细胞程序性死亡受体1信号通路在肿瘤免疫疗法中的应用

熊伟鹏

(科罗拉多大学医学院 医学系，科罗拉多州 奥罗拉 80045)

肿瘤免疫疗法是通过调节机体免疫力，激发和增强机体抗肿瘤的免疫应答，从而实现有效清除肿瘤细胞的目的。在恶性肿瘤发生和发展的过程中，肿瘤细胞通过表达多种免疫负调节蛋白来抑制免疫细胞的功能，从而抑制机体产生的抗肿瘤免疫应答，最终逃避免疫系统的识别和清除。

在肿瘤细胞产生的众多免疫逃逸机制中，由程序性死亡受体(programmed cell death receptor 1, PD- 1)及其配体(programmed death-ligand 1, PD-L1)激活的信号通路是近年来研究的热点。PD- 1主要表达于T细胞表面，它的配体PD-L1则广泛存在于多种恶性肿瘤细胞表面。肿瘤细胞通过其表达的PD-L1结合在T细胞上的受体PD- 1后，激活其在T细胞内的抑制性信号通路，影响T细胞内相关基因的表达, 干扰T细胞增殖、活化，甚至诱导T细胞的凋亡，最终促进肿瘤细胞免疫逃逸[1]。

现阶段已有针对PD- 1/PD-L1的抗体药物进入临床试验阶段。其中，在患有肺癌、皮肤癌和恶性淋巴瘤等恶性肿瘤患者的治疗过程中，某些阻断PD- 1信号通路的抗体药物，其中包括nivolumab，pembrol-

izumab和atezolizumab等显示出良好的疗效和安全性，患者的生存率明显提高[2]。

1 PD- 1/PD-L1信号通路以及其在肿瘤诱导免疫抑制中的作用

1.1 PD- 1受体和其配体PD-L1

PD- 1又称为CD279，是一个由268个氨基酸组成的I型跨膜蛋白，它的蛋白质结构由3个部分组成： 免疫球蛋白IgV样结构域，跨膜区和胞内区。它的胞内区包含两个重要的结构：免疫受体酪氨酸抑制基序(ITIM)和免疫受体酪氨酸转化基序(ITSM)。PD- 1主要表达于活化的T淋巴细胞表面，还可以表达在B淋巴细胞、自然杀伤细胞和单核细胞等免疫细胞中[3]。PD-L1又称为CD274(或B7-H1)是PD- 1的主要配体，它是由290个氨基酸组成的I型跨膜蛋白，在非小细胞肺癌、黑色素瘤、卵巢癌、乳腺癌和胃肠道癌等多种类型恶性肿瘤中呈高表达，提示其在抑制机体抗肿瘤免疫反应中发挥关键作用[4]。

在肿瘤发生过程中，机体针对肿瘤产生的免疫应答可以影响PD- 1/PD-L1的表达。静止的T细胞不表达PD- 1受体，抗原刺激可以激活T细胞，同时诱导细胞表达PD- 1[5]。PD-L1在肿瘤细胞中的表达与抗肿瘤免疫反应紧密相关。肿瘤浸润淋巴细胞(tumor-infiltrating lymphocytes, TILs)在识别呈递的肿瘤抗原以后释放出干扰素-γ，有研究证实干扰素-γ可以诱导肿瘤细胞表达PD-L1，从而使肿瘤细胞抵抗免疫系统的识别和清除[2- 4]。

1.2 PD- 1/PD-L1信号通路在肿瘤诱导免疫抑制中的作用

当机体产生恶变细胞时，免疫系统可以特异性地杀伤肿瘤细胞，抵御肿瘤的发生和发展。近年来，利用免疫学和细胞学等技术发现恶性肿瘤细胞表达多种免疫抑制分子从而抑制免疫应答，逃避免疫系统的识别和攻击。目前，PD- 1信号通路的机制研究对肿瘤治疗有非常重要的应用价值。

PD- 1/PD-L1信号通路介导的机体免疫抑制机制主要依赖于PD- 1与其配体的相互作用。肿瘤细胞利用其表达的PD-L1与T细胞表面的PD- 1受体结合，引发受体胞内区发生磷酸化，活化的受体胞内区募集细胞内蛋白酪氨酸磷酸酶SHP- 2，使T细胞活化所需相关的信号蛋白去磷酸化而失去活性，下调T细胞激活、增殖相关基因的表达，抑制T细胞的活化和功能，最终阻断T细胞介导的抗肿瘤免疫应答并促进肿瘤细胞逃逸(图1)。PD- 1信号通路可能通过以下机制来阻断T细胞活化及其介导的抗肿瘤免疫效应：1)与PD- 1受体胞内区结合的SHP- 2直接抑制T细胞受体信号通路，从而下调T细胞活化所需细胞因子的表达，例如：白介素- 2和干扰素-γ；2)PD- 1信号通路下调GATA3和T-bet等与T细胞增殖活化相关的转录因子的表达；3)激活的PD- 1调节Bim和Bcl-xL等细胞凋亡相关基因的表达，造成T细胞凋亡[6- 7]。

从肿瘤组织中分离出的浸润淋巴细胞(TILs)是肿瘤微环境主要的效应淋巴细胞， 包括CD4+和CD8+T细胞。虽然在不同肿瘤组织中两种细胞的比例有差异，但是都高表达PD- 1。肿瘤细胞表达的PD-L1可以抑制TILs的活化和其介导的免疫杀伤效应，促进肿瘤细胞免疫逃逸。此外，肿瘤组织中的调节性T细胞(regulatory T cell, Treg)高表达PD- 1，PD- 1/PD-L1信号通路可以诱导Treg的分化并维持这类细胞介导的免疫抑制作用，从而间接促进肿瘤细胞免疫逃逸[8]。通过阻断PD- 1/PD-L1信号通路可以重新激活衰竭T细胞，增强抗肿瘤免疫应答反应[1,9]。

图1 PD- 1信号通路介导的免疫抑制机制Fig 1 Mechanisms of PD- 1 signaling-mediated immunosuppression

2 抗PD- 1/PD-L1抗体在肿瘤治疗中的应用

迄今，已经有多种阻断PD- 1/PD-L1结合的单克隆抗体药物应用于肿瘤治疗和临床试验，例如：抗PD- 1的单抗nivolumab和pembrolizumab，抗PD-L1的单抗atezolizumab等。大量的研究资料显示这些抗体药物对多种恶性肿瘤有不同程度的抑制作用，包括：黑色素瘤、非小细胞肺癌、胃肠道癌、肾癌、卵巢癌、前列腺癌、膀胱癌、头-颈部癌和恶性淋巴瘤等[4]。已有的临床研究显示，在患有黑色素瘤、非小细胞肺癌、泌尿上皮癌和肾细胞癌等患者接受抗体药物治疗后，都显示出不同程度的缓解率，提示该类药物可以应用到临床上用以治疗这些恶性实体瘤。

临床试验结果显示，经nivolumab治疗的黑色素瘤患者累积缓解率为28%，非小细胞肺癌患者为18%，其中50%的患者缓解持续1年以上[10]。Nivolumab可以使已经接受过前期治疗的非小细胞肺癌患者客观缓解率达到19%～20%[11- 12]。在治疗泌尿上皮癌、肾细胞癌等恶性肿瘤过程中，nivolumab也显示出较好的疗效和安全性[13- 14]。另一种抗PD- 1抗体药物pembrolizumab和nivolumab疗效类似。应用它在临床上治疗黑色素瘤、非小细胞肺癌、泌尿上皮癌和肾细胞癌患者，也显示出良好的安全性和疗效。早期临床数据显示，在接受pembrolizumab治疗后，黑色素瘤患者的客观缓解率达到38%，非小细胞肺癌患者的客观缓解率达19.4%。临床上应用nivolumab和pembrolizumab治疗恶性淋巴瘤、头颈部癌和胃肠癌的研究也已经取得了突破性的进展[15]。现阶段，美国FDA已经批准应用抗PD-L1抗体atezolizumab治疗非小细胞肺癌和泌尿上皮癌，该抗体药物也可以阻断PD- 1和PD-L1 结合。在接受atezoliaumab治疗后，非小细胞肺癌患者客观缓解率为15%。膀胱癌患者为26%[16- 17]。最新结果显示，atezolizumab能够提高非小细胞肺癌和膀胱癌患者的总生存率[18- 19]。

在多数肿瘤中，肿瘤耐药性直接干扰上述抗体单药治疗的疗效。肿瘤耐药性的产生与以下多种因素相关：1)肿瘤浸润淋巴细胞的数量和功能；2)肿瘤组织PD-L1表达量的改变；3)部分肿瘤细胞高表达吲哚胺双加氧酶使局部T细胞增殖受抑制；4)肿瘤相关巨噬细胞对PD- 1免疫治疗的干扰等[20]。根据耐药性产生的不同机制，以PD- 1/PD-L1抗体药物为基础的联合用药成为肿瘤免疫治疗的研发重点。相对于单药治疗，联合用药可以削弱耐药性的干扰，提高疗效。首先，将抗PD- 1通路抗体和其他免疫检查点药物联合应用可以增强内源性T细胞的功能，从而杀伤肿瘤细胞。目前，nivolumab和ipilimumab(抗CTLA- 4的抗体药物)治疗晚期黑色素瘤是联合用药研究中的一个经典范例。黑色素瘤患者在接受联合用药后仅表现出轻度的不良反应，而抗肿瘤疗效比单药治疗更显著[21]。对于前期已经接受过ipilimumab单药治疗的患者，nivolumab的介入可以提高客观缓解率[22]。美国FDA已经批准nivolumab和ipilimumab联合用药应用于恶性黑色素瘤患者的治疗。此外，将抗PD- 1信号通路免疫疗法与肿瘤靶向治疗药物相结合的研究正在逐步开展并取得了一定进展。在应用动物移植瘤模型研究靶向药物达拉非尼和曲美替尼治疗转移性黑色素瘤过程中，肿瘤出现耐药性。这是由于药物上调PD-L1在移植瘤模型中的表达量，变相抑制免疫系统抗肿瘤的能力，从而降低药物杀伤肿瘤的作用。但是在结合了抗PD- 1免疫治疗后，靶向药物的药效明显提高[23]。提示PD- 1阻断抗体能够克服由于药物诱导产生的肿瘤耐药性，提高疗效。针对肿瘤耐药性的不同成因，临床上已经开展PD- 1/PD-L1抗体联合其他类型抗肿瘤药物的相关研究，这些药物包括：针对吲哚胺双加氧酶的抑制剂和巨噬细胞集落刺激因子1受体抑制剂等[20]。以PD- 1抗体药物为基础的联合用药具有潜在的临床应用价值。虽然联合用药可以提高疗效，仍然需要对用药时间、剂量、药物选择等进行深入地研究，以确保筛选出的联合用药方案可以达到最好的疗效。

PD- 1/PD-L1在多种恶性肿瘤中异常表达，对恶性肿瘤的免疫治疗有重要诊断价值。抗PD-L1抗体药物atezolizumab的临床研究提示，PD-L1在肿瘤组织中的表达水平可以作为一项指标，用于评估药物治疗肿瘤的效果。目前已经开发出针对黑色素瘤组织PD-L1的免疫组化检测系统[24- 25]。相信在未来，这种检测手段可以广泛应用到多种肿瘤治疗的辅助检查和诊断中。

3 结论与展望

PD- 1/PD-L1在肿瘤诱导免疫抑制效应中发挥重要的作用，临床上应用抗体药物阻断PD- 1/PD-L1结合的方法治疗肿瘤，并取得了显著的成效。阻断PD- 1通路的疗法是通过调节肿瘤浸润T淋巴细胞杀伤肿瘤的活性、逆转肿瘤诱导免疫抑制效应的治疗方法。近几年，抗PD- 1/PD-L1抗体药物治疗肿瘤取得了突破性的进展，临床应用中更是逐步建立起将抗体药物和传统治疗方法相结合的治疗方案。由于不同类型肿瘤对药物的反应和个体间疗效的差异，所以在治疗前就需要建立针对抗PD- 1/PD-L1治疗的评估体系，用以制定个性化治疗方案、提高疗效和安全性。在下一阶段，PD- 1信号通路机制研究和相关免疫治疗的研究将会提高肿瘤治疗的疗效、改善患者的生存。

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主编点评：

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