ASCO 中的PD及其他靶点作用机制

1、一文简介ASCO 2018中的PD-1及其他靶点作用机制六月，对于大多数人来说，也许是高考月，也许是购物月。然而，在科研界，尤其是肿瘤医学方面，六月，最重要的是一场盛会-ASCO。ASCO是美国临床肿瘤协会（American Society of Clinical Oncology）的简称，由来自100多个国家的40000多名会员构成，包括肿瘤学领域及临床肿瘤领域专家、肿瘤科护士以及肿瘤科执业医师。ASCO每年都将在年中的时候举办年会。ASCO 2018有超过32000名的肿瘤专家参会。独占鳌头：PD-1/PD-L1ASCO 2018收到的摘要有5054篇，其中关于PD-1/PD-L1研究的文

2、章高达679篇。由此可见，PD-1/PD-L1在肿瘤研究与治疗方面有多么的火热。在所有的免疫检查点中，PD-1/PD-L1已经脱颖而出，在许多恶性肿瘤中成为治疗靶点。现在全球开展的临床试验超过1000多项，并已经被批准用于一些癌症治疗中，如非小细胞肺癌（NSCLC）、肾细胞癌（RCC）、霍奇金氏淋巴瘤（HL）、膀胱癌、头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）、默克尔细胞癌（MCC）、微卫星不稳定性（MSI）或错配修复缺陷型（MMR）引发的实体瘤。为什么PD-1/PD-L1在肿瘤治疗中如此受重视呢？先从免疫检查点机制开始说起。免疫检查点（Immune checkpoint）机制可以控制免疫反应的强度和持续

3、时间，减少免疫应答对健康组织的伤害，避免过度活跃免疫应答导致的炎症反应和自身免疫性疾病。免疫检查点就像人体免疫系统中的“刹车器”，防止T细胞过度激活，进而引发炎症损伤等，起着保护作用。但是肿瘤细胞有点“狡猾”，可以利用这一机制，过度的表达免疫检查点分子，使人体免疫反应受到抑制，从而产生“免疫逃逸”，让其可以生长、增殖。目前，研究和应用最广泛的免疫检查点抑制剂为PD-1/PD-L1和CTLA-4。免疫检查点PD-1属于CD28家族成员，与毒性T淋巴细胞相关抗原4（CTLA-4）有20%的同源性。PD-1是由268个氨基酸组成的I型跨膜糖蛋白，它的结构主要包括胞外免疫球蛋白可变区（IgV）样结构、

4、疏水的跨膜区以及胞内区。胞内区尾部有2个独立的酪氨酸残基，氮端的酪氨酸残基参与构成一个免疫受体酪氨酸抑制基序（immunoreceptor tyrosine based inhibitory motif，ITIM），碳端酪氨酸残基则参与构成一个免疫受体酪氨酸转换基序（immunoreceptor tyrosine based switch motif，ITSM）。PD-1与PD-L1在激活的T细胞结合后，促使PD-1的ITSM结构域中的酪氨酸发生磷酸化，进而引起下游蛋白激酶Syk和PI3K的去磷酸化，抑制下游AKT、ERK等通路的活化，最终抑制T细胞活化所需基因及细胞因子的转录和翻译，发挥负向

5、调控T细胞活性的作用。PD-1是程序性细胞死亡蛋白-1，是重要的免疫检查点。PD-1通过T细胞受体表达于所有T细胞。当抗原被紧急清除后，PD-1表达水平降低，如果抗原没有被清除，PD-1表达水平就会居高不下（如慢性感染或肿瘤）。初始T细胞活化后，PD-1信号通路调节代谢重组，抑制葡萄糖和谷氨酰胺代谢的上调，促进CD4+ T细胞内的脂肪分解与脂肪酸氧化，通过微环境中的代谢竞争，使T细胞处于低反应状态，进而促进肿瘤生长。PD-1/PD-L1免疫抑制机制PD-1有两个配体，即PD-L1（又称为B7-H1/CD274）和PD-L2（又称为B7-DC/CD273）。两种配体具有不同的表达模式。PD-L1

6、的表达受到炎症细胞因子如I型和II型干扰素、TNF-和VEGF等的诱导。PD-L1可以在多种细胞表达，常见于造血细胞，如T细胞、B细胞、DC细胞和巨噬细胞，以及非造血细胞，如血管和间质血管内皮细胞、胎盘合体滋养细胞和角质细胞。相较之下，PD-L2的表达受到很大的限制，主要由DC细胞、巨噬细胞和B细胞表达。CTLA-4是细胞毒性T淋巴细胞抗原4（也称CD152），是首先被诱导的负调控因子之一，直接与CD28竞争，与CD80和CD86结合。T细胞活化是一个高度调节的过程，依靠“双系统”调控。第一信号来自T细胞受体（TCR）与主要组织相容性复合体（MHC）的特异性结合，即T细胞识别抗原过程。第二信号

7、来自协同刺激分子，即抗原递呈细胞（APC）表达的协同刺激分子与T细胞表面相应受体或配体相互作用介导的信号。CD28/B7属于重要的正调控刺激分子，而PD-1/PD-L1和CTLA-4属于负调控刺激分子，保证T细胞不被过度刺激。正如上所说，在肿瘤细胞入侵后，就会利用这一抑制性通路，抑制T细胞的激活，进而产生“免疫逃逸”。而在临床上研究和应用最广泛的免疫检查点抑制剂的单克隆抗体，通过抑制免疫检查点的活性，重新激活T细胞对肿瘤的免疫应答，从而达到抗肿瘤的作用。所有活化T细胞都可表达PD-1，因此它是效应T细胞的标记物。PD-1属于诱导表达蛋白，只有T细胞活化后，PD-1才会被诱导表达。如果T细胞没有

8、被激活，几乎就没有PD-1表达。PD-1除了在活化成熟的T细胞上表达，还在胸腺的双阴性（CD4-CD8-）T细胞、耐受性T细胞亚型、调节性T细胞（Treg）、记忆性T细胞、T滤泡辅助细胞（TFH）、T滤泡调节性细胞（TFR），以及活化的B细胞、NK细胞、单核细胞、某些髓样细胞和癌细胞等多种细胞表达，在未成熟的朗格汉斯细胞上也有低表达。对于PD-1信号通路而言，表达时间、部位、T细胞分化状态、抗原负荷、炎症水平、代谢状态以及其他因素共同影响PD-1的功能。PD-1在维持保护性免疫与免疫病理学、动态平衡及耐受性之间的平衡中发挥重要作用。PD-1/PD-L1抑制信号可以通过多种方式维持免疫系统的平衡

9、。经过PD-1通路的信号有助于调节初始T细胞活化、微调T细胞的死亡和功能、T细胞耐受以及免疫平衡。扰乱PD-1通路会严重影响宿主的生理机能。例如，慢性感染和癌症患者常见PD-1及其配体高度持续表达，阻断PD-1通路可以改善T细胞的功能，减少病毒载量和肿瘤负荷。PD-1是一种真正独特的抑制性受体，其调节信号在免疫稳态、炎症、耐受性、慢性感染和癌症中具有重要作用。PD-1信号传导缺失通常会增强机体对各种感染的免疫控制，有时也会损害宿主免疫力。PD-1通路的关键功能是通过促进炎症反应消退和免疫稳态恢复，限制宿主组织免疫病理学应答。它可以调节动脉粥样硬化引起的炎症反应、记忆性T细胞分化和应答、自身免疫

10、和外周自身反应性T细胞。阻断PD-1可能改变血管屏障的通透性，增加心脏病发作、中风和水肿风险。时间选择是确定PD-1阻断剂是否导致自我耐受故障的关键。肿瘤细胞及肿瘤微环境通过上调PD-L1表达并与肿瘤特异的CD8+T细胞表面的PD-1结合，来限制宿主的免疫反应。肿瘤细胞主要通过以下途径上调PD-L1表达：1. EGFR、MAPK或PI3K-Akt通路的激活，STAT3蛋白高表达和HIF-1转录因子等均可以上调PD-L1的表达；2. 编码PD-L1的基因扩增（9p24.1）；3. EB病毒的诱导（EB病毒阳性的胃癌和鼻咽癌，没有9p24.1基因扩增，也可以表现为PD-L1的高表达）；4. 表观遗

11、传学的机制等。PD-1/PD-L1抑制剂的癌症免疫治疗机制在肿瘤微环境中，炎症因子的刺激同样可以诱导PD-L1和PD-L2的表达，其中-干扰素是最重要的刺激因子。除作用于肿瘤细胞，还可以诱导肿瘤微环境中其他细胞，包括巨噬细胞、树突状细胞和基质细胞表达PD-L1和PD-L2；而能够识别肿瘤抗原的，活化肿瘤浸润性T淋巴细胞则是-干扰素的重要产生者，这一过程被称为“适应性免疫抵抗”，通过这一机制，肿瘤细胞实现自我保护。图3显示了肿瘤细胞如何通过PD-1PD-L1信号通路抑制肿瘤特异性T细胞功能。因为PD-1仅在活化的T细胞表达，因此PD-1/PD-L1/2的抑制性信号仅作用于已经识别肿瘤抗原并产生肿

12、瘤特异性反应后的T细胞，即PD-1/PD-L1/2通路介导的是“肿瘤特异性的T细胞选择性抑制”。应用PD-1免疫检查点抑制剂后，可以引发肿瘤浸润性CD8+T细胞的寡克隆扩增，这类细胞可以识别由于肿瘤非同义突变产生的肿瘤新抗原。这一理论已在临床试验中得到验证。在对PD-1单抗有疗效的转移性黑色素瘤患者，接受PD-1单抗治疗后，肿瘤组织中PD-1+CD8+ T细胞数目显著增加，且T细胞数目的增加与患者的疗效相关。这类PD-1+CD8+ T细胞均含有寡克隆的T细胞受体表位，对-干扰素介导的信号起作用。这一研究结果也验证了之前的结论-即PD-1+CD8+ T细胞的功能被PD-1介导的抑制性信号阻断，应

13、用PD-1抑制剂后，这一阻断为解除，T细胞功能得以恢复。PD-1单克隆抗体的研究已经取得很好的临床治疗效果，已有多种药物批准上市。然而，对于某些癌症，抑制PD-(L)1并不能达到完美疗效，需要联合其他靶点以促进疗效。在ASCO 2018会议上一大亮点就是开发PD-1/PD-L1抑制剂联合治疗药物靶点，下文将对这部分内容进行简单的总结。1、OX40OX40属于肿瘤坏死因子受体（TNFR）超家族中的一员，又称为CD134、ACT45、TNFRSF4，是活化的CD4+T、CD8+T 细胞表面的激活性受体。OX40信号可以激活下游的NF-B、PI3K 和PKB信号通路，而这些信号的持续激活可以延长T细

14、胞的存活时间，扩展T细胞记忆，促进T细胞的细胞杀伤能力。OX40还可以通过抑制调节性T细胞的分化与活性，改善肿瘤微环境中的免疫抑制作用，进而增强效应T细胞的功能。在ASCO 2018的年会摘要中以OX40为靶点的研究有两篇，虽然没有和PD-1/PD-L1联用，但其结果也可以用来评估其联用潜力。OX40作用机制（来自EJC）在2017年Cancer Immunology Research杂志上的一项研究结果显示，在小鼠模型中，OX40抗体和PD-1抗体同时给药，会削弱OX40的效果，导致T细胞凋亡，治疗效果比单独用药差。但是在同年的另一项研究中发现，先给小鼠用OX40抗体药，再用PD-1抑制剂，

15、治疗效果比先使用PD-1抑制剂的药效显著改善。也许在联合用药过程中，给药先后的时机对其疗效影响重要。在使用一种免疫疗法时可能会对患者的肿瘤微环境和T细胞信号产生影响，如果再加入一种免疫疗法时，所起的作用可能与预期的不同。2、NK细胞免疫检查点抑制剂众所周知，人体的免疫系统由两大部分组成：先天性免疫系统和获得性免疫系统。在肿瘤免疫疗法中关注度最高的T细胞就属于获得性免疫系统的重要组成部分，既有细胞杀伤作用，又可以对抗原产生记忆。而在先天免疫体统中，研究最多的是同样具体强大肿瘤杀伤能力的NK细胞。正常生理状态下，NK细胞与T细胞一样，处于“静息”状态。KIR是NK细胞表面的一类可以调节NK细胞活性

16、的受体，其中KIR2DL1/2/3和KIR3DL1/2/3属于抑制性受体。肿瘤细胞可以利用这一抑制机制，使HLA与这些抑制受体结合，抑制NK细胞对其识别和杀伤。在ASCO 2018摘要中，法国研究人员对84位经过PD-1抗体、PD-L1抗体、CTLA-4抗体或KIR抗体治疗的R/M SCCHN 患者，后续进行化疗，结果显示与单用化疗药物相比，治疗效果有所提高。NK细胞受体免疫机制（来自STREAM）3、IL-2或CD122白介素-2（IL-2）是一种常见的细胞生长因子，在机体免疫系统中起着重要作用，主要负责调节白细胞的免疫活性。IL-2与受体结合后可以刺激CD8+T细胞、NK（、细胞和调节性

17、T 细胞的增殖。IL-2受体（IL-2R）由、三条链组成，主要表达于T细胞表面，通过诱导 T细胞活化来调节机体的免疫能力。IL-2虽然能够激活杀伤性细胞的增殖，但是也会刺激调节T细胞（Tregs）增殖。Tregs具有免疫抑制作用，为了能够做到只激活杀伤性免疫细胞，研究人员开发了CD122激动剂（由亚单位组成）。IL-2与不同的受体CD122主要表达于CD8+ T细胞和NK细胞表面，由、两个亚单位组成)，而Treg细胞表面同时具有IL-2R的、三个亚单位，因此其结构不能与CD122激动剂结合。也就是说CD122偏向激动剂可以选择性激活对肿瘤细胞有杀伤性的T细胞和NK细胞。在ASCO 2018年会

18、共有三篇摘要与CD122激动剂与PD-1/PD-L1抑制剂联合用药有关，结果显示联合疗法可以对抗黑色素瘤、肾细胞癌、非小细胞肺癌、胰腺癌等，显著提高患者的客观缓解率。4、CCR4CCR4作为趋化因子受体家族的一员，是CCL2、CCL4、CCL5、CCL17和CCL22等因子的受体。CCR4主要表达于两类细胞：一是过表达于外周T细胞淋巴瘤细胞（CTCL）；二是表达于正常的Th2细胞、调节性T细胞和NK细胞。CCR4与相应配体结合可以调节调节性T细胞和NK细胞等免疫细胞的功能，过表达于CTCL细胞表面的CCR4可以作为特异性治疗靶点，实现对肿瘤细胞的靶向杀伤。在此次ASCO涉及CCR4的报告不多，

19、但与PD-1/PD-L1联合疗法有五项。CCR4作为T细胞免疫治疗的靶点（来自Blood Journal）5、CXCR4CXCR4是趋化因子受体-4，属于G蛋白偶联受体超家族，具有趋化免疫细胞、维持免疫细胞动态平衡的生物学功能，在多种癌症细胞中表达，如乳腺癌、前列腺癌、肺癌、结肠癌和多发性骨髓瘤中。在ASCO摘要中，有六篇摘要与CXCR4相关，在肿瘤治疗过程中使用了五种CXCR4拮抗剂，并取得良好的治疗效果。已经有多篇文献报道了CXCR4拮抗剂与PD-1抑制剂联合免疫疗法的治疗效果。CXCR4相关信号通路（来自PLOS）6、CD73CD73是NT5E基因编码的胞外-5'-核苷酸酶，将细

20、胞外AMP转化为腺苷的关键酶。CD73在多种肿瘤细胞过表达，不仅抑制免疫细胞功能，还可直接刺激肿瘤细胞增殖、迁移和侵袭，以及肿瘤血管生成。在本次ASCO的五篇CD73相关的研究中，证实了CD73的高表达量与癌症发展的关系，以及CD73在癌症免疫治疗中的重要作用。联合PD-1抑制剂免疫疗法，可以产生更多效应细胞。CD73胞外机制（来自CellPress）7、GITR GITR是肿瘤坏死因子受体超家族中的一员，在调节性T细胞中表达量最高，在效应T细胞中也有表达。尤其是当Teff细胞被激活后，GITR表达量会在短时间内快速升高。激活Teff细胞表面的GITR，可以促进Teff细胞的增殖和存活。而Te

21、ff细胞作为消灭肿瘤细胞的“主力军”，在其数量和活性提升后，可以提高免疫治疗的效果。同时，当抗体和 Treg 表面的 GITR 结合后，GITR 通路可以促使 Treg 细胞衰竭。Treg 作为具有抑制 Teff 功能的细胞，诱发其衰竭可以间接的起到激活 Teff 功能的效果。所以针对 GITR 的抗体会有”一箭双雕”的双重功效，能全面武装免疫系统去攻击肿瘤细胞。GITR作为免疫治疗靶点在T细胞中的作用模式（来自EJC）8、LAG-3LAG-3也被称为CD223，属于免疫球蛋白超家族，在激活的NK细胞、T细胞等免疫细胞表面广泛表达，与CD4有20%的相似度。LAG-3配体之一是主要组织相容性复

22、合体（MHC）类分子，亲和力强于CD4。肿瘤细胞通过自身表达MHC类分子结合并激活免疫细胞表面的LAG-3，逃避免疫抑制。膜表面的LAG-3具有免疫抑制作用，但可溶性LAG-3却是抗原递呈细胞的激活剂，可以激活DC细胞、CD8+T细胞，增进免疫反应。在ASCO 2018的摘要中，LAG-3抗体与PD-1单抗联合治疗晚期癌症。LAG-3作用机制（来自Immunology）肿瘤免疫疗法已经连续几年成为ASCO关注的“重头戏”。作为免疫疗法的核心成员，PD-1/PD-L1成为了炙手可热的靶点，已经上市的PD-1/PD-L1抑制剂药物每年都会有几十亿美金的利润，与之相关的临床研究也有几千例。在今年的A

23、SCO会议上，和肿瘤免疫检查点抑制剂联合用药的临床试验更是备受瞩目，如上所列靶点仅仅是一部分。参考文献：1.ASCO 2018 2.Lieping Chen, Xue Han. AntiPD-1/PD-L1 therapy of human cancer:past, present, and future. J Clin Invest. 2015; 125(9): 3384-3391.3.Alsaab HO et al. PD-1 and PD-L1 Checkpoint Signaling Inhibition for Cancer Immunotherapy: Mechanism, Com

24、binations, and Clinical Outcome. Front Pharmacol. 2017; 8: 1-15.4.Gong et al. Development of PD-1 and PD-L1 inhibitors as a form of cancer immunotherapy: a comprehensive review of registration trials and future considerations. Journal for ImmunoTherapy of Cancer. 2018; 6: 1-18.5.AH. Sharpe, KE. Pauken, The diverse functions of the PD1 inhibitory pathway. Nat Rev Immunol. 2018; 18(3):153-167.6.Sun C, Mezzadra R, Schumacher TN. Regulation and Function of the PD-L1 Checkpoint. Immunity. 2018; 48(3):434-45