程序性死亡蛋白-1/程序性死亡配体信号通路及其抗体在头颈部肿瘤治疗中的作用

朱文嘉 王胜资



·综 述·

程序性死亡蛋白-1/程序性死亡配体信号通路及其抗体在头颈部肿瘤治疗中的作用

朱文嘉 王胜资

程序性死亡蛋白1(PD-1)/程序性死亡配体(PD-Ls)信号通路因参与肿瘤免疫逃逸而备受关注。PD-1及PD-Ls不仅能够反映肿瘤的临床分期和生存率，并有望成为肿瘤免疫治疗的新靶点。本文就PD-1/PD-Ls信号通路抑制剂在头颈部肿瘤中的研究进展进行综述，重点论述该信号通路抑制剂在头颈部鳞癌、鼻咽癌、黑素瘤等多种实体肿瘤中的抗肿瘤效应。(中国眼耳鼻喉科杂志，2017，17：292-294,300)

程序性死亡蛋白-1；程序性死亡配体；头颈部肿瘤；免疫治疗

程序性死亡蛋白-1(programmed death protein-1,PD-1)是T细胞上的一种抑制性受体。在正常情况下，PD-1通过与其配体(programmed death ligands, PD-Ls) PD-L1、PD-L2 相互作用，抑制T细胞增殖、活化和细胞因子的分泌来发挥免疫调控作用。近年来，PD-1及其配体PD-Ls因参与肿瘤免疫逃逸机制而备受关注[1]。PD-1/PD-Ls信号通路的激活可导致免疫抑制性肿瘤微环境的形成，使肿瘤细胞逃避机体免疫监视和杀伤；而阻断PD-1/PD-Ls信号通路可逆转肿瘤免疫微环境，增强内源性抗肿瘤免疫效应。也有研究[2]表明，肿瘤细胞是通过上调PD-L1的表达来逃避T细胞的识别。人类多种肿瘤细胞株，如卵巢癌、乳腺癌、肾癌、肺癌、恶性胶质瘤、鳞癌、淋巴瘤和黑素瘤等均高表达PD-L1[3]。国内外研究证明，PD-1及PD-Ls的表达不仅能反映患者的临床分期和生存率，并有望成为肿瘤免疫治疗的新靶点。本文就其在头颈部肿瘤中的研究进展进行综述。

1 PD-1/PD-Ls 信号通路的作用机制

PD-1/PD-Ls并不是直接导致细胞凋亡，而是通过减少T细胞的存活和增殖来起作用的。PD-Ls与T细胞上的PD-1结合后，ITSM结构域中的酪氨酸发生磷酸化，募集SHP-2磷酸酶，使TCR-CD3分子及其下游ZAP70发生去磷酸化。与此同时，通过阻断Bcl-XL的表达，进一步阻断PI3K的活化，下调IL-2的表达和葡萄糖代谢；而IL-2的表达下调可诱导CD8+T细胞和CD4+T细胞处于功能失活状态，起到免疫负调控作用[4]。

与此相类似的是，PD-Ls与B细胞上的PD-1结合后，ITSM结构域中的酪氨酸发生磷酸化，募集包含SH2结构域(含酪氨酸磷酸酶)的SHP-1和SHP-2。SHP-2/SHP-1去磷酸化BCR邻近的信号分子Igα/β和Syk，减弱下游分子PLCγ2，PI3K，vav，以及ERK1/2的活化，从而传递免疫抑制信号[2]。

2 PD-1/PD-Ls信号通路及其抗体在人乳头瘤病毒相关头颈部鳞癌中的应用

在头颈部鳞癌中，免疫逃避有不同的机制，如肿瘤抗原呈递的下调、信号转换的异常调节、转录因子家族的活化、免疫抑制细胞因子的释放、免疫点受体的调节异常等。最近的研究表明，通过上调免疫抑制性配体可使肿瘤组织免于炎症破坏，这也为理解肿瘤免疫抵抗提供了一个新的视角。抗原诱导激活和T细胞增殖是通过共刺激受体、共抑制受体以及它们同源配体的时间表达来调控的。协调信号通过这些受体调控启动、扩增以及随后的适应性免疫应答。当缺少共抑制信号时，在感染和自身免疫情况下，持续的T细胞活化可以导致过度的组织损伤。免疫反应特异性或选择性地针对由肿瘤细胞表达的抗原，这些免疫哨卡是抗肿瘤免疫产生和维护的主要障碍。因此，在临床上研究免疫哨卡阻滞已成为一个新的治疗方向。细胞毒T淋巴细胞相关抗原4(cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4, CTLA-4)和PD-1是目前研究相对透彻的免疫哨卡分子。

目前局部晚期头颈部鳞癌患者的5年生存率不超过40%～50%，复发或转移性头颈部鳞癌患者的生存率依然不高[5]。针对复发或转移性头颈部鳞癌患者，临床上需要通过新的治疗策略和引进新的分子靶点来提高疗效。大量证据[6]表明，免疫系统在癌症发展中起重要作用，肿瘤细胞可利用抑制免疫检查点信号通路来抑制抗肿瘤T细胞反应。因此，PD-1通路通过下调T细胞效应来阻碍免疫反应。PD-L1在头颈部鳞癌细胞中过度表达，并通过结合PD-1受体激活PD-1免疫检查点信号通路，从而抑制抗肿瘤T细胞反应[7]。2种抗PD-L1单克隆抗体MEDI4736和MK3475的I期临床试验表明，MEDI4736的整体响应率(ORR)约11%，≥3级不良事件发生率为7%。MK3475尽管有高达20%的响应率，但也具有更高的毒性(≥3级不良事件的患者占17%)[5]。MEDI4736 在头颈部鳞癌的治疗中有较好的应用前景，值得进一步开发和临床研究。

人乳头瘤病毒(human papillomavirus，HPV)是公认的头颈部鳞癌致病因素。T细胞产生的HPV衍生蛋白(E2，E6和E7)已经在头颈部癌患者的血液和肿瘤组织中检测到[8-10]。作为效应细胞，肿瘤浸润淋巴细胞的能力可能受肿瘤微环境的影响。免疫抑制细胞或分子、头颈部癌的慢性炎症通过改变微环境来影响肿瘤。HPV相关头颈部鳞癌与HPV阴性头颈部鳞癌微环境的免疫类型差异分析可能为解释HPV相关头颈部鳞癌有更好的预后提供新的线索。研究表明，在HPV相关的头颈部鳞癌中，瘤内调节性T细胞将增加。PD-1作为CD28受体家族的一个成员，由活化的淋巴细胞表达，与PD-L1结合后抑制细胞增殖和效应功能。PD-1的表达预示有慢性抗原刺激，并可导致T细胞功能障碍。在慢性病毒性疾病和其他癌症中，通过抗体阻断或干扰PD-1/PD-L1信号通路，能提高临床效果，恢复功能性T细胞反应。初步结果证明，60%以上新分离的人头颈部肿瘤可表达PD-L1。此外，在早期舌癌的上皮内T细胞也经常表达PD-1[11]。

HPV相关的头颈部鳞癌最常见于口咽部。口咽部鳞癌是一种免疫抑制性疾病。在美国口咽癌中HPV感染高达40%～80%。潜在的机制可能是慢性迁延性感染导致癌变。与HPV相关头颈部其他鳞癌相比较，口咽部鳞癌患者发病年龄更小，无明显的烟草和(或)酒精史，有更好的社会经济地位，并有更好的临床疗效。尽管至少15种HPV被认为有致病潜能，但最常引起口咽部鳞癌的还是HPV16。HPV常首先侵犯扁桃体和舌根的淋巴组织，整合DNA基因组到宿主细胞核中，导致癌基因蛋白E6和E7的表达。E6蛋白可引起P53活性大幅降低，而E7结合视网膜母细胞瘤蛋白并使其失活，这具有高度的免疫原性并将诱导抗肿瘤免疫反应。此外，HPV16也可引起肛门和生殖器的肿瘤。研究显示，PD-1/PD-L1与HPV阳性头颈部鳞癌具有高度相关性，与HPV阴性头颈部鳞癌不具有相关性。PD-1在HPV阳性和阴性肿瘤均表达于效应T细胞，然而HPV阳性头颈部鳞癌的表达水平明显高于HPV阴性头颈部鳞癌，这也表明细胞毒性T细胞的PD-1表达在口咽部鳞癌中起着重要的作用[5]。然而，需要进一步前瞻性研究明确PD-L1表达在预后或者可预测性生物学指标中的作用。

3 PD-1/PD-Ls 信号通路及其抗体在鼻咽癌治疗中的应用

鼻咽癌是EB病毒相关疾病，具有明确的病因和地理分布。鼻咽癌高发于中国南方、香港、台湾及东南亚等地区，年发病率高达(25～50)/100 000。在世界范围内，每年有8万人患鼻咽癌，大约有5万鼻咽癌患者死亡[12]。鼻咽癌在Ⅰ和Ⅱ期患者的5年生存率超过80%，但对全身转移性鼻咽癌患者，5年存活率<10%[13]。尽管鼻咽癌对化疗高度敏感，但化疗抵抗仍然存在并迫切需要更好的治疗手段[14-15]。在世界范围内，超过90%的成人潜伏感染过EB病毒，而鼻咽癌还受环境因素(饮食、吸烟)和遗传易感性(高风险HLA异型)的共同作用。此外，EB病毒也存在于几乎所有的低分化和未分化的非角化鼻咽癌中(WHOⅡ型和Ⅲ型)。

在病毒感染动物模型中，PD-1作为T细胞耗尽的标志，常表现为细胞因子(IFN-γ，IL-2和TNF-α)分泌等效应功能的降低，并产生大量的溶细胞效应分子穿孔蛋白和颗粒酶B，最终导致细胞凋亡[16-18]。在传染性炎症反应中，1型(α，β)和2型(IFN-γ)响应，可引起周围组织中PD-L1和PD-L2表达上调。这种上调的生物学行为是为了预防在炎症中抗原T细胞介导的周围组织损伤。然而在肿瘤和慢性病毒模型中，其他免疫哨卡分子，如2B4，CD160，TIM3， LAG3在“耗尽”CD8 T细胞时将与PD-L1一起上调[19]。PD-L1在病毒相关恶性肿瘤(包括鼻咽癌)通过癌细胞和肿瘤浸润巨噬细胞高度表达。PD-L1的表达与晚期肿瘤分期、淋巴结转移等相关联，与此同时，PD-1的过度表达与较短的总生存率和无复发生存率相关联，也是死亡、治疗失败、鼻咽癌局部复发的独立危险因素[20]。这些早期研究也为免疫哨卡抑制抗体在本病的应用提供了理论依据。

Pembrolizumab是针对PD-1的高选择性人源化单克隆IgG抗体，被用来阻断PD-1受体的负免疫调节信号[21]。根据2015年欧洲癌症大会研究报告，多于1/5先前接受过治疗的转移性鼻咽癌患者在接受Pembrolizumab治疗后，表现出客观的可衡量反应， 2/3的患者经治疗后可获得一定程度的病变体积减小，反应期中位数为10.8个月。也有研究表明，Pembrolizumab在鼻咽癌治疗中的客观缓解率为22.2%，所有患者均有部分缓解[22]。最近新开发的另一种试验用抗PD1抗体Nivolumab(BMS)也正在用来治疗复发和(或)转移性鼻咽癌，此外，抗LAG3抗体LAG525与抗PD1抗体PDR001联合用于治疗晚期恶性肿瘤的安全性和有效性也正在进行I期临床试验评估[3]。

4 PD-1/PD-Ls 信号通路及其抗体在黑素瘤治疗中的应用

利用抗PD-1、PD-L1 的单克隆抗体阻断PD-1/PD-L1信号通路，以恢复T细胞的免疫杀伤功能，能够发挥良好的治疗效果。目前已经有数个抗PD-1/PD-L1单克隆抗体进入临床试验。抗PD-1抗体对黑素瘤的治疗有着很好的应用前景。

抗PD-1人源化IgG单克隆抗体Pembrolizumab对135例晚期黑素瘤患者治疗的Ⅰ期临床试验研究显示，其用于治疗黑素瘤是安全有效的，Ⅱ期临床结果也表明在晚期黑素瘤患者中的治疗效果明显优于伊匹单抗[21, 23]。此外，不同剂量水平的Pembrolizumab治疗与化疗在晚期黑素瘤患者中的疗效对比也在进一步研究中。研究[24-26]表明，全人源抗PD-1的IgG4类单克隆抗体Nivolumab疗效显著，长期安全性在可接受范围内，生存获益性和安全性都明显优于传统的化疗药物，为转移性黑素瘤的治疗提供了新的选择。Nivolumab治疗104例黑素瘤的Ⅰ期临床试验结果显示，给予患者最大剂量10.0 mg/kg 进行治疗，没有达到最大耐受剂量，而且31%的黑素瘤患者，有效[3]。此外，研究还表明人源化抗PD-1单克隆抗体Pidilizumab在所有转移性黑素瘤患者中的ORR为5.9%，1年整体存活率为64.5%。虽然有效率偏低，但在复发患者中1年整体存活率较高，且治疗耐受良好。与其他药物联合治疗的方案值得进一步研究[27]。

抗PD-1/PD-L1抗体对黑素瘤有较好临床疗效的可能原因是黑素瘤细胞表面可以表达PD-1，抗PD-1抗体一方面阻断PD-1与T细胞表面PD-L1的结合以恢复T细胞抗肿瘤活性，另一方面也可直接作用于黑素瘤细胞表面的PD-1，从而抑制PD-1/PD-L1信号通路的促肿瘤活性作用[28]。

75%的黑素瘤患者在接受PD-1治疗后可获得满意和持久的疗效。然而，在持续的PD-1作用下尽管起初肿瘤会发生消退，但延迟复发的现象也时有发生。目前，这种免疫逃逸的机制尚不明确。在对PD-1耐药肿瘤进行全外显子测序后发现，编码IFN受体相关的Janus激酶1(JAK1)或Janus激酶2(JAK2)发生基因突变，且并发野生型等位基因的缺失。JAK1和JAK2发生失活突变，一方面可通过信号通路来影响相关受体的表达；另一方面干扰素的不敏感反应还可通过其他手段调控，如在肺癌和前列腺癌细胞系中观察到的表观遗传沉默现象或者负调节因子的过表达现象[29]。此外，编码抗原呈递蛋白β-2-微球蛋白(B2M)的基因也发生了截断突变，通过减少人类主要组织相容性复合物I类分子的表达，降低对癌细胞的抗增殖作用。

5 展望

肿瘤的免疫治疗是通过激发和增强机体的免疫功能，以达到控制和杀灭肿瘤细胞的目的，并且常作为一种有效的辅助治疗方法与手术、放疗、化疗等常规疗法联合应用。目前PD-1/PD-Ls信号通路抑制剂在抗头颈部肿瘤中的重要作用得到广泛重视。抑制PD-1/PD-Ls信号通路在头颈部鳞癌、鼻咽癌、黑素瘤等多种实体肿瘤中均具有抗肿瘤效应。也有研究表明PD-1/PD-Ls抑制剂联合化疗药物可使疗效更加显著。因此，如何最大化利用PD-1/PD-Ls抑制剂抑制信号通路将成为未来头颈部肿瘤免疫治疗的研究热点。

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(本文编辑 杨美琴)

Role of programmed death protein-1/programmed death ligands signaling pathway and the antibodies in the therapy of head and neck cancers

ZHU Wen-jia, WANG Sheng-zi.

Department of Radiation Oncology, Eye Ear Nose and Throat Hospital of Fudan University, Shanghai 200031, China

WANG Sheng-zi, Email: shengziwang@fudan.edu.cn

Programmed death protein-1(PD-1) and programmed death ligands (PD-Ls) were currently emphasized for their involvement in tumor immune escape. PD-1 and PD-Ls can not only reflect the tumor clinical stage and survival rate, but also be expected to become a new target for cancer immunotherapy. This article made a summary on the progress in research of PD-1/PD-Ls signaling pathway inhibitors in head and neck cancers, especially focusing on the antitumor effect of head and neck squamous cell carcinoma, nasopharyngeal carcinoma, and melanoma.(Chin J Ophthalmol and Otorhinolaryngol,2017,17:292-294,300)

Programmed death protein-1； Programmed death ligands； Head and neck cancer； Immunotherapy

复旦大学附属眼耳鼻喉科医院放疗科 上海 200031

王胜资(Email: shengziwang@fudan.edu.cn)

10.14166/j.issn.1671-2420.2017.04.018

2016-08-01)