PD-L1在脑胶质瘤中表达的研究进展

周红建 综述,王雄伟,汪 雷,王旭光 审校

(三峡大学第一临床医学院神经外科,湖北宜昌443002)

近年来,有关共刺激分子在免疫调节中的作用已经越来越受到广大研究者重视。已知协同刺激分子分为3 个家族:B7家族、TNF 家族和细胞因子家族。B7 家族作为惟一能从抗原提呈细胞(antigen presenting cell, APC)单向传送信号至T 细胞的共刺激分子, 其正向的共刺激分子是以CD28 为代表, 而负向的共刺激分子已成为目前研究的热点, 其中共刺激分子PD-L1(又称B7-H 1 或者CD274)及其受体PD-1(programmed death 1)的信号途径被认为与移植排斥反应、疾病免疫调节[1]、慢性病毒感染[2]、肿瘤免疫逃逸[3]等密切相关。共刺激信号不仅可以协助激活T 细胞, 而且可以通过负性共刺激信号下调免疫反应,从而精确地调节应答的程度和持续时间。 因此, 以PD-1/PD-L1 为代表的负性共刺激途径,在研究肿瘤细胞免疫逃逸和临床肿瘤免疫治疗中均具有重要的意义。 本文就PDL1 的分子生物学特点、功能和在脑胶质瘤中表达的研究进展作一综述。

1 PD-L1 分子生物学特点

1.1 PD-L1 的分子结构 1999年Dong 等[4]采用cDNA 表 达序列标签(expressedsequencetag, ES T)首次从人基因组中克隆出人PD-L1 分子。 PD-L1 m RNA 主要为4.2 kb, 此外还有1.8、3.7 和7.2 kb 等转录形式。它属于B7 超家族成员,定位于人染色体9p24,间隔42 kb,开放阅读框表明, PD-L1 基因编码290 个氨基酸, 胞外区各有1 个IgV 和IgC 样区, 具有疏水的跨膜区及30 氨基酸细胞质尾。其胞内区具有蛋白激酶C 磷酸化位点,胞内区与PD-1、PD-2 同源性分别为6%和16%, 表明其可能具有传输信号的功能。最近,有研究显示, PD-1 上与PD-L1 的结合位点,细胞黏附实验结果也证明了两者相互作用后可抑制T 细胞反应,产生牢固、双向的作用。此方法不仅展示了体外PD-1/PD-L1 相互作用产生的抑制性信号, 而且对于调节免疫反应及治疗应用也非常必要[5]。

1.2 PD-L1 受体 PD-1 作为CD28 超家族成员之一, 被证实是PD-L1 和PD-L2 的受体, 与细胞毒性T 淋巴细胞抗原4(cytotoxic T lymphocyte antigen 4, CT LA-4)具有23%的氨基酸同源性[6]。但PD-1 比CT LA-4 具有更广泛的免疫调节作用,其主要表达于活化的T 细胞、B 细胞、髓系细胞和胸腺细胞。且CD4+T 细胞、CD8+T 细胞、NK T 细胞、B 细胞和单核细胞在激活以后,均诱导性地表达PD-1 分子[7-8]。 PD-1 相对分子质量为50×103～55×103的Ⅰ型跨膜糖蛋白, 是诱导活化T细胞进入凋亡的表面标志, 通过与B7 家族新成员PD-L1 和PD-L2 的IgV 样结构域相互结合, 将所产生的信号传至其胞质区尾部的免疫受体酪氨酸抑制基序(ITIM), 在免疫应答中发挥重要的负性调控作用。它由胞外区、疏水性跨膜区、胞质区组成。其中胞外由一个IgV 样结构组成, 胞质区含两个酪氨酸残基,形成ITIM 和免疫受体酪氨酸转换基序(ITSM), 在PD-1 激活后都可发生磷酸化[9]。人PD-1 基因位于2q37, 在正常状态下T、B 细胞不表达, 但在活化状态下诱导高表达。PD-1 和T 细胞受体(T cell receptor, TC R)结合可导致SH P-2的迅速磷酸化而抑制TCR 信号,进而传递负性信号, 在外周免疫耐受的建立中有重要作用。

1.3 PD-L1 的表达特性 PD-L1 主要表达于T 细胞、B 细胞、巨噬细胞和树突状细胞(dendritic cell, DC)上, 在活化后的细胞上表达上调[10]。 此外, PD-L1 还表达于大量非淋巴细胞的组织细胞上,如心脏内皮细胞、胰腺的B 细胞、胎盘的合体滋养层细胞等。研究表明,PD-L1 广泛表达在大多数肿瘤细胞系上,如淋巴瘤、绒毛膜癌、黑色素瘤、食管癌、成神经细胞瘤等都检测到了PD-L1 的m RNA 水平和蛋白水平的表达, 并且其表达能增加T 细胞的凋亡, 促进活化T 细胞的清除, 而阻断此通路能提高肿瘤特异性T 细胞的反应[11]。这提示肿瘤细胞可能广泛表达该分子并且PD-L1 的表达水平可能和患者的临床病理特征及预后紧密相关。Geng 等[12]研究发现, PD-L1 在胰腺癌中的表达和肿瘤分化程度、肿瘤分期密切相关,并且肿瘤组织中PD-L1 在蛋白和m RNA 两个表达水平均成显著症相关。此外,有研究发现, 它共表达有290 个氨基酸, 与人PD-L1 有69%同源性。mRNA 分析表明, PD-L1 在鼠心脏、脾脏、骨骼肌、胎盘及肺组织中呈高表达, 中度表达于胸腺、肝脏及甲状腺,而胰腺及睾丸中则无PD-L1 表达。在免疫调节方面, 有大量的研究发现,PD-L1 或PD-L2 与PD-1 结合后对T 细胞发生的作用, 整体上发挥了免疫抑制的作用, 可抑制免疫反应的产生,对T 细胞的增殖、细胞因子的分泌及杀伤能力都有抑制作用,阻断该通路后可以恢复T 细胞的大部分功能[13]。张艮甫等[14]研究发现, 利用PD-L1 基因修饰的供体DC, 可以明显延长大鼠移植胰岛的存活时间, 而受体DC 则无此作用, 但两种DC 联合应用可以使移植胰岛获得更长的存活时间。在生理和非炎性条件下,PD-L1 在体内主要表达在抗原提呈细胞上,如单核细胞和树突状细胞。然而, 在炎症条件下发现, PD-L1表达不再局限于表达在抗原提呈细胞上, 也可表达在非淋巴组织的其他类型细胞上, 如内皮和肌肉细胞。提示PD-L1 和它的受体相互作用有可能参与炎症和非炎症性中枢神经系统病变。

2 PD-L1 在脑胶质瘤中的表达

目前国内外的研究结果显示, PD-L1 蛋白在多种肿瘤组织中呈阳性表达,与包括胶质瘤在内的肿瘤的发生发展及预后密切相关。最近有研究发现, 在黑色素瘤细胞、肺癌细胞、卵巢、结肠以及在一些非中枢神经系统肿瘤细胞系中均有PD-L1 基因的表达[15]。 随着人们对肿瘤分子发生机制研究的不断深入,越来越多的学者把癌症的发生发展归因于一系列的肿瘤细胞的免疫逃避策略[16]。人类胶质母细胞瘤是一种典型的具有免疫抑制功能的肿瘤。它具有抗肿瘤免疫反应的机制, 如释放转化生长因子、IL-10 等,来逃避机体免疫系统的监控和杀伤。而对于脑胶质瘤的免疫治疗策略, 要么尝试取消免疫抑制机制,要么提高抗肿瘤免疫反应[17]。

有研究证实,PD-L1 在脑胶质瘤中有高表达, 而在正常的脑组织和肿瘤旁组织中均无其表达,从而有可能与患者的临床病理特征及预后的密切相关。已有关文献报道, 一些基因的改变和物质的表达和胶质瘤增殖活性、病理级别及患者预后密切相关,如Ki-67、兔转化生长因子β2(TGF-β2)、增殖细胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen, PCNA)、表皮生长因子受体(EGFR)、p16 蛋白、survivin 蛋白等。Parsa 等[18]研究证实, 抑癌基因PTEN 的丧失导致了脑胶质瘤的免疫抵抗, PD-L1 基因表达增加则在此中间通路中发挥了作用。 多数研究认为,PD-L1 蛋白表达水平能较好地反映脑胶质瘤恶性程度及患者预后, 可作为评价脑胶质瘤生物学行为, 预测患者术后生存时间长短的有效指标。 Wintterle 等[19]通过RT-PC R 技术对12种脑胶质瘤细胞株检测发现, 所有胶质瘤细胞系均有PD-L1 mRNA 的表达,但表达水平较低。随后应用免疫组织化学研究发现,9 例Ⅳ级胶质母细胞瘤标本和1 例Ⅲ级混合神经胶质瘤中均有PD-L1 蛋白的表达。

3 PD-L1 在脑胶质瘤的作用机制

有研究认为,在脑胶质瘤的作用机制方面, PD-L1 主要通过抑制抗肿瘤免疫反应的T 细胞和DC 细胞的功能启动。此外,PD-L1 基因可能保护胶质瘤细胞逃避免疫抗原特异性细胞毒性T 细胞在效应水平的直接攻击也起着相当的作用。 在肿瘤细胞表面的PD-L1 能诱导肿瘤特异性CTL 凋亡从而抑制机体对肿瘤的免疫反应;而在淋巴器官内,抗原提呈细胞表面的PD-L1 与初始T 淋巴细胞相互作用诱导T 淋巴细胞的无能化。因此,PD-L1 是参与肿瘤免疫逃逸的重要分子, 阻断PD-1/PD-L1, 既能直接抑制肿瘤生长, 又能抑制肿瘤的免疫逃避,提高初始T 细胞的激活能力和CT L 的杀伤活性,从而提高其他抗原的免疫反应。Pilon-Thomas 等[20]研究发现, 在体外中和抗体与PD-L1 结合有效地增加IFN-γ的产生, 抗原特异性的杀伤性T 细胞活性增强;而在体内实验中, 将PD-L1 抗体与黑色素瘤以全身用药的形式注入小鼠体内,发现特异性抗黑色素瘤的杀伤性 CD8+T 细 胞增多。 Okudaira 等[21]使用C57BL/6 小鼠胰腺肿瘤模型, 分3 次给予PD-1/PD-L1 抗体(每次间隔1 周)检测小鼠体内免疫调节功能在抗肿瘤中的作用。实验结果表明,使用抗体治疗后, 肿瘤组织的生长得到抑制,肿瘤组织中的PD-1/PD-L1 表达量减少。 RT-PCR 显示,IFN-γ抗肿瘤细胞因子表达量增多, IL-10 和FoxP3 等机体抑制性免疫细胞因子表达量减少。因此,PD-L1 与脑胶质瘤的研究不仅为肿瘤发生提供了新的病因学理论,也为今后肿瘤的基因诊断、基因治疗提供了新的研究课题和思路。

4 展 望

综上所述,PD-L1 作为B7 家族的共刺激分子, 介导免疫反应的负性调节信号,在肿瘤发生、病毒感染以及自身免疫病中都发挥了特异性的调节作用。鉴于PD-L1 基因在脑胶质瘤细胞上表达的特异性,可以大胆地尝试将抗肿瘤的化疗药物与PD-1/PD-L1 抗体和蛋白连联接并联合用于脑胶质瘤的治疗、有理由相信肿瘤的分子免疫治疗将会是除传统外科手术、放射治疗,化学药物治疗等之外另一有效的治疗手段。

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