PD-L1与Treg在肿瘤免疫及治疗中的相关性

本文来源：国际肿瘤学杂志, 2021,48(6) : 350-353.

DOI：10.3760/cma.j.cn371439-20200907-00066

本文引用：欧惠仪, 王越, 彭承宏. PD-L1与Treg在肿瘤免疫及治疗中的相关性 [J] .

摘要

程序性死亡蛋白(PD-1)及其程序性死亡蛋白配体(PD-L1)是重要的共抑制分子，调节性T细胞(Treg)是重要的抑制性细胞，二者在肿瘤微环境中数量均增加，与肿瘤免疫逃逸及肿瘤发生发展密切相关。PD-L1对Treg的发育及功能有重要影响，抗PD-1/PD-L1抗体的应用可影响Treg的增殖和功能，进而介导耐药及超进展性疾病的发生。深入了解PD-L1与Treg在肿瘤免疫及免疫治疗中的作用及相关性，可为提高抗PD-1/PD-L1抗体疗效提供新的思路。

肿瘤可通过各种机制产生免疫逃逸，程序性死亡蛋白-1(programmed death-1，PD-1)及其程序性死亡蛋白配体-1(programmed death ligand-1，PD-L1)和调节性T细胞(regulatory T cell, Treg)是其中两个重要的免疫负调节组分。针对不同的肿瘤免疫逃逸机制，各种免疫疗法应运而生。其中抗PD-1/PD-L1抗体为肿瘤免疫治疗带来了曙光，但其仍面临耐药等问题，尤其在实体瘤中效果不佳[1]。越来越多的研究显示，PD-L1与Treg在肿瘤发生发展及肿瘤免疫治疗中互相关联。现就PD-L1对Treg发育及功能的影响以及Treg在抗PD-1/PD-L1抗体治疗中的潜在价值作一综述。

01
PD-L1与肿瘤

共抑制受体PD-1(CD279)属于CD28家族，其配体PD-L1(CD274，B7-H1)属于B7家族，PD-L1可表达于T细胞、B细胞、Treg、树突状细胞、巨噬细胞、间质细胞、内皮细胞、成纤维细胞和肿瘤细胞等多种细胞[2]。PD-L1在非小细胞肺癌、淋巴瘤、肾癌、肝癌、胃癌、大肠癌、乳腺癌等多种恶性肿瘤中表达上调，大部分研究认为其高表达与患者预后不良相关[3,4]，但亦有研究得出了相反结论[5]，可能与检测细胞种类、所用抗体及染色强度评分标准不同有关。研究报道肿瘤细胞、肿瘤浸润淋巴细胞(tumor infiltrating lymphocyte，TIL)及淋巴结内多种类型宿主细胞上过表达的PD-L1均可独立减弱T细胞抗肿瘤免疫，促进肿瘤的发生发展[6]。

PD-L1通过多种机制介导免疫抑制、促进肿瘤免疫逃逸。PD-L1可与PD-1相互作用，通过招募含SH2结构域的蛋白酪氨酸磷酸酶(Src homology 2 domain-containing protein tyrosine phosphatase，SHP)-1/2失活T细胞受体(T cell receptor，TCR)信号，抑制下游磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidyl inositol 3-kinase，PI3K)-蛋白激酶B(protein kinase B，Akt)及细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinase，ERK)等通路，从而抑制T细胞和B细胞[7]。PD-L1还能与B7-1(CD80)相互作用使CD28共刺激信号失活，从而抑制T细胞。此外，PD-L1可增强Treg中叉头样转录因子3(forkhead box P3，FOXP3)的表达从而促进其抑制功能[8]。Cui等[9]研究表明PD-L1还能通过Akt/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)通路诱导上皮间质转化。

多种抗PD-1/PD-L1抗体已陆续被美国食品和药物监督管理局(Food and Drug Administration，FDA)批准用于治疗黑色素瘤、非小细胞肺癌、头颈鳞状细胞癌、尿路上皮癌、霍奇金淋巴瘤、梅克尔细胞癌以及DNA错配修复缺陷/高度微卫星不稳定的实体瘤。目前，PD-L1表达、肿瘤突变负荷、微卫星不稳定性、TIL、效应T细胞标志基因和肠道微生物群等均可预测抗PD-1/PD-L1抗体疗效。

02
Treg与肿瘤

Treg特异性表达FOXP3，对其发育及功能起主要调节作用。根据起源的不同，Treg可分为胸腺型Treg(thymus-derived Treg，tTreg)、外周型Treg(peripherally-derived Treg，pTreg)和诱导型Treg(ex-vivo-induced Treg，iTreg)。其中tTreg占大多数，其由胸腺发育而来，可介导自身免疫耐受；pTreg由外周初始T细胞在转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)和白细胞介素-2(interleukin-2，IL-2)诱导下转化生成，可负性调节抗肿瘤免疫；iTreg在体外诱导生成，与pTreg相比，其FOXP3表达较不稳定[10]。

Treg在非小细胞肺癌、乳腺癌、结直肠癌等恶性肿瘤患者的外周血及TIL中数量增加[11,12,13]。Shang等[14]通过Meta分析发现，在黑色素瘤、肾癌、乳腺癌等大多数实体瘤中高FOXP3  Treg浸润与患者不良预后相关，但在食管癌、大肠癌和头颈鳞状细胞癌中结果则相反，分层分析表明FOXP3  Treg对肿瘤的预后作用受肿瘤部位、分子亚型和肿瘤分期的影响。

Treg通过不同机制促进肿瘤免疫逃逸。Treg可表达PD-1、PD-L1和细胞毒性T淋巴细胞相关抗原-4(cytotoxic T lymphocyte assoccated antigen 4，CTLA-4)等共抑制分子传递抑制信号[15]。此外，Treg可表达CD25耗竭促炎因子IL-2。Treg还可以表达CD39和CD73，可通过腺苷及核转录因子-κB信号通路减少促炎因子的产生[16]。Treg还可分泌抑炎因子(TGF-β、IL-10和IL-35)、穿孔素和颗粒酶，从而抑制或杀伤T细胞、NK细胞和抗原呈递细胞。

Treg可作为免疫治疗靶点，通过耗竭删除、阻断募集、抑制诱导或抑制功能等方法对靶向Treg治疗产生抗肿瘤效应。靶点分子包括CD25、CTLA-4、糖皮质激素诱导的肿瘤坏死因子受体、CC类趋化因子受体4和TGF-β等。其中靶向CC类趋化因子受体4的mogamulizumab单抗已被FDA批准用于2种皮肤T细胞淋巴瘤的治疗。

03
PD-L1对Treg发育及功能的影响

3.1　PD-L1与Treg诱导

TGF-β可以诱导iTreg的生成。Cai等[8]研究将PD-L1涂布的磁珠与初始T细胞共培养，结果显示在没有TGF-β的情况下，可独立诱导生成iTreg。这种PD-L1诱导生成的iTreg表面FOXP3表达增加，且其对效应T细胞具有抑制作用。而在小鼠体内，PD-L1可通过下调Akt、mTOR和ERK2的表达、上调第10号染色体磷酸酶与张力蛋白同源基因的表达，阻断TCR通路下游的信号级联反应，诱导初始T细胞优先转化为pTreg。表明PD-L1在诱导iTreg及pTreg的生成中发挥重要作用。

3.2　PD-L1与Treg转化

Stathopoulou等[17]发现T细胞或人慢性髓系白血病细胞表面高表达的PD-L1可以在体内诱导T盒转录因子表达阳性的Th1细胞转化为FOXP3  Treg，并发挥免疫抑制作用。使用小干扰RNA沉默Th1细胞中PD-1的表达或使用药物抑制PD-1/PD-L1信号通路的下游因子SHP-1/2后，Th1细胞向Treg的转化即被抑制，在人鼠异种移植瘤中可引起致死性的排异反应，表明PD-1/PD-L1通路具有促进Th1细胞转化为活性Treg的功能。此研究还显示PD-1/PD-L1通过SHP-1/2磷酸酶降低Th1细胞中转录活化因子1的活性，从而促进其向Treg转化。

3.3　PD-L1与Treg增殖

Notch信号通路配体Jagged1参与促进Treg的分化。Lin等[18]利用腺病毒转导制备高表达Jagged1的树突状细胞，发现其表面PD-L1表达增加，将这些树突状细胞与初始T细胞共培养能够促进其分化为FOXP3  Treg，利用特异性抗体阻断PD-L1后Treg的扩增可被部分阻滞，提示PD-L1参与促进Treg的分化增殖。此外，Dong等[19]的研究表明急性髓系白血病细胞表达的PD-L1可以直接促进Treg增殖并维持其表面FOXP3和PD-1的高表达。

3.4　PD-L1与Treg功能

PD-1/PD-L1通路是Treg抑制T细胞活性从而发挥免疫抑制功能的重要机制之一[15]。Okamura等[20]发现淋巴细胞激活基因-3表达阳性的Treg可增强TGF-β3的表达，从而抑制B细胞分泌抗体，加入特异性抗体阻断PD-L1后Treg对B细胞的抑制作用可被逆转，表明PD-1/PD-L1通路是Treg抑制B细胞活性的关键。此外，Stathopoulou等[17]报道在患有肿瘤或慢性病毒感染的小鼠中，PD-L1结合PD-1后可促进Th1细胞转化生成iTreg，并可特异性下调天冬酰胺内肽酶的表达，增强并维持其表面FOXP3的表达，从而增强iTreg的免疫抑制功能。

04
抗PD-1/PD-L1抗体治疗与Treg的相关性
4.1　抗PD-1/PD-L1抗体对Treg的影响

Treg可表达PD-1及PD-L1，抗PD-1/PD-L1抗体可影响其增殖及功能。有关抗PD-1/PD-L1抗体对Treg的影响，研究结果不尽相同。

一方面，抗PD-1/PD-L1抗体阻断PD-1/PD-L1通路后，可导致PD-L1对Treg分化、增殖及功能的促进作用被逆转，从而使Treg的增殖及功能受到抑制。Toor等[21]发现将抗PD-1抗体帕博利珠单抗作用于黑色素瘤患者的外周血单核细胞，可以抑制Treg表面FOXP3的表达，从而减弱Treg的免疫抑制功能。Yoshida等[22]报道了在小鼠中，使用抗PD-1抗体阻断PD-1/PD-L1通路后，肿瘤内Treg的数量减少而TIL的数量增加。表明应用抗PD-1/PD-L1抗体可对Treg产生抑制作用。

另一方面，抗PD-1/PD-L1抗体阻断PD-L1与PD-1及B7-1的相互作用，可导致Treg的TCR信号和CD28信号增强，可激活Treg并使其抑制功能增强。Kamada等[23]发现部分晚期胃癌患者在接受抗PD-1抗体治疗后，其肿瘤内浸润的活性Treg明显增强，从而导致肿瘤快速进展，这种现象被称为超进展性疾病(hyperprogressive disease，HPD)。表明应用抗PD-1/PD-L1抗体可对Treg产生促进作用，从而引起HPD。

抗PD-1/PD-L1抗体对Treg的作用具有双重性、复杂性，需要更多研究进一步阐明其中的关系，目前可以明确的是肿瘤浸润活性Treg可作为预测抗PD-1/PD-L1抗体治疗中HPD发生的标志物。

4.2　Treg与抗PD-1/PD-L1抗体耐药

Wen等[24]研究发现，对抗PD-1抗体耐药的小鼠淋巴结中Treg的数量显著高于对抗PD-1抗体敏感的小鼠，提示Treg可能参与抗PD-1/PD-L1抗体的耐药机制。此外，Oweida等[25]发现在小鼠头颈鳞状细胞癌模型中，应用抗PD-L1抗体治疗后，Treg的聚集可以促进肿瘤复发，使抗PD-L1抗体产生的抗肿瘤免疫并不能持续，即产生耐药，耗竭Treg后，抗PD-L1抗体介导的抗肿瘤免疫又可恢复，进一步表明Treg参与了抗PD-1/PD-L1抗体耐药。另外，Di Pilato等[26]报道破坏小鼠肿瘤内浸润Treg的CARD9-BCL10-MALT1信号复合体后，将使其失去抑制功能并通过分泌γ-干扰素产生抗肿瘤作用，从而使抗PD-1/PD-L1抗体的疗效增强。Jacquelot等[27]发现破坏诱导型一氧化氮合酶抑制小鼠肿瘤中Treg的激活，可以维持抗PD-1/PD-L1抗体的长效抗肿瘤作用。Treg在抗PD-1/PD-L1抗体耐药中扮演重要角色，耗竭Treg或破坏其抑制功能可提高抗PD-1/PD-L1抗体的疗效。

Treg可作为潜在的抗PD-1/PD-L1抗体疗效标志物，联合抗PD-1/PD-L1抗体和靶向Treg治疗或许能提高抗肿瘤效应。近年来，TGF-β/PD-L1双功能抑制剂融合蛋白M7824备受瞩目，已于2018年底被FDA批准用于胆管癌的治疗，其在多种实体瘤的Ⅰ/Ⅱ期临床试验中也展现出了良好成效。

05
结语

PD-L1和Treg在介导肿瘤免疫逃逸、促进肿瘤发生发展中发挥重要作用。目前抗PD-1/PD-L1抗体在肿瘤免疫治疗中已取得重大突破，但其对实体瘤的疗效不佳，需要寻找新的疗效标志物及联合治疗新策略。PD-L1对Treg的分化和功能有重要影响，抗PD-1/PD-L1抗体的应用可影响Treg的增殖和功能，从而介导了抗PD-1/PD-L1抗体治疗中HPD及耐药的发生，但具体的作用机制目前尚未完全清楚。深入探索PD-1/PD-L1与Treg在肿瘤免疫和治疗中的复杂关系，或可成为寻找抗PD-1/PD-L1抗体疗效标志物及联合治疗靶点的突破点，为提高实体瘤的免疫治疗疗效提供新的策略。

利益冲突　所有作者均声明不存在利益冲突

参考文献

  1. JiangY, ZhaoX, FuJ, et al. Progress and challenges in precise treatment of tumors with PD-1/PD-L1 blockade[J]. Front Immunol, 2020, 11: 339.DOI: 10.3389/fimmu.2020.00339.

  2. JiangX, WangJ, DengX, et al. Role of the tumor microenvironment in PD-L1/PD-1-mediated tumor immune escape[J]. Mol Cancer, 2019, 18(1): 10.DOI: 10.1186/s12943-018-0928-4.

  3. ZhouAL, WangX, YuW, et al. Expression level of PD-L1 is involved in ALDH1A1-mediated poor prognosis in patients with head and neck squamous cell carcinoma[J]. Pathol Res Pract, 2020, 216(9): 153093.DOI: 10.1016/j.prp.2020.153093.

  4. HuZQ, XinHY, LuoCB, et al. Associations among the mutational landscape, immune microenvironment, and prognosis in Chinese patients with hepatocellular carcinoma[J]. Cancer Immunol Immuno-ther, 2021, 70(2): 377-389.DOI: 10.1007/s00262-020-02685-7.

  5. SunC, ZhangL, ZhangW, et al. Expression of PD-1 and PD-L1 on tumor-infiltrating lymphocytes predicts prognosis in patients with small-cell lung cancer[J]. Onco Targets Ther, 2020, 13: 6475-6483.DOI: 10.2147/OTT.S252031.

  6. KowanetzM, ZouW, GettingerSN, et al. Differential regulation of PD-L1 expression by immune and tumor cells in NSCLC and the response to treatment with atezolizumab (anti-PD-L1)[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2018, 115(43): E10119-E10126.DOI: 10.1073/pnas.1802166115.

  7. PatsoukisN, Duke-CohanJS, ChaudhriA, et al. Interaction of SHP-2 SH2 domains with PD-1 ITSM induces PD-1 dimerization and SHP-2 activation[J]. Commun Biol, 2020, 3(1): 128.DOI: 10.1038/s42003-020-0845-0.

  8. CaiJ, WangD, ZhangG, et al. The role of PD-1/PD-L1 axis in Treg development and function: implications for cancer immunotherapy[J]. Onco Targets Ther, 2019, 12: 8437-8445.DOI: 10.2147/OTT.S221340.

  9. CuiP, JingP, LiuX, et al. Prognostic significance of PD-L1 expre-ssion and its tumor-intrinsic functions in hypopharyngeal squamous cell carcinoma[J]. Cancer Manag Res, 2020, 12: 5893-5902.DOI: 10.2147/CMAR.S257299.

  10. Al DulaijanBS, MansouriA, KarnyskiJ, et al. Regulatory T cells: from the bench to the clinic and back[J]. Curr Opin Organ Transplant, 2018, 23(1): 1-7.DOI: 10.1097/MOT.0000000000000491.

  11. ZhangLN, XinT, ChenM, et al. Chemoresistance in mesenchymal lung cancer cells is correlated to high regulatory T cell presence in the tumor microenvironment[J]. IUBMB Life, 2019, 71(7): 986-991.DOI: 10.1002/iub.2043.

  12. KuehnemuthB, PisedduI, WiedemannGM, et al. CCL1 is a major regulatory T cell attracting factor in human breast cancer[J]. BMC Cancer, 2018, 18(1): 1278.DOI: 10.1186/s12885-018-5117-8.

  13. Syed KhajaAS, ToorSM, El SalhatH, et al. Intratumoral FOXP3  Helios  regulatory T cells upregulating immunosuppressive molecules are expanded in human colorectal cancer[J]. Front Immunol, 2017, 8: 619.DOI: 10.3389/fimmu.2017.00619.

  14. ShangB, LiuY, JiangSJ, et al. Prognostic value of tumor-infiltrating FOXP3  regulatory T cells in cancers: a systematic review and meta-analysis[J]. Sci Rep, 2015, 5: 15179.DOI: 10.1038/srep15179.

  15. ParkHJ, ParkJS, JeongYH, et al. PD-1 upregulated on regulatory T cells during chronic virus infection enhances the suppression of CD8  T cell immune response via the interaction with PD-L1 expressed on CD8  T cells[J]. J Immunol, 2015, 194(12): 5801-5811.DOI: 10.4049/jimmunol.1401936.

  16. RuedaCM, JacksonCM, ChougnetCA. Regulatory T-cell-mediated suppression of conventional T-cells and dendritic cells by different cAMP intracellular pathways[J]. Front Immunol, 2016, 7: 216.DOI: 10.3389/fimmu.2016.00216.

  17. StathopoulouC, GangaplaraA, MallettG, et al. PD-1 inhibitory receptor downregulates asparaginyl endopeptidase and maintains FOXP3 transcription factor stability in induced regulatory T cells[J]. Immunity, 2018, 49(2): 247-263. e7.DOI: 10.1016/j.immuni.2018.05.006.

  18. LinCL, HuangHM, HsiehCL, et al. Jagged1-expressing adenovirus-infected dendritic cells induce expansion of Foxp3  regulatory T cells and alleviate T helper type 2-mediated allergic asthma in mice[J]. Immunology, 2019, 156(2): 199-212.DOI: 10.1111/imm.13021.

  19. DongY, HanY, HuangY, et al. PD-L1 is expressed and promotes the expansion of regulatory T cells in acute myeloid leukemia[J]. Front Immunol, 2020, 11: 1710.DOI: 10.3389/fimmu.2020.01710.

  20. OkamuraT, SumitomoS, MoritaK, et al. TGF-β3-expressing CD4 CD25(-)LAG3  regulatory T cells control humoral immune responses[J]. Nat Commun, 2015, 6: 6329.DOI: 10.1038/ncomms7329.

  21. ToorSM, Syed KhajaAS, AlkurdI, et al. In-vitro effect of pembrolizumab on different T regulatory cell subsets[J]. Clin Exp Immunol, 2018, 191(2): 189-197.DOI: 10.1111/cei.13060.

  22. YoshidaK, OkamotoM, SasakiJ, et al. Anti-PD-1 antibody decreases tumour-infiltrating regulatory T cells[J]. BMC Cancer, 2020, 20(1): 25.DOI: 10.1186/s12885-019-6499-y.

  23. KamadaT, TogashiY, TayC, et al. PD-1  regulatory T cells amplified by PD-1 blockade promote hyperprogression of cancer[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2019, 116(20): 9999-10008.DOI: 10.1073/pnas.1822001116.

  24. WenL, LuH, LiQ, et al. Contributions of T cell dysfunction to the resistance against anti-PD-1 therapy in oral carcinogenesis[J]. J Exp Clin Cancer Res, 2019, 38(1): 299.DOI: 10.1186/s13046-019-1185-0.

  25. OweidaA, HararahMK, PhanA, et al. Resistance to radiotherapy and PD-L1 blockade is mediated by TIM-3 upregulation and regula-tory T-cell infiltration[J]. Clin Cancer Res, 2018, 24(21): 5368-5380.DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-18-1038.

  26. Di PilatoM, KimEY, CadilhaBL, et al. Targeting the CBM complex causes Treg cells to prime tumours for immune checkpoint the-rapy[J]. Nature, 2019, 570(7759): 112-116.DOI: 10.1038/s41586-019-1215-2.

  27. JacquelotN, YamazakiT, RobertiMP, et al. Sustained type I interferon signaling as a mechanism of resistance to PD-1 blockade[J]. Cell Res, 2019, 29(10): 846-861.DOI: 10.1038/s41422-019-0224-x.

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