腫瘤細(xì)胞固有程序性死亡受體 1及其生物學(xué)功能研究進(jìn)展△

冷光現(xiàn)，張有成

蘭州大學(xué)第二醫(yī)院普外科，蘭州 730030

程序性死亡受體1（programmed cell death 1，PDCD1，也稱PD-1）是CD28超家族成員之一，1992年由Ishida等成功克隆，包括免疫球蛋白樣結(jié)合結(jié)構(gòu)域、跨膜結(jié)構(gòu)域和位于細(xì)胞質(zhì)尾部的結(jié)構(gòu)域，其中尾部結(jié)構(gòu)域包括一個免疫受體酪氨酸抑制基序（immunoreceptor tyrosine-based inhibition motif，ITIM）和一個免疫受體酪氨酸轉(zhuǎn)換基序（immunoreceptor tyrosine-based swith motif，ITSM）。PD-1不僅在CD8和CD4細(xì)胞中表達(dá)，還在調(diào)節(jié)性T細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞、腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞及樹突狀細(xì)胞等免疫細(xì)胞中表達(dá)。程序性死亡受體配體1（programmed cell death 1 ligand 1，PDCD1LG1，也稱PD-L1）和PD-L2是PD-1的天然配體，可表達(dá)于多種細(xì)胞中，包括腫瘤細(xì)胞和暴露于γ干擾素（interferon-γ，IFN-γ）等細(xì)胞因子后的免疫細(xì)胞；而PD-L2主要在正常組織的樹突狀細(xì)胞中表達(dá)。PD-1是一種抑制性受體，與PD-L1或PD-L2結(jié)合后，其酪氨酸殘基處會發(fā)生磷酸化，與蛋白酪氨酸磷酸酶SHP2作用并產(chǎn)生抑制信號，抑制T細(xì)胞的活化、增殖及對腫瘤細(xì)胞的殺傷活性。在腫瘤微環(huán)境中，當(dāng)PD-1與表達(dá)PD-L1的腫瘤細(xì)胞接觸時，免疫細(xì)胞的PD-1信號被激活，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞發(fā)生免疫逃逸從而在外周免疫耐受中發(fā)揮關(guān)鍵作用。既往采用抗PD-1/PD-L1通路的免疫檢查點(diǎn)抑制劑治療惡性腫瘤的效果顯著?？筆D-1和抗PD-L1的單克隆抗體可以通過與PD-1或PD-L1競爭性結(jié)合，緩解T細(xì)胞的免疫抑制狀態(tài)?？筆D-1單抗如納武單抗、帕博利珠單抗，抗PD-L1單抗如阿特珠單抗、度伐利尤單抗、阿維單抗，均已被美國食品藥品管理局（FDA）批準(zhǔn)作為多種惡性腫瘤的臨床用藥。此外，另一款抗PD-1單抗——特瑞普利單抗，于2018年在中國獲得了全球首個有條件批準(zhǔn)，用于既往全身治療失敗的不可切除或轉(zhuǎn)移性黑色素瘤的治療。但只有部分患者受益于這種免疫單藥治療，除應(yīng)答率低外，許多患者最終還因耐藥而復(fù)發(fā)，有研究表明，抗PD-1/PD-L1抗體聯(lián)合其他治療方法可能獲得更好的臨床效果，但其臨床療效仍有待進(jìn)一步提高。有研究表明，PD-1也可在腫瘤細(xì)胞中表達(dá)并影響腫瘤細(xì)胞的生物學(xué)行為，這些影響均不依賴于機(jī)體的適應(yīng)性免疫應(yīng)答。腫瘤細(xì)胞固有的PD-1是腫瘤抑制因子p53的直接靶點(diǎn)，p53在K120/164位點(diǎn)發(fā)生乙?；?yōu)先招募乙酰轉(zhuǎn)移酶輔助因子至PD-1啟動子上，通過增強(qiáng)局部染色質(zhì)乙?；x擇性促進(jìn)PD-1的轉(zhuǎn)錄。依據(jù)癌癥基因組圖譜（The Cancer Genome Atlas，TCGA）和癌細(xì)胞系百科全書（Cancer Cell Line Encyclopedia，CCLE）數(shù)據(jù)庫進(jìn)行富集分析發(fā)現(xiàn)，PD-1在32種腫瘤組織中有表達(dá)，并進(jìn)一步通過逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)（reverse transcriptionpolymerase chain reaction，RT-PCR）、蛋白質(zhì)印跡法和流式細(xì)胞儀證實(shí)，PD-1在包括皮膚惡性腫瘤、肝癌、胰腺癌、結(jié)腸癌、胃癌、乳腺癌、腎癌、前列腺癌等13種腫瘤的40個細(xì)胞系中表達(dá)。提示腫瘤細(xì)胞固有的PD-1可能通過不同于免疫細(xì)胞來源的PD-1的作用機(jī)制影響腫瘤的生物學(xué)行為。本文綜述了近年來腫瘤細(xì)胞固有PD-1的表達(dá)及其相關(guān)作用機(jī)制的研究進(jìn)展，旨在協(xié)助解釋基于PD-1/PD-L1信號通路的免疫檢查點(diǎn)抑制劑在不同腫瘤治療中的療效及作用機(jī)制，為開發(fā)新的免疫聯(lián)合治療方案提供重要參考。

1 腫瘤細(xì)胞固有PD-1促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖

1.1 通過激活雷帕霉素靶蛋白（mechanistic target of rapamycin kinase，MTOR）信號通路促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖

MTOR信號通路在腫瘤發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。既往研究認(rèn)為，T細(xì)胞中的PD-1受體通過調(diào)節(jié)磷脂酰肌醇-3-羥激酶（phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K）、蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又稱AKT）、大鼠肉瘤癌基因（rat sarcoma oncogene，RAS）、細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）、VAV和磷脂酶Cγ等通路調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長增殖。MTOR是PI3K/AKT信號通路的下游效應(yīng)分子，在基因轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控細(xì)胞的存活和生長。腫瘤細(xì)胞中的MTOR信號通路被激活后，可通過改變一些關(guān)鍵代謝酶的表達(dá)和活性來調(diào)控腫瘤細(xì)胞的代謝。研究顯示，激活MTOR可使其下游真核翻譯起始因子4E結(jié)合蛋白1（eukaryotic translation initiation factor 4E binding protein 1，4EBP1）和S6K1磷酸化，磷酸化的真核起始因子4E（eukaryotic initiation factor 4E，elF4E）與4EBP1分離后可促進(jìn)c-myc、缺氧誘導(dǎo)因子-1α（hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α）等原癌基因的轉(zhuǎn)錄；而磷酸化的S6K1可以繼續(xù)磷酸化核糖體蛋白 S6（p-S6）、elF4B（p-elF4B）等與mRNA翻譯相關(guān)的靶點(diǎn)。因此，免疫細(xì)胞來源的PD-1可以通過PI3K/AKT/MTOR/p-eIF4E或PI3K/AKT/MTOR/p-S6通路和級聯(lián)反應(yīng)促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖。

Kleffel等通過流式細(xì)胞儀、免疫熒光法、RT-PCR和蛋白質(zhì)印跡法檢測證實(shí)，人和小鼠黑色素瘤細(xì)胞中均存在表達(dá)PD-1的亞群，該亞群產(chǎn)生的PD-1與PD-L1結(jié)合后可直接激活MTOR，促進(jìn)了其下游的核糖體蛋白S6的磷酸化，而該磷酸化可以通過特異性的MTOR抑制劑來逆轉(zhuǎn)，該研究成果于2015年發(fā)表在cell雜志上。此后，關(guān)于腫瘤細(xì)胞固有PD-1的研究逐漸擴(kuò)展至肝癌、胰腺癌、肺癌等惡性腫瘤中。其中，肝癌細(xì)胞也被發(fā)現(xiàn)存在PD-1的固有表達(dá)，其腫瘤細(xì)胞固有的PD-1可激活MTOR通路，與下游靶分子S6和eIF4E結(jié)合并促進(jìn)其磷酸化，從而促進(jìn)腫瘤進(jìn)展。黑色素瘤及肝癌細(xì)胞中固有PD-1均可通過直接激活MTOR及其下游通路發(fā)揮作用，提示PD-1受體不依賴于經(jīng)典的PI3K/AKT/MTOR信號通路，這可為新的聯(lián)合免疫方案提供思路，目前相關(guān)的研究正在進(jìn)行。有體外實(shí)驗(yàn)采用MTOR抑制劑——INK128與抗PD-1單抗聯(lián)合處理免疫缺陷的肝癌小鼠及肝癌細(xì)胞系，結(jié)果顯示，聯(lián)合用藥能更有效地促進(jìn)腫瘤消退并抑制肝癌細(xì)胞的生長，而單藥的療效并不顯著。

1.2 通過Hippo通路促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖

腫瘤的發(fā)生發(fā)展涉及多種信號通路的調(diào)控。其中Hippo信號通路不僅在組織生長發(fā)育和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用，同時也可調(diào)控腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程。當(dāng)Hippo通路被激活時，通過MST1/2、Sav、LATS1/2、MOB1等級聯(lián)反應(yīng)最終使下游效應(yīng)分子YAP/TAZ磷酸化，留滯于細(xì)胞質(zhì)中被降解或滅活。與此相反，非磷酸化的YAP/TAZ易位至細(xì)胞核，通過與轉(zhuǎn)錄因子TEA結(jié)構(gòu)域家族成員（TEA domain family member，TEAD）結(jié)合，誘導(dǎo)靶基因的表達(dá)。Yao等通過對TCGA的回顧性分析發(fā)現(xiàn)，胰腺導(dǎo)管腺癌中存在腫瘤固有PD-1 mRNA的表達(dá)。另有研究顯示，胰腺癌細(xì)胞中固有的PD-1可抑制單極紡錘體-結(jié)合蛋白1（Mps one binder 1，MOB1）的磷酸化，導(dǎo)致LATS1失活，從而抑制YAP的磷酸化而避免被清除，非磷酸化的YAP蛋白易位入細(xì)胞核與TEDA結(jié)合后，激活Hippo通路下游富含半胱氨酸蛋白61（cysteinerich 61，Cyr61）、結(jié)締組織生長因子（connective tissue growth factor，CTGF）等基因促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖。與黑色素瘤及肝癌細(xì)胞中固有的PD-1相似，該生物學(xué)過程不依賴于適應(yīng)性免疫，Hippo通路抑制劑聯(lián)合抗PD-1單抗治療胰腺癌，二者間發(fā)揮了更強(qiáng)的協(xié)同抗腫瘤作用。由此可見，基于腫瘤細(xì)胞固有PD-1特定的作用機(jī)制制訂個體化的聯(lián)合免疫治療方案可能是未來研究的方向。

2 腫瘤細(xì)胞固有PD-1抑制腫瘤細(xì)胞增殖

PI3K/AKT及促分裂原活化的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）/ERK1/2信號通路的激活是促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖的兩條關(guān)鍵通路。磷酸化AKT（p-AKT）是激活PI3K/AKT信號通路的關(guān)鍵分子，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。磷酸化ERK1/2（p-ERK1/2）可以轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子的活性，最終改變細(xì)胞的代謝和功能，參與惡性腫瘤細(xì)胞的形成。在非小細(xì)胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）細(xì)胞中也可檢測到固有PD-1的表達(dá)，然而與黑色素瘤和肝細(xì)胞癌不同，NSCLC固有PD-1通過抑制p-AKT及p-ERK1/2從而抑制AKT和ERK1/2的激活，最終抑制腫瘤的發(fā)生發(fā)展。另有研究報道，1例表達(dá)腫瘤固有PD-1的NSCLC患者接受抗PD-1治療2個月后，腫瘤進(jìn)展迅速；同樣，在小鼠NSCLC細(xì)胞系M109中也檢測到固有PD-1的表達(dá)，并與PD-L1的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)，PD-1過表達(dá)顯著降低了細(xì)胞增殖能力，而PD-1敲除后細(xì)胞活力增加；推測這可能是由于在NSCLC細(xì)胞中與PD-1結(jié)合的磷酸酶不同于黑色素瘤細(xì)胞中固有PD-1結(jié)合的磷酸酶結(jié)果。

一項(xiàng)研究報道顯示，PD-1在黑色素瘤細(xì)胞中表達(dá)為假陽性，Metzger等通過流式細(xì)胞儀證實(shí)，黑色素瘤細(xì)胞中表達(dá)的PD-1是凋亡細(xì)胞的核抗原與抗PD-1單抗發(fā)生交叉反應(yīng)從而誤導(dǎo)了結(jié)果的判定。提示上皮腫瘤細(xì)胞可能并沒有真正存在PD-1的表達(dá)，但相關(guān)結(jié)論仍需要進(jìn)一步證實(shí)。無論怎樣，關(guān)于腫瘤細(xì)胞固有PD-1的研究是一個很有吸引力的話題。

3 小結(jié)與展望

雖然目前相關(guān)研究已經(jīng)很好地描述了PD-1在免疫細(xì)胞中的作用，但PD-1在腫瘤細(xì)胞中的固有表達(dá)及其潛在作用機(jī)制尚不明確，闡明細(xì)胞內(nèi)固有PD-1在不同腫瘤中調(diào)控機(jī)制非常必要。PD-1在不同腫瘤細(xì)胞mRNA和蛋白水平上表達(dá)，并在不同類型的腫瘤細(xì)胞發(fā)揮不同的生物學(xué)作用，提示PD-1在腫瘤細(xì)胞中可能發(fā)揮了不同于在免疫細(xì)胞中的作用，這將有助于理解目前免疫檢查點(diǎn)抑制劑對腫瘤治療效果有限的可能原因。雖然越來越多的研究旨在闡明腫瘤固有PD-1表達(dá)在腫瘤細(xì)胞中的作用及其臨床意義，但對它的了解仍然有限。因此，未來對腫瘤固有PD-1的深入研究可能為進(jìn)一步提高免疫檢查點(diǎn)阻斷療法的療效提供更多理論依據(jù)，并有利于開發(fā)更有效的聯(lián)合免疫治療方案。