PD-1/PD-L1在肿瘤免疫治疗中的应用研究进展

于长春，岳晓彤，张小雷，郭海勇

(1.吉林师范大学 生命科学学院，吉林 四平 136000；2.中山大学 药学院，广东 广州 510006)

0 引言

癌症已成为威胁人类健康的一大杀手，因此亟需提出有效的癌症治疗方案[1-3].癌症治疗已经从手术治疗、放射线治疗、化学药物治疗向靶向治疗和肿瘤免疫治疗转变.对患病部位进行手术切除无法完全阻断癌症发展，且存在病灶转移的风险.放射线治疗无法准确区分癌细胞与正常细胞，会在杀灭癌细胞的同时将部分正常细胞杀死.长期接受放化疗的患者白细胞减少、肝肾功能受损、机体免疫力降低、肠道菌群失调、脱发，严重影响患者的生活质量，甚至有复发的可能[4-5].靶向治疗则直接将作用对象精准到患者肿瘤细胞上的特异性靶点或特定的转录调节因子，通过抑制或激活特定靶点干扰上下游信号通路，抑制肿瘤细胞增殖，从而在细胞代谢水平上抑制肿瘤疾病发展[6-7].尽管与放化疗和手术切除相比，靶向治疗具有一定优势，但因正常体细胞癌变过程不可逆转，细胞代谢经历长时间药物分子刺激可能产生肿瘤细胞获得性耐药的情况[8-9].于是，提出肿瘤免疫疗法将肿瘤细胞代谢过程与免疫系统识别肿瘤细胞相结合，这种开创性的癌症疗法能够改善患者不良治疗预后，且在高发恶性肿瘤(如非小细胞肺癌、乳腺癌、晚期黑色素瘤、结肠癌等)的临床治疗中具有很好的效果[10-11].因此肿瘤免疫治疗是目前可以投入临床的最新癌症治疗方法，具有高效、广泛适应性的优势[12-13].

1 PD-1/PD-L1

1992年Y.Ishida及其团队[14]在研究细胞凋亡过程中发现肿瘤免疫环境内还存在一种特殊受体，并将这种抑制T细胞免疫活性的分子命名为细胞程序性死亡受体(Programmed cell death protein 1，PD-1).2000年Y.Ishida联合哈佛大学医学院丹娜法伯癌症研究院[15]共同发表了以PD-1肿瘤免疫理论为基础的重要论文，继抑制T细胞免疫活性的受体分子后又发现B7蛋白家族配体细胞程序性死亡-配体1(Programmed cell death 1 ligand 1，PD-L1)，阐述了PD-1/PD-L1参与调控T细胞分泌细胞因子的作用过程.

如今肿瘤免疫治疗多采用抑制免疫检查点(Immune checkpoint)和过继性细胞疗法(CAR-T、CAR-NK、TAR-T、ILs)，PD-1/PD-L1作为最有代表性的免疫检查点一直是肿瘤免疫研究领域的热点.免疫检查点作为调节T淋巴细胞效应功能的免疫抑制位点，以共抑制分子形式存在于肿瘤免疫全过程[16].Z.Laurence等[17]提出靶向PD-1或其配体PD-L1在晚期癌症患者的巨大治疗潜力，此后国内外许多研究者也在研究中验证并支持这个观点[18-19].J.Madore等[20]通过临床数据和实验分析发现抑制免疫检查点PD-1/PD-L1在难治性晚期黑色素瘤、三阴性乳腺癌和肺癌中表现出良好的肿瘤治疗效果.

免疫抑制分子PD-1受体相对分子质量小，作为具有IgV样结构域的跨膜蛋白主要在T细胞表面发挥作用[21].研究发现，PD-1 在 T 淋巴细胞、B 细胞和自然杀伤细胞过表达，当 T 淋巴细胞接受肿瘤细胞表面PD-1配体PD-L1(CD279，B7)发出的刺激信号后与PD-1结合，立即在免疫环境中发挥监测标志物功能，帮助肿瘤细胞躲避免疫监视[22-23].PD-1参与肿瘤免疫时第二种PD-1配体PD-L2和同属B7家族的跨膜蛋白受体B7-1与PD-1相互作用也会传递抑制肿瘤免疫识别的信号因子，因此在PD-1/PD-L1肿瘤免疫研究中要尽量减少其他因素对研究结果的影响.另外，肿瘤微环境(Tumor microenvironment，TME)中存在IL-2、IFN-γ等细胞炎症因子诱导 PD-L1异常表达，加速PD-L1与 PD-1 相互作用，竞争性阻断 T 淋巴细胞免疫活性，最终使T细胞耗竭无法完成免疫调节[16，24-25].PD-1/PD-L1肿瘤免疫疗法临床效果明显，能够延缓癌症发展同时延长药物分子在体内的作用时间，诊疗过程方便易掌握，副作用也明显少于传统治疗手段[26-27].

2 PD-1/PD-L1在肿瘤免疫中的应用

2.1 PD-1/PD-L1单抗

基于免疫检查点PD-1/PD-L1的特殊机制，药物研发团队利用单抗药物的分子靶向原理以肿瘤免疫理论为依据研发出PD-1和PD-L1单抗.作为免疫检查点抑制剂，PD-1单抗通过减少释放PD-1/PD-L1结合产生的刺激信号降低免疫T细胞活性，增加T细胞对肿瘤细胞的攻击，恢复T细胞免疫抑制[28]；PD-L1单抗则利用药物分子优先靶向肿瘤细胞表面PD-L1的原则，减少癌症细胞释放负向调节免疫系统信号因子，放弃对T细胞的抵抗[29].为了提高免疫细胞对肿瘤细胞的识别效率，完全阻断PD-1/PD-L1肿瘤免疫信号，药物研发团队致力于免疫检查点抑制剂的开发与创新，目前经FDA和CFDA获批进入临床应用的PD-1/PD-L1抑制剂都是单抗药物，其中PD-1单抗包括默沙东旗下的Keytruda(K药)和百施宝公司的Opdivo(O药)，PD-L1单抗包括罗氏的Tecentriq(T药)、默克公司的Bavencio(B药)和阿斯利康旗下的Imfinzi(I药)[30-31].2019年首款国内PD-L1单抗Drurvalumab(次伐利尤单抗)投入市场，2021年6月PD-1单抗特瑞普利(JUPITER-02)的临床研究成果成功作为第一个入选美国临床肿瘤学会年会的中国创新药物研究[32].

PD-1单抗发展历程中，O药和K药是最早经FDA获批认证的抗PD-1临床用药，J.R.Brahmer等[33]和A.D.Rodriguez等[34]通过Ⅲ期临床试验数据分析发现Keytruda单抗毒性较低，能够明显延长非小细胞肺癌和晚期黑色素瘤患者的无进展生存期和总生存期.威尔康奈尔医学院研究团队通过对晚期非小细胞肺癌患者进行临床试验发现，使用Opdivo单抗后患者中位总生存期延长，总生存率提高[35].2018年O药和K药通过中国国家药品监督管理局批准，正式成为我国癌症患者抗PD-1临床治疗药物.2018年12月首款国产PD-1单抗特瑞普利单抗在国内上市，通过临床适应症分析发现特瑞普利单抗在黑色素瘤和难治性晚期恶性实体瘤中具有良好耐受性和抗肿瘤活性[36].次年恒瑞医药研发的PD-1卡瑞利珠单抗以药物预估年治疗费用低于K药70%的优势成功占领中国市场，卡瑞利珠单抗的推广使更多癌症患者接受免疫治疗，也为更多患者减轻经济负担.随着难治性经典型霍奇金淋巴瘤PD-1单抗信迪利单抗(商品名：达伯舒)和赛帕利单抗在国内上市，越来越多国产单抗将满足临床治疗需求，为更多癌症患者带来治愈希望.

2.2 双免疫治疗

免疫系统中，PD-1/PD-L1与免疫抑制分子CTLA-4共同作为共抑制受体在肿瘤免疫中发挥免疫抑制功能[37].与PD-1/PD-L1肿瘤免疫机制不同，免疫抑制分子CTLA-4在外周血和淋巴结、脾脏等二级免疫器官中表现出CD28高度同源性，不仅与活化的B细胞B7反受体结合，还接受 T 细胞抗原受体(TCR)协同刺激信号促进 T 细胞活化，最终与B细胞和T细胞共同参与免疫系统负向调节[38].研究发现在癌症患者外周血单核细胞中CTLA-4和PD-1过表达被抑制后二者在肿瘤免疫环境中协同发挥诱导T细胞免疫应答功能[39-43].M.D.Hellmann等[44]对NSCLC患者进行CTLA-4抑制剂Ipilimumab单抗和PD-1抑制剂Nivolumab单抗联用，相比于化疗组抑制剂联用患者无进展存活率和总生存期中位数增加，治疗相关不良事件比率降低，所以适当采用抗CTLA-4与抗PD-1免疫疗法组合联用在癌症治疗研究中意义重大.

在非小细胞肺癌中，赵沙等[45]提出将抗PD-1/PD-L1与过继性细胞疗法CAR-T结合，采用“PD-L1-CAR-T”双重治疗的组合方式促进机体恢复正常免疫识别功能，维持免疫系统稳定状态.但PD-L1-CAR-T双重免疫疗法联用目前只适用于非小细胞肺癌的初步研究阶段，尚未证明具有广泛适用性.

2.3 PD-1/PD-L1单抗联用其他疗法

肺癌作为发病率高死亡率高的恶性肿瘤，在晚期肺癌患病人群中仅有20%患者对手术或放化疗治疗有响应，其余患者即使接受治疗也无法改善病灶转移和死亡的结果.M.Zhang等[46]发现PD-L1不仅以生物标志物形式存在于肿瘤微环境中，并且相比于化疗，晚期肺癌患者接受抗PD-L1治疗后生存率明显提高.孙德彬等[47]利用流式细胞技术和ELISA分析发现实体瘤化疗药顺铂在杀灭肿瘤细胞同时也影响肺癌中PD-1/PD-L1表达.霍庚崴等[48]对接受PD-1/PD-L1单抗联用化疗药物的晚期NSCLC癌病例进行有效性与安全性数据分析，随机对照实验结果表明PD-1/PD-L1单抗联合化疗药物能够显著改善患者预后，延长生存期，随后PD-1/PD-L1免疫疗法联合化疗的治疗效果在食管癌和淋巴瘤中也都得到验证[49-51].

另外在结肠癌、乳腺癌中还可以采用PD-1/PD-L1单抗与靶向治疗联用方案，亮点在于通过靶向转录调节因子激活或抑制细胞代谢上下游关键信号通路，共同激活T细胞发挥肿瘤免疫功能，抑制肿瘤发生发展.参与联用的经典信号通路转录调节因子有VEGF、STAT3、NF-kB、TGF-β等，相比于单独使用靶向治疗药物联用抗PD-1或抗PD-L1能够观察到更好的抗肿瘤治疗效果[52-54].

2.4 PD-L1小分子抑制剂

免疫检查点抑制剂根据化合物分子大小和作用机制不同分为大分子单抗(如PD-1单抗、PD-L1单抗)和非单克隆抗体，其中非单克隆抗体主要包含小分子抑制剂、环肽类抑制剂和其他大环类化合物.PD-1单抗、PD-L1单抗由于只能识别细胞结构表面受体无法直接作用于细胞内，导致药物吸收速度变缓，药物半衰期和组织滞留时间延长.临床治疗中采用静脉注射的给药方式更加降低了药物利用度，由于单抗本身存在免疫局限性，长期使用可能造成获得性耐药的情况.尽管单抗是目前临床抗PD-1、抗PD-L1的常用抑制剂，但在PD-1/PD-L1免疫治疗中还存在局限性，需要与其他疗法联用提高治疗效果[55-59].相比于大分子单抗，小分子抑制剂相对分子质量小、理化性质稳定，直达病灶减少药物进入胞内甚至核内的时间，提高患者治疗效果的同时减少药物免疫排斥产生的免疫有关不良反应[60].药代动力学分析表明小分子抑制剂可以从根本上提高药物代谢稳定性，延长药物半衰期，具有治疗成本低，患者负担小的优势[61].

在分子结构中，跨膜蛋白PD-L1以二聚体形式参与PD-1/PD-L1结合，在胞外表现出明显的IgV和IgC样结构域分区，C端尾部的氨基酸残基(Tyr56、Glu58、Arg113、Met115、Tyr123、Ala121、Asp122等)在与受体 PD-1结合时发挥重要作用[62-64].基于药物分子结构域特点和化合物稳定性，可将小分子抑制剂分为磺胺间甲氧嘧啶和磺胺甲噻二唑类、联苯杂芳基联苯类、二唑及噻二唑类、苄苯醚类和咪唑并吡啶杂环类[65].百时美施贵宝公司以小分子药物特点为基础结合配体结构域，研发出首款靶向PD-L1小分子抑制剂BMS-202，联苯环结构化合物BMS-202优先靶向PD-L1，抑制PD-1/PD-L1结合减少PD-1/PD-L1产生异二聚体结构.T.Ashizawa等[66]发现在双敲除NOG小鼠模型中BMS-202相比于对照组具有明显的抗肿瘤作用，HTRF检测结果表明IC50小于0.92 nmol/L，说明BMS-202可以从酶学水平抑制PD-1/PD-L1结合，减少PD-1/PD-L1对免疫功能的负向调控[67-68].另外，BMS家族的BMS-1001和BMS-1166通过抑制PD-L1显著改善PD-1/PD-L1介导的Jurkat T淋巴细胞衰竭，使用小分子抑制剂后T淋巴细胞免疫活性被激活[69].程斌斌[70]对BMS-202联苯环结构进行再次改造，发现新型PD-L1小分子抑制剂NP19不仅在HTRF实验中抑制PD-1/PD-L1结合，在黑色素瘤和H22肝癌小鼠模型中也表现出良好的抗肿瘤活性，并且尚未发现明显药物毒性.

目前关于小分子药物的肿瘤免疫治疗研究成果还需要长期临床试验进行验证，虽然许多PD-1/PD-L1小分子抑制剂还处于药物分子结构创新阶段，但初步探索成果已经展现出明显优势，说明免疫检查点小分子抑制剂在肿瘤免疫中具有重要发展前景.

3 总结与展望

PD-1/PD-L1肿瘤免疫疗法是癌症治疗领域最热门、期望度最高的治疗方法之一，在延长患者生存期、改善患者预后方面效果显著.抑制PD-1/PD-L1相互作用能够保护机体免疫，减少T细胞耗竭.PD-1/PD-L1肿瘤免疫治疗无论单独使用还是联用，都能明显缓解患者病情发展，提高患者生存质量.PD-1/PD-L1小分子抑制剂虽然处于药物分子结构创新阶段，但其在肿瘤治疗中已具有明显优势，通过不断深入研究PD-1/PD-L1小分子抑制剂在肿瘤免疫治疗中的作用机制，将PD-1/PD-L1肿瘤免疫疗法更多投入临床应用，一定能够改善癌症患者的生存质量，为广大癌症患者带来治愈希望，展现出广阔的应用前景.随着肿瘤免疫疗法的深入研究，PD-1/PD-L1在肿瘤免疫中的发展也将面临更多挑战，如长时间使用PD-1或PD-L1小分子抑制剂是否会发生耐药、怎样提高药物口服利用度、如何拓宽联用治疗适应症范围、能否从中医理论和肿瘤免疫理论多角度出发提高治疗效果等.另外，在PD-1/PD-L1小分子药物的研究中可以尝试蛋白降解或抑制PD-1/PD-L1转录翻译过程直接抑制PD-1/PD-L1结合，提出PD-1/PD-L1小分子抑制剂联用的新方案为肿瘤免疫发展开辟新途径.