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
2、关于 PD-1/PD-L1 研究的文章高达 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（I
3、mmune checkpoint）机制可以控制免疫反应的强度和持续时间，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-
4、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、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
5、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。
6、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 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）
7、 ，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
8、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、
9、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。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 P
10、D-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
11、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-L
12、2 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
13、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，应用 PD-1 抑制剂后，这
14、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
15、可以延长 T 细胞的存活时间，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
16、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，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
17、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
18、 ）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 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
19、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
20、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，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
21、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
22、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 Teff 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
23、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
24、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 ASCO 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.
25、 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, Combinations, and Clinical Outcome. Front Pharmacol. 2
26、017; 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):434-452.7. Pardoll DM. The blockade of immune checkpoints in cancer immunotherapy. Nat Rev Cancer. 2012;12(4):252-64.
