程序性细胞死亡受体及其配体在肿瘤免疫治疗中的研究进展

杜文君 陈俊杰 白晶 褚丹霞 郭瑞霞

近年来，免疫治疗已成为一种新的癌症治疗方法。目前免疫疗法已为几种常见的实体恶性肿瘤和难治性恶性肿瘤带来了有效且持久的肿瘤治疗效果。尽管如此，免疫疗法在临床上的广泛应用仍然有限，因为一些肿瘤表现出了相对较差的疗效和较低的应答率［1］。免疫检查点阻断治疗是肿瘤免疫治疗中应用最广泛的方法之一。T 细胞免疫通过选择性地识别和消除包括癌细胞在内的异常细胞和病原体，是维持身体稳态的关键。然而，被过度激活而不受控制的T 细胞也可能攻击正常细胞。为了防止这种自身免疫反应，免疫检查点如细胞毒性T 淋巴细胞相关蛋白4 （cytotoxic lymphocyte antigen-4，CTLA-4），PD-1等，在正常生理条件下维持T细胞活动性的稳定［2］。这种免疫的下调将防止自身免疫性疾病和慢性感染，然而许多肿瘤细胞却利用这种负调节机制保护自己免受机体的免疫攻击，从而导致所谓的肿瘤免疫逃避。越来越多的证据表明，肿瘤可利用这些途径来逃避抗肿瘤免疫反应，最终发展、扩散和转移。在这些途径中，PD-1/PD-L1 轴在生理免疫稳态中起着关键作用，被认为是癌细胞逃避免疫系统监视清除的重要途径之一［3］。针对PD-1/PD-L1 途径的抗体已被批准用于多种肿瘤的治疗，包括黑色素瘤、非小细胞肺癌、霍奇金淋巴瘤、膀胱癌、肾癌、头颈部鳞状细胞癌、乳腺癌、肝细胞癌和胃癌等［4］。目前关于免疫检查点阻断治疗在妇科肿瘤中的研究非常有限，但免疫检查点抑制剂，尤其是抗PD-1 和抗PD-L1 单克隆抗体，为治疗妇科恶性肿瘤带来了新的希望。目前还没有明确哪些患者可以从这些药物中获得更大的临床收益，以及何时将免疫检查点抑制剂纳入治疗策略。几项正在进行的临床试验正将免疫检查点抑制剂单独或联合化疗用于治疗复发的卵巢癌、晚期和复发的子宫内膜癌以及晚期和复发的宫颈癌。本文就PD-1/PD-L1 在肿瘤中的研究和临床应用进展进行综述。

一、 PD-1/PD-L1 在肿瘤组织中的表达及临床意义

1.PD-1/PD-L1在肿瘤组织中的表达分布情况

PD-1 是CD28 家族的一种细胞表面蛋白，由位于染色体2q37 的PDCD1基因编码。PD-1 在活化的T 细胞上表达，尤其是在肿瘤浸润的T 淋巴细胞中表达量特别高，PD-1 也在活化其它免疫相关淋巴细胞上表达，包括B 细胞、自然杀伤细胞和单核细胞。PD-1 有2 个主要配体：PD-L1/CD274（9 号染色体PDCD1L G1编码）和PD-L2/CD273（9 号染色体PDCD1L G2编码）［5］。PD-L1 编码基因位于9p24染色体，又称CD274 和B7-H1 ，是一种33k Da 糖蛋白，从1 型膜传递，含有290 个氨基酸，在抗原提呈细胞和肿瘤细胞中均有表达。正常情况下，组织细胞表面的PD-L1 与淋巴细胞表面的PD-1 结合，活化T 细胞的抑制信号，进而抑制T 细胞的增殖，在调节适度免疫应答、维持机体免疫耐受和机体免疫稳态等方面起到重要作用。

免疫组织化学研究表明PD-L1阳性免疫反应可出现在肿瘤细胞膜（membrane bound PD-L1，mPDL1）和细胞质（circulating PD-L1，cPD-L1）中。在血清、上清液中经常检测到PD-L1 的可溶性形式（soluble PD-L1，sPD-L1），浓度与PD-L1的表达水平密切相关。尽管有证据表明其浓度仅可在mPDL1 细胞系上清液中检出，且与mPD-L1 表达有一定程度的相关性。sPD-L1并非总是能在mPD-L1阳性细胞上清液中检测到，此外，sPD-L1 的浓度在老年健康捐献者血清中显著增加，考虑到免疫效力随着年龄的增长而降低，有理由假设sPD-L1 浓度与人体免疫状态有关［6］。

2.PD-1/PD-L1在肿瘤组织中的临床意义

不同肿瘤中癌细胞PD-L1的表达与预后的相关性仍有所争议。大多数研究表明，PD-L1 在肿瘤细胞中的表达是一种不良的预后提示。Wang A 等对1 157 例非小细胞肺癌患者进行的Meta 分析表明，PD-L1 表达与肿瘤分化不良和总体生存状况较差显著相关［7］。在另一项关于肾细胞癌的Meta 分析中，高水平的PD-L1表达是一个负性的预后因素，增加了81%的死亡风险［8］。在胃癌中，免疫组化检测的PD-L1 表达与肿瘤大小、深肌层浸润、淋巴结转移和患者生存时间缩短有关。此外，多因素分析表明免疫检测PD-L1 可作为评价胃癌预后的独立因素［9］。同时，在对乳腺癌患者的荟萃分析中，PDL1表达与淋巴结转移、核分级差、雌激素受体阴性等侵袭性特征有关，而且与较高的总死亡率风险比率和较高的术后10 年死亡率风险比率相关［10］。然而，一些研究表明PD-L1在肿瘤细胞中的表达可能意味着更好的预后［5］。

PD-1 在肿瘤浸润淋巴细胞（tumor infittrating lymphocytes，TILs）上的表达可导致恶性肿瘤的免疫反应受损和不良预后。Waki K等研究发现，PD-1在大多数非小细胞肺癌患者的淋巴细胞上均有表达，PD-1+CD4+T 细胞的相对含量与患者总生存期相关［11］。在经典霍奇金淋巴瘤中，TILs 表达PD-1的增加是总生存期的一个不良预后因素，与健康志愿者相比，3例霍奇金淋巴瘤患者的TILs中PD-1水平升高，阻断PD-1 信号通路可恢复TILs 体外产生干扰素γ 的功能［12］。不同的是，许多研究发现PD-1+TILs 是弥漫性大B 细胞淋巴瘤的有利预后因素。在一项对76 例弥漫性大B 细胞淋巴瘤患者的研究中，PD-1在39.5%的患者的TILs中表达，且男性患者中表达明显更高，其结果表明PD-1+TILs 与弥漫性大B 细胞淋巴瘤患者总生存期的延长有关［13］。一项关于滤泡性淋巴瘤的研究发现，患者诊断时PD-1阳性细胞的中位百分比为14%，当PD-1细胞百分比分别为≤5%、6%～33%，＞33%时，患者5 年总生存期（overall survival，OS） 分别为20%、46%和48%，提示PD-1 阳性细胞的高浸润能预测良好的OS［14］。

3.PD-1/PD-L1信号通路的分子机制

PD-1/PD-L1 的相互作用在靶器官中具有重要作用，包块局部控制自反应T 细胞，维持组织耐受性，保护其免受自身免疫介导的损伤。例如，在实验性自身免疫性脑脊髓炎和糖尿病模型中，PD-1在靶器官中自反应T 细胞上高表达，且炎症可刺激靶器官中PD-L1 的表达，因此PD-1/PD-L1 相互作用有可能抵消靶组织中的刺激信号。PD-L1 在肺、肝、胰腺等器官上皮细胞上的表达，在丧失耐受时可能成为免疫破坏的最终屏障。因此，PD-1/PDL1 通路可以在以下几个层面上调节T 细胞的功能：胸腺细胞的发育、次级淋巴器官的激活和分化以及靶器官的效应反应。

4.PD-L1的表达调控机制

异常信号通路和基因组突变导致肿瘤的形成。在细胞转化和肿瘤发生过程中，这些致癌途径或基因突变上调PD-L1 的表达从而减弱免疫细胞的活性，导致癌细胞逃避免疫监视，增强其生存和转移潜力。肿瘤微环境（tumor microenvironment，TME）通过增强促炎细胞因子诱导的PD-L1表达，为肿瘤免疫逃逸提供了进一步增强的环境， 如干扰素-g（IFN-g）、肿瘤坏死因-α（TNF-α）和白细胞介素-6（IL-6）［15］。

（1）PD-L1（CD274）基因突变及表观遗传调控

基因组突变在不同癌症类型中PD-L1水平的增加中起着关键作用，这种突变可作为改善抗PD-1/PD-L1 治疗的潜在生物标志物。据报道，JAK 家族的扩增和突变通过增加PD-L1 RNA 的表达而促进PD-L1 的上调，JAK2 信号转导和转录激活因子STAT 信号通路的活性增强同时也促进了PD-L1 的表达［16］。表观遗传调控，如组蛋白乙酰化和甲基化，也参与PD-L1 的表达。通过抑制剂阻断CD274位点上胞外蛋白的结合，可以降低PD-L1 的表达，增加TME的免疫监视。

（2）致癌因子和炎症信号通路对PD-L1的转录上调

免疫检查点分子的表达也受到内在致癌和适应性信号通路的影响，以促进TME中的癌症免疫监视逃逸。MYC是一种致癌的转录因子，在70%以上肿瘤中被检测到［17］。最近的研究发现MYC可与PD-L1启动子结合，并增强其在不同癌症类型中的表达。癌细胞还影响炎症通路，通过抑制抗肿瘤免疫，增强PD-L1的表达，为肿瘤的发生创造有利条件。例如，为了避免T 细胞的攻击，癌细胞通过IFN-g/JAK/STAT1通路增加PD-L1 mRNA的表达［18］。

（3）PD-L1转录后和蛋白翻译调控

某些miRNA 的缺失引起的肿瘤细胞PD-L1 表达减少是肿瘤免疫逃逸的主要机制之一。例如，上皮间充质转换和肿瘤转移的抑制因子miR-200，直接靶向CD274 的3’UTR，下调其表达。除了miR-200 之外，同样靶向CD274 3’UTR 的miR-34a 在非小细胞肺癌中被下调，与PD-L1 的表达呈负相关［19］。

（4）PD-L1的翻译后修饰

翻译后修饰（PTMS），例如糖基化、磷酸化和泛素化，在调节PD-L1的蛋白质结构、易位和蛋白质间相互作用方面起着重要作用。最近的一项研究表明，PD-L1 是明显的N 连接糖基化，并通过2-DG 抑制PD-L1 糖聚糖的合成，从而激活T 细胞对抗三阴性乳腺癌［20］。PD-L1 蛋白的表达受到泛素介导的蛋白酶体降解途径的广泛调控。

二、PD-1/PD-L1抑制剂的应用现状

免疫检查点抑制剂，特别是PD-1 和PD-L1 抑制剂，已显示出对许多不同的实体和血液恶性肿瘤的临床疗效。抑制剂破坏PD-L1/PD-1 轴，从而逆转T 细胞抑制，增强内源性抗肿瘤免疫，为许多的患者带来长期的抗肿瘤疗效。近些年，PD-1 和PD-L1 在抗癌药物中的应用范围逐渐扩大。目前，美国FDA批准了三种PD-L1抑制剂，用于非小细胞肺癌和Merkel 细胞癌等癌症的治疗，分别是atezolizumab、durvalumab、avelumab。除此之外，尚有几种其他PD-L1抑制剂正在进行各阶段临床试验，如envafolimab、BMS-936559、CK-301、CS-1001、SHR-1316、CBT-502、BGB-A333［21］。本综述另外介绍了两种经FDA 批准的PD-1 抑制剂：Nivolumab和Pembrolizumab。

1.阿替唑单抗

阿替唑单抗（atezolizumab）前身为MPDL3280，人源化的IgG1单克隆抗体，能够消除抗体依赖性的细胞毒性，进而防止表达PD-L1 的T 细胞的耗竭。通过抑制PD-L1，atezolizumab 减少了肿瘤微环境中的免疫抑制信号，增强了T 细胞介导的肿瘤免疫。临床数据表明，atezolizumab在广泛的实体肿瘤和血液恶性肿瘤的治疗中是安全有效的。Atezolizumab也在2016 年10 月被FDA 批准用于其疾病在含铂化疗期间或之后发生进展的转移性非小细胞肺癌，在该项试验中，atezoluzimab 组的OS 显著增长，而且PD-L1 表达量更高的患者具有更长的OS。同样在2016 年，atezolizumab 被批准适用于二线化疗方案失败或一线化疗铂类耐药的局部晚期或转移性尿路上皮癌患者，一项多中心Ⅱ期研究结果显示其总体反应率与对照相比提高了15%，且反应率与PD-L1表达相关（PD-L1 ≥5%的反应率为27%，PDL1 ≥1%的反应率为18%）。与PD-L1＜5%、OS 为19.1 个月的患者相比，PD-L1≥5%的患者OS 为12.3个月［22］。在晚期或转移性实体肿瘤和血液系统恶性肿瘤的环境中，正在进行更多的Ⅰ～Ⅲ阶段临床试验，包括黑色素瘤、前列腺癌、胰腺癌、肾细胞癌、结直肠癌、胃癌、卵巢癌和多发性骨髓瘤。

2.德瓦鲁单抗

德瓦鲁单抗（durvalumab）又称MEDI4736，是一种完全人IgG1单克隆抗体，与PD-L1具有较高的亲和力和特异性，可阻断PD-L1与PD-1或CD80分子的相互作用。最新的开放标记、剂量扩大试验（研究1108）显示，durvalumab 对晚期尿路上皮癌具有良好的临床活性，该药物的反应早期、持久，并观察到PD-L1 高、低表达患者客观缓解率（objective response rate，ORR）（27.6%，95%CI：

19.0～37.5）均高于PD-L1 阴性患者（5.1%，95%CI：1.4～12.5）。Durvalumab 也于2018 年2 月16 日被FDA 批准用于其疾病在同时进行铂类化疗和放射治疗后没有进展，且无法切除的Ⅲ期非小细胞肺癌患者。研究表明，Durvalumab 较安慰剂组提高中位数无进展生存期（progress free survival，PFS）11.2个月（16.8 个 月vs5.6 个 月，HR= 0.52，95%CI：0.42～0.65，P＜0.001）。Durvalumab 组12 个月PFS率为55.9%（安慰剂组为35.3%），18个月PFS 率为44.2%（安慰剂组为27.0%）［23］。目前，有许多不同阶段的关于durvalumab单独应用或结合化疗或免疫治疗联合应用的研究正在进行中，包括非小细胞肺癌、卵巢癌、食管癌、肾细胞癌、弥漫性大B 细胞淋巴瘤和滤泡淋巴瘤。

3.阿维鲁单抗

阿维鲁单抗（avelumab）能与PD-L1 特异性结合，防止PD-L1 与其受体PD-1 的相互作用，从而引起T 细胞介导的适应性抗肿瘤免疫反应及T 细胞再激活和细胞因子的产生。FDA 于2019 年5 月批准了avelumab 和axitinib 联合用于晚期肾细胞癌患者的一线治疗，avelumab 联合axitinib 患者的中位PFS（13.8 个月）显著长于单用舒尼替尼的患者（8.4 个月）。来自两个扩展队列I 期临床试验的综合分析，加速FDA 批准了avelumab治疗铂难治性转移性尿路上皮癌患者，结果显示，随访至少6 个月后，记录到27例患者完全缓解或部分缓解的总有效率，其中完全缓解9 例，部分缓解18 例。Avelumab 对124 例复发或难治性上皮性卵巢癌患者的总缓解率（overall response rate，OR）值分别为9.7%和54.0%，其中PD-L1阳性患者OR值为12.3%，PD-L1阴性患者OR值为5.9%。

4.纳武单抗

纳武单抗（nivolumab）是一种人源化的单克隆IgG4 抗PD-1 抗体，可用于治疗不可切除、转移或完全切除的黑色素瘤、转移非小细胞肺癌、尿路上皮癌、晚期肾细胞癌、头颈部癌、霍奇金淋巴瘤、结直肠癌和肝细胞癌。在2017 年12 月，nivolumab被FDA 批准作为辅助治疗淋巴结受累或转移的完全切除的黑色素瘤患者，研究表明，在手术切除的ⅢB、ⅢC、Ⅳ期黑色素瘤患者（被认为5 年内复发的风险为50%或更大）中，nivolumab组的无复发生存期相对于对照组绝对增加13%。一项Ⅱ期临床试验结果使得nivolumab 于2017 年2 月被FDA 批准在晚期或转移性尿路上皮癌患者纳入铂基一线化疗失败后使用，PD-L1 表达高的患者的总应答率较高（PD-L1 ≥5%为28.4%，PD-L1 ≥1%为23.8%，PD-L1＜1%为16.1%），而PD-L1 表达的肿瘤的OS率也较高［24］。研究表明，nivolumab用于治疗铂类耐药的卵巢癌患者，安全且有效。Nivolumab 在20 例至少接受过2 次化疗的患者中，分别获得了15%的OR和45%的疾病控制率，其中PD-L1 表达的高低与OR无关。

5.派姆单抗

派姆单抗（pembrolizumab）是另一种靶向PD-1的抑制剂，被批准用于不可切除或转移性黑色素瘤、转移性非小细胞肺癌、晚期尿路上皮癌、复发性或转移性头颈部鳞状细胞癌、晚期胃癌，经典霍奇金淋巴瘤、在治疗下仍进展的结肠癌、任何不可切除或转移性DMMR/MSI-H 状态实体肿瘤，其作用机制与nivolumab 相似，它破坏了PD-1 与其免疫抑制配体（PD-L1 和PD-L2）的结合。Pembrolizumab 在尿路上皮癌二线治疗中的应用是基于一项随机Ⅲ期开放标签临床试验的结果，与化疗组比较，pembrolizumab 组的总有效率（21.1%vs11.4%，P= 0.001）和中位OS 均显著升高（10.3 个月95%CI：8.0～11.8vs7.4 个 月95%CI：6.1～8.3，P=0.002）［25］。在2017 年9 月，pembrolizumab 被批转用于肿瘤表达PD-L1的复发性局部晚期或转移性胃或胃食管交界癌患者，客观反应率为13.3%（95%CI：8.2～20.0），反应持续时间为（2.8～19.4）个月，中位PFS 为2 个月，中位OS为5.6个月（12个月OS率为23.4%）［26］。2018 年，FDA 批准了pembrolizumab用于化疗前后病情进展的复发或转移性宫颈癌患者。研究表明，PD-1 抑制剂如pembrolizumab 和nivolumab在治疗宫颈癌患者过程中显示出了很好的抗肿瘤活性。一项旨在评价pembrolizumab在PD-L1阳性晚期实体瘤患者中安全性和有效性的开放标记试验纳入了标准治疗后有疾病进展的PD-L1阳性子宫内膜癌患者的子集，患者每两周接受pembrolizumab 10 mg/kg，最长达24 个月。23 例患者纳入疗效分析，ORR 为13.0%（95%CI：2.8～33.6），其中3 例（13.0%）患者病情稳定，13 例（56.5%）患者病情进展，疾病稳定时间中位数为24.6 周，中位PFS 为1.8 个月（95%CI：1.6～2.7），6 个月和12 个月PFS率分别为19.0%和14.3%［27］。

6.PD-1/PD-L1抑制剂的联合治疗

在癌症治疗中，任何组合策略的目的都是通过克服反应的多样性和耐药性来提高疗效，同时保持可接受的毒性反应。在免疫治疗领域，随着过去几年中临床试验数量的急剧增加，研究重点逐渐偏向免疫治疗与其它疗法的联合治疗。

（1）PD-1/PD-L1抗体与化疗的联合应用

为了提高癌症免疫治疗的临床效益，PD-1/PD-L1 抗体正在与化疗药物联合应用并进行临床试验评估。Nivolumab联合ipilimumab已被证明可以改善不可切除或转移的黑色素瘤的无进展生存期［28］。一项研究对56 例晚期非小细胞肺癌患者的nivolumab加铂双倍化疗（PT-DC）方案的安全性和耐受性进行了评价，结果显示nivolumab 5 mg/kg 加PT-DC 组2 年总生存率达62%。根据一项第二阶段随机临床试验的结果，FDA 批准了pembrolizumab+培美曲塞+卡铂的组合方案作为非小细胞肺癌的一线治疗，无论PD-L1的表达是否阳性。该研究显示，与单独化疗方案相比，pembrolizumab 与化疗联合方案产生了更高的总体应答率，其PFS也显著提高［29］。

（2）PD-1/PD-L1 抑制剂与其他免疫检查点抑制剂的联合应用

目前，将PD-1/PD-L1 抑制剂与其他检查点抑制剂，即CTLA-4 抑制剂结合的治疗方案也是研究热点，这种组合的原理在于CTLA-4和PD-1检查点调节不同的信号通路：CTLA-4 检查点对T 细胞的启动和激活至关重要；而PD-1 则阻断效应T 细胞在组织中的反应信号通路。Wolchok 等于2013 年报道了ipilimumab 和nivolumab 联合治疗晚期黑色素瘤的第一阶段试验结果，其中53%的患者有客观反应，80%患者的肿瘤减小。相比之下，该项研究中先前使用ipilimumab 治疗的患者接受nivolumab 治疗后，显示出了20%的客观反应率。此外，3 级或4 级不良事件在联合方案中发生率为53%，副作用与单药治疗相似，而且一般是可逆的［30］。根据一项随机第三阶段临床试验的结果，FDA于2015年批准了nivolumab 与ipilimumab 联合治疗作为一线治疗方案用于不可切除或转移性黑色素瘤患者［28］。

（3）PD-1/PD-L1 检查点抑制剂与靶向治疗的联合应用

联合PD-1/PD-L1 检查点抑制剂与靶向治疗也是一个有意义的研究方向，目前国内外的研究热点集中在BRAF 和MEK 抑制剂在黑色素瘤治疗中的应用。BRAF 抑制剂vemurafenib 由于激活替代信号通路而产生耐药性并伴随着PD-L1表达的诱导。包括BRAF、MEK 抑制剂和PD-1/PDL-1 阻断剂在内的靶向治疗和检查点抑制剂的各种组合，正在临床试验阶段。血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）抑制剂是与PD-1/PD-L1阻断剂联合使用的另一组药物，其基本原理是VEGF 能增强免疫抑制细胞，降低淋巴细胞的肿瘤浓度，抑制树突状细胞的成熟，而其抑制剂则可抑制上述作用。

免疫治疗的成功，特别是针对PD-1/PD-L1 途径的疗法，为更好地治疗和治愈癌症带来了希望。目前还需要对预测生物标志物、耐药机制、PD-L1表达阈值、更敏感的生物标志物检测、免疫相关毒性和治疗时间等方面进行深入研究。尽管部分癌症患者可以抵抗免疫检查点抑制剂，其他免疫疗法如靶向细胞因子、肿瘤导向抗体、抗体药物结合物、嵌合抗原受体T 细胞治疗、疫苗甚至基因治疗正在迅速发展深入。目前，尚有许多PD-L1抑制剂正在进行各阶段临床试验，三个抑制剂已获得FDA 批准。阻断或下调PD-L1在免疫细胞和肿瘤细胞中的作用有利于降低负性免疫调节，促进增强机体对肿瘤的免疫。预期未来的联合治疗方法将基于患者PD-L1 的表达分布情况，战略性地联合利用抗体阻断、基因敲除和/或调节途径抑制方法，这将导致更多更有效的癌症免疫治疗。接下来，学者应该继续深入探讨如何提高PD-1/PD-L1 阻断的有效率和应答率，以让更大范围的癌症患者受益。