OX40免疫检查点在头颈部鳞状细胞癌中的作用机制及临床应用的研究进展

2020-01-08姜鑫杜国强李志勇赵志国王瑾

中国医科大学学报 2020年6期

姜鑫，杜国强，李志勇，赵志国，王瑾

（1.中国医科大学附属盛京医院耳鼻咽喉科，沈阳 110004；2.沈阳市第四人民医院耳鼻咽喉科，沈阳 110031；3.青岛市市立医院耳鼻咽喉科，山东青岛 266011；4.中国医科大学附属盛京医院神经功能科，沈阳 110004；5.中国医科大学附属盛京医院口腔颌面外科，沈阳 110004）

头颈部鳞状细胞癌的发病率位居全身恶性肿瘤发病率的第6位，其预后相对较差，每年约有60万新增病例，约35.5万死亡病例［1］。头颈部鳞状细胞癌根据肿瘤主体的解剖位置，分为口腔、口咽、喉和下咽部鳞状细胞癌。头颈部鳞状细胞癌的发病率和死亡率受不同性别、种族、地区的影响分布不均，致病危险因素包括吸烟史，饮酒史，Epstein-Barr病毒、人乳头瘤病毒（human papilloma virus，HPV）或单纯疱疹病毒感染，槟榔咀嚼习惯，致癌物质职业暴露因素，免疫缺陷疾病，放射线接触史，肥胖和遗传倾向。这些致病因素与头颈部鳞状细胞癌的分子病理学发生过程密切相关［1-2］。头颈部鳞状细胞癌特别是喉癌在我国东北地区高发［3］。头颈部鳞状细胞癌的常规治疗常结合多种模式，如手术、放疗、化疗、靶向或免疫治疗等。

OX40蛋白是T细胞表面肿瘤坏死因子受体家族成员之一，免疫共刺激通路的免疫检查点。T细胞表面OX40受体激活后，可以增强肿瘤组织内识别肿瘤特异性抗原的效应性T细胞记忆、增殖、免疫监视和杀伤肿瘤细胞的活性。OX40+T细胞同时具有减低肿瘤免疫微环境中某些免疫抑制性因素、抑制肿瘤细胞侵袭和转移的功能［4-6］。效应性T细胞表面程序性死亡蛋白1 （programmed cell death protein 1，PD1）或OX40蛋白在头颈部鳞状细胞癌组织内呈高表达。针对PD1及其配体的单克隆抗体类药物如帕博利珠单抗，已经用于多种恶性肿瘤的治疗，如伴有颈部淋巴结转移或术后复发的头颈部鳞状细胞癌。本文旨在探讨OX40免疫检查点在头颈部鳞状细胞癌发生、发展过程中的作用机制和临床研究进展。

1 肿瘤细胞与获得性免疫

肿瘤免疫系统主要包括2个部分：先天性免疫和获得性免疫。先天性免疫为机体提供对抗肿瘤的初始反应，利用非特异性淋巴细胞如自然杀伤细胞和巨噬细胞杀伤肿瘤。获得性免疫依赖于T淋巴细胞如细胞毒性T细胞、辅助性T细胞、调节性T细胞以及B淋巴细胞。T细胞识别与肿瘤相关的抗原，分泌细胞因子，依赖穿孔素的方式直接用颗粒酶溶解或杀死肿瘤细胞。

肿瘤细胞表面表达许多健康细胞不表达的蛋白质，如基因突变或病毒起源的蛋白质，这类蛋白被称为肿瘤相关抗原。它们通常具有免疫原性，使机体对癌细胞产生免疫反应。p53突变蛋白、HPV E6和E7、Epstein-Barr病毒等是重要的抗原来源［2］。为了让效应性T细胞特别是细胞毒性T细胞有效识别和杀伤肿瘤细胞，它们首先需要识别出肿瘤细胞为异常细胞。肿瘤细胞分泌肿瘤相关抗原，抗原提呈细胞如树突细胞获取肿瘤相关抗原，树突细胞迁移至局域淋巴结并加工肿瘤相关抗原，在引流淋巴结中通过抗原提呈细胞表面的组织相容性抗原复合物启动激活肿瘤特异性T细胞。经过第二和第三信号系统，肿瘤特异性T细胞成熟转化成为效应性T细胞，效应性T细胞一旦激活，将受到共刺激信号通路的正向调节（如OX40、CD137、CD40受体信号通路）和共抑制信号通路的负向调节（如CTLA-4、PD-1受体信号通路），共同调控T细胞在机体内抗肿瘤免疫反应。

2 人头颈部鳞状细胞癌的免疫抑制性肿瘤微环境

根据HPV感染状态，头颈部鳞状细胞癌可分为2个不同的亚组：HPV相关性或非HPV相关性头颈部鳞状细胞癌。非HPV相关性头颈部鳞状细胞癌主要与烟草致癌物和酒精嗜好有关，而HPV相关性头颈部鳞状细胞癌主要由HPV感染引起，特别是HPV16亚型感染［7-9］。虽然头颈部鳞状细胞癌的发生、发展与烟草、酒精或HPV感染等环境致癌物质直接相关，但机体免疫缺陷在这些癌症的发生和发展中发挥重要作用［10］。

研究发现，人头颈部肿瘤患者的肿瘤微环境中，经常出现肿瘤相关免疫细胞亚型和数量缺失或者出现大量功能受损的免疫效应细胞，包括肿瘤浸润性细胞毒性T细胞、自然杀伤细胞、免疫抑制性T调节细胞、肿瘤相关巨噬细胞和髓源抑制细胞。不同人细胞亚群免疫检查点如PD-L1、CTLA-4、OX40、CD137、TIM-3和LAG-3的表达水平发生显著变化。由肿瘤细胞和免疫抑制细胞群产生的免疫抑制细胞因子如血管内皮生长因子、转化生长因子β、白细胞介素（interleukin，IL） -6、IL-10、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子等，能够产生局部和全身免疫抑制作用。头颈部肿瘤细胞表面人白细胞抗原1类表达和抗原加工提呈机制出现缺陷［11-18］。此外，肿瘤微环境因素包括缺氧、微小血管和淋巴管增殖异常可能影响细胞因子释放和免疫细胞募集过程。

3 OX40免疫检查点与头颈部鳞状细胞癌的免疫治疗

3.1 OX40/OX40配体（OX40 ligand，OX40L）的生物学特征

1987年在大鼠的活化CD4+T细胞表面首次发现OX40 （又称CD134）蛋白。其相对分子量约为48×103～50×103。OX40是拥有249个氨基酸的Ⅰ型跨膜糖蛋白。最初发现它与神经生长因子受体和CD40具有同源性，因其具有3个完整的和1个截短的富含半胱氨酸的结构域，将其归为T细胞表面肿瘤坏死因子受体家族成员之一［19-22］。

OX40L又称CD252，是Ⅱ型糖蛋白，最初于1985年被鉴定出在转化的T细胞表面表达［20］。OX40L通常为三聚体，在结构上与肿瘤坏死因子超家族的其他分子具有序列同源性。OX40L基因位于人或小鼠1号染色体上，主要表达在抗原提呈细胞如树突细胞、活化的B细胞、巨噬细胞、T细胞、内皮细胞、朗格汉斯细胞、肿瘤细胞等细胞膜表面。OX40L在血管内皮细胞和部分组织器官（包括心、骨骼肌、睾丸和肺等）也有分布［23］。

3.2 OX40免疫检查点的功能和抗肿瘤机制

临床前期实验发现，OX40受体激动剂类抗体可增强小鼠模型实体瘤组织内抗原特异性效应CD8+T细胞和CD4+T细胞的免疫反应。在初级抗原特异性反应期间，激活OX40受体有助于维持T细胞的克隆扩增，确保作为记忆性T细胞群体随时间存活的细胞数量。目前的研究表明，OX40受体介导的抗肿瘤作用有以下几种途径：（1）依赖CD8+T细胞的细胞毒作用，产生更多的颗粒酶和穿孔素来杀伤肿瘤细胞；（2）增强CD4+T细胞产生的肿瘤坏死因子介导肿瘤细胞溶解作用；（3）促进CD95/CD95L介导的肿瘤细胞杀伤作用；（4）增进CD4+T细胞和自然杀伤细胞的细胞毒功能，产生更多的γ干扰素，杀伤肿瘤细胞［4，17-21，24-25］。OX40受体还可以间接调节T细胞应答能力，激活该受体后产生的初级效应和记忆性T细胞群将产生更高水平的细胞因子。OX40在T细胞反应启动24～48 h后开始被诱导表达，在体内抗原免疫反应的第2～5天内达到峰值。OX40信号表达缺失，抗原特异性T细胞数量减少，将导致1型初级辅助性T细胞和细胞毒性T细胞应答反应和记忆反应降低。OX40介导效应性T细胞激活过程与OX40L的表达水平相关，OX40L蛋白表达受到严格的调控。如果T细胞激活过程中没有潜在的免疫佐剂存在，OX40L几乎不表达。肿瘤组织内部OX40L蛋白呈低表达。因此，大部分肿瘤浸润性OX40+T细胞无法结合到足够的OX40L，导致他们无法达到最大限度的增殖、存活和产生细胞因子的能力［4，25］。通过给予OX40受体激动剂类抗体补偿OX40L在肿瘤组织内极低的表达水平，充分激活肿瘤浸润性OX40+T细胞，成为OX40受体激动剂类抗体治疗恶性肿瘤的理论基础。

3.3 OX40激活性抗体与头颈部鳞状细胞癌免疫治疗

OX40+T细胞在正常人体中主要表达于感染病灶局部，在外周血中少有表达。在多种实体恶性肿瘤特别是头颈部鳞状细胞癌组织中，可以检测到大量OX40+T细胞［4，18-22，26-27］。BELL等［4］发现，头颈部肿瘤组织中OX40主要表达于调节性T细胞、CD4+和CD8+T细胞，特别是调节性T细胞表面。刚刚激活的CD4+T细胞表面OX40受体与配体结合后，在肿瘤微环境中各类细胞因子的综合影响下，CD4+T细胞进一步分化成为调节性T细胞或效应性T细胞。OX40受体被激活后，能够阻断分化成熟的调节性T细胞的免疫抑制功能。OX40、PD1、CTLA-4常同时表达于头颈部鳞状细胞癌组织内的调节性T细胞。将PD1免疫检查点单克隆抗体用于铂类药物耐药和复发的头颈部鳞状细胞癌患者的临床研究，已经取得令人振奋的结果［24-25］。OX40激活性抗体与其他免疫检查点单克隆抗体联合用药，可能提高头颈部恶性肿瘤PD1/PDL1抗体单药治疗的效果［4］。

OX40激活性抗体用于实体肿瘤治疗的临床Ⅰ期试验（NCT01644968）已经完成，毒理试验结果理想。OX40受体激动剂与多种药物（如PD1单克隆抗体、CTLA-4单克隆抗体和表皮生长因子受体靶向药物西妥昔单抗）联合使用，治疗转移性头颈部鳞状细胞癌，已取得良好效果。最近，CTLA-4和OX40双特异抗体ATOR-1015已经开始实体瘤治疗的临床试验（NCT03782467）［28］。临床前期试验结果显示，缺乏CD8+T细胞的小鼠在切除肿瘤后，肿瘤复发率达100%，如果在切除肿瘤的同时同步注射OX40受体激动剂，可以提高小鼠的无瘤生存时间，降低肿瘤复发率［4］。在进一步的临床试验（NCT02274155）中，HPV相关和非HPV相关口腔和下咽部肿瘤手术前期应用OX40激动性抗体，同样能够有效地预防肿瘤手术切除后复发［29］。人源化OX40受体激动剂单药治疗已获得美国食品药品监督管理局的批准，用于伴有颈部淋巴结转移的头颈部鳞状细胞癌姑息性治疗临床试验。