PD-L1_PD-1通路与肿瘤免疫治疗

doi:10．3969/j．issn．1000-484X．2013．09．025①本文为广东省科技计划项目(2012B031800362)作者简介:李庆云(1987年-),女,在读硕士,主要从事胃肠道肿瘤临床与基础研究,E-mail:[e-mail];通讯作者及指导教师:王凌云(1969年-),女,博士,副主任医师,副教授,硕士生导师,主要从事胃肠道肿瘤临床与基础研究,E-mail:[e-mail]。PD-L1/PD-1通路与肿瘤免疫治疗①李庆云　综述　王凌云　审校　(中山大学附属第二医院消化内科,广州510120)　　中国图书分类号　R392．3　　文献标识码　A　　文章编号　1000-484X(2013)09-1003-05　　在控制肿瘤细胞的生长、扩散和复发过程中,T细胞介导的免疫应答有着重要的作用。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[1]。协同刺激分子影响T细胞发育、活化、增殖、起效、凋亡的各个阶段[2]。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细胞被诱导呈无能状态或凋亡,进而使得肿瘤逃脱机体的免疫监控。目前已知的协同刺激分子分为3个家族:即B7家族(免疫球蛋白超家族)、TNF家族和细胞因子家族。其中B7家族是唯一能够从APC单向传送信号至T细胞的协同刺激分子。APC上的B7家族分子和T细胞上的CD28家族分子以配体-受体的形式结合并提供正负双重协同刺激信号,从而平衡对外来抗原的免疫应答和对自身抗原的免疫耐受。目前已明确PD-L1(B7-H1)、PD-L2(B7-DC)/PD-1,B7-1、B7-2/CTLA-4,B7-H4/BTLA为共刺激分子中三个抑制性通路[3],发挥重要的负性免疫调节作用。本文就PD-L1/PD-1通路的生物学特性和功能及其在肿瘤免疫治疗等方面的研究进展做一综述。1　PD-1、PD-L1分子结构和信号转导特点PD-1属于Ⅰ型跨膜蛋白,表达在活化的T细胞、B细胞、单核细胞和树突状细胞表面。与CTLA-4的结构具有30%同源性,胞外区由一个单一的IgV样域组成,胞内区保留有一个免疫受体酪氨酸依赖抑制基序(ITIM)和一个免疫受体酪氨酸转换基序(ITSM)。ITIM是许多免疫抑制性受体的共有结构,因此推测PD-1的免疫抑制功能应主要由ITIM来发挥。PD-1的配体已被证明有两个,分别为PD-L1和PD-L2[4]。其中PD-L1是其主要配体,在多种实体瘤中表达上调,消弱肿瘤局部浸润CD4+CD8+T细胞的功能,减少细胞因子产生。PD-L1是一种B7超家族成员,曾命名为B7-H1、CD274,也属于Ⅰ型跨膜糖蛋白,PD-L1表达在活化的T细胞、B细胞、巨噬细胞、树突状细胞表面。血管内皮细胞、多种间质细胞、心脏、肺、胰腺、胎盘组织均可被诱导表达。在癌组织上也可见广泛表达,如肺癌、肝癌、乳腺癌、鳞状细胞癌及卵巢癌组织等,在肿瘤邻近的正常组织中低水平表达,提示它参与肿瘤发生发展,并在削弱抗肿瘤免疫反应中有重要作用[5]。同时IFN-γ、IL-4、脂多糖(LPS)等炎症介质或细胞因子能上调肿瘤微环境中PD-L1的表达[6,7]。目前认为,PD-1分子的细胞内信号由PI3K-Akt通路传导[8]。当PD-1与其配体PD-L1结合时,ITSM发生磷酸化,招募酪氨酸磷酸酶SHP-1/2,使下游的效应分子PI3K(磷脂酰肌醇激酶3)去磷酸化,发挥负性调节作用。近年的研究显示PD-L1/PD-1通路与CD4+CD25+调节性T细胞(Tregs)的增殖有密切关系。PD-L1促进诱生型Treg(iTregs)的发育,通过增强iTregs上Foxp3的表达来诱导Treg细胞的分化和维持其功能,从而抑制CD4+T细胞和CD8+T细胞增殖及IL-2、IL-10的分泌[9,10]。此外,PD-L1能够传递抗Fas系统凋亡信号,肿瘤细胞表面表达的PD-L1与PD-1结合后能够启动固有的抗CD8+T细胞毒性杀伤溶解作用的能力[11]。另外,与其他T细胞共抑制信号(如CTLA-4)不同,PD-1抑制信号呈可逆性,即已经被诱导耐受的T细胞,在阻断PD-L1/PD-1通路后可被重新激活,这使得针对此通路的免疫治疗具备可行性。2　PD-L1/PD-1通路与肿瘤免疫逃逸到目前为止,应用免疫组织化学方法已在多种实体瘤患者病灶局部及外周血免疫细胞中检测到PD-L1高表达,且高表达PD-L1的患者预后差,生存率低[7]。Ghebeh等发现乳腺癌患者的肿瘤细胞·3001·李庆云等　PD-L1/PD-1通路与肿瘤免疫治疗　第9期高表达PD-L1,且PD-L1水平与肿瘤大小及临床病理分期正相关[12]。Gao等发现肿瘤组织中高表达PD-L1的肝癌患者术后复发率明显增高,无病生存率及总生存率均明显低于PD-L1阴性或低表达者[13]。在肾细胞癌中,表达PD-L1的患者在肿瘤转移率和死亡率上是PD-L1阴性患者的近4倍[14]。众多研究表明,慢性淋巴细胞白血病、某些类型的T/B细胞淋巴瘤、胃癌、食管癌、肾癌、乳腺癌及膀胱癌中,肿瘤细胞都有过度表达PD-L1的现象,导致Treg活性增强及抗肿瘤T细胞失能,并且与不良预后相关[15]。本课题组前期采用免疫组化的方法对111例术后胃癌组织检测,结果显示胃癌组织中PD-L1的表达水平较对照组明显上调,且高表达与淋巴结转移及TNM分期正相关,阳性者总体生存率低,预后差。这些证据证实了PD-L1/PD-1通路在肿瘤免疫逃逸中的作用,说明针对PD-L1/PD-1通路治疗恶性肿瘤具有广阔的应用前景。鉴于PD-L1表达与淋巴结转移、肿瘤分期和生存率相关,我们推测PD-L1有望成为评估恶性肿瘤患者复发和转移风险、判断预后的标志物。肿瘤中PD-L1表达上调的原因可能为:第一、人PD-L1的启动子中含有数个IFN-γ反应原件,推测IFN-γ通过干扰PD-L1转录后抑制而上调其在肿瘤细胞中的表达[16]。第二、实验发现新鲜分离的肿瘤组织PD-L1的表达高于相应肿瘤细胞株,这提示肿瘤微环境中还存在其他一些细胞因子参与PD-L1的调节性表达。研究表明某些肿瘤细胞可在内源性抗肿瘤介质(如IFN-γ)或抗肿瘤治疗诱导下表达PD-L1,探明IFN-γ等细胞因子诱导肿瘤细胞PD-L1表达上调的机制,有助于寻找方法抑制PD-L1的功能,提高机体对肿瘤细胞的免疫反应[17,18]。PD-L1/PD-1通路通过多种方式介导肿瘤的免疫逃逸过程。首先,PD-L1可选择性刺激分泌IL-10的T细胞亚群,导致细胞免疫功能下调,并引起活化T细胞凋亡[19]。其次,PD-L1信号能上调经抗CD3单抗活化的T细胞表面Fas和Fasl的表达,促进IL-10的分泌,最终导致活化诱导的特异性细胞毒性T淋巴细胞(CTL)细胞凋亡。此外,PD-L1在肿瘤细胞上可扮演分子屏障的角色,某些肿瘤细胞表现为弱免疫原性可能与其固有表达PD-L1有关[11]。如PD-L1基因修饰能显著减弱人肥大细胞瘤P815细胞系的免疫原性,使相应荷瘤小鼠的肿瘤进行性生长。最后,PD-L1能影响树突状细胞分化、发育和成熟及其对特异性CTL的激发作用。3　PD-L1/PD-1通路与肿瘤免疫治疗机体的免疫系统对变异细胞具有监视和清除能力,抗肿瘤免疫瓦解被证实是肿瘤细胞繁殖和转移的根本原因[20]。肿瘤早期,癌细胞通过改变其表型逃脱免疫监控[21]。在进展和转移时又需通过更多的机制来保证自己不被机体清除。PD-L1在肿瘤细胞的表达不但使肿瘤逃避宿主免疫反应,而且使肿瘤逃避免疫治疗。因此阻断PD-1和PD-L1的相互作用为肿瘤免疫治疗提供了更新的策略。近些年肿瘤免疫逃逸相关研究逐渐深入,使用单克隆抗体阻断共刺激分子通路已作为一种新的肿瘤免疫治疗手段逐渐被重视,也为肿瘤免疫治疗翻开了新的篇章[22]。首个投入临床应用的针对负性共刺激信号通路阻断的药物是易普利姆玛(ipilimumab)。作为B7/CTLA-4共刺激通路阻断剂,ipilimumab被证实能有效提高晚期恶性黑素瘤患者的生存率,并在2011年被FDA批准用于治疗转移性恶性黑素瘤[23]。紧随其后,PD-L1/PD-1通路阻断剂抗PD-1和PD-L1单克隆抗体也有了突破性的进展。3.1　针对PD-1和PD-L1的单克隆抗体免疫治疗探索　通过制备特异性抗PD-1或PD-L1单抗对PD-L1/PD-1通路进行阻断,减少iTreg效应,以增强CTL杀伤癌细胞的功能已成为近年免疫治疗的热点。多项荷瘤动物实验表明,阻断PD-L1/PD-1通路可以增强抗肿瘤效应、延长生存期、改善预后。Strome等在建立PD-L1/SCCVII荷瘤小鼠模型的基础上,采用活化的特异性CTL联合抗PD-L1单抗进行免疫治疗,结果发现联合治疗较单纯CTL治疗能显著提高荷瘤小鼠的存活时间,提示抗PD-L1单克隆抗体与T细胞过继治疗具有协同作用[24,25]。Nomi等在胰腺癌小鼠模型的研究中发现,吉西他滨联合抗PD-L1单克隆抗体较之单用化疗药物,疗效明显增强[26]。Hallett等发现在小鼠多发性骨髓瘤模型中,联合造血干细胞移植及PD-L1/PD-1阻断治疗,可使荷瘤小鼠存活率提高至40%[27]。且在上述实验中并未观察到明显毒性和致死性不良反应。目前,多种针对PD-L1/PD-1通路阻断的单克隆抗体用于进展期恶性肿瘤的临床试验都在进行当中,包括BMS-936559、BMS-936558、MPDL3280A、MK3475、CT-011等。近期公布的两项Ⅰ期临床试验结果显示,抗PD-1和PD-L1单克隆抗体用于治疗进展期恶性肿瘤疗效可观,且耐受性良好。BMS-936559是一种高亲和力抗人PD-L1单克隆抗体[28],能够抑制PD-L1·4001·中国免疫学杂志2013年第29卷与PD-1、CD80结合。试验纳入了207例进展期癌症患者(包括非小细胞肺癌、结直肠癌、肾癌、卵巢癌、胰腺癌、胃癌、乳腺癌),对入组患者先进行一个疗程的“标准化疗法”(包括传统化疗、免疫疗法、生物治疗),再静脉应用不同剂量的抗PD-L1单克隆抗体,治疗持续至16个疗程或出现无法耐受的不良反应时终止。结果显示9例恶性黑素瘤、2例肾癌、5例非小细胞肺癌、1例卵巢癌出现完全缓解或部分缓解,有效率为6%~17%,12%~41%的患者维持长达24周的缓解期。研究表明联合治疗比单独运用传统治疗更为有效。BMS-936558是一个特异性抗人PD-1单克隆抗体[29]。Ⅰ期临床试验一共纳入了296名进展期恶性黑素瘤、非小细胞肺癌、肾细胞癌、去势无效的前列腺癌、结直肠癌病人,并对其进行抗PD-1单克隆抗体治疗,结果显示非小细胞肺癌、恶性黑素瘤、肾细胞癌患者都获得较好的疗效,客观有效率分别为18%(14/76)、28%(26/94)、27%(9/33)。且65%的病人在治疗后随访1年仍持续缓解。其中恶性黑素瘤和肾癌的疗效较已获得FDA批准临床使用的抗CTLA-4单克隆抗体ipilimumab更好。但试验也发现,前列腺癌和结肠癌从此项治疗中并未观察到明显获益,原因有待进一步探讨。在对42例接受抗PD-1单克隆抗体治疗的患者治疗前肿瘤局部的PD-L1检测后发现,PD-L1阳性的肿瘤患者有效率为36%(9/25),而PD-L1阴性的患者对治疗均无反应,由此可以推测患者对治疗敏感性与肿瘤细胞中PD-L1的表达有一定的联系[30]。对此,Taube等人以恶性黑素瘤为例做了相关解释。恶性黑素瘤患者癌灶内PD-L1和肿瘤浸润性淋巴细胞(TIL)具有相伴表达的特性,PD-L1高表达是肿瘤免于TIL杀伤的自我保护机制之一,也是既往单纯应用TIL过继性治疗疗效欠佳的原因[31]。在应用单克隆抗体有效地阻断了PD-L1/PD-1通路后,TIL得以充分发挥抗肿瘤效应。因此,当癌灶内PD-L1与TIL均表达阳性时,针对PD-L1/PD-1通路阻断治疗