程序性死亡配体1与甲状腺癌相关性研究进展

马炜柯，丁国楠，周迪综述 张弘审校

甲状腺癌是内分泌系统最常见的恶性肿瘤，近几十年来其发病率几乎增加了3倍[1-2]，虽然大多数甲状腺癌，主要是甲状腺乳头状癌(85%～90%)具有惰性表现，然而5%～10%患者会出现远处转移，其5年生存率仅为 50%～55%，15%～30%患者会复发[3]。对于放射性碘难治性或晚期转移患者，治疗结果仍然普遍较差，此外，甲状腺滤泡癌偶尔会出现转移，甲状腺未分化癌具有高度侵袭性，病死率几乎100%，免疫靶向抑制剂很少有被证明对侵袭性甲状腺癌有效[4]。程序性死亡配体1(PD-L1)在甲状腺癌组织中的大量表达提示程序性死亡受体-1(PD-1)/PD-L1 信号通路在肿瘤免疫应答中发挥重要作用。自身免疫细胞可识别并清除机体的肿瘤细胞，内源性宿主免疫监视的破坏和肿瘤免疫逃逸的发生是肿瘤进展的一种机制。许多研究已经证实PD-L1广泛表达于多种免疫细胞、上皮细胞以及肿瘤细胞上，肿瘤细胞表面表达的PD-L1与其受体PD-1相互作用，通过促进T细胞衰竭来抑制抗肿瘤免疫，从而促进肿瘤的发生发展。另外，PD-L1在肿瘤细胞和肿瘤微环境中的表达与多种途径有关，强调了更好地理解调节PD-L1表达机制的必要性[5-6]。因此，笔者认为PD-L1可能是甲状腺癌一种潜在的肿瘤标志物。本文综述PD-L1在甲状腺癌中的潜在作用机制及其与甲状腺癌的相关性。

1 PD-L1结构和作用机制

PD-L1的基因定位于人染色体的9p24，编码含有290个氨基酸的Ⅰ型跨膜蛋白，也称为CD274，是B7家族的细胞表面糖蛋白，含有Ig-V和Ig-C样细胞外结构域、跨膜结构域和不含有信号基序的细胞质尾部[7-8]。PD-L1和PD-1细胞外结构域之间的相互作用可以诱导PD-1构象发生变化，通过Src家族激酶使胞浆免疫受体酪氨酸抑制基序(immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif，ITIM)和免疫受体酪氨酸转换基序(immunoreceptor tyrosine-based switch motif，ITSM)磷酸化，这些磷酸化的酪氨酸基序随后募集SHP-1和SHP-2蛋白酪氨酸磷酸酶以减弱T细胞活化信号，促进免疫逃避和T细胞衰竭，这种反应在预防自身免疫的情况下是生理性的，但在慢性感染和癌症中是病理性的，其可以拮抗细胞毒性免疫应答导致感染持续存在和/或肿瘤逃避免疫监视[9]。基于T细胞的免疫系统已经进化为识别和破坏异常细胞，例如病原体感染的细胞和癌细胞。 通过T细胞上的T细胞受体(TCR)与靶细胞上的肽——主要组织相容性复合物(MHC)的结合，检测异常细胞。然而，这种相互作用的结果在很大程度上受一系列共刺激和共抑制受体及其配体(也称为免疫靶点)的控制。在所有免疫靶点中，PD-L1/PD-1途径因其在许多恶性肿瘤中作为治疗靶点被证明有价值而脱颖而出，通过调节抗原特异性T细胞的数量和功能活性，从而在限制组织损伤和维持自身免疫耐受中起关键作用[7]。

2 PD-L1表达在甲状腺癌中的潜在调节机制

2.1 通过遗传改变调节PD-L1表达 基因组重排，包括染色体9p24.1中的基因扩增和易位可激活JAK2-STAT信号通路，使PD-L1转录和蛋白质高表达。根据PD-L1基因3'-UTR的调节作用，由于不同结构变异导致的该基因片段的丢失已在不同组织学肿瘤中被描述，并且与PD-L1的表达增加相关。Kataoka等[10]研究发现CRISPR Cas9对PD-L1基因3'-UTR的删除作用导致细胞中PD-L1 mRNA稳定性增加，上调PD-L1表达以逃避免疫监视。此外，在小鼠肿瘤模型中发现，敲除PD-L1基因的3'-UTR可以促进肿瘤生长并逃避由细胞毒性T淋巴细胞(cytotoxic T lymphocytes，CTL)介导的免疫监视，使用PD-L1抗体可恢复CD8 CTL的作用。另外，位于染色体9p上的 Janus激酶(Janus kinase，JAK )扩增有助于通过增加IFN-γ受体信号传导，或者通过增强促炎信号的转导，从而实现促进PD-L1的表达[11]。

2.2 通过microRNAs 调节PD-L1表达 PD-L1蛋白水平也受到与PD-L1 mRNA的3'-UTR结合的微小RNA(microRNA，简称miRNA)的调节,由20～22个核苷酸组成的miRNA通过靶向作用于3'-UTR来促进mRNA转录物的切割，从而调节多种肿瘤抑制基因和癌基因的表达。许多研究证据表明，miRNA直接作用于PD-L1 mRNA的3'-UTR，以控制PD-L1的表达和抗肿瘤免疫。不同miRNA可调节不同组织中PD-L1 mRNA的表达，表明miRNA的异常表达在调节癌症进展和免疫靶向治疗中起着重要作用[12]。

2.3 通过转录水平调节PD-L1表达 越来越多的研究表明，各种上游信号通路可以在转录水平上调节PD-L1表达，各种信号主要通过激活转录因子参与控制PD-L1表达，这些转录因子直接结合PD-L1的启动子区域以促进PD-L1表达[9]。

2.3.1 炎性反应信号介导的PD-L1调节：JAK及信号转导和转录激活因子(signal transducer and activators of transcription，STAT)可诱导干扰素-γ(interferon-γ,IFN-γ)活化[11]。 IFN-γ通过与其受体的结合导致经典JAK-STAT途径的信号传导，从而诱导一系列转录因子，即干扰素反应因子(interferon-responsive factors，IRFs)的表达增加，其中IRF1可直接结合PD-L1启动子以诱导PD-L1的转录，PD-L1的过量表达抑制抗肿瘤免疫[13-15]。 另外，细胞周期蛋白依赖性激酶5(cyclin-dependent kinase 5，CDK5)是一种在癌症中高度表达的丝氨酸—苏氨酸激酶，可通过其对IFN-γ信号通路的影响来调节PD-L1的表达。 Dorand等[16]研究发现神经管细胞瘤中IFN-γ诱导的PD-L1上调需要CDK5，而CDK5的缺失或失活导致肿瘤细胞中PD-L1表达的下调。此外，CDK5通过共阻遏物IRF2BP2的翻译后修饰使IRF2(IRF1的竞争性阻遏物)不稳定，IRF2的不稳定表达导致其竞争性阻遏物IRF1介导的PD-L1表达上调。

另外，NF-κB是一种普遍表达于各种细胞的转录因子，NF-κB亚基的同源或异源二聚体RelA/p65和p50可导致NF-κB的活化，是INF-γ诱导PD-L1表达的重要介质。通过促进PD-L1的表达而加快细胞的增殖、活化以及血管的生成从而导致肿瘤的进展，研究发现使用NF-κB抑制剂, 可以阻断INF-γ诱导的PD-L1的表达[17]。

2.3.2 缺氧介导的PD-L1调节： 肿瘤组织的迅速增长导致肿瘤细胞乏氧，从而激活一系列缺氧诱导因子(hypoxia-inducible factor，HIFs)，其中HIF-1介导肿瘤对缺氧的适应性反应，主要通过HIF-1α和HIF-1β的2个亚基进行,HIF-1α是功能性亚基，其稳定性由氧浓度以pVHL依赖的方式调节[18]。因此，HIF-1α在缺氧条件下上调，并且在肿瘤细胞存活中起重要作用。一些研究表明，缺氧诱导肿瘤细胞、骨髓衍生抑制细胞、树突细胞和巨噬细胞中的PD-L1表达[19-21]，从机制上讲，HIF-1α与PD-L1近端启动子中的缺氧反应元件结合并诱导PD-L1的转录增加[22-23]。因此，缺氧会增加肿瘤细胞对CTL介导的裂解作用的抵抗力[19]。

2.3.3 C-myc介导的PD-L1 调节： 转录因子C-myc诱导参与不同功能基因的表达，包括细胞增殖、生长、分化和凋亡。研究发现 C-myc基因在许多癌症类型中扩增，并且C-myc的上调被认为是促进癌症发展的驱动力之一[24]。 肿瘤细胞模型中C-myc遗传或药理学灭活导致肿瘤细胞模型中PD-L1的表达降低，从而改善了抗肿瘤免疫应答[25]。 此外，染色质免疫沉淀分析显示MYC可与PD-L1启动子结合，表明PD-L1表达可以在转录水平由MYC直接调节[26-27]。

2.4 通过致癌信号通路调节PD-L1表达 通过某些致癌信号通路的异常影响PD-L1的表达，从而控制细胞存活、增殖和分化，是癌症发生和发展的关键步骤。

2.4.1 MAPK通路在调控PD-L1表达作用： 丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信号传导途径可在多种肿瘤进展过程中发生突变和过度活化，MAPK途径主要由细胞外信号调节激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)，c-Jun氨基末端激酶(c-Jun amino-terminal kinases, JNKs)和p38介导[28]。MAPK通路的激活可以直接调节PD-L1的表达，促进肿瘤细胞逃脱机体的免疫监视，MAPK / ERK途径也可以通过激活转录因子c-Jun来增加PD-L1表达，多项研究结果显示MAPK途径组分的药理学抑制可改善抗肿瘤反应，证明MAPK致癌信号通路激活可促进肿瘤发展和免疫治疗抵抗[29-31]，MAPK信号通路的改变可诱导PD-L1表达的上调。另外，有研究证实MAPK通路可以通过激活细胞表皮生长因子受体(epithelial growth factor receptor，EGFR)来调节PD-L1的表达，从而促进癌症的发生发展[32]。

2.4.2 PI3K通路在调控PD-L1表达中作用：在癌症中经常发现导致磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)途径过度活化的基因改变，包括同源性磷酸酶—张力蛋白(phosphatase and tensin homolog，PTEN)的缺失或失活，PI3K催化和调节亚基的突变和/或上调，以及上游激活剂K-RAS以及下游效应物AKT和PDK1的改变[33-34]。PTEN的活性降低导致PI3K活化并增加PD-L1表达，部分通过提高肿瘤细胞中的PD-L1蛋白翻译率来增加PD-L1表达，导致肿瘤免疫抵抗和逃避[35]。

2.5 通过翻译后修饰调节PD-L1表达 蛋白质翻译后修饰(post-translational modifications，PTM)，包括泛素化、磷酸化、糖基化、甲基化和乙酰化，对于控制各种细胞的生理病理过程至关重要，包括肿瘤形成、转移和抗肿瘤免疫[36]。多项研究证据表明，PD-L1也经历不同的PTM，影响其稳定性及其生理和病理功能。泛素—蛋白酶体系统(ubiquitin-proteasome system，UPS)促进蛋白质泛素化和降解，以控制各种细胞过程和疾病的发生发展，包括免疫监视和肿瘤发生。 UPS的降解由活化酶(E1)，结合酶(E2)和连接酶(E3)3种不同作用的酶连续催化，这些酶导致多泛素链与靶蛋白上的赖氨酸残基共价连接，这可以被26S蛋白酶体复合物识别以促进其降解[37-38]。 Burr等[39]发现CMTM6是PD-L1表达的正调节因子，CMTM6与细胞表面的PD-L1相互作用，抑制PD-L1多泛素化，从而增加PD-L1的半衰期。针对上游调节因子比如CMTM6，降低PD-L1表达可能是PD-1 / PD-L1免疫靶向治疗的替代策略。

3 PD-L1与甲状腺癌相关性研究

3.1 PD-L1与甲状腺癌生物学行为的相关性 甲状腺癌的侵袭性和转移等临床特征可以提示肿瘤预后较差，某些基因改变也可能影响甲状腺癌的进展。在乳头状甲状腺癌(PTC)中，PD-L1表达发生在约50%的肿瘤中，并且与无病生存率降低密切相关[40-41]。

Cunha等[42]研究结果显示甲状腺癌组织中的PD-L1染色与良性甲状腺组织相比明显增加，French等[43]发现伴有淋巴结转移的甲状腺乳头状癌富含PD-L1，提示PD-L1与甲状腺癌淋巴结转移密切相关。另外在滤泡性甲状腺癌和甲状腺未分化癌中，PD-L1表达更为频繁，染色强度更强，所有PD-L1阳性的未分化甲状腺癌均显示出更显著的PD-L1染色强度，在≥80%的肿瘤细胞中呈阳性[4,44]。多项研究结果显示，发病年龄是预测PTC预后的独立危险因素[45-46]。有研究发现PD-L1在高年龄组(>55岁)的阳性表达率高于低年龄组，并且PD-L1蛋白的表达与肿瘤直径及AJCC临床分期有关[47]。因此，笔者认为PD-L1可以作为判断PTC临床特征及预后的重要指标之一，通过研究PD-L1与甲状腺癌临床特征的关系，可为甲状腺癌寻找新的分层依据，并确定其作为甲状腺癌的肿瘤标志物的潜力。

3.2 PD-L1是甲状腺癌潜在的治疗靶点 虽然大多数乳头状甲状腺癌具有惰性临床表现，但诊断为晚期甲状腺癌的患者预后较差，远处转移与10年总生存率<50%密切相关[48]。甲状腺滤泡癌容易出现骨转移，甲状腺未分化癌具有高度侵袭性，病死率几乎达到100%，很少有靶向治疗被证明对侵袭性甲状腺癌有效，对于这些患者，需要寻求新的治疗策略。在所有免疫靶向治疗中，PD-L1/PD-1途径因其在许多恶性肿瘤中作为治疗靶点被证明有价值。

目前，针对PD-L1/PD-1轴的抗体正在1 000多项临床试验中进行评估，并已被批准用于多种癌症的免疫靶向治疗，包括黑色素瘤、非小细胞肺癌、肾细胞癌、霍奇金淋巴瘤、膀胱癌、头颈部鳞状细胞癌、Merkel细胞癌和微卫星不稳定性高或错配修复缺陷实体瘤[49-52]。PD-L1在部分晚期甲状腺癌患者中高度表达，例如滤泡性和甲状腺未分化癌，PD-L1表达的测定可能与难治性甲状腺癌患者具有直接的治疗相关性[4，53]。因此，笔者认为准确检测侵袭性甲状腺癌中PD-L1阳性的肿瘤，对于确定其是否能从抗PD-L1治疗中获益非常重要，阻断PD-1/PD-Ll的信号传导途径有望成为肿瘤免疫靶向治疗的新前景，同时，了解PD-L1的作用机制及调节机制可为寻找新的治疗靶点及临床研究提供理论依据。

4 总结与展望

近年来，免疫靶向治疗成为肿瘤治疗研究的热点之一，PD-1/PD-L1相互作用是影响肿瘤细胞逃避机体免疫监视的重要机制之一。关于PD-L1与多种肿瘤相关性的研究已经取得了很大的进步，PD-L1的过量表达与多数肿瘤的临床特征、预后及无病生存期缩短密切相关，以PD-L1 为靶点的免疫靶向治疗已广泛应用于临床多种肿瘤的治疗，并且取得了显著的效果，PD-L1已经成为一种潜在的新型肿瘤标志物，并且为免疫靶向治疗提供了一种有前景的选择。

目前，关于甲状腺癌免疫靶向治疗的研究非常少，很少有免疫靶向药物治疗对甲状腺癌有效。伴随着PD-L1与甲状腺癌相关性的不断研究，可为甲状腺癌诊断提供更精准的判定指标，免疫靶向治疗可为放射性碘难治性、晚期甲状腺癌的患者提供新的治疗策略。