PD-1单抗联合疗法改善肿瘤中T细胞浸润的研究进展

柳云恩，张紫晶，骆中华

(沈阳医学院树人国际学院，辽宁 沈阳 110034)

目前肿瘤已成为人类死亡的主要原因，除了传统的手术、放疗和化疗三大治疗策略外，免疫治疗作为一种颇有研究前景的癌症治疗方法已获得了广泛的关注。该治疗的关键在于通过患者的免疫系统对抗肿瘤，并防止复发。经过科研人员不懈的努力，免疫疗法逐渐成熟，包括过继性T细胞疗法、肿瘤新生抗原疫苗等[1]，免疫检查点抑制剂为人们所关注的焦点之一。不幸的是部分患者对免疫检查点抑制剂的治疗效果并不理想，完善治疗方法、改善患者治疗效果成为迫切需求。

众所周知，T淋巴细胞在对抗肿瘤的发生发展中扮演着不可或缺的角色，作为免疫检查点抑制剂之一的PD-1单抗的有效性取决于效应T细胞(Teff)在肿瘤中的浸润情况及调节性T细胞(Treg)的免疫抑制程度。因此，改善肿瘤中Teff浸润及Treg抑制作用，提高PD-1单抗治疗的有效性至关重要。

1 肿瘤免疫微环境中的T细胞

1.1 T细胞的迁移与浸润

吴林峰等人通过GEO数据库及CIBERSORT反卷积比对了正常人和结直肠癌患者的结直肠组织，结果显示两组免疫细胞浸润存在较大的差异，说明免疫细胞在癌症进展中发挥重要作用[2]。当人体正常组织发生癌变时，免疫T细胞先被激活再浸润到肿瘤中发挥杀伤作用。研究发现树突状细胞(DC)作为抗原提呈细胞(APC)呈递肿瘤抗原，T细胞通过其受体(TCR)识别APC上主要组织相容性复合体(MHC)呈递的抗原，激活免疫细胞的抗肿瘤活性[3]。随后T细胞迁移到肿瘤部位并浸润到肿瘤中，识别并杀伤肿瘤细胞。但晚期结直肠癌患者即使存在大量肿瘤浸润淋巴细胞(TIL)，通常也无法识别或根除肿瘤细胞，这是由于肿瘤细胞存在免疫逃逸。

1.2 肿瘤细胞的免疫逃逸

在自身免疫性疾病中，免疫检查点分子可调控免疫系统，抑制T淋巴细胞杀伤人体正常细胞。在癌症的发生和发展过程中，肿瘤细胞利用免疫检查点通路逃避免疫监视。程序性细胞死亡蛋白1(PD-1)是众多免疫检查点分子中的一种，又名CD279，是一种跨膜蛋白，属于免疫球蛋白超家族，主要在活化的T细胞上表达。作为PD-1的配体，程序性细胞死亡配体1(PD-L1)可在肿瘤细胞中表达[4]，但它们的表达模式具有异质性，并且在不同的肿瘤类型中也有所不同[5]。TCR与APC表面的MHC分子结合传递活化信号，可使T细胞释放干扰素(IFN-γ)。IFN-γ与肿瘤细胞表面相应受体结合后，激活JAK-STAT信号通路并增强干扰素应答基因的表达，与PD-L1启动子结合致使肿瘤细胞表面高表达PD-L1。PD-1与PD-L1结合后，PD-1中ITSM结构域发生磷酸化并募集SHP-2，使下游的Syk和PI3K去极化，进一步抑制T细胞的免疫识别功能，从而无法分泌细胞溶解分子如穿孔素，且不能分泌促炎性细胞因子如白细胞介素-2(IL-2)，IFN-γ和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)[6]。CD4+Foxp3+调节性T细胞(Treg)是CD4+T细胞的高度免疫抑制性亚群，其对于维持耐受性和减弱免疫应答至关重要。Treg也表达细胞表面PD-1，PD-1受体与PD-L1结合后将进一步提高Treg的免疫抑制功能，进而减弱免疫细胞的抗肿瘤效应[7]。因此，PD-1/PD-L1被认为是肿瘤发生免疫逃逸的主要机制，是针对癌症的治疗靶标。

2 PD-1单抗

2014年美国食品药品监督管理局(FDA)首次批准免疫检查点抑制剂(ICI)用于癌症治疗。其中PD-1单抗可竞争性地与PD-1结合并阻断PD-1/PD-L1相互作用，提高效应T细胞的功能并促进T细胞的增殖以增强抗肿瘤疗效[8]。临床试验证实PD-1抗体nivolumab(纳武单抗)和pembrolizumab(帕博利珠单抗)在治疗癌症中具有强效且持久的抗肿瘤活性及有限的免疫毒副作用[9]。然而只有部分患者对PD-1单抗治疗有反应并产生持久的临床效益，患者肿瘤特点为高突变负荷、肿瘤浸润淋巴细胞(TILs)富集、肿瘤微环境中PD-L1表达上调，大多数患者对该治疗效果并不理想[10]。研究表明免疫治疗的有效性取决于T淋巴细胞浸润程度，其中Teff的活性是抗肿瘤的核心。研究者将局部存在抗肿瘤免疫活性细胞的肿瘤称为“热”肿瘤，此类型肿瘤中的CD8+T细胞可通过TCR识别肿瘤相关抗原，释放颗粒酶和穿孔蛋白杀伤肿瘤细胞，对免疫检查点抑制剂治疗产生良好的效应[11]。缺少免疫细胞浸润的肿瘤称之为“冷”肿瘤，免疫检查点抑制剂则不能发挥较好的治疗效果。因此，治疗之前对患者肿瘤和免疫反应的关键性参数进行精确评估，对患者进行严格分类才能有效指导疗法的选择，进而达到理想的治疗效果[12]。

此外肿瘤微环境中的抑制性细胞如Treg同样影响了免疫治疗的疗效。研究表明PD-1检查点抑制剂可激活Teff并恢复其抗肿瘤功能，令人意想不到的是免疫治疗同样增加了肿瘤内Treg的数量[13]。通过深入探究发现Treg介导的免疫抑制对Teff的活性产生一定干扰作用，进而影响免疫治疗效果[14]。此外肿瘤浸润性Treg高度上调各种免疫检查点分子(如CTLA-4、PD-1、TIM-3、GITR等)的表达，超过阈值的PD-1表达可能导致严重的T细胞耗竭[15]。所以需靶向肿瘤浸润性Treg以打破肿瘤微环境中的免疫抑制网络进而重建抗肿瘤免疫。

3 联合治疗

对于单独使用免疫检查点抑制剂的患者治疗有效率在10%～35%之间，为了提高临床效益，科研人员提出将不同疗法进行组合可增强治疗效果[16]，包括将免疫疗法与传统疗法联用[17]。现有研究表明免疫检查点阻断与靶向药物、CAR-T细胞疗法、放疗、化疗或运动相结合，可以提高抗肿瘤的效果[18-20]。

3.1 联合靶向T细胞的免疫疗法

耗尽或功能失常的肿瘤浸润性T淋巴细胞通常表达一系列免疫抑制受体，包括CTLA-4和PD-1。靶向PD-1和CTLA-4的疗法已获得了FDA批准。研究表明靶向T淋巴细胞的共抑制受体LAG3、TIM3、TIGIT的疗法可以与PD-1单抗药物联用，不过这些组合疗法的治疗效果依赖于T细胞的抗肿瘤免疫反应。另一种组合方法是将免疫检查点抑制剂与靶向共刺激受体的药物联用，这些共刺激受体包括OX40抗原(又名TNFRSF4或CD134)、TNFRSF7(又称为CD27)、CD28[21]、TNSFRSF9(又称为CD137)以及GITR。这些受体的作用为增强T细胞浸润，同时控制Treg的免疫抑制功能。

3.2 联合CAR-T细胞疗法

嵌合抗原受体T细胞免疫疗法(chimeric antigen receptor T-cell immunotherapy，CAR-T)是一种治疗肿瘤的新型精准靶向疗法。首先通过白细胞分离术从患者身上分离T细胞，将CAR基因导入激活的T细胞中形成CAR-T细胞并通过体外扩增最终输回病人体内。研究发现尽管CAR-T细胞疗法在患有血液系统恶性肿瘤的患者中取得了显著成功，但在实体瘤治疗中不甚理想[22]。将CAR-T细胞与免疫检查点抑制剂联合使用可以增强CAR-T细胞疗法治疗实体瘤的有效性[23]。研究表明PD-1抑制剂能够阻断PD-1与PD-L1的结合从而增强T细胞的抗肿瘤活性，降低肿瘤细胞周围的免疫抑制活性。而CAR-T治疗实体瘤效果低下的原因之一就是实体瘤周围具有较高的免疫抑制水平。由此看来PD-1抑制剂与CAR-T细胞联合确实会增强对癌细胞的攻击性，而且有研究表明特异性阻断PD-1可显着增强CAR-T细胞的功能，从而抑制肿瘤的生长[24-26]。但是PD-1抑制剂和CAR-T细胞的联合使用还有很多的问题，例如PD-1抑制剂和CAR-T联合处理的小鼠出现肿瘤复发，这表明在肿瘤微环境内必须克服其他的免疫抑制机制，因此需要更多的研究来确定此组合疗法的安全性和有效性。

3.3 联合放疗

目前放疗的精准度能起到局部消灭肿瘤细胞的效果，此外放疗也可激活免疫原性细胞信号通路，提高免疫反应进而对远端肿瘤产生影响。这是由于放疗产生细胞损伤从而释放DNA，生成STING介导的1型干扰素，提高T细胞的抗肿瘤免疫反应及PD-1的敏感性，并克服肿瘤微环境的免疫抑制。目前一些试验正在研究免疫检查点抑制剂在放疗或联合治疗策略中的疗效及安全性[27]。研究发现在C57BL/6小鼠肺癌异种移植模型中，单纯放疗增加了Treg和细胞毒性T细胞的渗透，而放射治疗和PD-1抑制剂免疫治疗相结合可以有效地抑制肿瘤进展，增加CD8+T细胞，减少髓系来源的抑制细胞(MDSC)和Treg[28]。在肺癌患者中运用放疗联合免疫检查点抑制剂治疗可以让有效率和中位总生存期翻倍[29]。但是同样的设计在头颈部鳞癌患者中治疗效果不明显[30]。因此需要结合患者的自身情况及指标来确定具体治疗方案，例如所需的放疗剂量及两种治疗手段的时间间隔等。

3.4 联合化疗

化疗不仅可以通过其药物的细胞毒性发挥抗肿瘤作用，也能通过释放肿瘤细胞抗原、调节T细胞功能、重构免疫微环境和减少免疫抑制细胞等机制激活抗肿瘤免疫反应。PD-1抗体偶联药物联合化疗药物，可以同时发挥免疫治疗和化疗药物治疗的效果，可能成为二代肿瘤化疗的标准模式。CHEN D S等提出一个新的抗肿瘤免疫表型：免疫炎症型、免疫豁免型和免疫沙漠型[31]，其中免疫炎症型对免疫检查点抑制剂有效。化疗可改变免疫表型，提高免疫治疗的反应率。另外肿瘤微环境中的效应T细胞能够通过减弱基底层细胞介导的化疗抵抗以增强化疗药物效果[32]。一项Ⅱ期临床试验证实GC(吉西他滨+顺铂)联合ipilimumab较单纯化疗明显提高转移性尿路上皮癌患者的生存期[33]。

3.5 联合有氧运动

2011年美国国立癌症研究院和世界癌症研究基金会发布身体活动能极大程度降低患癌的风险，并且适度的身体活动可能对癌症患者的健康有益处[34]。动物实验研究证明运动训练能对实验性肿瘤产生抑制作用，部分原因归功于免疫系统功能的调节。HAGAR A等人发现慢性耐力运动抑制了FoxP3+Treg细胞的肿瘤招募，从而提高了抗肿瘤免疫效率[35]。运动作为一种辅助治疗手段，与免疫检查点抑制剂(ICI)联合可增强抗肿瘤作用，改善接受免疫治疗患者的预后。近期研究发现在动物模型中抗 PD-1 治疗期间结合运动可以比单独使用任何一种方式更大程度地减缓肿瘤生长[36]。在一项非小细胞肺癌(NSCLC)的研究中，向小鼠体内注入患者肿瘤细胞形成人源性组织异种移植(PDX)模型，结果显示双重干预(运动+ nivolumab)增加了肿瘤坏死并减少了肿瘤细胞增殖[37]。GOMES-SANTOS IL等人建立了乳腺癌(BC)小鼠模型，研究了运动训练对CD8+T细胞的影响以及运动训练改善免疫治疗反应的能力。结果表明运动训练可以使肿瘤血管系统正常化，重编程免疫微环境并通过CXCR3增强CD8+T细胞介导的抗肿瘤活性，增强免疫治疗效果[38]。此外运动和抗PD-1诱导肿瘤免疫微环境的改变也依赖于肿瘤类型。BUSS L A等研究表明运动和抗PD-1联合使用增加了乳腺癌EO771肿瘤中CD8+T细胞的百分比，但没有增加黑色素瘤B16-F10中占比[39]。

目前，运动训练及联合免疫检查点抑制剂的抗肿瘤作用的背后机制尚不完全清楚。联合治疗是否通过趋化因子的影响以改善肿瘤免疫细胞浸润仍有待阐明。

4 讨论和展望

PD-1单抗具有动员宿主免疫系统识别、对抗并最终破坏肿瘤细胞的能力，在癌症治疗方面具有无限潜力，然而部分癌症患者不能对免疫检查点阻断产生有效反应。目前一些联合策略在癌症治疗中显示出较好的效果，但也存在一定的挑战和问题：首先联合治疗可能会增加免疫相关不良反应的频率。其次目前没有明确的指标有效指导疗法的选择进而达到理想的治疗效果，以及何时是使用联合疗法的最佳时间仍有待研究。此外联合策略增强疗效的具体机制仍需要更多的关注及探索。因此未来的研究应侧重于解决这些问题，以便于更好地将联合疗法纳入临床实践。

综上所述，尽管免疫检查点阻断在临床应用中存在不足，但它是一种有前途的癌症联合治疗策略之一。因此需要进一步的研究来探索其机制，并改善不良事件，使更多的肿瘤患者受益。