檢查點(diǎn)PD-1生物學(xué)的新見(jiàn)解

前言

程序性死亡受體-1（PD-1或CD279）于1992年在經(jīng)歷細(xì)胞死亡的T細(xì)胞雜交瘤中發(fā)現(xiàn)，因此得名。PD-1與CTLA-4、CD28和KIRs的結(jié)構(gòu)具有相似性，人們因此猜測(cè)PD-1的配體可能是B7或MHC I家族成員。在2000年和2001年，人們先后發(fā)現(xiàn)了PD-1與PD-L1（CD274；B7-H1）和PD-L2（CD273；B7-DC）相互作用的證據(jù)，從而確定了PD-1途徑。

PD-1途徑是免疫調(diào)節(jié)的基石，PD-1或PD-L1的抑制性抗體（nivolumab、pembrolizumab、cemiplimab；atezolizumab、avelumab,、durvalumab）已被美國(guó)食品和藥物管理局（FDA）批準(zhǔn)用于治療多種癌癥。盡管取得了這些臨床成功，但大多數(shù)患者沒(méi)有表現(xiàn)出完全的響應(yīng)，許多患者經(jīng)歷了免疫相關(guān)的不良事件，這突出表明需要更好地了解如何安全有效地調(diào)節(jié)患者的PD-1途徑。此外，PD-1抑制劑已成為多種聯(lián)合治療的基石，進(jìn)一步了解PD-1抑制劑作為單一藥物如何發(fā)揮作用以及在這些不同類(lèi)型的聯(lián)合治療中的作用變得越來(lái)越重要。

目前，對(duì)PD-1領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和臨床研究取得了一些新的進(jìn)展，包括PD-1及其配體的相互作用方式、對(duì)PD-1如何調(diào)節(jié)慢性感染和癌癥中T細(xì)胞耗竭的理解，以及PD-1通路在記憶T細(xì)胞、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Treg）細(xì)胞和NK細(xì)胞方面的新見(jiàn)解。特別是，PD-1抑制劑在臨床研究方面的一些新的應(yīng)用。

PD-1及其配體的作用方式

PD-1配體PD-L1和PD-L2的表達(dá)模式不同。PD-L1廣泛表達(dá)于造血細(xì)胞和非造血細(xì)胞。而PD-L2的表達(dá)比PD-L1更為有限，主要局限于造血細(xì)胞。PD-L1也在多種腫瘤類(lèi)型的腫瘤細(xì)胞表達(dá)；盡管比PD-L1更為有限，PD-L2也在腫瘤細(xì)胞（如食管腺癌）上被觀察到。

雖然PD-L1和PD-L2都與PD-1結(jié)合，但它們都有第二個(gè)不同的相互作用蛋白。PD-L1還可以結(jié)合B7-1（CD80），而PD-L2也可以結(jié)合排斥導(dǎo)向分子b（RGMb）。B7-1主要由造血細(xì)胞和抗原呈遞細(xì)胞表達(dá)，而RGMb則表達(dá)于巨噬細(xì)胞、肺泡上皮細(xì)胞、神經(jīng)組織和各種器官。

PD-1與PD-L1的順式作用

典型的PD-1途徑相互作用發(fā)生在活化T細(xì)胞上表達(dá)的PD-1與腫瘤、抗原呈遞細(xì)胞（APC）或非造血細(xì)胞上的PD-L1之間的反式相互作用，并導(dǎo)致T細(xì)胞活化的抑制。如果PD-1和PD-L1都表達(dá)在同一細(xì)胞表面，那么PD-1和PD-L1之間也可以發(fā)生順式作用，并且這種相互作用與反式相互作用具有相似的親和力

在非小細(xì)胞肺癌等腫瘤中，PD-1可與PD-L1在腫瘤浸潤(rùn)巨噬細(xì)胞、MDSCs、樹(shù)突狀細(xì)胞以及一些腫瘤細(xì)胞亞群上共同表達(dá)。順式相互作用與反式相互作用競(jìng)爭(zhēng)，導(dǎo)致抑制PD-1信號(hào)的PD-L1更少?？紤]到PD-L1在一些腫瘤浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞（TIL）上的表達(dá)，PD-L1和PD-1在T細(xì)胞表面也可能發(fā)生順式相互作用。反式與順式PD-1/PD-L1相互作用的相對(duì)重要性可能取決于它們?cè)谙嗤虿煌?xì)胞表面的相對(duì)豐度，需要進(jìn)一步仔細(xì)評(píng)估。

PD-L1與B7-1的相互作用

PD-L1可與B7-1結(jié)合，親和力為1.4μM，約為B7-1對(duì)CD28（4μM）親和力的3倍，但弱于PD-L1與PD-1（0.77μM）或B7-1與CTLA-4（0.2μM）的親和力。

PD-L1與B7-1的相互作用只發(fā)生在同一細(xì)胞表面的順式結(jié)構(gòu)中。競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合研究和突變分析表明，PD-1和B7-1競(jìng)爭(zhēng)PD-L1上的重疊結(jié)合區(qū)域。因此，B7-1與PD-L1的結(jié)合阻止了PD-L1與PD-1的相互作用，從而減少了PD-1抑制信號(hào)。

令人驚訝的是，B7-1與PD-L1的結(jié)合不會(huì)干擾B7-1與CD28的結(jié)合；因此，它們可以形成三聚體復(fù)合物，與CD28共刺激信號(hào)結(jié)合。PD-L1與B7-1結(jié)合對(duì)CTLA-4與B7-1結(jié)合的影響更為微妙。CTLA-4同型二聚體可以以高親和力與B7-1同型二聚體結(jié)合，導(dǎo)致B7-1被Treg反式內(nèi)吞。PD-L1與B7-1的結(jié)合將CTLA-4相互作用降低為單價(jià)，從而顯著降低親和力。這可以防止B7-1的去除，并減少任何T細(xì)胞固有的CTLA-4信號(hào)。

大多數(shù)PD-L1單抗都同時(shí)阻斷PD-L1/PD-1和PD-L1/B7-1相互作用。在腫瘤免疫治療中，這種類(lèi)型的PD-L1單抗通過(guò)增強(qiáng)CTLA-4介導(dǎo)的同型二聚體B7-1的去除，導(dǎo)致APC上B7-1表達(dá)水平降低。這為PD-L1和CTLA-4聯(lián)合阻斷的臨床試驗(yàn)提供了良好的理論基礎(chǔ)。

此外，人們發(fā)現(xiàn)只阻斷PD-L1/B7-1相互作用，但不阻斷PD-L1/PD-1相互作用的抗PD-L1抗體可加速NOD小鼠糖尿病的發(fā)展，證明僅阻斷順式相互作用可增加體內(nèi)致病性自身反應(yīng)效應(yīng)CD4+和CD8+T細(xì)胞反應(yīng)。這表明，順式相互作用可能是誘導(dǎo)和維持T細(xì)胞耐受的重要調(diào)節(jié)因子。

PD-L2與RGMb的相互作用

PD-L2與T細(xì)胞上的PD-1結(jié)合抑制T細(xì)胞活化，PD-L2/PD-1的親和力是PD-L1/PD-1的三倍。它們與PD-1的結(jié)合區(qū)域類(lèi)似，因此，PD-L2和PD-L1競(jìng)爭(zhēng)與PD-1的結(jié)合。雖然PD-L2的親和力高于PD-L1，但其較低的表達(dá)水平為PD-L1/PD-1提供了競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

PD-L2的第二個(gè)結(jié)合蛋白是RGMb，它具有類(lèi)似于PD-L2/PD-1的親和力。RGMb是一種糖基磷脂酰肌醇（GPI）錨定蛋白，是排斥導(dǎo)向分子家族（RGMa/b/c）的三個(gè)成員之一。RGMb可以在細(xì)胞表面表達(dá)，但相當(dāng)數(shù)量的RGMb在細(xì)胞內(nèi)。除PD-L2外，RGMb還與另外兩種受體結(jié)合，即骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP）和neogenin。BMP屬于TGF-β超家族，調(diào)節(jié)細(xì)胞分化、增殖、模式化和遷移。RGMb與BMP結(jié)合后，通過(guò)p38/MAPK和ERK途徑的下游激活抑制巨噬細(xì)胞中IL-6的分泌。PD-L2和BMP可以同時(shí)在不同的結(jié)合位點(diǎn)與RGMb結(jié)合，形成三聚體復(fù)合物。PD-L2可能與RGMb超復(fù)合物反式結(jié)合，以調(diào)節(jié)下游通路。PD-L2在該超復(fù)合物中的功能作用及其影響尚需進(jìn)一步研究。

PD-1通路對(duì)記憶性T細(xì)胞反應(yīng)的調(diào)節(jié)

適應(yīng)性免疫反應(yīng)的標(biāo)志之一是抗原清除后形成免疫記憶。免疫記憶反應(yīng)使宿主在再次遇到相同抗原時(shí)能夠更快地作出反應(yīng)。PD-1信號(hào)可通過(guò)多種不同機(jī)制影響記憶反應(yīng)。首先，TCR信號(hào)的強(qiáng)度與長(zhǎng)壽命中央記憶T細(xì)胞的形成呈負(fù)相關(guān)。因此，效應(yīng)器期PD-1信號(hào)的丟失將導(dǎo)致更強(qiáng)的TCR信號(hào)，從而導(dǎo)致記憶T細(xì)胞反應(yīng)受損。從機(jī)制上講，研究表明，表達(dá)高水平CD62L的記憶前體細(xì)胞群和對(duì)DNA損傷的反應(yīng)能力的增強(qiáng)對(duì)于長(zhǎng)壽記憶群體的形成非常重要，而包括PD-1和淋巴細(xì)胞激活基因-3（LAG-3）在內(nèi)的抑制性受體對(duì)于維持這一群體非常重要。

其次，PD-1通路在調(diào)節(jié)原始T細(xì)胞向記憶T細(xì)胞的分化以及調(diào)節(jié)現(xiàn)有記憶T細(xì)胞群的反應(yīng)方面具有獨(dú)特的作用。例如，在CD8+T細(xì)胞對(duì)流感感染反應(yīng)的不同階段使用PD-1抗體的研究表明，在感染后期（從第21天開(kāi)始）阻斷PD-1通路會(huì)導(dǎo)致記憶性T細(xì)胞數(shù)量增加，并產(chǎn)生炎性細(xì)胞因子IFN-γ和TNF-α。此外，在鼻內(nèi)痘苗病毒應(yīng)答再激發(fā)期間阻斷PD-1可以克服由于缺乏CD4+T細(xì)胞導(dǎo)致的記憶缺陷。

PD-1通路影響記憶T細(xì)胞的維持和功能能力可能還取決于環(huán)境，其機(jī)制目前尚不清楚。因此，進(jìn)一步闡明PD-1通路參與宿主免疫的宿主因素，對(duì)于繼續(xù)改善基于PD-1的患者免疫治療至關(guān)重要。

PD-1抑制Treg細(xì)胞功能

現(xiàn)在已經(jīng)認(rèn)識(shí)到PD-1可以調(diào)節(jié)傳統(tǒng)αβT細(xì)胞以外的多種細(xì)胞類(lèi)型。Treg細(xì)胞是一個(gè)特別令人感興趣的群體，因?yàn)檫@些細(xì)胞在免疫調(diào)節(jié)中起著關(guān)鍵作用。至少有一部分Treg細(xì)胞表達(dá)PD-1受體水平升高，從而通過(guò)調(diào)節(jié)PD-1通路來(lái)調(diào)節(jié)這一群體。

體外研究發(fā)現(xiàn)，表達(dá)更高水平PD-1的人類(lèi)Treg細(xì)胞傾向于降低抑制能力并增加IFN-γ的產(chǎn)生。在小鼠模型中，來(lái)自PD-1缺陷或抗PD-1治療小鼠的Treg細(xì)胞具有更好的抑制能力。在腫瘤中，PD-1阻斷導(dǎo)致PD-1+CD8+T細(xì)胞功能增強(qiáng)以及PD-1+Treg細(xì)胞介導(dǎo)的免疫抑制增強(qiáng)。治療開(kāi)始時(shí)，PD-1+CD8 T細(xì)胞與PD-1+Treg的比率可能會(huì)指導(dǎo)免疫反應(yīng)的結(jié)果。因此，在檢查這些療法對(duì)患者總體預(yù)后的影響時(shí)，必須考慮PD-1抑制劑對(duì)這些對(duì)立細(xì)胞群（效應(yīng)細(xì)胞與調(diào)節(jié)細(xì)胞）功能的集體影響。

PD-1抑制劑在臨床的新用途

2014年，F(xiàn)DA批準(zhǔn)將阻斷PD-1的抗體用于治療晚期或轉(zhuǎn)移性黑色素瘤。自那時(shí)以來(lái)，阻斷PD-1或PD-L1的抗體已被批準(zhǔn)用于20多種晚期癌癥。常見(jiàn)實(shí)體瘤的總體緩解率（ORR）一般為20-30%。PD-1或PD-L1藥物在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤、微衛(wèi)星穩(wěn)定型結(jié)腸癌、胰腺癌或前列腺癌中的療效有限。

鑒于這一成功，人們期望擴(kuò)大PD-1抑制劑在早期癌癥中的應(yīng)用，包括新輔助和輔助治療。在一項(xiàng)針對(duì)21例可切除早期NSCLC患者的小規(guī)模II期試驗(yàn)中，評(píng)估了新輔助PD-1阻斷劑對(duì)早期NSCLC的治療作用。在20名患者中，有9名（45%）患者出現(xiàn)了主要的病理反應(yīng)，即手術(shù)樣本中存活的腫瘤細(xì)胞少于10%。在9名接受評(píng)估的患者中，有8名患者在PD-1抑制后發(fā)現(xiàn)腫瘤和血液中T細(xì)胞克隆的多樣性增加。這些結(jié)果促使了許多更大規(guī)模的新輔助PD-1抑制劑的研究，包括CheckMate 816、KEYNOTE-671和Impassion030。

OpACIN-neo的臨床研究結(jié)果表明，接受新輔助PD-1或PD-1/CTLA-4聯(lián)合阻斷的局部晚期黑色素瘤患者的病理反應(yīng)率較高。匯總分析發(fā)現(xiàn)，在52%實(shí)現(xiàn)pCR或近pCR的患者中，2年無(wú)復(fù)發(fā)生存率為96%，總生存率為100%。這意味著比在輔助治療中接受PD-1或PD-1/CTLA-4聯(lián)合阻斷的患者60%的2年無(wú)復(fù)發(fā)生存率顯著改善。當(dāng)考慮到III期黑色素瘤的大多數(shù)復(fù)發(fā)發(fā)生在手術(shù)后的頭兩年內(nèi)時(shí)，可以進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到這一益處的重要性。此外，OpACIN-neo對(duì)三種給藥方案進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)較低劑量的ipilimumab治療方案與低irAE發(fā)生率相關(guān)，同時(shí)保持77%的高病理應(yīng)答率。

在一項(xiàng)納入II期和III期乳腺癌患者的新輔助治療臨床試驗(yàn)中，接受PD-1抑制劑和化療的三陰性乳腺癌癌患者手術(shù)時(shí)的pCR率為60%，而僅接受化療的患者為22%。激素受體陽(yáng)性癌癥患者的pCR發(fā)生率為30%，而僅接受化療的患者為13%。其他試驗(yàn)也有類(lèi)似的結(jié)果，目前正在進(jìn)行評(píng)估早期乳腺癌圍手術(shù)期治療中PD-1抑制的其他III期試驗(yàn)。

膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（GBM）是一種致命的惡性腫瘤，缺乏有效的治療方法。到目前為止，PD-1抑制劑在復(fù)發(fā)性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中的試驗(yàn)未能顯示生存益處超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)護(hù)理。然而，研究結(jié)果表明，在新輔助治療環(huán)境中，PD-1抑制可能有益。在一項(xiàng)II期研究中，接受新輔助PD-1抑制劑的患者中位總生存期顯著延長(zhǎng)（13.7個(gè)月vs 7.5個(gè)月，p=0.04），無(wú)進(jìn)展生存期延長(zhǎng)（3.3個(gè)月vs 2.4個(gè)月，p=0.03）。此外，在包括乳腺癌和晚期錯(cuò)配修復(fù)缺陷型（MMRd）結(jié)直腸癌中，PD-1抑制劑新輔助治療都顯示出明顯的臨床獲益。

小結(jié)

自從PD-1通路發(fā)現(xiàn)以來(lái)，我們?cè)诮沂綪D-1通路的復(fù)雜性方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。研究在PD-1及其配體的作用方式，以及PD-1在調(diào)節(jié)不同分化狀態(tài)的T細(xì)胞方面取得了一些新的見(jiàn)解，有助于深入了解這一重要免疫調(diào)節(jié)途徑的多方面功能。對(duì)這些發(fā)現(xiàn)的進(jìn)一步研究將繼續(xù)影響我們對(duì)PD-1途徑的理解，以及如何有效和安全地將PD-1調(diào)節(jié)應(yīng)用于不同的患者群體。