PD-1PD-L1在肿瘤细胞中的研究进展

1、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-1PD-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

2、-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。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，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

3、1.PD-1的结构及其表达程序性死亡受体1(PD-1)是Ishida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%的同源性刀。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，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、淋巴细胞和巨噬细

4、胞表面10。目前认为,D-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

5、、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。三.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。

6、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

7、而促进EMT的发生丽。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PDT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Bur,同时，PD-L1还能抑制TIL产生IFN-Y、IL-2等炎性细胞因子，促进IL-10的表达，从而抑

8、制TIL对肿瘤细胞的杀伤16。3. PDT/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-0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1刀。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等址发现，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Trego4. 肿瘤相关巨噬细胞(TAM)表达的PD-L1可促进肿瘤细胞发

9、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TAMoGaldiero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NivolumabPembro

10、lizumabPidilizumab(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SIII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PDT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

11、应，杀灭肿瘤22。1.2 Pembrolizumab(Keytruda)Pembrolizumab23是一种高亲和力的结合PDT的人源化lgG4-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

12、的IgGT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、MSB0010718125等。2.1 MPDL3280A在一项丨期临床研究中，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，ASC0会议报道的II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(MSB

13、0010718C)Avelumab是完全人源化的PD-L1IgG1抗体，其抑制PDT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

14、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。五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a。在肝癌的研究中，国内贺兰湘32的研究发现，在肿

15、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，

16、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):2016-2018.2 KonishiJ,YamazakiK,AzumaM,etal.B7-H1expressiononnon-smallcelllungcancercellsandi

17、tsrelationshipwithtumor-infiltratinglymphocytesandtheirPD-1expression.ClinicalCancerResearchAnOfficialJournaloftheAmericanAssociationforCancerResearch,2004,10(15):5094-100.3 RadziewiczH,IbegbuCC,FernandezML,etal.Liver-infiltratinglymphocytesinchronichumanhepatitisCvirusinfectiondisplayanexhaustedphe

18、notypewithhighlevelsofPD-1andlowlevelsofCD127expression.JournalofVirology,2007,81(6):2545-53.4 罗灿，韩为东.利用免疫系统控制癌症J.科学通报,2016(26).5 OkazakiT,WangJ.PD1/PD-Lpathwayandautoimmunity.J.Autoimmunity,2005,38(5):353-7.王见之，刘朝奇.PD-1/PD-L1与Treg细胞相关性的研究新进展J.生命科学,2010(6):583-585.7 OkazakiT,HonjoT.PD-1andPD-1ligand

19、s:fromdiscoverytoclinicalapplicationJ.InternationalImmunology,2007,19:813-24.8 杜林林，何玲玲，赵亚林，等.PD-1/PD-L1在慢性乙型肝炎相关原发性肝癌中免疫调节作用的研究进展J.中华实验和临床感染病杂志：电子版,2014:110-112.9 申健，刘芃，刘映峰，等.PD-1/PD-L信号通路:研究现况与展望J.现代免疫学,2011(4):335-339.10 LiB,VanroeyM,WangC,etal.Ant-programmeddeath-1synergizeswithgranulocytemacroph

20、agecolony-stimulatingfactor-secretingtumorcellimmunotherapyprovidingtherapeuticbenefittomicewithestablishedtumors.J.ClinicalCancerResearch,2009,15(15):1623-34.11 IwaiYIshidaM,TanakaYetal.IwaiY,IshidaM,TanakaYOkazakiT,HonjoT,MinatoN.InvolvementofPD-L1ontumorcellsintheescapefromhostimmunesystemandtumo

21、rimmunotherapybyPD-L1blockade.ProcNatlAcadSciUSA99:12293-12297J.ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences,2002,99(19):12293-7.12 田坤，何雯婷，李玉民.PD-1/PD-L1通路在肿瘤免疫逃逸中的研究进展J.现代肿瘤医学,2016,24(21).13 CaoY,ZhangL,KamimuraY,etal.B7-H1overexpressionregulatesepithelial-mesenchymaltransitionandacceleratescarcinogen

22、esisinskin.J.CancerResearch,2011,71(4):1235-43.14 HiranoF,KanekoK,TamuraH,etal.BlockadeofB7-H1andPD-1bymonoclonalantibodiespotentiatescancertherapeuticimmunity.CancerResearch,2005,65:1089-96.15 GajewskiTF,SchreiberH,FuYX.Innateandadaptiveimmunecellsinthetumormicroenvironment.NatureImmunology,2013,14

23、(10):1014-22.16 BeckerJC,AndersenMH,SchramaD,etal.Immune-suppressivepropertiesofthetumormicroenvironmentJ.CancerImmunologyImmunotherapy,2013,62:1137-1148.17 TaubeJM,KleinA,BrahmerJR,etal.AssociationofPD-1,PD-1ligands,andotherfeaturesofthetumorimmunemicroenvironmentwithresponsetoanti-PD-1therapy.J.Cl

24、inicalCancerResearchAnOfficialJournaloftheAmericanAssociationforCancerResearch,2014,20(19):5064-74.18 LiuH,BakthavatsalamR,Meng乙etal.PD-L1SignalonLiverDendriticCellsIsCriticalforFoxp3+CD4+CD25+TregandLiverToleranceInductioninMice-TransplantationProceedingsJ.TransplantationProceedings,2013,45(5):1853

25、-5.19 GaldieroMR,GarlandaC,JaillonS,etal.Tumorassociatedmacrophagesandneutrophilsintumorprogression十J.JournalofCellularPhysiology,2013,228:1404-1412.20 ChenJ,LiG,MengH,etal.UpregulationofB7-H1expressionisassociatedwithmacrophageinfiltrationinhepatocellularcarcinomasJ.CancerImmunology&Immunothera

26、py,2011,61(1):101-8.21 RajanA.Nivolumab(anti-PD-1,BMS-936558,ONO-4538)inpatientswithadvancednon-smallcelllungcancerJ.TranslationalLungCancerResearch,2014,3(6):403-5.22 KeatingGM.Nivolumab:AReviewinAdvancedSquamousNon-SmallCellLungCancerJ.Drugs,2015,75(16):1925-34.23 GaronEB,RizviNA,HuiR,etal.PembrolizumabfortheTreatmentofNon-Small-CellLungCancerJ.NewEnglandJournalofMedicine,2015,372(21):179-188.24 WestinJR,ChuF,ZhangM,etal.SafetyandactivityofPD1blockadebypidilizumabincombinationwithrituximabinpatientswithrelapsedfollicularlymphoma:asinglegroup,open-label,phase2trialJ.LancetOncology,2014,15:69