以PD-1和PD-L1为靶点的肿瘤免疫治疗研究进展

杨占菊，黄长江，王名雪

烟台迈百瑞国际生物医药有限公司，山东 烟台264006

目前，肿瘤的发病率呈持续增长趋势，现已成为严峻的社会负担[1]。随着对肿瘤治疗的不断摸索，人们越来越意识到肿瘤免疫治疗的有效性，目前其已成为肿瘤治疗研究的热点，在实体瘤和血液肿瘤的治疗中都显示出了极其突出的效果，特别是程序性死亡受体1（programmed cell death1，PDCD1，也称 PD-1）/程序性死亡受体配体 1（programmed cell death 1 ligand 1，PDCD1LG1，也称PD-L1）免疫检查点抑制剂的应用取得了喜人的成绩[2]。PD-1也称CD279，是由288个氨基酸组成的一个55 kD的I型跨膜糖蛋白，属于B7-CD28受体家族成员[3-4]。PD-1由胞外结构域、跨膜结构域和胞质结构域组成。胞质结构域具有两种酪氨酸，一种存在于免疫受体酪氨酸抑制基序（immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif，ITIM）中，另一种存在于免疫受体酪氨酸开关基序（immunoreceptor tyrosine-based switch motif，ITSM）中，在PD-1发挥作用的过程中有重要地位。作为一种重要的免疫检查点，PD-1是一种抑制T细胞炎症活动的细胞表面受体，常在患者的T细胞中表达。PD-1有两种配体：PD-L1和PD-L2，在抗原呈递细胞及肿瘤细胞表面表达。正常情况下，T细胞激活时诱导PD-1表达，与配体PD-L1或PD-L2结合后，主要通过磷酸化Src同源-2区域包含酪氨酸蛋白磷酸酶（Src homologous 2 domain region-containing protein tyrosine phosphatases，SHP2）抑制 T细胞的活化，调节T细胞和抗原呈递细胞或效应细胞的接触，促进免疫抑制细胞——调节性T细胞（regulatory T cell，Treg）的增殖，从而抑制机体的免疫效应。肿瘤细胞通过上调PD-L1，形成PD-1/PD-L1通路，从而抑制抗肿瘤免疫反应。因此，以PD-1/PD-L1为靶点的肿瘤免疫治疗是通过抑制PD-1/PD-L1通路恢复机体免疫功能，从而产生抗肿瘤作用[5]。本文针对以PD-1和PD-L1为靶点的肿瘤免疫治疗研究进展进行综述。

1 小分子抑制剂

对于以PD-1和PD-L1为靶点的免疫治疗，小分子抑制剂有其自身的优点：缺乏免疫原性，有很高的口服生物利用度等。PD-1是表达于抗原刺激T细胞的表面共抑制受体之一，小分子抑制剂破坏PD-1/PD-L1相互作用是增强抗肿瘤免疫反应的重要途径[6-8]。非抗体小分子PD-1/PD-L1抑制剂主要包括非肽类和肽类，肽类又包括模拟肽、大环肽及环寡肽等[9]。寻找小分子免疫检查点抑制剂一直是人们关注的热点。

1.1 非肽类小分子抑制剂

非肽类小分子抑制剂容易被吸收，有很高的生物利用度，可以在肿瘤微环境中积累很高的浓度，因此也更容易控制病情。联芳基衍生物PD-1/PD-L1相互作用小分子抑制剂BMS-1001和BMS-1166能够与人PD-L1结合并阻断其与PD-1的相互作用，具有很好的有效性和高效性[10]。最新研究还报道了两类联苯结构的PD-1/PD-L1非肽类小分子抑制剂，一类含有2-甲基3-联苯基甲醇结构，例如BMS-202[11]；另一类含3-2-甲苯基甲醇结构，例如BMS-200，这些小分子的半抑制浓度为（9.2×10-4）～14.25 μmol/L[12]。

CA-170是一种可抑制PD-L1/PD-L2活性的小分子抑制剂[13]，是第一个I期临床试验治疗晚期实体瘤和淋巴瘤的小分子抑制剂[14-15]。日服1次CA-170可显著减少B16/F10黑色素瘤和肺转移瘤的数量，与环磷酰胺联用可明显抑制CT26结肠肿瘤的生长。此外，小分子抑制剂CA-327也能够干扰PD-1/PD-L1相互作用，干扰形成PD-1/PD-L1复合物，现已进入新药研究申请（investigational new drug，IND）阶段。

1.2 肽类小分子抑制剂

2015年Chang等[16]报道了针对PD-1/PD-L1靶点的D-肽拮抗剂（DPPA-1），这种肽基抑制剂能够在肿瘤细胞中积累并抑制肿瘤生长，延长动物寿命。2016年最先进的肽基化合物BMS-986189已进入I期临床试验。此外，有研究报道Ar5Y-4多肽抑制剂靶向于PD-1和PD-L1的结合亲和力大约为1.38mmol/L[17]。AUNP-12多肽抑制剂结合PD-L1/L2，抑制原发肿瘤的生长和转移，并维持至少24 h的抗肿瘤免疫活性。另一种靶向PD-L1的多肽抑制剂TPP-1，能够干扰PD-1/PD-L1的相互作用，抑制肿瘤的生长，可以作为肿瘤免疫治疗抗体的替代品[18]。

2 单抗

目前，已有9种基于抗体的PD-1/PD-L1免疫检查点抑制剂获批上市用于肿瘤的治疗。第一类为靶向PD-1的单抗：纳武利尤单抗（Nivolumab）、帕博利珠单抗（Pembrolizumab）、塞普利单抗（Cemiplimab）、特瑞普利单抗（Toripalimab）、信迪利单抗（Sintilimab）和卡瑞利珠单抗（Camrelizumab）；第二类为靶向PD-L1的单抗：阿特朱单抗（Atezolizumab）、德鲁单抗（Durvalumab）和阿维单抗（Avelumab）。

2.1 纳武利尤单抗

纳武利尤单抗于2014年12月获美国食品药品管理局（Food and Drug Administration，FDA）批准用于晚期黑色素瘤的治疗，同时也是中国首个获批上市的肿瘤免疫治疗药物。纳武利尤单抗是一种靶向PD-1的全人源免疫球蛋白G4（immunoglobulin G4，IgG4）kappa单克隆抗体，能够阻断PD-1与其配体PD-L1和PD-L2的相互作用。针对晚期实体瘤，包括黑色素瘤的临床研究显示，纳武利尤单抗具有良好的安全性以及持久的肿瘤缓解效果。2015年纳武利尤单抗相继被美国FDA批准用于难治或复发的晚期鳞状和非鳞状非小细胞肺癌的二线治疗[19-20]。目前，纳武利尤单抗已经被批准用于多种肿瘤治疗，如肾细胞癌[21]、转移性头颈部鳞状细胞癌[22]、经典霍奇金淋巴瘤[23]、结直肠癌[24]和移行细胞癌[25]。

2.2 帕博利珠单抗

帕博利珠单抗于2014年9月获FDA批准用于治疗对其他药物无反应的晚期或不能进行手术切除的黑色素瘤（Ⅳ期黑色素瘤），2018年7月在中国获批上市，成为继纳武利尤单抗之后第2个在中国获批上市的PD-1/PD-L1单克隆抗体类药物。帕博利珠单抗是一种靶向PD-1的人源化IgG4 kappa单克隆抗体，是FDA批准的首个PD-1阻断剂，并授予其突破性疗法认证和罕用药资格。帕博利珠单抗能激活肿瘤浸润淋巴细胞（tumor infiltrating lymphocyte，TIL）[26]，通过与TIL表面的PD-1结合抑制其与PD-L1/L2的相互作用，以达到激活TIL解除经PD-1通路介导的免疫反应（包括抗肿瘤免疫反应）抑制的效果[26]。此外，帕博利珠单抗的研究还涉及非小细胞肺癌、血液肿瘤、肺癌、乳腺癌、膀胱癌和头颈癌[26-27]等30多种肿瘤类型且初步临床研究均获得良好疗效。

KEYNOTE-010的研究首次前瞻性证实了帕博利珠单抗在二线治疗中的有效性，在PD-L1高表达患者中有效率高[28]。2018年10月31日，美国FDA批准帕博利珠单抗联合紫杉醇+卡铂一线治疗晚期肺鳞状细胞癌，不需要考虑肿瘤的PD-L1表达水平。2019年4月11日，其被FDA批准用于肿瘤无表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）或间变性淋巴瘤激酶（anaplastic lymphoma kinase，ALK）基因突变且表达PD-L1，不能手术切除或不能放化疗的Ⅲ期非小细胞肺癌或转移性非小细胞肺癌患者的一线治疗。

2.3 塞普利单抗

塞普利单抗于2018年9月28日获FDA批准上市，后于2019年6月28日获欧洲药物管理局（European Medicines Agency，EMA）批准上市，用于治疗转移性皮肤鳞状细胞癌（cutaneous squamous cell carcinoma，CSCC）或不能接受治愈性手术或放疗的局部晚期CSCC患者。塞普利单抗是一种靶向PD-1的全人源单克隆抗体，通过阻断PD-1与PD-L1的结合阻断T细胞失活[29]，增强免疫系统的抗肿瘤反应，是FDA批准的第一个针对晚期CSCC的药物，同时也是第三个获得FDA批准的抗PD-1抗体。

2.4 特瑞普利单抗

特瑞普利单抗于2018年12月17日获得国家药品监督管理局（National Medical Products Administration，NMPA）批准上市，用于治疗既往接受全身系统治疗失败后的不可切除或转移性黑色素瘤患者。特瑞普利单抗是一种靶向PD-1的人源化IgG4 kappa单克隆抗体，是首个在中国上市的中国自主研发的PD-1单抗[30]。

2.5 信迪利单抗

信迪利单抗于2018年12月24日获NMPA批准上市，用于至少经过二线系统化疗的复发或难治性经典型霍奇金淋巴瘤的治疗。信迪利单抗是一种靶向PD-1的全人源单克隆抗体，通过阻断体内PD-1与配体PD-L1的结合，使T细胞发挥正常作用，进而利用自身免疫清除肿瘤细胞[31]。信迪利单抗比纳武利尤单抗和帕博利珠单抗对PD-1具有更大的结合亲和力[32]，此外，治疗晚期或转移性鳞状非小细胞肺癌、胃及胃食管交界处腺癌的研究，现处于临床Ⅲ期试验阶段。

2.6 卡瑞利珠单抗

卡瑞利珠单抗于2019年5月获NMPA批准上市，用于治疗既往接受过至少二线系统性治疗的复发/难治性经典型霍奇金淋巴瘤患者。卡瑞利珠单抗是一种靶向PD-1的人源化IgG4 kappa单克隆抗体[33]。此外用于复发或转移性鼻咽癌、晚期食管癌、晚期肝癌、复发或难治性结外自然杀伤（nature killer，NK）细胞/T细胞淋巴瘤（鼻型）、非小细胞肺癌、晚期泌尿系统肿瘤、妇科肿瘤、软组织肉瘤、胃食管交界癌、转移性结直肠癌、小细胞肺癌等实体瘤的研究也在进行中。

2.7 阿特朱单抗

阿特朱单抗于2016年5月获FDA批准上市，用于局部晚期或转移性尿路上皮癌的治疗。阿特朱单抗是首个靶向PD-L1的人源化IgG1单克隆抗体，阻断PD-L1与PD-1和B7-1受体的相互作用，解除PD-L1/PD-1介导的免疫反应抑制。目前，FDA相继批准阿特朱单抗用于治疗铂类化疗后疾病进展的转移性非小细胞肺癌和无法化疗的局部晚期或转移性尿路上皮癌，与贝伐珠单抗、卡铂和紫杉醇联合使用，作为转移性非鳞状非小细胞肺癌患者的一线治疗药物。2019年3月8日FDA加速批准阿特朱单抗联合白蛋白-紫杉醇用于PD-L1阳性、转移性三阴性乳腺癌的一线治疗[34]。2019年3月18日，FDA批准阿特朱单抗联合卡铂和依托泊苷用于成人广泛期小细胞肺癌的一线治疗。

2.8 阿维单抗

阿维单抗于2017年3月23日获得美国FDA批准上市，用于治疗转移性Merkel细胞癌[35]。阿维单抗是以PD-L1为靶点的人源化IgG1单克隆抗体，通过阻断PD-1和PD-L1的相互作用，避免肿瘤细胞逃脱免疫系统的攻击。2017年5月，FDA批准阿维单抗用于治疗局部晚期或转移性尿路上皮癌[36]。目前针对阿维单抗有9个Ⅲ期临床研究，涵盖超过15种肿瘤类型，包括乳腺癌、胃癌/胃食管交界腺癌、头颈部癌、Merkel细胞癌、间皮瘤、黑色素瘤、非小细胞肺癌、卵巢癌、肾癌及膀胱癌等。

2.9 德鲁单抗

德鲁单抗于2017年5月1日成为FDA批准的第3个PD-L1抑制剂，用于局部晚期或转移性尿路上皮癌的治疗[37]。德鲁单抗是一种靶向PD-L1的IgG1 kappa单克隆抗体，阻断PD-L1/PD-1和PD-L1/CD80相互作用，解除免疫应答的抑制，而不诱导抗体依赖性细胞介导的细胞毒性（antibody-dependent cell mediated cytotoxic action，ADCC）[36]。2018年2月16日德鲁单抗获FDA批准用于患有不可切除的Ⅲ期非小细胞肺癌患者。2018年12月26日，德鲁单抗成为首个在中国申请上市的PD-L1单克隆抗体药物。

以PD-1/PD-L1为靶点的单抗药物是目前的研究热点，随着国内新药研发环境的不断改善，国内多家公司PD-1单抗药物的上市审批竞争也非常激烈。一种靶向于PD-1的人源化IgG4单克隆抗体替雷利珠单抗（Tislelizumab）正处于生物制品许可申请（biologic license application，BLA）阶段。

3 双特异性抗体（bispecificantibody，BsAb）

BsAb是同时特异性结合两个不同抗原的人工抗体，由于其特异性和双功能性，现已成为抗体工程领域的研究热点。目前处于临床研究阶段的靶向PD-1/PD-L1的BsAb有如下几类。

3.1 靶向PD-L 1和转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）的BsAb

M7824能够同时结合PD-L1和TGF-β两个靶点，这是第一个进入临床研究的靶向PD-L1和TGF-β的BsAb[38]。TGF-β是属于调节细胞生长和分化的TGF超家族成员，通常存在于人乳头瘤病毒（human papillomavirus，HPV）相关肿瘤的肿瘤微环境中，可能在肿瘤生长、进展和转移中发挥作用，还可能阻碍免疫细胞浸润肿瘤。在HPV相关肿瘤中，PD-L1水平有所提高，靶向两者都有助于促进免疫系统攻击肿瘤细胞[39]。目前，M7824处于更大规模的Ⅱ期临床试验中，纳入了未接受检查点抑制剂治疗或在检查点抑制剂治疗期间出现进展的HPV相关肿瘤患者。此外，研究人员还在非HPV相关肿瘤中开展研究，包括肺癌、结直肠癌和三阴性乳腺癌。

中国在研的BsAb SHR-1701能够同时靶向PD-L1和TGF-β两个靶点，目前处于I期临床试验，拟用于晚期恶性实体瘤或前列腺癌患者的治疗，这是首个进入临床阶段的国产PD-L1/TGF-β BsAb。

3.2 靶向PD 1和细胞毒T淋巴细胞相关抗原 4（cytotoxic T lymphocyte associated antigen-4，CTLA 4）的BsAb

AK104能够同时结合PD-1和CTLA-4两个靶点，是全球首个进入临床试验阶段的靶向PD-1和CTLA-4的BsAb。CTLA-4又名CD152，能够与配体B7分子结合，诱导T细胞无效应性，从而参与免疫反应的负调节，CTLA-4抗体能够阻断其与配体的结合[40]。相较于PD-1抗体和CTLA-4抗体联合用药，AK104单药可同时阻断在肿瘤浸润淋巴T细胞上共表达的CTLA-4和PD-1免疫检查点蛋白，在保证药效的同时，能够大幅度降低患者的用药成本。2019年3月，AK104在中国启动Ib/Ⅱ期临床试验，这项试验主要评估AK104联合标准化疗一线治疗不可手术切除的晚期或转移性胃腺癌或胃食管结合部腺癌患者的有效性和安全性。

此外，靶向PD-L1和CTLA-4的BsAb KN046在澳大利亚和中国均已经进入Ia/Ib期临床试验阶段，适应证为晚期实体瘤和淋巴瘤。

3.3 靶向PD-1和血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor ，VEGF）的BsAb

AK112能够同时结合PD-1和VEGF两个靶点。2019年7月1日，AK112获得美国FDAIND批准。VEGF除肿瘤血管生成作用之外，直接参与肿瘤的免疫逃逸机制，抑制免疫细胞通过外渗进入肿瘤组织，以及通过抑制NK细胞成熟降低肿瘤抗原的呈现。AK112能够同时阻断PD-1和VEGF通路，通过改变肿瘤微环境以遏制肿瘤免疫逃逸、释放免疫检查点的免疫抑制以压制肿瘤血管生成达到抗肿瘤的协同效应。AK112用于治疗肝癌、胃癌和结直肠癌等恶性肿瘤。

3.4 靶向PD-L 1和 4-1BB的BsAb

ES101又名INBRX-105，是同时结合PD-L1和4-1BB（CD137）两个靶点的BsAb，它包含4个结合域，其中两个靶向PD-L1，另外两个靶向4-1BB。4-1BB属于肿瘤坏死因子（tumornecrosis factor，TNF）受体，可被淋巴细胞活化诱导，是一种免疫位点协同刺激因子[41]，在免疫系统中能起到类似“油门”的作用，添加4-1BB激动剂，能够加强免疫系统对肿瘤细胞的攻击[42]。2019年2月，ES101获得药品审评中心（center for drug evaluation，CDE）临床试验许可，即将在中国开展临床试验。

此外，靶向 PD-1/CD47（HX009）的BsAb目前已完成中试，正在猴子体内进行长毒试验，预计2020年中旬获得临床批件。靶向PD-1/LAG3、PD-L1/CSPG4[43]、TIM3/PD-1[44]等 BsAb也处于不同的研发阶段。

4 抗体-药物偶联物

抗体-药物偶联物（antibody-drug conjugate，ADC）是一种有效的靶向治疗肿瘤的药物。它们通常由单克隆抗体、细胞毒性药物和使两者共轭的连接子组成[45]。在肿瘤治疗中，这种组合尤其有效，因为抗体是肿瘤细胞表面过表达蛋白的特异性靶向配体，以便有效地传递细胞毒性药物[46]。

阿特珠单抗已被FDA批准用于转移性尿路上皮癌、非小细胞肺癌和三阴性乳腺癌。但是包括阿特珠单抗在内的几种PD-L1免疫检查点抗体只能适用于少数几种肿瘤的治疗，因此，将细胞毒性药物与抗PD-L1抗体结合将是一个重要的肿瘤治疗方向，特别是对实体肿瘤组成的致密肿瘤基质。

多柔比星（Dox）等化疗药物作为有效的抗癌药物已被应用很长一段时间，2019年，Sau等[45]首次报告了Dox结合PD-L1抗体（PD-L1-Dox）用于化学引导免疫治疗的广泛应用。Dox的使用目的是破坏肿瘤细胞外环境，使PD-L1抗体可以穿透肿瘤核心，表现出明显的细胞杀伤作用。在乳腺癌细胞系中PD-L1-Dox能够破坏肿瘤球体，诱导细胞凋亡。报告显示PD-L1-Dox ADC药物有很好的肿瘤靶向能力和核心穿透能力。

5 嵌合抗原受体-T细胞（chimeric antigen receptor-T，CAR-T）

CAR-T疗法是从患者自身收集T细胞，通过基因工程技术在其表面表达能够识别特异性肿瘤抗原的特殊受体，即嵌合抗原受体（chimeric antigen receptor，CAR），同时在受体的胞内段加上引起T细胞活化的信号传递区域，CAR-T经扩增后被注入到患者体内，识别并结合具有相应特异性抗原的肿瘤细胞，进而攻击肿瘤细胞[47]。针对PD-1/PD-L1的CAR-T治疗也处在临床及研发的不同阶段。

由天津医科大学研发的PD-1单抗活化T细胞制剂，是靶向PD-1的CAR-T，利用PD-1单抗活化患者外周血T细胞。该细胞制剂处于临床Ⅲ期试验阶段，用于治疗结直肠癌和Ⅲb/Ⅲc/Ⅳ期肺癌。

由日本山口大学医学院研发的CAR-T细胞产生PD-1蛋白单链可变片段（single chain variable fragment，scFv）技术旨在在血液恶性肿瘤治疗中应用。CAR-T细胞治疗在血液病恶性肿瘤，特别是B细胞白血病和淋巴瘤的治疗中具有重要的前景，但由于实体肿瘤微环境的生物学特性，对非血液病恶性肿瘤的治疗效果受到限制。CAR-T细胞产生PD-1 scFv，衰减CAR-T细胞和邻近肿瘤特异性非CAR-T细胞中PD-1依赖的抑制信号[48]。此外，抗PD-1 scFv产生CAR-T细胞的治疗导致肿瘤组织中PD-1 scFv浓度升高，但在血清中没有升高，这表明全身免疫相关不良事件不严重。

6 小结与展望

虽然以PD1/PD-L1为靶点的药物已经初有成效，但是仍存在很多问题尚待解决。抗体虽然有很好的靶向性但单独用药疗效一般，需与其他治疗方式联合使用效果佳；传统的小分子药物与抗体药物相比，虽然有研发成本低、制剂多样、较好的肿瘤微环境渗透作用等优势，但是存在很大程度上的耐药性，需要研发新一代的制剂解决耐药性；ADC药物既有抗体的靶向性又具有小分子的毒性，与单纯直接使用抗体+化疗药物的联用治疗方法相比，可以显著延长肿瘤患者生存期，但是药物荷载量的一致性及临床安全性亟待解决，这需要更加完善的抗体偶联技术的出现；CAR-T细胞免疫疗法虽然在肿瘤治疗方面有不错的安全性和有效性，但也存在T细胞衰竭的现象，需要联合治疗和新的药物递送系统提高T细胞的存活率。同时随着科学技术的进步和发展，肿瘤免疫治疗逐渐规范化，以PD-1和PD-L1为靶点的免疫治疗机制逐渐清晰，相信这些难题和技术瓶颈会不断被解决和攻破，为恶性肿瘤患者带来福音。

目前市场上虽然有很多肿瘤免疫治疗新靶点的出现，但以PD-1和PD-L1为靶点的肿瘤免疫治疗仍是目前热门靶点之一，在学术、产业和投资界都受到了极大的关注。多家制药公司研发的PD-1和PD-L1制剂已经开始进入临床，在治疗包括肺癌、黑色素瘤、肠癌等领域都得到广泛应用。其中，一些中国自主原创的本土PD-1/PD-L1药物已经在中国获批，估计会对世界其他国家也产生影响，非常值得期待。