PD-1PD-L1在肿瘤细胞中的研究进展.docx

PD-1/PD-L1在肿瘤细胞中的研究进展摘要：程序性死亡受体1(PD-1)与表达在肿瘤细胞表面的配体PD-L1结合后，发挥负性调控作用，通过抑制抗原受体的信号，抑制T、B细胞的激活、分化和增殖，诱导特异性细胞毒性T淋巴细胞(CTL)凋亡，在肿瘤细胞逃逸机体免疫监控过程中发挥重要作用。通过对于PD-1及其信号通路传导的深入认识，针对阻断PD-1和PD-L1信号通路的抑制剂也不断进入临床试验，为肿瘤患者带来福音。关键词：PD-1 PD-L1 肿瘤细胞 免疫逃逸 免疫抑制剂人体的免疫系统在控制肿瘤发生的过程中起着关键作用。程序性死亡分子1(PD-1)是一个重要的免疫细胞活化的负调控分子，可通过与其配体PD-L1和PD-L2的结合而发挥免疫抑制1。肿瘤免疫逃逸的机制包括：肿瘤细胞表面MHC-I类分子的表达下调，缺少免疫共刺激分子，分泌免疫抑制性细胞因子，表达死亡配体或表达抑制性配体2。许多肿瘤细胞系及肿瘤细胞高表达PD-L1分子，其与淋巴细胞表面的PD-1分子结合后，削弱了机体的抗肿瘤免疫应答3，从而导致肿瘤免疫逃逸的发生。一肿瘤的特征肿瘤起源于克隆性增殖的异常细胞，在致癌突变的驱使下，这些细胞经过筛选与进化，获得癌细胞的标志性特征。经典的特征包括：持续的增殖信号，逃避生长抑制调控，抗细胞凋亡，无限复制能力，血管新生，侵袭和转移，细胞能量代谢重编程以及免疫逃逸4。二PD-1/PD-L1的生物学特性1.PD-1的结构及其表达程序性死亡受体1(PD-1)是Ishida5等人通过消减杂交技术于1992年发现的。PD-1是CD28家族成员，其编码由288个氨基酸残基组成的5055KD的免疫球蛋白超家族I型跨膜糖蛋白，由胞外区、跨膜区和胞内区组成6，其结构与CTLA4、CD28和ICOS有21%33%的同源性7。胞外区由免疫球蛋白IgV结构域组成，在其与配体结合中发挥重要作用；胞内区包含两个酪氨酸残基，N-末端参与构成免疫受体酪氨酸抑制基序(ITIM)，在免疫应答中发挥负性调节作用8，C-末端参与构成免疫受体酪氨酸转换基序(ITSM)9。PD-1主要表达于活化的T淋巴细胞、B淋巴细胞和巨噬细胞表面10。目前认为，PD-1分子的细胞内信号由PI3K-AKt通路主导，在正常情况下，PD-1能够抑制自身免疫应答，防止自身免疫性疾病的发生。2. PD-1配体的结构及其表达PD-1有两个配体，即PD-L1与PD-L2。PD-L1是B7家族成员，属于I型跨膜蛋白，全长290个氨基酸，包含1个IgV区、1个IgC区、1个跨膜疏水区和1个由30个氨基酸组成的胞内区。PD-L1主要表达于活化的T细胞、B细胞、巨噬细胞和树突状细胞等。PD-L1与PD-L2氨基酸序列有40%相同，都是I型跨膜蛋白，由细胞外区、疏水性跨膜结构域、细胞内区组成。在分布上，PD-L1广泛表达在T细胞、B细胞、单核细胞、巨噬细胞、树突细胞、多种肿瘤细胞及一些非淋巴组织。而PD-L2仅表达于活化的巨噬细胞、树突细胞及一些肿瘤细胞上。PD-L1与PD-1结合后，PD-1胞质区ITSM结构域中的酪氨酸发生磷酸化，募集SHP-2磷酸酶，使下游的Syk和磷脂酰基醇3激酶(PI3K)发生去磷酸化，从而传递抑制性信号。PD-L1与PD-1的结合可产生多种生物学作用，如能够抑制淋巴细胞的增殖和活化、抑制CD4+T细胞向Th1和Th17细胞分化、抑制炎性细胞因子的释放，这些都起到了免疫负调控的作用11。3 PD-1/PD-L1在肿瘤细胞的免疫逃逸机制T细胞介导的免疫应答特别是CD8+细胞毒性T淋巴细胞(CTL)在肿瘤免疫中有重要作用。T细胞的活化需要双信号作用，第一信号来自抗原肽-MHC复合物与T细胞表面受体(TCR)结合。第二信号来自抗原呈递细胞(APC)上协同刺激分子与T细胞表面上相应受体的结合。缺少协同刺激分子提供的第二信号，会导致T细胞不能充分活化，使效应T细胞被诱导成无能状态或凋亡，使肿瘤逃脱机体的免疫监控12。1. PD-L1促进上皮细胞间质化而促进肿瘤发生上皮细胞间质化(EMT)是上皮细胞在一定程序作用下，向间质细胞转化的一种生物学过程。在肿瘤的发生发展过程中常常随着EMT的发生，加速EMT会促进肿瘤的恶性转变。研究表明，PD-L1可促进肿瘤细胞中Slug和Twist的表达，抑制E-cadherin的表达，从而促进EMT的发生13。2. PD-1/PDL1对淋巴细胞功能的调节肿瘤细胞高表达PD-L1分子，肿瘤浸润淋巴细胞(TIL)高表达PD-1分子，PD-L1与PD-1结合后，可抑制TIL细胞细胞的活化并诱导其凋亡，从而抑制机体的抗肿瘤免疫，导致肿瘤免疫逃逸的发生14。在肿瘤微环境中存在高水平的CXCL9和CXCL10两种趋化因子，可促使CD8+T细胞进入肿瘤微环境，并诱导其表达PD-1，肿瘤细胞通过其表面表达的PD-L1与CD8+T细胞表达的PD-1结合后，抑制CD8+T细胞产生细胞因子和颗粒酶B15,同时，PD-L1还能抑制TIL产生IFN-、IL-2等炎性细胞因子，促进IL-10的表达，从而抑制TIL对肿瘤细胞的杀伤16。3.PD-1/PD-L1可促进Treg的分化及功能CD4+CD25+ Foxp3+Treg 是一群具有抑制性作用的免疫调节细胞，可通过细胞接触或分泌IL-10、TGF-等抑制性细胞因子而抑制免疫应答。在肿瘤发生过程中，Treg可抑制抗肿瘤免疫反应而促进肿瘤的发生17。研究发现，PD-1/PD-L1能够促进Treg分化，然而具体机制还有待进一步研究。Liu等18发现，CD4+CD25+ Foxp3+Treg的分化依赖于PD-L1所介导的信号途径，肝树突状细胞表达的PD-L1水平越高，就能诱导出更多的Treg。4.肿瘤相关巨噬细胞(TAM)表达的PD-L1可促进肿瘤细胞发生免疫逃逸在肿瘤微环境中，巨噬细胞能够发生极化，转变为促进肿瘤发生的巨噬细胞，称为TAM。Galdiero等19发现，TAM表面也表达PD-L1，也可通过结合CD8+T细胞表面的PD-1分子诱导CD8+T细胞的凋亡。Chen等20提出，在肿瘤微环境中，TAM所产生的炎性细胞因子，可通过核因子kB(NF-kB)和信号转导子与转录激活子3(STAT-3)信号通路促进PD-L1的表达。四PD-1/PD-L1的抑制剂PD-1与PD-L1的抑制剂可以阻断PD-1与PD-L1的结合，阻断负向调控信号，使T细胞恢复活性，从而增强免疫应答。1.PD-1抑制剂目前PD-1抑制剂主要有Nivolumab Pembrolizumab Pidilizumab(CT-011)等。1.1 Nivolumab (Opdivo)Nivolumab 21是一种完全人源化的IgG4单克隆抗体，在一项针对BRAF野生型黑色素瘤患者的S期临床试验中，Nivolumab组和达卡巴嗪组的1年总生存率分别为72.9%、42.1%，中位PFS分别为5.1、2.2个月。2014年，美国FDA批准Nivolumab用于治疗BRAF野生型以及使用Ipilimumab和BRAF抑制剂无效的BRAF突变型黑色素瘤患者。Taube等应用抗PD-1抗体Nivolumab对多位晚期患者进行治疗，发现PD-1/PD-L1途径的封锁可以引起很强的免疫反应，杀灭肿瘤22。1.2 Pembrolizumab (Keytruda)Pembrolizumab23 是一种高亲和力的结合PD-1的人源化Ig G4-kappa抗体。目前美国食品药品管理局(FDA)已批准用于治疗既往化疗或靶向治疗失败的非小细胞肺癌，是首个被批准用于非小细胞肺癌的免疫治疗药物。1.3 Pidilizumab研究表明，运用PD-1抗体Pidilizumab与Rituximab协同治疗淋巴瘤取得了很好的效果，及激起患者T细胞的全面应答，提高患者的存活率24。2.PD-L1抑制剂PD-L1抑制剂尚未获得FDA批准，但相关的临床研究在进行中。其中MPDL3280A是一种人源化的抗PD-L1的IgG-1单克隆抗体，它可以从基因的水平改变Fc结合域，进而破坏表达PD-L1细胞的抗体依赖性细胞毒性，其余还有BMS-936559、MEDI4736、MSB001071825等。2.1 MPDL3280A在一项期临床研究中，采用MPDL3280A单药治疗晚期黑色素瘤的缓解率为26%，24周无进展生存率为35%，其中，33%的患者出现了3-4级不良反应26。在2015年，ASCO会议报道的期POPLAR研究中，与多西他赛相比，MPDL3280A可以显著提高中位OS,同时在PD-L1高表达的患者中，MPDL3280A组和化疗组的ORR分别为38%、13%。2.2 Avelumab（MSB0010718C）Avelumab是完全人源化的PD-L1 Ig G1抗体，其抑制PD-1与PD-L1的结合。可用于卵巢癌及胃癌的治疗。目前，avelumab还被用于尝试治疗多种实体瘤，尤其是非小细胞肺癌和Merkel细胞癌。2.3 CD80-FCHaile等27用CD80分子与IgG1的Fc段融合，制备了CD80-Fc分子，发现这种融合分子能够消除PD-L1对抗肿瘤免疫的抑制作用，从而促进机体的抗肿瘤免疫反应。目前PD-L1的阻断抗体已经进入1期临床试验，正在实体肿瘤患者体内进行疗效试验28。研究表明PD-1/PD-L1抑制剂在不同肿瘤中都有一定的临床疗效，如非小细胞肺癌、黑色素瘤、晚期霍奇金淋巴瘤、肝癌、乳腺癌、直肠癌、卵巢癌、恶性胸膜间皮瘤、头颈肿瘤等29。5 讨论及展望研究表明在外周T细胞淋巴瘤(PTCL)中PD-1及PD-L1表达升高，其中PD-1阳性率为35%，PD-L1阳性率为70%，说明PTCL-NOS也存在PD-1及PD-L1的表达异常，可能参与肿瘤的免疫逃逸，PD-1及PD-L1阳性有助于淋巴瘤的诊断30。有学者统计了306例肾癌患者的肾癌组织PD-L1表达情况发现，表达PD-L1与不表达PD-L1的患者5年生存率分别为41.9%和82.9%，另外，表达PD-L1的肿瘤转移和患者死亡风险是不表达PD-L1的肿瘤患者的4倍31。在肝癌的研究中，国内贺兰湘32的研究发现，在肿瘤局部表达可溶性受体sPD-1分子能阻断PD-L1/PD-1通路，可拮抗小鼠肝癌细胞H22通过PD-L1对T细胞的抑制作用,并显著抑制H22肿瘤生长。沈民强33等研究发现肝癌中PD-L1分子表达可能抑制肝癌组织内T细胞功能，促进肝癌细胞逃避免疫监控。临床试验显示，新型抗PD-1或PD-L1抗体可以阻断PD-1和PD-L1的结合而解除肿瘤对T细胞的抑制作用，从而激活肿瘤患者体内的免疫效应细胞杀瘤效应。肿瘤免疫逃逸机制一直是制约肿瘤免疫治疗效果的重要因素，对肿瘤信号调控机制的不断深入研究在让我们看到希望的同时，也认识到了信号调控的复杂性。虽然PD-1与PD-L1在肿瘤免疫逃逸中的调控机制尚未完全阐明，但针对PD-1和PD-L1的阻断抗体已在临床试验中取得了较好的治疗效果。抑制受体PD-1及其信号通路传递负信号，在调节T细胞活性及维持外周耐受性方面具有重要作用，为抗癌治疗提供了新策略。尽管目前已认识到了利用免疫系统能有效控制肿瘤，但如何更好的利用免疫，提高安全性以及有效性仍待进一步研究。参考文献：1朱莉, 李明, 陈慧,等. 可溶性PD-1在原发性肝癌患者外周血的表达及其临床意义J. 江苏医药, 2014, 40(17):2016-2018.2Konishi J, Yamazaki K, Azuma M, et al. 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