法在癌癥治療中取得了令人矚目的成績(jī)，然而許多患者在接受免疫治療藥物后并未達(dá)到預(yù)期效果［2］。最近的研究表明，腫瘤細(xì)胞和一些相關(guān)的免疫細(xì)胞膜表面PD-L1表達(dá)水平可能影響抗PD-1/PD-L1治療的臨床效果［3］。除腫瘤細(xì)胞自身因素外，腫瘤微環(huán)境因素包括浸潤(rùn)性T細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞（cancer-associated fibroblasts，CAF）等間質(zhì)細(xì)胞及其分泌的炎癥細(xì)胞因子，可影響腫瘤細(xì)胞PD-L1表達(dá)，促進(jìn)免疫逃逸，干擾抗腫瘤免疫的療效［4-6］。本文概述近年來(lái)炎癥細(xì)胞因子調(diào)控PD-L1表達(dá)及其分子機(jī)制的研究進(jìn)展，以期為提高抗PD-1/PD-L1臨床療效及研究新的腫瘤免疫治療途徑提供參考。

1 PD-L1簡(jiǎn)介

PD-L1主要表達(dá)在細(xì)胞膜上，是由CD274基因編碼的含290個(gè)氨基酸的I型跨膜蛋白，胞外段包含免疫球蛋白可變區(qū)結(jié)構(gòu)域和恒定區(qū)結(jié)構(gòu)域。其基因位于染色體9p24.1，包含7個(gè)外顯子，通過(guò)RNA剪接作用，可形成isoform a、isoform b和isoform c三個(gè)異構(gòu)體，編碼分子量不同的亞型。PD-L1也是一種高度糖基化的蛋白，其氨基端可以連接不同數(shù)目的糖基，通常連接的糖基化修飾分子量可占到PD-L1本身的52%（17 kD/33 kD）［7］。目前認(rèn)為糖基化作用可提高PD-L1蛋白的穩(wěn)定性，同時(shí)封閉了對(duì)PD-L1抗原肽的識(shí)別，在抗PD-L1治療中起到了一定的阻礙作用［8］。

PD-L1在各種細(xì)胞類(lèi)型中廣泛表達(dá)，包括腫瘤細(xì)胞、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、自然殺傷（natural killer，NK）細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞、活化的T細(xì)胞等［9］。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，多數(shù)實(shí)體瘤細(xì)胞均可表達(dá)PD-L1，且PD-L1高表達(dá)可能與較差的預(yù)后相關(guān)［10］。在腫瘤細(xì)胞中，PD-L1表達(dá)可被多種內(nèi)源、外源的信號(hào)調(diào)控，包括染色體變異、表觀遺傳修飾、異常的促癌或抑癌信號(hào)、炎癥因子和其他的因子等。這些信號(hào)可通過(guò)基因水平、轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后修飾、翻譯水平、翻譯后修飾等多途徑、多層次調(diào)控PD-L1的表達(dá)和功能［11］。

2 炎癥細(xì)胞因子通過(guò)多種機(jī)制調(diào)控PD-L1表達(dá)

促腫瘤炎癥是惡性腫瘤的重要特征之一，其在腫瘤發(fā)生發(fā)展、侵襲轉(zhuǎn)移過(guò)程中發(fā)揮重要作用［12］。炎癥細(xì)胞因子是一類(lèi)細(xì)胞因子的總稱(chēng)，可由腫瘤細(xì)胞、免疫細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞生成，具有多種生物學(xué)效應(yīng)。主要包括干擾素（interferon，IFN）、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（transforming growth factor，TGF）、腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）和白細(xì)胞介素（interleukin，IL）等家族分子。腫瘤微環(huán)境中存在大量的炎癥細(xì)胞因子，如 IFN-γ、IL-6、IL-12、IL-17、TNF-α、TGF-β等，它們不僅可以募集炎癥細(xì)胞到腫瘤部位，放大炎癥效應(yīng)，還可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移，促進(jìn)腫瘤血管及淋巴管生成［13-14］。越來(lái)越多的證據(jù)表明，炎癥細(xì)胞因子的存在與免疫逃逸存在一定的關(guān)系。有研究證實(shí)在肝炎患者中，外周血單核細(xì)胞表面PDL1表達(dá)顯著上調(diào)，這些上調(diào)的免疫抑制分子有效地抑制了機(jī)體的免疫監(jiān)視和清除作用，導(dǎo)致疾病的惡性發(fā)展［15］。有研究報(bào)道在良性黑色素瘤中，炎癥部位PD-L1表達(dá)顯著增高，且跟IFN-γ因子有較為密切的相關(guān)性［16］。還有更多的研究提示了炎癥細(xì)胞因子與腫瘤細(xì)胞PD-L1可能存在的調(diào)控關(guān)系。這里介紹不同家族中典型的炎癥細(xì)胞因子對(duì)腫瘤細(xì)胞PD-L1表達(dá)的調(diào)控作用和機(jī)制。

2.1 IFN-γ對(duì)PD-L1的調(diào)控作用 IFN-γ是一種具有廣泛生物學(xué)活性的重要細(xì)胞因子，主要由活化后的T細(xì)胞和NK細(xì)胞分泌，此外1型輔助性T細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、肝細(xì)胞等也能產(chǎn)生。IFN-γ通過(guò)與其受體的結(jié)合起作用，功能性IFN-γ受體包含兩種亞基：IFN-γ受體1（IFN-γ receptor 1，IFN-γR1）和IFN-γR2，分別與Janus激酶（Janus kinase，JAK）1和JAK2相連。當(dāng)IFN-γ與其受體結(jié)合后，JAK2和JAK1相繼磷酸化，招募并磷酸化信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白1（signal transducer and activator of transcription 1，STAT1），激活下游通路［17］。樹(shù)突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞均會(huì)表達(dá)IFN-γ膜受體［18］。研究顯示，在黑色素瘤中，IFN-γ可活化JAK/STATs信號(hào)通路，激活下游效應(yīng)分子干擾素調(diào)節(jié)因子1（interferon regulatory factor 1，IRF1），IRF1作為核轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)PD-L1的表達(dá)［19］。IFN-γ也可通過(guò)誘導(dǎo)真核翻譯起始因子4F（eukaryotic translation initiation factor 4F，eIF4F）表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)STAT1蛋白翻譯，繼而增強(qiáng)PD-L1啟動(dòng)子活性，促進(jìn)PD-L1的表達(dá)［20］。在肝癌中也檢測(cè)到了相似的現(xiàn)象［21］。在肺癌中，來(lái)源于腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞的IFN-γ可激活腫瘤細(xì)胞JAK/STAT和磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶 B（protein kinase B，PKB）信號(hào)通路，活化下游效應(yīng)分子，誘導(dǎo)PD-L1表達(dá)上調(diào)，使用特異性PI3K抑制劑可減少PD-L1的mRNA表達(dá)［22-23］。IFN-γ還可通過(guò)調(diào)控細(xì)胞周期素依賴(lài)性激酶5上調(diào)PD-L1表達(dá)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞免疫逃逸，該作用可能由IRF1介導(dǎo)［24］。在結(jié)腸癌中，使用組蛋白脫乙酰酶6（histone deacetylase 6，HDAC6）抑制劑可有效抑制IFN-γ對(duì)PD-L1的上調(diào)作用，提示IFN-γ/HDAD6通路的活化也是介導(dǎo)PD-L1表達(dá)上調(diào)的重要機(jī)制［25］。

2.2 TGF-β對(duì)PD-L1的調(diào)控作用 TGF-β超家族信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)、分化和發(fā)育的調(diào)節(jié)發(fā)揮重要作用。腫瘤微環(huán)境中的多種細(xì)胞均可分泌TGF-β，如CAF、腫瘤干細(xì)胞、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞等［26］。TGF-β信號(hào)通路由TGF-β受體復(fù)合物介導(dǎo)，當(dāng)胞外因子TGF-β與受體結(jié)合后，受體復(fù)合物活化并招募Smad家族蛋白，誘發(fā)入核或與轉(zhuǎn)錄分子共作用以調(diào)控基因表達(dá)［27］。在某些情況下，TGF-β信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)也可以影響Smad非依賴(lài)通路，包括PI3K、絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）和核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）通路等［28］。在癌癥晚期患者的血液中通常檢測(cè)到高濃度的 TGF-β［29］。有研究表明，在肺癌細(xì)胞中，腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞富集的區(qū)域往往有更高的TGF-β和PD-L1表達(dá)，使用TGF-β抑制劑能有效抑制PD-L1的上調(diào)［30］。在順鉑耐受的肺癌細(xì)胞株中，脂肪酸合酶（fatty acid synthase，F(xiàn)ASN）-TGF-β-PD-L1通路高度活化，敲減FANS或阻斷TGF-β信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，均可有效抑制PD-L1表達(dá)［31］。在腫瘤細(xì)胞中，TGF-β可誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子β-catenin表達(dá)，進(jìn)而轉(zhuǎn)錄調(diào)控寡糖基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物催化亞基STT3表達(dá)上調(diào)，有效促進(jìn)PD-L1糖基化增強(qiáng)，穩(wěn)定PD-L1蛋白的膜表達(dá)水平，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞免疫逃逸，且該信號(hào)通路在腫瘤干細(xì)胞中效應(yīng)更強(qiáng)［32］。在小鼠結(jié)直腸癌模型中，TGF-β活化型的微環(huán)境限制了anti-PD-L1抗體的療效［33］，推測(cè)該效應(yīng)可能與TGF-β增強(qiáng)PD-L1糖基化有關(guān)。多項(xiàng)研究也表明在使用免疫檢查點(diǎn)抑制劑治療過(guò)程中輔助抗TGF-β治療能取得更好的療效［34-35］。

2.3 TNF-α對(duì)PD-L1的調(diào)控作用 TNF-α主要在脂多糖等的刺激下由單核-巨噬細(xì)胞分泌，在腫瘤發(fā)展中扮演雙重角色，既可作為抗癌因子抑制腫瘤發(fā)展，也可抑制免疫功能，促進(jìn)腫瘤逃逸［36］。TNF-α可激活細(xì)胞內(nèi)多條信號(hào)通路，包括NF-κB、PKB和細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（extracellular signal-regulated kinases，ERK）等［37］。目前有研究證明，TNF-α可上調(diào)去泛素化酶COP9信號(hào)體復(fù)合物亞基5（COP9 signalosome complex subunit 5，COPS5；也叫CSN5），減少PD-L1泛素化修飾以穩(wěn)定蛋白表達(dá)，其主要機(jī)制是TNF-α-NF-κB-CSN5通路的活化［38］。在肺癌細(xì)胞系中，腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞來(lái)源的TNF-α被腫瘤細(xì)胞表面相應(yīng)受體識(shí)別后，可引起腫瘤細(xì)胞NF-κB通路激活，增強(qiáng)PD-L1啟動(dòng)子活性，在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控PD-L1表達(dá)［39］。在結(jié)直腸癌和前列腺癌細(xì)胞株中，TNF-α可誘導(dǎo)PD-L1 mRNA及蛋白水平的上調(diào)，與IFN-γ有協(xié)同效應(yīng)，可能的機(jī)制是高水平的TNF-α和IFN-γ可激活NF-κB、ERK和PKB等效應(yīng)分子，誘發(fā)細(xì)胞內(nèi)更廣泛的生理學(xué)變化［40］。有研究證明，TNF-α還可通過(guò)上調(diào)腫瘤細(xì)胞表面IFN-γ受體，增強(qiáng)細(xì)胞對(duì)IFN-γ的響應(yīng)進(jìn)而上調(diào)PD-L1表達(dá)水平［41］。

2.4 IL-6對(duì)PD-L1的調(diào)控作用 IL-6是一種分子量為26 kD的糖蛋白，可由多種類(lèi)型的細(xì)胞產(chǎn)生，包括T細(xì)胞、B細(xì)胞、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和一些腫瘤細(xì)胞等。IL-6的生物學(xué)活性主要通過(guò)IL-6受體（IL-6 receptor，IL-6R；也稱(chēng)CD126）和糖蛋白130（glycoprotein 130，gp130；也稱(chēng)CD130）兩個(gè)膜受體實(shí)現(xiàn)，其中IL-6R主要負(fù)責(zé)配體的結(jié)合，之后的信號(hào)傳導(dǎo)作用主要由gp130完成［42］。目前已知的 IL-6下游通路有 JAK-STAT、MAPK-ERK、PI3KPKB等［43］。一些研究表明，IL-6在多種惡性腫瘤中的過(guò)表達(dá)能夠調(diào)控癌細(xì)胞的增殖、分化及凋亡，并且癌癥患者血液中較高水平的IL-6與其不良預(yù)后密切相關(guān)［44-45］。IL-6缺失可明顯抑制腫瘤的轉(zhuǎn)移，有效增強(qiáng)anti-PD-L1療效［46］。在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中，腫瘤細(xì)胞來(lái)源的IL-6可激活髓系細(xì)胞內(nèi)STAT3分子，在轉(zhuǎn)錄水平誘導(dǎo)PD-L1表達(dá)升高，抑制T細(xì)胞激活，促進(jìn)腫瘤惡性進(jìn)展，阻斷IL-6可有效抑制腫瘤生長(zhǎng)［47］。在黑色素瘤中，免疫耐受型抗原提呈細(xì)胞（antigen-presenting cells，APC）可自分泌IL-6等多種促炎因子，通過(guò)激活自身MAPK/STATs家族促進(jìn)PD-L1高表達(dá)，主要機(jī)制為STAT3結(jié)合于PD-L1啟動(dòng)子區(qū)，驅(qū)動(dòng)PD-L1轉(zhuǎn)錄，高表達(dá)的PD-L1可抑制APC對(duì)T細(xì)胞的刺激活化，抑制機(jī)體免疫反應(yīng)［48］。有研究觀察到，在肝癌細(xì)胞中IL-6/JAK1/STT3A信號(hào)通路可作用于PD-L1翻譯后修飾水平，IL-6激活的JAK1會(huì)磷酸化PD-L1蛋白第112位酪氨酸，進(jìn)而招募STT3A對(duì)PD-L1進(jìn)行糖基化修飾，氨基端修飾后的PD-L1不僅更穩(wěn)定，而且對(duì)PD-1的親和能力也更高，極大地促進(jìn)了腫瘤細(xì)胞的免疫逃逸［49］。在腫瘤治療中，輔助IL-6R阻斷治療可有效促進(jìn)抗腫瘤免疫，增強(qiáng)治療效果［50］。

上述4種炎癥細(xì)胞因子調(diào)控PD-L1表達(dá)的示意圖見(jiàn)圖1。

3 展望

迄今，腫瘤微環(huán)境在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用及其與抗腫瘤治療的關(guān)系日益受到重視。上述眾多研究表明，炎癥細(xì)胞因子作為腫瘤微環(huán)境中的重要成分，在促進(jìn)腫瘤惡性進(jìn)展的同時(shí)，還可通過(guò)誘導(dǎo)PDL1高表達(dá)等機(jī)制促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的免疫逃逸，是提高抗PD-1/PD-L1腫瘤治療臨床療效的重要契入點(diǎn)。然而，目前對(duì)于炎癥細(xì)胞因子調(diào)控PD-L1表達(dá)的具體機(jī)制還有待厘清，靶向腫瘤微環(huán)境干預(yù)腫瘤免疫逃逸的實(shí)驗(yàn)研究還比較少，使用何種抑制劑、應(yīng)用在調(diào)控通路的哪一環(huán)節(jié)等還有待進(jìn)一步臨床探索。這些問(wèn)題的進(jìn)一步闡明將有助于腫瘤的臨床精準(zhǔn)治療，為抗腫瘤聯(lián)合用藥提供新的參考，并促進(jìn)發(fā)現(xiàn)新的抗腫瘤治療靶點(diǎn)和研發(fā)新的抗腫瘤藥物。

Figure 1.Schematic diagram of major inflammatory cytokines in tumor microenvironment regulating PD-L1 expression through various mechanisms.圖1 腫瘤微環(huán)境中主要炎癥細(xì)胞因子通過(guò)多種機(jī)制調(diào)控PD-L1表達(dá)示意圖