PD-1/PD-L1通路与肿瘤免疫逃逸及肿瘤干细胞免疫治疗的相关性分析

黄 娟，陈盛松，叶小群

(1.南昌大学a.研究生院医学部2015级； b.第二附属医院呼吸内科；2.江西省人民医院呼吸内科，南昌 330006)

PD-1/PD-L1通路与肿瘤免疫逃逸及肿瘤干细胞免疫治疗的相关性分析

黄 娟1a，陈盛松2，叶小群1b

(1.南昌大学a.研究生院医学部2015级； b.第二附属医院呼吸内科；2.江西省人民医院呼吸内科，南昌 330006)

近年来，恶性肿瘤的诊断与治疗水平已有了极大提高，人们逐渐认识到人体自身的免疫异常可影响肿瘤发生、发展的过程。目前通过刺激机体免疫系统，阻断免疫负性调定点通路来提高抗肿瘤免疫效应的治疗方法已成为肿瘤治疗的新方向。程序性死亡受体1(PD-1)、程序性死亡受体配体1(PD-L1)信号通路在细胞免疫中起着免疫检查点的作用，本文就免疫检查点PD-1/PD-L1通路与肿瘤免疫逃逸、肿瘤干细胞免疫治疗的相关机制研究及其抗体(免疫检查点阻断剂)应用的临床意义进行综述。

免疫检查点； 免疫检查点阻断剂； 程序性死亡受体1； 程序性死亡受体配体1； 肿瘤干细胞； 免疫治疗

2016年6月，美国临床肿瘤学会(ASCO)发布了2016年临床肿瘤进展报告，其中癌症免疫治疗尤为突出，被评为2015年癌症研究的前沿和热点[1]。随着肿瘤免疫治疗基础研究日益增多，越来越多的临床试验也相继出现。其中，通过增强机体对肿瘤的免疫应答起到抗肿瘤作用的免疫检查点阻断剂的使用在黑色素瘤和肺癌等多种恶性肿瘤治疗中显出可喜的成果。其中以程序性死亡受体1/程序性死亡受体配体1(PD-1/PD-L1)为免疫检查点为靶点的新药物研究在近几年取得了重大成果[2]。本文就免疫检查点PD-1/PD-L1及其抗体(免疫检查点阻断剂)与肿瘤免疫逃逸及肿瘤干细胞免疫治疗相关性研究进行综述。

1 PD-1

1.1 PD-1及其配体的分子结构与分布

程序性死亡受体-1(PD-1)也称CD79，是一个属于CD28/CTLA-4免疫球蛋白超家族的免疫抑制性受体[3]。PD-1的结构类似于CTLA-4，与CTLA-4有23%的同源性。PD-1广泛表达于由造血组织衍生而来的细胞，如外周CD4+CD8+T细胞、B细胞、NK/T细胞、树突状细胞和单核细胞及部分CD4-CD8-胸腺细胞。目前，PD-1已被明确的两个配体分别是PD-L1(又称B7-H1,CD274)和PD-L2(又称B7-DC,CD273)[4]。PD-L1广泛表达于正常细胞和多种肿瘤细胞的表面。到目前为止，应用免疫组织化学技术方法，已先后在乳腺癌、肺癌、胃癌、膀胱癌及黑色素瘤等肿瘤组织中检测到PD-L1蛋白的表达[5]。而PD-L2则常表达于树突状细胞、巨噬细胞、柱状细胞和某些受IL-4、IFN刺激的B细胞，较PD-L1的表达局限。

1.2 PD-1/PD-L1的生物学作用

PD-L1在正常组织中调节器官特异性耐受，在肿瘤组织中介导肿瘤细胞的免疫逃逸[6]。足月胎盘中富含PD-L1，其由胎盘的绒毛膜细胞滋养层和合胞体细胞滋养层表达，PD-L1的这种定位表达有利于保护胎儿不被特异性活化的母体效应T细胞攻击[7]。另外，PD-1/PD-L1通路可诱导T细胞耗竭：PD-1在功能耗竭的T细胞上高表达，阻断PD-1/PD-L1信号通路可以恢复T细胞的增殖、分泌和杀伤功能[8]；HIV感染者的抗原提呈细胞(APC)上PD-L1表达增加，从而诱导产生大量的免疫抑制性细胞因子IL-10，并与CD4+T细胞的数目呈负相关，由此解释HIV感染后出现T细胞无应答和丧失防御免疫功能[9]。

2 PD-1/PD-L1通路与肿瘤免疫治疗

2.1 PD-1/PD-L1与肿瘤细胞免疫耐受、免疫逃逸

PD-1/PD-L1通路协助肿瘤免疫逃逸的具体机制目前尚不清楚，可能为：1)诱导T细胞耐受。正常情况下，细胞毒T淋细胞(CD8+CTL)通过识别人黑色素瘤细胞株624mel(天然不表达PD-L1分子)的HLA-A2中gp100抗原表位对其进行杀伤，但转染PD-L1后624mel细胞对CD8+CTL的识别和杀伤有明显抵制作用，而通过PD-L1单抗进行阻断可逆转上述结果[10]。2)抑制T细胞增殖。PD-L1与其受体PD-l结合，启动了G0/G1检查点，选择性抑制RAS/MEK/ERK及PI3K/AKT信号通路，进而抑制细胞周期相关蛋白表达，阻碍细胞周期进展及T细胞的增殖[11]；此外，有研究[12]发现PD-1在抑制B细胞增殖方面也有重要作用。3)抑制细胞因子的分泌。PD-1/PD-L1途径在抑制T细胞增殖的同时也影响很多细胞因子的分泌，如IL-2分泌的下调，这在一定程度上下调了免疫应答。4)增强Treg细胞(Regulatory T cell，调节性T细胞)的功能。PD-L1能通过下调mTOR、AKT、ERK2等磷酸化及上调PTEN蛋白表达，促进诱发性Treg细胞的产生和存活，从而抑制效应性T细胞活性[13]；阻断PD-1/PD-L1信号通路可以增加效应性CD8+T细胞的功能，抑制Treg细胞和CTL细胞的功能，加强抗肿瘤效应[14]。5)阻断抗原呈递过程。Sugita等[15]研究发现，生发中心树突状细胞、滤泡树突状细胞的功能发挥不仅仅依赖于T细胞的激活，也与PD-L1的负调节相关。

2.2 PD-1/PD-L1通路与肿瘤免疫治疗

PD-1/PD-L1通路在协助肿瘤逃逸相关机制研究，阻断PD-1/PD-L1信号通路，相对增强T细胞免疫效应的方法有望成为抗肿瘤免疫治疗的一个重要手段[16-17]。1)应用抗PD-1单抗或其他分子封闭PD-L1。人和鼠的PD-1在蛋白质结构上有60%的同源性，而Igv区域(免疫球蛋白可变区)则达到了75%。人和鼠PD-1结构的相似性表明它们极有可能来自相似的复合物，具有相似的生物功能。有研究[18]发现，相较于对照组，应用PD-1阻滞剂治疗的荷瘤小鼠，局部肿瘤生长受到明显抑制，有较高的完全缓解率和远期存活率。①抗PD-1抗体：Nivolumab(MDX-1106,BMS-936558)是全人源化免疫球蛋白IgG4、抗PD-1抗体。2010年，Brahmer等[19]报道了用Nivolumab阻断PD-1/PD-L1通路治疗难治性实体瘤的I期临床试验，结果显示Nivolumab可通过激活机体免疫效应，而发挥有效的抗肿瘤作用，初步认为阻断PD-1/PD-L1通路是相对安全有效的肿瘤免疫治疗手段。2015年，Brahmer等[20]在Future Oncol上发文进一步证实了以上研究结果。同年，Nivolumab被美国食品药品管理局(FDA)批准用于治疗不可切除或转移性黑色素瘤和接受含铂化疗方案治疗期间或治疗后病情进展的晚期转移性非小细胞肺癌以及晚期(转移性)肾细胞癌。②抗PD-L1抗体：2016年5月，FDA批准Atezolizumab用于治疗膀胱癌中最常见类型尿路上皮癌。这是首个经FDA批准用于膀胱癌治疗的PD-1/PD-L1抑制剂[21]。另外，2016年3月发表在The Lancet的Ⅱ期POPLAR结果公布，以曾接受含铂类化疗方案的非小细胞癌患者为该研究目标人群，与多西紫杉醇相比，Atezolizumab显著改善了患者的生存期，且生存的改善与肿瘤组织中PD-L1表达有关，表明PD-L1高表达患者从Atezolizumab中获益更多；在安全性评价中，Atezolizumab显示出比较好的耐受性，与化疗药物相比安全性也更好[22]。2)PD-1疫苗。2007年，张淑敏等[23]用蛋白转化法将PD-1锚定在肿瘤细胞膜上,制成抗肿瘤疫苗,免疫C57BL-6小鼠后,一组小鼠取脾细胞进行T细胞扩增和细胞毒T淋巴细胞(CTL)功能检测,另一组小鼠进行肿瘤细胞接种试验，结果表明用GPI-PD-1修饰的肿瘤细胞膜免疫小鼠后诱发了肿瘤特异性T细胞和CTL细胞扩增，且该疫苗有一定的保护小鼠免受肿瘤细胞侵袭的作用。2016年，邱凌翀等[24]以霍乱毒素B亚基为载体,设计了一种同时靶向小鼠MUC1(Muc1)VNTR区和小鼠程序性死亡受体(mPD-1)的融合蛋白疫苗，以该融合蛋白辅以铝佐剂和CPGODN免疫BALB/C小鼠,收集免疫小鼠抗血清,以Elisa法检测抗体产生情况。结果表明：CTB-Muc1-m PD1重组蛋白能够打破小鼠自身免疫耐受,同时产生针对于Muc1和mPD-1的特异性抗体；此外,CTB-Muc1融合mPD-1后能够显著增强机体针对于Muc1的特异性免疫应答。

3 PD-1/PD-L1通路与肿瘤干细胞免疫治疗

1)肿瘤干细胞学说。近年来，肿瘤干细胞学说备受关注。肿瘤干细胞在肿瘤耐药、放疗抵抗、复发转移过程中起重要作用的观点也得到研究者的广泛认可[25]。肿瘤干细胞可特异性表达CD44、ALDH、CD133及HER2等干细胞表面标志物，而MDSC、IL-6、IL-8、TGF-β、免疫检查点CTLA-4及PD1/PD-L1等信号通路异常活化，对肿瘤干细胞的干性维持起着重要作用[26]。

2)肿瘤干细胞中PD-1/PD-L1通路相关研究。近年来，PD-1/PD-L1通路负性调节T细胞免疫活性具体到肿瘤干细胞群中的研究相对较少[27]。2010年，Schatton等[28]提出并证实了肿瘤干细胞可抑制T细胞活性的说法。Ock等[29]在头颈部恶性肿瘤干细胞中发现PD-L1表达上调，而肿瘤细胞以及肿瘤微环境中APCs表达的PD-L1可经PD-1/PD-L1信号通路抑制肿瘤抗原特异性T细胞的活化，抑制T细胞介导的肿瘤免疫应答。这使人们认识到肿瘤干细胞也可能是通过PD-1/PD-L1通路来抑制T细胞介导的肿瘤免疫应答。Yang等[30]利用化疗前胃癌组织标本中获取的胃癌SGC-7901细胞系，在体外无血清中培养诱导成干细胞球，以同期分化的普通胃癌细胞为对照，用不同浓度的5-FU处理，具有更高的存活率。另外，在以上肿瘤细胞中发现了PD-L1的表达，相比PD-L1阴性表达的肿瘤干细胞，细胞核增殖相关抗原Ki67在PD-L1阳性表达的肿瘤干细胞中高表达；相比对照组和PD-L1阻断组，PD-1Ig刺激组Ki67的表达上调，在实验动物中荷瘤小鼠瘤体增长更快，且差异具有统计学意义。由此认为，PD-L1是肿瘤干细胞增殖的刺激信号，PD-1/PD-L1信号通路的存在，使肿瘤干细胞球的增殖能力增强。联合使用抗PD-1抗体，抗PD-L1抗体，特异性阻断PD-1/PD-L1通路可以抑制肿瘤干细胞的增殖而减少肿瘤复发，对治疗胃癌有相当的前景。Seow等[31]在结直肠癌免疫治疗的研究中也证实了用抗PD-1/PD-L1抗体,封闭阻断PD-1/PD-L1通路来减弱肿瘤干细胞致瘤作用的可行性。

4 问题与展望

目前，PD-1/PD-L1免疫检查点阻滞剂(ICBs)在黑色素瘤、肺癌中的研究显出可喜的成果[32]。免疫检查点阻断剂迅速、持久、有效的药物反应，相对可耐受的不良反应，为肿瘤的免疫治疗奠定了坚实的基础，但目前的肿瘤免疫治疗的响应率不高，异质性大，总体效果尚不尽如人意[33]。肿瘤微环境中有很多因素能够抑制ICBs的治疗活性，如Treg细胞、MDSCs以及IDO(indole2,3-dioxygenase)的活性；同时，一些肿瘤细胞自身因素也会影响ICBs的疗效，包括突变负荷、致瘤信号通路、PD-L1的表达以及MHC-I类分子表达下调等。肿瘤外在因素如肠道微生物群也存在免疫调节潜能[34]。另一方面，肿瘤干细胞研究成果的临床应用仍面临着很多挑战：当下肿瘤干细胞表面标志物研究至今尚无统一标准；肿瘤干细胞仅是一小部分细胞群体，肿瘤干细胞免疫治疗疗效评估不直观，反复活检可行性差。因此，关于肿瘤干细胞治疗的疗效评价，尚需要更为确切的评价指标。PD-1/PD-L1通路与肿瘤干细胞增殖的相关性及临床意义尚需更深入的研究。但通过进一步深入理解和研究肿瘤内外环境的免疫调节机制，这些问题的答案最终会浮出水面。肿瘤免疫治疗，肿瘤干细胞免疫靶向治疗和普通肿瘤治疗方法的临床结合应用，将引发新一轮临床肿瘤治疗模式及靶向治疗药物研发的变革，为人类控制肿瘤、改善其预后增加希望。

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(责任编辑：罗芳)

Relationships of PD-1/PD-L1 Pathway to Tumor Immune Escape and Tumor Stem Cell Immunotherapy

HUANG Juan1a,CHEN Sheng-song2,YE Xiao-qun1b

(1a.2015GadeofMedicalDepartmentofGraduateSchool; 1b.DepartmentofRespiratoryMedicine,theSecondAffiliatedHospital,NanchangUniversity;2.DepartmentofRespiratoryMedicine,thePeoples’sHospitalofJiangxi,Nanchang330006,China)

In recent years,the diagnosis and treatment of malignant tumors have been improved greatly.People gradually realize that the autoimmune abnormalities play a negative role in tumor occurrence and development.Currently,the immune system stimulation and negative immune checkpoint pathway blockage for improving anti-tumor immune effect have become a new direction of cancer therapy.The programmed death-1(PD-1) and programmed death-ligand-1(PD-L1) act as the immune checkpoints in cell immunity.This paper reviews the mechanisms of PD-1/PD-L1 signaling pathway in tumor immune escape and tumor stem cell immunotherapy and the clinical significance of their antibodies(immune checkpoint blockers).

immune checkpoint; immune checkpoint blocker; programmed death-1; programmed death-ligand-1; tumor stem cells; immunotherapy

2017-03-18

黄娟(1992—)，女，硕士研究生，主要从事呼吸系统疾病的诊治及肺部肿瘤、肿瘤干细胞的研究。

R730.3

A

1009-8194(2017)07-0096-04

10.13764/j.cnki.lcsy.2017.07.033