PD-1/PD-L1在腫瘤免疫治療中的應(yīng)用研究進(jìn)展

于長(zhǎng)春，岳曉彤，張小雷，郭海勇

(1.吉林師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，吉林 四平 136000；2.中山大學(xué) 藥學(xué)院，廣東 廣州 510006)

0 引言

癌癥已成為威脅人類(lèi)健康的一大殺手，因此亟需提出有效的癌癥治療方案[1-3].癌癥治療已經(jīng)從手術(shù)治療、放射線(xiàn)治療、化學(xué)藥物治療向靶向治療和腫瘤免疫治療轉(zhuǎn)變.對(duì)患病部位進(jìn)行手術(shù)切除無(wú)法完全阻斷癌癥發(fā)展，且存在病灶轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn).放射線(xiàn)治療無(wú)法準(zhǔn)確區(qū)分癌細(xì)胞與正常細(xì)胞，會(huì)在殺滅癌細(xì)胞的同時(shí)將部分正常細(xì)胞殺死.長(zhǎng)期接受放化療的患者白細(xì)胞減少、肝腎功能受損、機(jī)體免疫力降低、腸道菌群失調(diào)、脫發(fā)，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量，甚至有復(fù)發(fā)的可能[4-5].靶向治療則直接將作用對(duì)象精準(zhǔn)到患者腫瘤細(xì)胞上的特異性靶點(diǎn)或特定的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，通過(guò)抑制或激活特定靶點(diǎn)干擾上下游信號(hào)通路，抑制腫瘤細(xì)胞增殖，從而在細(xì)胞代謝水平上抑制腫瘤疾病發(fā)展[6-7].盡管與放化療和手術(shù)切除相比，靶向治療具有一定優(yōu)勢(shì)，但因正常體細(xì)胞癌變過(guò)程不可逆轉(zhuǎn)，細(xì)胞代謝經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間藥物分子刺激可能產(chǎn)生腫瘤細(xì)胞獲得性耐藥的情況[8-9].于是，提出腫瘤免疫療法將腫瘤細(xì)胞代謝過(guò)程與免疫系統(tǒng)識(shí)別腫瘤細(xì)胞相結(jié)合，這種開(kāi)創(chuàng)性的癌癥療法能夠改善患者不良治療預(yù)后，且在高發(fā)惡性腫瘤(如非小細(xì)胞肺癌、乳腺癌、晚期黑色素瘤、結(jié)腸癌等)的臨床治療中具有很好的效果[10-11].因此腫瘤免疫治療是目前可以投入臨床的最新癌癥治療方法，具有高效、廣泛適應(yīng)性的優(yōu)勢(shì)[12-13].

1 PD-1/PD-L1

1992年Y.Ishida及其團(tuán)隊(duì)[14]在研究細(xì)胞凋亡過(guò)程中發(fā)現(xiàn)腫瘤免疫環(huán)境內(nèi)還存在一種特殊受體，并將這種抑制T細(xì)胞免疫活性的分子命名為細(xì)胞程序性死亡受體(Programmed cell death protein 1，PD-1).2000年Y.Ishida聯(lián)合哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院丹娜法伯癌癥研究院[15]共同發(fā)表了以PD-1腫瘤免疫理論為基礎(chǔ)的重要論文，繼抑制T細(xì)胞免疫活性的受體分子后又發(fā)現(xiàn)B7蛋白家族配體細(xì)胞程序性死亡-配體1(Programmed cell death 1 ligand 1，PD-L1)，闡述了PD-1/PD-L1參與調(diào)控T細(xì)胞分泌細(xì)胞因子的作用過(guò)程.

如今腫瘤免疫治療多采用抑制免疫檢查點(diǎn)(Immune checkpoint)和過(guò)繼性細(xì)胞療法(CAR-T、CAR-NK、TAR-T、ILs)，PD-1/PD-L1作為最有代表性的免疫檢查點(diǎn)一直是腫瘤免疫研究領(lǐng)域的熱點(diǎn).免疫檢查點(diǎn)作為調(diào)節(jié)T淋巴細(xì)胞效應(yīng)功能的免疫抑制位點(diǎn)，以共抑制分子形式存在于腫瘤免疫全過(guò)程[16].Z.Laurence等[17]提出靶向PD-1或其配體PD-L1在晚期癌癥患者的巨大治療潛力，此后國(guó)內(nèi)外許多研究者也在研究中驗(yàn)證并支持這個(gè)觀點(diǎn)[18-19].J.Madore等[20]通過(guò)臨床數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)抑制免疫檢查點(diǎn)PD-1/PD-L1在難治性晚期黑色素瘤、三陰性乳腺癌和肺癌中表現(xiàn)出良好的腫瘤治療效果.

免疫抑制分子PD-1受體相對(duì)分子質(zhì)量小，作為具有IgV樣結(jié)構(gòu)域的跨膜蛋白主要在T細(xì)胞表面發(fā)揮作用[21].研究發(fā)現(xiàn)，PD-1 在 T 淋巴細(xì)胞、B 細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞過(guò)表達(dá)，當(dāng) T 淋巴細(xì)胞接受腫瘤細(xì)胞表面PD-1配體PD-L1(CD279，B7)發(fā)出的刺激信號(hào)后與PD-1結(jié)合，立即在免疫環(huán)境中發(fā)揮監(jiān)測(cè)標(biāo)志物功能，幫助腫瘤細(xì)胞躲避免疫監(jiān)視[22-23].PD-1參與腫瘤免疫時(shí)第二種PD-1配體PD-L2和同屬B7家族的跨膜蛋白受體B7-1與PD-1相互作用也會(huì)傳遞抑制腫瘤免疫識(shí)別的信號(hào)因子，因此在PD-1/PD-L1腫瘤免疫研究中要盡量減少其他因素對(duì)研究結(jié)果的影響.另外，腫瘤微環(huán)境(Tumor microenvironment，TME)中存在IL-2、IFN-γ等細(xì)胞炎癥因子誘導(dǎo) PD-L1異常表達(dá)，加速PD-L1與 PD-1 相互作用，競(jìng)爭(zhēng)性阻斷 T 淋巴細(xì)胞免疫活性，最終使T細(xì)胞耗竭無(wú)法完成免疫調(diào)節(jié)[16，24-25].PD-1/PD-L1腫瘤免疫療法臨床效果明顯，能夠延緩癌癥發(fā)展同時(shí)延長(zhǎng)藥物分子在體內(nèi)的作用時(shí)間，診療過(guò)程方便易掌握，副作用也明顯少于傳統(tǒng)治療手段[26-27].

2 PD-1/PD-L1在腫瘤免疫中的應(yīng)用

2.1 PD-1/PD-L1單抗

基于免疫檢查點(diǎn)PD-1/PD-L1的特殊機(jī)制，藥物研發(fā)團(tuán)隊(duì)利用單抗藥物的分子靶向原理以腫瘤免疫理論為依據(jù)研發(fā)出PD-1和PD-L1單抗.作為免疫檢查點(diǎn)抑制劑，PD-1單抗通過(guò)減少釋放PD-1/PD-L1結(jié)合產(chǎn)生的刺激信號(hào)降低免疫T細(xì)胞活性，增加T細(xì)胞對(duì)腫瘤細(xì)胞的攻擊，恢復(fù)T細(xì)胞免疫抑制[28]；PD-L1單抗則利用藥物分子優(yōu)先靶向腫瘤細(xì)胞表面PD-L1的原則，減少癌癥細(xì)胞釋放負(fù)向調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)信號(hào)因子，放棄對(duì)T細(xì)胞的抵抗[29].為了提高免疫細(xì)胞對(duì)腫瘤細(xì)胞的識(shí)別效率，完全阻斷PD-1/PD-L1腫瘤免疫信號(hào)，藥物研發(fā)團(tuán)隊(duì)致力于免疫檢查點(diǎn)抑制劑的開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，目前經(jīng)FDA和CFDA獲批進(jìn)入臨床應(yīng)用的PD-1/PD-L1抑制劑都是單抗藥物，其中PD-1單抗包括默沙東旗下的Keytruda(K藥)和百施寶公司的Opdivo(O藥)，PD-L1單抗包括羅氏的Tecentriq(T藥)、默克公司的Bavencio(B藥)和阿斯利康旗下的Imfinzi(I藥)[30-31].2019年首款國(guó)內(nèi)PD-L1單抗Drurvalumab(次伐利尤單抗)投入市場(chǎng)，2021年6月PD-1單抗特瑞普利(JUPITER-02)的臨床研究成果成功作為第一個(gè)入選美國(guó)臨床腫瘤學(xué)會(huì)年會(huì)的中國(guó)創(chuàng)新藥物研究[32].

PD-1單抗發(fā)展歷程中，O藥和K藥是最早經(jīng)FDA獲批認(rèn)證的抗PD-1臨床用藥，J.R.Brahmer等[33]和A.D.Rodriguez等[34]通過(guò)Ⅲ期臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)Keytruda單抗毒性較低，能夠明顯延長(zhǎng)非小細(xì)胞肺癌和晚期黑色素瘤患者的無(wú)進(jìn)展生存期和總生存期.威爾康奈爾醫(yī)學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)晚期非小細(xì)胞肺癌患者進(jìn)行臨床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，使用Opdivo單抗后患者中位總生存期延長(zhǎng)，總生存率提高[35].2018年O藥和K藥通過(guò)中國(guó)國(guó)家藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)，正式成為我國(guó)癌癥患者抗PD-1臨床治療藥物.2018年12月首款國(guó)產(chǎn)PD-1單抗特瑞普利單抗在國(guó)內(nèi)上市，通過(guò)臨床適應(yīng)癥分析發(fā)現(xiàn)特瑞普利單抗在黑色素瘤和難治性晚期惡性實(shí)體瘤中具有良好耐受性和抗腫瘤活性[36].次年恒瑞醫(yī)藥研發(fā)的PD-1卡瑞利珠單抗以藥物預(yù)估年治療費(fèi)用低于K藥70%的優(yōu)勢(shì)成功占領(lǐng)中國(guó)市場(chǎng)，卡瑞利珠單抗的推廣使更多癌癥患者接受免疫治療，也為更多患者減輕經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān).隨著難治性經(jīng)典型霍奇金淋巴瘤PD-1單抗信迪利單抗(商品名：達(dá)伯舒)和賽帕利單抗在國(guó)內(nèi)上市，越來(lái)越多國(guó)產(chǎn)單抗將滿(mǎn)足臨床治療需求，為更多癌癥患者帶來(lái)治愈希望.

2.2 雙免疫治療

免疫系統(tǒng)中，PD-1/PD-L1與免疫抑制分子CTLA-4共同作為共抑制受體在腫瘤免疫中發(fā)揮免疫抑制功能[37].與PD-1/PD-L1腫瘤免疫機(jī)制不同，免疫抑制分子CTLA-4在外周血和淋巴結(jié)、脾臟等二級(jí)免疫器官中表現(xiàn)出CD28高度同源性，不僅與活化的B細(xì)胞B7反受體結(jié)合，還接受 T 細(xì)胞抗原受體(TCR)協(xié)同刺激信號(hào)促進(jìn) T 細(xì)胞活化，最終與B細(xì)胞和T細(xì)胞共同參與免疫系統(tǒng)負(fù)向調(diào)節(jié)[38].研究發(fā)現(xiàn)在癌癥患者外周血單核細(xì)胞中CTLA-4和PD-1過(guò)表達(dá)被抑制后二者在腫瘤免疫環(huán)境中協(xié)同發(fā)揮誘導(dǎo)T細(xì)胞免疫應(yīng)答功能[39-43].M.D.Hellmann等[44]對(duì)NSCLC患者進(jìn)行CTLA-4抑制劑Ipilimumab單抗和PD-1抑制劑Nivolumab單抗聯(lián)用，相比于化療組抑制劑聯(lián)用患者無(wú)進(jìn)展存活率和總生存期中位數(shù)增加，治療相關(guān)不良事件比率降低，所以適當(dāng)采用抗CTLA-4與抗PD-1免疫療法組合聯(lián)用在癌癥治療研究中意義重大.

在非小細(xì)胞肺癌中，趙沙等[45]提出將抗PD-1/PD-L1與過(guò)繼性細(xì)胞療法CAR-T結(jié)合，采用“PD-L1-CAR-T”雙重治療的組合方式促進(jìn)機(jī)體恢復(fù)正常免疫識(shí)別功能，維持免疫系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài).但PD-L1-CAR-T雙重免疫療法聯(lián)用目前只適用于非小細(xì)胞肺癌的初步研究階段，尚未證明具有廣泛適用性.

2.3 PD-1/PD-L1單抗聯(lián)用其他療法

肺癌作為發(fā)病率高死亡率高的惡性腫瘤，在晚期肺癌患病人群中僅有20%患者對(duì)手術(shù)或放化療治療有響應(yīng)，其余患者即使接受治療也無(wú)法改善病灶轉(zhuǎn)移和死亡的結(jié)果.M.Zhang等[46]發(fā)現(xiàn)PD-L1不僅以生物標(biāo)志物形式存在于腫瘤微環(huán)境中，并且相比于化療，晚期肺癌患者接受抗PD-L1治療后生存率明顯提高.孫德彬等[47]利用流式細(xì)胞技術(shù)和ELISA分析發(fā)現(xiàn)實(shí)體瘤化療藥順鉑在殺滅腫瘤細(xì)胞同時(shí)也影響肺癌中PD-1/PD-L1表達(dá).霍庚崴等[48]對(duì)接受PD-1/PD-L1單抗聯(lián)用化療藥物的晚期NSCLC癌病例進(jìn)行有效性與安全性數(shù)據(jù)分析，隨機(jī)對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明PD-1/PD-L1單抗聯(lián)合化療藥物能夠顯著改善患者預(yù)后，延長(zhǎng)生存期，隨后PD-1/PD-L1免疫療法聯(lián)合化療的治療效果在食管癌和淋巴瘤中也都得到驗(yàn)證[49-51].

另外在結(jié)腸癌、乳腺癌中還可以采用PD-1/PD-L1單抗與靶向治療聯(lián)用方案，亮點(diǎn)在于通過(guò)靶向轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子激活或抑制細(xì)胞代謝上下游關(guān)鍵信號(hào)通路，共同激活T細(xì)胞發(fā)揮腫瘤免疫功能，抑制腫瘤發(fā)生發(fā)展.參與聯(lián)用的經(jīng)典信號(hào)通路轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子有VEGF、STAT3、NF-kB、TGF-β等，相比于單獨(dú)使用靶向治療藥物聯(lián)用抗PD-1或抗PD-L1能夠觀察到更好的抗腫瘤治療效果[52-54].

2.4 PD-L1小分子抑制劑

免疫檢查點(diǎn)抑制劑根據(jù)化合物分子大小和作用機(jī)制不同分為大分子單抗(如PD-1單抗、PD-L1單抗)和非單克隆抗體，其中非單克隆抗體主要包含小分子抑制劑、環(huán)肽類(lèi)抑制劑和其他大環(huán)類(lèi)化合物.PD-1單抗、PD-L1單抗由于只能識(shí)別細(xì)胞結(jié)構(gòu)表面受體無(wú)法直接作用于細(xì)胞內(nèi)，導(dǎo)致藥物吸收速度變緩，藥物半衰期和組織滯留時(shí)間延長(zhǎng).臨床治療中采用靜脈注射的給藥方式更加降低了藥物利用度，由于單抗本身存在免疫局限性，長(zhǎng)期使用可能造成獲得性耐藥的情況.盡管單抗是目前臨床抗PD-1、抗PD-L1的常用抑制劑，但在PD-1/PD-L1免疫治療中還存在局限性，需要與其他療法聯(lián)用提高治療效果[55-59].相比于大分子單抗，小分子抑制劑相對(duì)分子質(zhì)量小、理化性質(zhì)穩(wěn)定，直達(dá)病灶減少藥物進(jìn)入胞內(nèi)甚至核內(nèi)的時(shí)間，提高患者治療效果的同時(shí)減少藥物免疫排斥產(chǎn)生的免疫有關(guān)不良反應(yīng)[60].藥代動(dòng)力學(xué)分析表明小分子抑制劑可以從根本上提高藥物代謝穩(wěn)定性，延長(zhǎng)藥物半衰期，具有治療成本低，患者負(fù)擔(dān)小的優(yōu)勢(shì)[61].

在分子結(jié)構(gòu)中，跨膜蛋白PD-L1以二聚體形式參與PD-1/PD-L1結(jié)合，在胞外表現(xiàn)出明顯的IgV和IgC樣結(jié)構(gòu)域分區(qū)，C端尾部的氨基酸殘基(Tyr56、Glu58、Arg113、Met115、Tyr123、Ala121、Asp122等)在與受體 PD-1結(jié)合時(shí)發(fā)揮重要作用[62-64].基于藥物分子結(jié)構(gòu)域特點(diǎn)和化合物穩(wěn)定性，可將小分子抑制劑分為磺胺間甲氧嘧啶和磺胺甲噻二唑類(lèi)、聯(lián)苯雜芳基聯(lián)苯類(lèi)、二唑及噻二唑類(lèi)、芐苯醚類(lèi)和咪唑并吡啶雜環(huán)類(lèi)[65].百時(shí)美施貴寶公司以小分子藥物特點(diǎn)為基礎(chǔ)結(jié)合配體結(jié)構(gòu)域，研發(fā)出首款靶向PD-L1小分子抑制劑BMS-202，聯(lián)苯環(huán)結(jié)構(gòu)化合物BMS-202優(yōu)先靶向PD-L1，抑制PD-1/PD-L1結(jié)合減少PD-1/PD-L1產(chǎn)生異二聚體結(jié)構(gòu).T.Ashizawa等[66]發(fā)現(xiàn)在雙敲除NOG小鼠模型中BMS-202相比于對(duì)照組具有明顯的抗腫瘤作用，HTRF檢測(cè)結(jié)果表明IC50小于0.92 nmol/L，說(shuō)明BMS-202可以從酶學(xué)水平抑制PD-1/PD-L1結(jié)合，減少PD-1/PD-L1對(duì)免疫功能的負(fù)向調(diào)控[67-68].另外，BMS家族的BMS-1001和BMS-1166通過(guò)抑制PD-L1顯著改善PD-1/PD-L1介導(dǎo)的Jurkat T淋巴細(xì)胞衰竭，使用小分子抑制劑后T淋巴細(xì)胞免疫活性被激活[69].程斌斌[70]對(duì)BMS-202聯(lián)苯環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行再次改造，發(fā)現(xiàn)新型PD-L1小分子抑制劑NP19不僅在HTRF實(shí)驗(yàn)中抑制PD-1/PD-L1結(jié)合，在黑色素瘤和H22肝癌小鼠模型中也表現(xiàn)出良好的抗腫瘤活性，并且尚未發(fā)現(xiàn)明顯藥物毒性.

目前關(guān)于小分子藥物的腫瘤免疫治療研究成果還需要長(zhǎng)期臨床試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，雖然許多PD-1/PD-L1小分子抑制劑還處于藥物分子結(jié)構(gòu)創(chuàng)新階段，但初步探索成果已經(jīng)展現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)，說(shuō)明免疫檢查點(diǎn)小分子抑制劑在腫瘤免疫中具有重要發(fā)展前景.

3 總結(jié)與展望

PD-1/PD-L1腫瘤免疫療法是癌癥治療領(lǐng)域最熱門(mén)、期望度最高的治療方法之一，在延長(zhǎng)患者生存期、改善患者預(yù)后方面效果顯著.抑制PD-1/PD-L1相互作用能夠保護(hù)機(jī)體免疫，減少T細(xì)胞耗竭.PD-1/PD-L1腫瘤免疫治療無(wú)論單獨(dú)使用還是聯(lián)用，都能明顯緩解患者病情發(fā)展，提高患者生存質(zhì)量.PD-1/PD-L1小分子抑制劑雖然處于藥物分子結(jié)構(gòu)創(chuàng)新階段，但其在腫瘤治療中已具有明顯優(yōu)勢(shì)，通過(guò)不斷深入研究PD-1/PD-L1小分子抑制劑在腫瘤免疫治療中的作用機(jī)制，將PD-1/PD-L1腫瘤免疫療法更多投入臨床應(yīng)用，一定能夠改善癌癥患者的生存質(zhì)量，為廣大癌癥患者帶來(lái)治愈希望，展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景.隨著腫瘤免疫療法的深入研究，PD-1/PD-L1在腫瘤免疫中的發(fā)展也將面臨更多挑戰(zhàn)，如長(zhǎng)時(shí)間使用PD-1或PD-L1小分子抑制劑是否會(huì)發(fā)生耐藥、怎樣提高藥物口服利用度、如何拓寬聯(lián)用治療適應(yīng)癥范圍、能否從中醫(yī)理論和腫瘤免疫理論多角度出發(fā)提高治療效果等.另外，在PD-1/PD-L1小分子藥物的研究中可以嘗試蛋白降解或抑制PD-1/PD-L1轉(zhuǎn)錄翻譯過(guò)程直接抑制PD-1/PD-L1結(jié)合，提出PD-1/PD-L1小分子抑制劑聯(lián)用的新方案為腫瘤免疫發(fā)展開(kāi)辟新途徑.