PD-1/PD-L1信号通路在非小细胞肺癌免疫微环境和治疗方面的研究进展

龙博雨综述 霍建民审校

肺癌是死亡率最高的恶性肿瘤之一。在所有肺癌病例中，近85%为非小细胞肺癌(non-small cell cancer,NSCLC)。NSCLC患者早期症状并不明显，导致确诊时多已是中晚期。化疗和放疗是治疗中晚期NSCLC最主要的方法，但是由于肺癌高度的转移性，治疗效果并不是很理想。因此，探索有效的治疗方式成为近几年人们关注的热点。恶性肿瘤的发生、发展与机体免疫功能失调有密切的联系，近年来肿瘤免疫治疗在NSCLC治疗上取得了长足的进步。程序性死亡受体(programmed death-1，PD-1)及其配体PD-L1在肿瘤免疫逃避和肿瘤微环境形成中起着重要作用。

1 PD-1及其配体

PD-1是一种1型转膜蛋白，编码PDCD1基因[1]，是扩展的CD28/CTLA-4免疫球蛋白家族的一员，也是一个重要的T细胞表达的抑制性共受体。PD-1包含1个细胞外IgV结构域、1个疏水性转膜区、1个基于酪氨酸的抑制性模体(tyrosine-based inhibitory motif,ITIM)和1个基于酪氨酸的转换模体(tyrosine-based switch motif,ITSM)。研究发现，激活ITSM对PD-1诱导的T细胞抑制有重要作用[2]。PD-1在T细胞、B细胞、自然杀伤细胞、树突状细胞和肿瘤浸润淋巴细胞(TILs)中均有表达[3]。

PD-1有2个配体：PD-L1(又被称为B7-H1,CD274)和PD-L2 (B7-D,CD273)。PD-L1在休眠的T细胞、B细胞、树突状细胞、巨噬细胞、血管内皮细胞和胰岛细胞中均有表达。而PD-L2只在巨噬细胞和树突状细胞中表达[4]。不同的细胞分布，说明PD-L1和PD-L2在免疫调控上有着不同的作用。

PD-L1在多种肿瘤中表达，特别是NSCLC[5]、黑色素瘤、肾癌、前列腺癌、肝癌、白血病、多发性骨髓瘤等[6-7]。PD-L1的表达会诱导多种前炎症因子生成，如1型、2型IFN-γ，TNF-α，LPS，GM-CSF，VEGF，以及细胞因子IL-10和IL-4[8]。因此，肿瘤微环境中PD-1表达增加能够促进机体免疫抑制，从而达到抗肿瘤的目的，这种现象被称为 “获得性免疫”[7]。PD-L1受癌基因和抑癌基因调控，如PD-L1的表达会被抑癌基因PTEN抑制，这属于自身免疫。Parsa等研究发现，在神经胶质瘤中敲除PTEN，能够在转录水平调控PD-L1表达，其作用机制为激活PI3K/AKT下游mTOR-S6K1信号通路，最终使PD-L1表达增加[9]。另一项研究发现，在黑色素瘤模型中，PD-L1能够与T细胞表达的CD80结合，暗示CD80是PD-L1的受体[10]。

2 PD-1/PD-L1介导免疫抑制的机制

PD-1/PD-L1通路，同CTLA-4一样，通过调控免疫信号通路的蛋白来调控机体免疫。然而，两者的作用方式稍有不同[11]。CTLA-4的作用方式为调控T细胞激活，而PD-1则是调控作用于T细胞活性的调控子[12]。

PD-1/PD-L1通过多种机制调控免疫抑制：①诱导激活T细胞的凋亡。PD-1通过影响凋亡相关基因从而抑制T细胞存活。在T细胞激活过程中，CD28通过促进抗凋亡基因Bcl-xL表达来维持T细胞存活。然而，PD-1通过抑制PI3K激活而抑制Bcl-xL表达，最终导致T细胞凋亡[13]。研究发现，鼠类和人类肿瘤细胞表达PD-L1会导致激活的T细胞凋亡，PD-L1抗体能够减少激活的T细胞凋亡从而增加抗肿瘤免疫[12]。②作用T细胞能量代谢。先前很多研究表明，肿瘤的发生与慢性感染有关[13]。而研究者又发现，在慢性感染中，能量耗尽的T细胞中PD-1过表达，抑制PD-1/PD-L1通路可以使T细胞恢复增殖与分泌能力[14]。另一项研究也表明，在肿瘤微环境中，能量耗尽的肿瘤浸润淋巴细胞(TILs)中也存在PD-1过表达的现象[15]。③增加调控性T细胞的功能。PD-1通过下调mTOR、AKT、S6、P-ERK2以及上调PTEN，促进Tregs(naturally occurring CD4 + CD25 + regulatory T cells)生成并恢复T细胞调控子活性[16]。抑制PD-1/PD-L1通路能够提高CD8 T细胞调控子的功能，并抑制Tregs功能，从而达到抗肿瘤的目的。④抑制T细胞增殖。PD-1能抑制PKC-theta的磷酸化，使T细胞周期阻滞在G1期，并且影响 IL-2的生成[17]。PD-1还能通过激活Smad3，引起T细胞周期阻滞[18]。⑤抑制损伤的T细胞激活和IL-2产生。PD-1/PD-L1阻断Ag/MHC激活的下游信号通路，抑制T细胞激活和IL-2生成[19]。CD80-PD-L1反应可以阻止T细胞自我激活后的自身免疫反应[20]。

还有很多PD-1/PD-L1信号通路相关的研究正在进行中，然而，PD-L2相关的机制并不是很明了，但是之前PD-L1的研究为研究PD-L2提供了理论基础和研究方向。

3 PD-1/PD-L1信号通路在NSCLC中的临床意义

NSCLC能通过多种机制逃避免疫监控。在晚期NSCLC患者中，研究者发现肿瘤微环境和肿瘤淋巴细胞与肿瘤逃避免疫监控密切相关[21]。先前研究发现，在NSCLC患者中，PD-L1过表达与预后差和高侵袭性相关。然而，Yang等在肺腺癌的研究结果中发现，PD-L1与肿瘤的高分化相关，PD-L1阳性表达与肿瘤复发率下降呈正相关。PD-L1表达与无复发存活率(relape-free survival,RFS)呈正相关，但是与整体存活率(overall survival,OS)无关[22]。笔者认为产生这些矛盾结果的原因可能与不同的种属、肿瘤病理类型、样本质量以及检测方法等原因有关。因此，PD-L1是否能当做诊断NSCLC的标志物是有争议的，需要进一步的研究支持。

一项583例NSCLC样本的单核苷酸多态性(single-nucleotide polymorphism,SNP)分析结果显示：PD-1 SNP状态(AA,AG,GG)与正常对照样本相比并没有明显差异。但是，PD-1 GG表型的患者存活时间明显少于GA、AA表型的患者[23]。

肿瘤微环境中，免疫系统的变化会影响肿瘤的发展和转移。肿瘤相关基因的突变与免疫系统的失衡有关。在肺癌的发展过程中，有很多突变，如EGFR、ALK等。研究发现，PD-L1在EGFR突变的样本中高表达，并且EGFR突变能够促使PD-L1表达[24]。这个现象为临床治疗提供了思路，提示我们去研制EGFR和PD-L1抑制剂来抑制肺癌的发生、发展。但也有研究指出，在东亚人种中，PD-L1表达与肺腺癌主要突变基因(EGFR,ALK,KRAS,BRAF)没有相关性。PD-L1与肿瘤相关基因突变的相关性还有待大样本的研究来进行证实。

4 PD-1，PD-L1靶向药物

4.1 PD-1抗体

4.1.1 Nivolumab Nivolumab(BMS-936558，品名：Opdivo)是一个人源化IgG4单克隆抗体。Nivolumab能够抑制CD8+ TILs，促使细胞因子分泌并促进T细胞增殖[25]。一项296例患者参与的临床1期试验数据表明，Nivolumab对18%的NSCLC患者有效，对65%患者有超过一年的持久效应。研究者检测了42例患者的PD-L1表达，Nivolumab对36%表达PD-L1的患者(9/25)有效，而对17例患者无效[26]。在另一项临床1期试验中，Nivolumab 对NSCLC患者的有效率为17%(22/129)，排除6例异常免疫反应个例[27]。

Nivolumab的单药临床试验(NCT01721759,NCT02066636)已经在进行中，另外，比较Nivolumab和联合化疗治疗的随机试验(NCT02041533,NCT01673867)也正在进行中。2015年3月4日，Nivolumab被美国食品及药物管理局核准用于转移性NSCLC患者的治疗。

4.1.2 Pembrolizumab Pembrolizumab(MK-347)是一个高度选择性、人源化IgG4单克隆抗体，在设计中使C228P位点突变。在临床应用中，多用于治疗晚期实体瘤。在临床1期试验中，Pembrolizumab 对38个病例中21%患者有效，最佳效应出现在接受10 mg/kg Pembrolizumab治疗3周。深入研究发现，Pembrolizumab的抗肿瘤效应与PD-L1表达相关[28]。Pembrolizumab单药治疗的临床试验(NCT01840579)正在NSCLC患者中进行。比较Pembrolizumab和联合化疗治疗的随机试验(NCT02142738)也正在进行中。4.1.3 Pidilizumab (CT-011) Pidilizumab是一个人源化IgG-1K重组PD-1单克隆抗体，在小鼠肿瘤模型上已经证实其具有抗肿瘤作用。而人体试验只在血液肿瘤患者中进行，并未在NSCLC患者中进行[29]。

4.2 抗PD-L1抗体

4.2.1 BMS-936559 BMS-936559/MDX1105是一个人源化，高亲和力IgG4单克隆抗体，特异性抑制PD-L1与PD-1结合，在临床1期试验中，207位患者中有75名NSCLC患者出现肿瘤缩小现象，BMS-936559的有效率为6%～17%，包括NSCLC患者、黑色素瘤患者，肾癌患者的病情持续稳定24周占比12%～41%；在5例NSCLC患者(4例非鳞癌亚型患者，1例鳞癌亚型患者)中，在剂量3 mg/kg 和10 mg/kg时，有效率分别为8%和16%。另外有6名NSCLC患者病情稳定超过24周[30]。

4.2.2 MPDL3280A MPDL3280A是一个人源化IgG1抗体，特异性结合于PD-L1，因此竞争性抑制PD-L1与PD-1结合。一项临床1期试验表明其能够提高NSCLC患者生存率[31]。

4.2.3 MEDI4736 MEDI4736是一个人源化IgG1抗体，特异性结合于PD-L1。一项临床1期试验发现，MEDI4736对NSCLC患者12周病情控制率可达46%[32]。

4.2.4 AMP-224 AMP-224是一个B7-DC-Fc融合蛋白，可以竞争性结合PD-1[33]。在对NSCLC患者的临床1期试验中发现，PD-1高表达的TILs随AMP-224剂量增加在4小时至2周间逐渐减少[34]。

5 展望和存在的问题

5.1 作为NSCLC诊断的标志物

先前研究认为PD-L1表达与NSCLC不良预后有关，但是这个观点存在很多争议。PD-L1是一个可诱导的分子，而肿瘤又具有异质性的特征，PD-L1是否阳性表达以及过表达在不同的试验中存在很大差异。因此，笔者认为是否将PD-L1作为肿瘤标志物还需要大量实验以及大规模临床研究来证实。

5.2 未来研究方向

尽管已有研究证实PD-1/PD-L1信号通路与肿瘤免疫有关，但是还有很多问题需要进一步探索。例如，如何选择不同的患者的治疗方案，是PD-1/PD-L1抑制剂、化疗、放疗、还是联合治疗；PD-1/PD-L1抑制剂能否作为第一用药；阻断PD-1/PD-L1信号通路是否只激活肿瘤效应T细胞，或是T细胞能否自激活；以及PD-L2能否用于NSCLC诊断。

总之，肿瘤的免疫治疗为NSCLC的治疗提供了新的思路。相较于其他的肿瘤治疗方式，肿瘤免疫治疗具有相对安全性、有效性、副作用低等特点。临床试验数据显示越来越多的NSCLC患者正受益于抗PD-1和抗PD-L1药物。在今后的研究中，大规模临床试验是必须的，随着对PD-1/PD-L1信号通路研究的深入，NSCLC的治疗将会取得长足进步。

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