PD1/PDL1信号通路在结直肠癌肝转移中的研究进展▲

李泽伦 钟晓刚

(广西壮族自治区人民医院胃肠与外周血管外科,南宁市 530021,电子邮箱：396393621@qq.com)

【提要】 PD1/PDL1信号通路是肿瘤免疫治疗的热点,其在肿瘤发展及转移中扮演着十分重要的角色,PD1/PDL1信号通路一旦激活,可向细胞内传递负性调控信号,降低免疫系统对肿瘤细胞的识别能力,提升肿瘤存活率并促进其转移。阻断该通路可以激发人体自身的免疫系统活力来抑制肿瘤细胞的发展与转移。本文就PD1/PDL1信号通路在结直肠癌肝转移患者中的研究进展做一综述。

结直肠癌恶性程度高、预后差,在全球范围内，其发病率位列所有恶性肿瘤的第三位[1]。结直肠癌患者预后差的原因主要在于其肿瘤本身具有较强的侵袭力和极易发生远处转移的生物学特性。肝脏的解剖结构特殊,拥有门静脉系统和肝动脉系统,血供十分丰富,因而成为结直肠癌远处转移最为常见的器官[2]。目前根治性手术切除依然是结直肠癌肝转移最主要的治疗手段,但是由于肿瘤负荷及临床并发症等原因,只有17%～20%的结直肠癌肝转移患者可以进行手术切除[3]。随着治疗手段的发展以及医疗模式的精准化,临床上逐步形成了手术治疗、射频消融治疗结合术后靶向药物及介入治疗等综合性治疗模式,虽然丰富了结直肠癌肝转移的治疗手段,提升了治疗效果,但因多数患者就诊时就已经发生肝内多发转移及伴有严重的并发症,无法进一步手术而丧失治疗机会,导致患者生存时间短、预后差。近年来,肿瘤的免疫治疗获得了前所未有的重视和大量的临床实践应用,其本质是依靠提升患者自身免疫能力,增强机体抗肿瘤能力[4]。近年来对细胞程序性死亡受体1(programmed cell death 1,PD1)/细胞程序性死亡配体1(programmed cell death ligand 1,PDL1)信号通路的不断深入研究,也为结直肠癌肝转移患者带来了新的选择。本文就PD1/PDL1信号通路与结直肠癌肝转移的相关性及研究进展进行综述。

1 PD1/PDL1的分子结构及信号通路

PD1由Ishida等[5]在1992年首次提出,是对凋亡的小鼠T细胞杂交瘤2B4.11进行消减杂交而获得[6]。PD1是免疫球蛋白超家族B7-CD28中的一员,为位于第2号染色体程序性细胞死亡基因编码的相对分子质量为50～55 kD的I型跨膜糖蛋白,其一级结构由286个氨基酸组成,包含疏水跨膜结构域、胞质尾部结构域和胞外IgGⅤ样结构域,并且位于胞质尾部的2个酪氨酸残基,分别参与构成免疫受体酪氨酸抑制基序和免疫受体酪氨酸转换基序,其中免疫受体酪氨酸抑制基序靠近细胞内,而免疫受体酪氨酸转换基序靠近细胞外[7]。PD1的功能性配体有两种,分别是PDL1和PDL2,同为I型跨膜糖蛋白,都属于B7家族的成员。PDL1和PDL2作用类似,其主要功能都是与PD1结合后向细胞内传递抑制性信号,抑制肿瘤浸润T淋巴细胞(tumor-infiltrating lymphocyte,TIL)的活化并抑制细胞因子的生成。PDL1是PD1的主要配体,为位于第9号染色体CD274基因编码的相对分子质量约为40 kD的Ⅰ型跨膜糖蛋白,其一级结构由290个氨基酸组成,含IgⅤ样结构域及IgC样结构域[8]。PDL1常高表达于多种肿瘤细胞,低表达于抗原提呈细胞、非造血细胞以及免疫豁免部位。PDL2与PDL1的氨基酸序列约有40%左右的相似性,两者结构相似,但表达分布却存在差异,PDL2主要在抗原提呈细胞中表达,分布局限于树突状细胞和活化的巨噬细胞等。干扰素、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、肿瘤坏死因子α和粒细胞集落刺激因子等均可上调PDL1和PDL2的表达[9-10]。PD1与PDL1结合后,使位于PD1胞内的免疫受体酪氨酸抑制基序区发生磷酸化,与含Src同源2结构域蛋白酪氨酸磷酸酶(蛋白酪氨酸磷酸酶)结合后去磷酸化磷脂酰基醇3-激酶/蛋白激酶及T细胞(抗原)受体信号通路上的多个关键分子[11-12],使T细胞对葡萄糖的消耗减少,并抑制细胞因子的产生,最后使其活力及增殖能力降低,对机体的免疫起到负性调节作用。

对于正常机体来说,PD1与PDL1的结合可减少过度的免疫反应对机体健康组织的伤害,降低自身免疫的过度反应[9,13],从而达到保护机体正常组织的作用。但是对于肿瘤患者来说,PD1与PDL1结合可以使肿瘤微环境中T细胞的活力及增殖能力降低,丧失正常识别或杀伤肿瘤细胞的能力,这就相对提高了肿瘤细胞的繁殖速度、增殖能力及侵袭性,促进肿瘤细胞发生转移[10]。

2 PD1/PDL1在结直肠癌肝转移中的表达

2.1 PD1/PDL1与结直肠癌的相关性 吴佳茗等[14]研究结果显示,相较于健康人群,结直肠癌患者外周血PD1 含量明显增高,并与结直肠癌患者的肿瘤分期及转移呈正相关。Iwai等[15]将结肠癌细胞注入PD1基因缺失小鼠及野生型小鼠中,模拟结直肠癌血行转移过程,结果显示,相较于野生型小鼠,PD1基因缺失小鼠的肺部转移瘤数目明显减少,提示阻断PD1/PDL1信号通路可能是抑制结直肠癌发生血行转移的关键。Masugi等[16]研究显示,PDL1在结直肠癌组织中表达率为89%,而人体正常组织细胞中的表达率为5%。Shi等[17]通过免疫组化的方法检测了143例结直肠癌患者术后标本,结果显示,PDL1在结肠癌组织中的表达率为44.8%,在癌旁组织中的表达率为11.4%,并且PDL1的表达与肿瘤分期相关。细胞实验证实,下调PDL1的表达,可抑制人结肠癌细胞系HCT116的增殖、迁移和侵袭[17]。上述研究提示,PD1、PDL1在结直肠癌患者中高表达,并且与肿瘤分期呈正相关,PD1及PDL1 可促使结直肠癌发生远处转移,由此推测,PD1/PDL1信号通路可能与结直肠癌远处转移紧密相关。

2.2 PD1/PDL1与结直肠癌肝转移的相关性 冯昌银等[18]采用免疫组化法检测结直肠癌原发灶和肝脏转移灶组织中PDL1的表达,结果显示,PDL1在结直肠癌原发灶肿瘤细胞中的阳性率为9.4%,低于在肝脏转移灶瘤细胞中的阳性率(15.6%)。这说明PDL1阳性率更高的结肠癌转移灶存在更强的免疫抑制，其免疫微环境也更适宜肿瘤细胞的生长与繁殖，从而促进肿瘤细胞的肝转移，且该信号通路或可促进甚至有可能主导结直肠癌肝转移的发生。

以上研究证实PD1/PDL1信号通路与结直肠癌、结直肠癌肝转移具有一定的相关性,针对该通路的肿瘤免疫治疗，尤其是在结直肠癌肝转移方面的免疫治疗有望取得更进一步的发展。

3 PD1/PDL1与结直肠癌肝转移发生的可能机制

3.1 肿瘤微环境 结直肠癌肝转移的发生除与肝脏血供丰富有关外,还与多种因素如细胞外基质、黏附分子、趋化因子受体、血管生成因子及肿瘤的微环境等密切相关[19]。在肿瘤微环境中,结直肠癌转移灶的存在与人体自身的免疫息息相关。肝脏作为人体重要的免疫器官,若其免疫杀伤能力减弱,则可促进结直肠癌转移灶的存活及生长[20]。PDL1与PD1结合后,可向细胞内传递抑制性信号,在抑制肿瘤浸润T淋巴细胞活化的同时还能抑制干扰素γ的产生及白细胞介素(interleukin,IL)-2等炎性细胞因子的释放[21],同时促进IL-10的表达[22]。Kelly等[23]研究发现,在结直肠癌肝转移患者携带肿瘤的肝脏组织中干扰素γ、IL-2的表达降低。干扰素γ在抗肿瘤免疫反应中发挥着重要作用，干扰素γ的表达降低为转移灶在肝脏的存活提供了条件[22]。因此,PD1和PDL1的结合可能是结直肠癌发生肝转移的关键,二者结合后可在降低TIL对肿瘤细胞的杀伤能力的同时促进肝脏本身对转移灶的耐受,提高转移灶的存活率,促进结直肠癌肝转移的发生。

3.2 细胞因子 研究发现，IL-10在肿瘤微环境中的高表达可提升肝脏组织对结直肠癌转移灶的耐受能力,有利于转移灶在肝脏中的生存[24],而PDL1与PD1结合后可促进IL-10的表达上调[22]。由此可以推测,IL-10可能在两者中间起到一个“桥梁”作用,也从另一方面说明PDL1/PD1信号通路与结直肠癌肝转移密切相关。

VEGF是促血管生成因子,可促进内皮细胞有丝分裂,增加新生血管的通透性、加速肿瘤细胞发生远处转移[25]。VEGF的含量与结直肠癌肝转移密切相关,既往实验已经证明,结直肠癌患者血清中的VEGF含量明显高于正常人[26]。相对于未发生转移的结直肠癌患者,伴有肝转移、淋巴结转移等远处转移的结直肠癌患者的血清VEGF含量明显升高[13]。而VEGF同样也是上调PDL1表达的关键因素之一,二者是否存在协同作用,值得进一步研究探讨。

综上所述,PD1/PDL1通路的激活可降低肿瘤患者机体及肝脏的免疫细胞活性、促进肝转移灶的成活,炎性因子IL-10及VEGF等可促进肝转移及PDL1表达上调,推测PD1/PDL1信号通路与结直肠癌肝脏转移密切相关,这为今后对结直肠癌肝转移的研究及治疗提供了新的方向及策略。

4 小 结

结直肠癌肝转移一直是结直肠癌治疗的重点和难点,如何为丧失手术机会的患者提供更好的治疗方案,一直是临床关注的热点。然而结直肠癌肝转移的过程十分复杂,涉及各类基因与不同蛋白的表达。PD1/PDL1是目前免疫治疗的热点,PD1/PDL1信号通路与结直肠癌肝转移密切相关,且有可能是诱发结直肠癌肝转移的关键,这为结直肠癌肝转移提供全新的治疗策略,并且为无法手术的患者提供新的治疗方案及方向。