蘇州醫工所發現免疫檢查點分子PD1在腫瘤中普遍表達

　　程序化死亡分子1（PD-1）為I型跨膜糖蛋白，是免疫反應中重要的負性調控因子。在正常情況下，PD-1通過與其配體PD-L1、PD-L2結合抑制T淋巴細胞的功能，從而抑制自身免疫應答。

　　PD-1是免疫反應中重要的檢查點分子之一，主要在外周組織中的成熟細胞毒性T淋巴細胞上和腫瘤微環境（TME）中表達。研究發現，PD-1的兩個配體，PD-L1和PD-L2由腫瘤細胞表達，從而導致免疫耐受。近年來，免疫檢查點阻滯劑抗PD-1、抗PD-L1抗體已用于治療多種人類腫瘤，如黑色素瘤、腎細胞癌、NSCLC、霍奇金淋巴瘤。研究表明，盡管已廣泛使用PD-L1作為有利的生物標志物，病人對抗PD-1/PD-L1藥物的反應率仍然只達到20%-40%左右。目前，免疫檢查點治療（ICT）針對PD-1/PD-L1的基本機制還未完全了解。近期研究表明，PD-1在缺乏適應性免疫的癌癥中起重要作用。但是，PD-1在腫瘤細胞上表達的潛在功能和機制仍然未知。

圖1 腫瘤細胞表達PD-1/PD-L1，PD-1/PD-L1通過調節包括AKT和ERK1/2途徑在內的經典信號通路來抑制腫瘤細胞的生長

　　近日，中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所研究員高山團隊以Tumor cell-intrinsic PD-1 receptor is a tumor suppressor and mediates resistance to PD-1 blockade therapy為題在PNAS發表論文，發現腫瘤細胞中同時表達PD-1和PD-L1，在缺乏適應性免疫的情況下，PD-1/PD-L1信號軸通過包括AKT和ERK1/2兩大經典信號通路抑制腫瘤生長。該研究突出了PD-1信號傳導途徑的分子功能和機制，揭示了腫瘤細胞固有的PD-1可作為患者選擇ICT的潛在生物標記。

　　研究人員在13種不同的腫瘤細胞中，包括40種細胞系，檢測了PD-1的核酸水平和蛋白水平，發現在這些腫瘤細胞中PD-1都有表達。同時，檢測了這些腫瘤細胞的PD-L1的蛋白表達水平。在七個肺癌患者的腫瘤組織中，有兩例患者同樣檢測到了PD-1的表達（%≧2）。為了研究PD-1和PD-L1在腫瘤細胞系的功能，研究人員利用在細胞中敲減或過表達PD-1和PD-L1進行實驗，發現PD-1和PD-L1都是腫瘤抑制性分子。同樣地，小鼠皮下移植瘤實驗也驗證了與體外實驗同樣的結論。那么，PD-1/PD-L1是如何影響了腫瘤細胞的增殖？研究發現，在敲減或過表達PD-1和PD-L1的同時，會引起經典信號通路中AKT和ERK1/2蛋白磷酸化水平的變化。這說明腫瘤細胞中的PD-1和PD-L1是通過包括AKT和ERK1/2在內的經典信號通路影響腫瘤細胞的生長的。

　　研究人員發現，在腫瘤細胞中，PD-1和PD-L1也是通過相互作用發揮功能的。該研究通過一系列實驗設計發現，在同一株細胞中同時過表達PD-1和PD-L1會進一步抑制腫瘤細胞的生長；而同時敲低兩者后則不會進一步加劇腫瘤細胞的生長，這表明在腫瘤細胞中，PD-1是依賴于受體PD-L1發揮功能的。

圖2 （A）靶向PD-1/PD-L1的抗體有效激活T細胞，因此腫瘤細胞被識別并消滅。（B）靶向PD-1/PD-L1的抗體激活腫瘤細胞并抑制T細胞的活化，最終發生HPD

　　目前，PD-1抗體和PD-L1抗體越來越多地應用于對腫瘤病人的治療。有研究發現，腫瘤細胞中表達PD-1，利用抗PD-1抗體治療后抑制了腫瘤細胞的生長，如黑色素瘤，肝癌等；在沒有適應性免疫的情況下，以PD-1為靶點的抗體治療會降低卵巢癌和膀胱癌細胞的細胞生長。這些數據都表明，腫瘤細胞固有的PD-1是潛在的癌基因。但是，也有功能研究表明，表達PD-1的鼠類腫瘤細胞在PD-1靶向抗體治療下，在體內和體外均顯示出促進腫瘤生長，這表明腫瘤細胞固有的PD-1在NSCLC中起著抗腫瘤作用，這也為有些病人并不能對抗PD-1抗體的治療有效應答提供了一定的證據支撐。為了進一步研究PD-1在腫瘤細胞中的作用，研究人員利用免疫缺陷小鼠構建了荷瘤鼠，分成三組，分別腹腔注射IgG可溶性蛋白Nivolumab和Pembrolizumab，發現注射Nivolumab和Pembrolizumab的兩組小鼠荷瘤明顯比對照組長得快。免疫組化結果顯示，注射Nivolumab和Pembrolizumab的兩組小鼠荷瘤中的AKT和ERK的磷酸化水平明顯升高。因此，該研究進一步揭示了PD-1是一種腫瘤抑制因子，可抑制體內系統中的經典信號通路，例如AKT和ERK1/2通路。除此，研究者還發現PD-1阻斷還會促進結腸癌細胞的生長和激活AKT和ERK1/2信號通路。這表明，PD-1的抗腫瘤功能不僅限于NSCLC，而且可能在多種腫瘤類型中起作用。這些研究表明，腫瘤細胞固有的PD-1在不同的腫瘤類型/細胞系中起拮抗作用。

　　近年來，以CTLA-4、PD-1和PD-L1等為靶點的免疫檢查點抑制劑也廣泛應用于臨床。但是，在使用這些藥物的同時，有些患者出現了其他免疫相關的反應，如腫瘤病變或者腫瘤外觀的初始增大，隨著藥物的繼續使用，腫瘤負荷將會減輕，這種臨床反應被稱為假進展（PPD）。有些患者即在使用藥物治療后，患者的病情非但沒有好轉，腫瘤反而生長加快，病情惡化，這就是超進展（HPD）。但是，HPD的機制尚未明確。該研究可能為PPD和HPD提供解釋。即當抗體有效激活T細胞時，腫瘤細胞被激活的T細胞破壞。但是，如果患者在剛開始使用抗體治療后，活化的T細胞水平較低，不足以消滅腫瘤細胞，則腫瘤會通過激活腫瘤固有的PD-1/PD-L1功能而更快地生長，并在T細胞過度激活后發生退化，稱為PPD。相比之下，某些病人本身免疫力低下，抗體激活的T細胞一直處于低水平狀態，或腫瘤細胞上PD-1/PD-L1表達適當升高的情況下，抗體介導的治療會增強腫瘤細胞的生長并增強抗腫瘤免疫力，從而導致HPD發生。該研究為這一觀點提供了進一步數據支撐，即在進行PD-1/PD-L1阻斷后，T細胞的活化與腫瘤細胞生長之間的平衡可能對于免疫檢查點治療的臨床結果至關重要。