PD-1——重要的免疫檢查點

妞妞和美麗 2020-03-11

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程序性死亡分子(Programmed death-1, PD-1)又名CD279，是繼CTLA4發現之后又一個重要的負性共刺激分子。它的配體PD-L1，又名CD274，同屬CD28/B7超家族。PD-1與其配體結合后，傳導的負性共刺激信號能抑制T淋巴細胞增殖，在調節T細胞活化和免疫耐受過程中發揮關鍵作用，對防止自身免疫病的發生、發展起重要作用。

1. PD-1的結構

2. PD-1的表達

3. PD-1的配體

4. PD-L1/PD-1信號通路

5. PD-1/PD-L在治療方面的應用

6. PD-1抑制劑毒副反應

1. PD-1的結構

PD-1是在T細胞雜交瘤細胞株進行活化誘導的細胞程序性死亡過程中被發現，因此得名^[1]，屬B7-CD28家族成員之一。

PD-1基因位于人類染色體2q37上，所編碼的蛋白是一種相對分子質量為50 kDa-55 kDa的I型跨膜糖蛋白，由于缺乏在近膜處能形成同源二聚體的半胱氨酸，以單體形式表達于細胞膜表面。

PD-1蛋白由胞外區、跨膜區和胞內區組成。其中，胞外區含有一個免疫球蛋白可變區結構域。PD-1胞內區含有免疫受體酪氨酸抑制基序（immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif, ITIM）及免疫受體酪氨酸轉換基序（immunoreceptor tyrosine-based Switch motif, ITSM），這兩種基序各含有1個酪氨酸。

當PD-1與其配體結合時，兩個酪氨酸均發生磷酸化，但是ITIM并不轉導PD-1信號通路的抑制信號，只有ITSM的C末端酪氨酸的磷酸化可使PD-1發揮調控作用。

2. PD-1的表達

PD-1主要在活化的CD4 和CD8 T細胞，活化B細胞、自然殺傷（NK）細胞、自然殺傷T細胞、樹突細胞（DC）及活化的單核細胞中表達，并與它們的分化和凋亡密切相關。

PD-1的表達可被TCR或B細胞受體誘導，腫瘤壞死因子可增強PD-1的表達。PD-1的廣泛表達提示其在維持機體負性免疫應答中具有必不可少的作用。

3. PD-1的配體

PD-1的配體主要有PD-L1和PD-L2，其中PD-L1是主要配體^[2]，在多種惡性腫瘤中高表達。

圖1 PD-1的配體

3.1 PD-L1

PD-L1(B7-H1、CD274)是PD-1的配體，該基因位于人類染色體9p24。它是由Dong等^[3]于1999年發現的，是B7家族的新成員。

3.1.1 PD-L1的結構

PD-L1是一種40kDa的I型跨膜糖蛋白，由胞外段、疏水跨膜段和短的胞質結構域組成。

胞膜外區有1個免疫球蛋白恒定區(IgC)結構域和1個免疫球蛋白可變區(IgV)結構域。PD-L1細胞質區含有一個蛋白激酶C磷酸化位點，但胞內區的信號轉導基序目前尚不明確。

3.1.2 PD-L1的表達

CD274在心臟、骨骼肌、胎盤和肺中高表達，在胸腺、脾臟、腎臟和肝臟中弱表達。PD-L1表達于T細胞、B細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞、間質干細胞和培養的骨髓衍生肥大細胞上，且在活化后的細胞上表達明顯上調。

在非造血系統中，PD-L1表達于血管內皮細胞、上皮細胞、成纖維細胞網狀細胞、胰島細胞、骨骼肌細胞、胚胎滋養層細胞、星形膠質細胞、肝細胞、胎盤，視網膜色素上皮細胞等。

PD-L1在多種腫瘤細胞中表達，如人肺癌、卵巢癌、結腸癌、腎癌和黑色素瘤等。

3.2 PD-L2

PD-L2是由Freeman實驗室鑒定出來的^[4]。人PD-L2(B7-H2、CD273)基因同樣位于染色體9p24，編碼247個氨基酸的I型跨膜蛋白。PD-L1和PD-L2兩者的同源性為40％。PD-L2與PD-1的親和力是PD-L1的2～6倍。

與PD-L1相比，PD-L2的表達相對較局限，PD-L2誘導性表達于樹突細胞、巨噬細胞、骨髓來源肥大細胞等細胞表面^{[5] [6]}。人的PD-L2也表達在血管內皮細胞上。

4. PD-L1/PD-1信號通路

PD-1與其配體PD-L1結合后，PD-1胞質區ITSM結構域中的酪氨酸發生磷酸化，招募SHP2磷酸酶類分子至胞膜內側^[7]，發揮對下游信號的負調控，進一步抑制PI3K/PKB介導的Zap-70/CD3ζ和PKCθ磷酸化，抑制T細胞增殖、分化和細胞因子產生^{[8] [9]}。

圖2 PD-L1/PD-1信號通路

4.1 PD-1/PD-L1信號通路的功能

IFN-γ上調正常組織細胞和不同腫瘤組織細胞表面的PD-L1，通過誘導PD-L1表達來下調腫瘤微環境的免疫應答。PD-1在T細胞受到炎癥信號刺激后被誘導產生，并且在以感染和腫瘤為主的多種外周組織中限制T細胞的功能，由此可限制免疫反應的放大和持續時間，從而避免正常組織的損傷。

雖然PD-L1和PD-1上調的生理功能是為了避免炎癥擴大，降低組織損傷，但是腫瘤微環境中誘導產生的PD-L1會促進活化的T細胞凋亡，也會刺激人外周血Ｔ細胞產生IL-10來調節免疫抑制。

PD-1/PD-L1的相互作用在體內抑制Ｔ細胞方面起到重要作用。PD-L1與T細胞膜上的受體PD-1結合產生抑制信號，可阻止CD4 T細胞、CD8 T細胞增殖、活化，下調一些抗凋亡分子和促炎因子的表達，改變腫瘤微環境，使機體對腫瘤細胞的監視及清除能力減弱，產生免疫逃逸，從而讓腫瘤細胞能在機體內無限增殖^[10]。因此，阻斷PD-1／PD-L1通路可以恢復免疫系統對腫瘤細胞的殺傷作用。

4.2 PD-1/PD-L1信號通路與疾病

PD-1與其主要配體PD-L1結合形成PD-1/PD-L1信號通路，該信號通路在維持外周耐受和調節抗原特異性T細胞活性及其介導的炎癥性疾病中發揮著重要的作用，是感染性疾病慢性化和自身免疫性疾病的重要影響因素。

PD-1/PD-L通路對自身免疫性疾病和移植排斥反應有積極的調控作用，但在抗病毒、抗腫瘤方面則起到消極的作用。

4.2.1 PD-1/PD-L1信號通路與慢性病毒感染

病毒感染可導致抗原特異性T細胞表面PD-1、PD-L1表達升高，抑制CD4 和CD8 T細胞的增殖，減少細胞因子白細胞介素2（IL-2）、干擾素γ（IFN-γ）分泌或擴散，引起特異性T淋巴細胞免疫功能降低，甚至衰竭。這削弱宿主的抗感染免疫反應，導致靶器官損傷，最終引起病毒持續感染等相關疾病的發生。這表明PD-1/PD-L1通路可能是慢性病毒感染以及疾病慢性化的主要原因之一。

PD-1/PD-L通路被證實與HIV、HBV、HCV感染^[11]等T細胞相關的慢性病毒感染有關。

在慢性病毒感染中，用抗體阻滯PD-1，CD8 T細胞能重新活化、增殖和分化，并恢復其殺病毒能力，使病毒滴度下降^[12]。

4.2.2 PD-1/PD-L與自身免疫病

作為一個關鍵的共抑制分子，PD-1的基因多態性與自身免疫病的易感性存在聯系，表明PD-1可能在自身免疫病的發生和發展中起重要作用^[13]。

系統性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus，SLE)這是一類系統性自身免疫病。研究發現^[14]，PD-1基因在人染色體上的位點恰好是SLE發生的高敏感性候選位點。

PD-1基因位點頻率異常引起PD-1表達下降，從而使PD-1/PD-L信號通路調節異常而導致SLE發生。

PD-1的表達下降與PD-1.3A/G等位基因有關，可能是因為PD-1.3的基因多態性破壞了Runt相關蛋白1的DNA結合位點，使PD-1基因轉錄水平下降，引起T細胞等異?；罨驮鲋常瑥亩T導SLE發生。

PD-1/PD-L與類風濕性關節炎

類風濕性關節炎（RA）是一種慢性炎性自身免疫病，該疾病的基本病理特點為慢性滑膜炎和滑膜增生。

T細胞參與了RA發生，外周血T細胞的異常增殖分化啟動RA的發生，同時促進慢性炎性反應。

RA病人CD4 和CD8 T細胞表面表達的PD-1和血清中可溶性PD-1(soluble PD-1，sPD-1)的水平均降低^[15]。這表明PD-1通過調節T細胞的活性參與了風濕性關節炎的發生。

4.2.3 PD-1/PD-L與腫瘤

在人體內，腫瘤組織上表達的抗原雖然可被宿主的T細胞識別，但不一定被清除。原因之一就是腫瘤微環境中PD-L1和PD-1的上調表達。PD-L1在腫瘤組織(如淋巴瘤、絨毛膜癌、黑色素瘤、食管癌)中的表達以及PD-1在腫瘤浸潤淋巴細胞上的表達上調參與了相關的免疫抑制信號傳導。

PD-1/PD-L1信號通路的激活抑制了CD4 T細胞、CD8 T細胞增殖、活化，抑制細胞因子的表達，改變腫瘤微環境，使機體對腫瘤細胞的監視及清除能力減弱，促進腫瘤細胞逃避機體免疫監視和殺傷^[16]。因此，PD-1/PD-L通路成為治療腫瘤的新的作用靶點。

圖3 PD-1/PD-L1信號通路與腫瘤的關系

5. PD-1/PD-L在治療方面的應用

PD-1和PD-L1信號通路在感染免疫、腫瘤免疫、移植免疫中起著重要作用，這使得靶向PD-1/PD-L1信號通路成為治療腫瘤的研究熱點。

免疫檢查點阻滯劑PD-1/PD-L1抗體類藥物的研發是目前腫瘤治療領域的研究熱點。PD-1/PD-L1抗體作為腫瘤免疫治療方法之一，通過阻斷PD-1/PD-L1信號通路，逆轉腫瘤免疫微環境，增強內源性抗腫瘤免疫效應。

作用于PD-1/PD-L1信號通路的抗體分為兩類，包括抗PD-1抗體和抗PD-L1抗體。抗PD-1抗體能夠阻斷PD-1與PD-L1及PD-L2的相互作用，而抗PD-L1抗體僅能阻斷PD-1與PD-L1的相互作用，卻不能阻斷PD-1與PD-L2的相互作用。目前主要的抗PD-1/PD-1抗體有nivolumab、Pembrolizumab、ipidilizumab、(avelumab、atezolizumab和durvalumab)。其中nivolumab和pembrolizumab是PD-1抗體，avelumab、atezolizumab和durvalumab是PD-L1抗體。

Nivolumab已被批準用于非小細胞肺癌(NSCLC)、腎細胞癌(RCC)、膀胱癌(BC)、微衛星不穩定性或錯配修復缺陷(MSI-H/dMMR)的結直腸癌(CRC)、肝細胞癌(HCC)、經典霍奇金淋巴瘤(cHL)、黑色素瘤和頭頸部鱗狀細胞癌(HNSCC)的治療。

Pembrolizumab已經被批準用于黑色素瘤、HNSCC、宮頸癌、cHL、NSCLC、BC、胃癌和胃食道癌，以及所有被歸類為MSI-H/dMMR的晚期實體腫瘤。

Avelumab已被批準用于治療默克爾細胞癌和BC。

Atezolizumab已經被批準用于NSCLC和膀胱癌。

Durvalumab已經被批準用于治療膀胱癌和NSCLC (III期)。

在黑色素瘤Ⅲ期臨床試驗中，PD-1抗體nivolumab和Pembrolizumab這兩種藥物的療效都得到了認可。此外，PD-1抗體在肺癌和卵巢癌也得到了應用。