PD-1作用机制以及临床表现的差异探讨之一：“性”相近，“效”相远：PD-1治疗迷局如何破？
北京大学肿瘤医院 盛锡楠教授
肿瘤，是悬在人类头上的“达摩克利斯之剑”。在过去几百年的历史长河中，人类一次又一次地向肿瘤宣战，从最开始的手术治疗，到放疗、化疗、靶向治疗，再到细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4（CTLA-4）及程序性死亡受体1（PD-1）抑制剂发现开启了肿瘤免疫疗法的新纪元。免疫治疗一经问世，国内外临床研究如“雨后春笋”般不断涌现，然而同类药物在同一治疗领域取得的疗效数据存在差异。如何认识这些差异，是临床一直“困惑”的问题。不同药物的特性和疗效之间是否存在着某种必然联系？这一问题也已成为国内外研究的热点。近期， 国外开展的相关基础研究对T细胞内PD-1信号通路进行了更加深入的解读，为我们揭秘“药物”和“疗效”之间的关系提供了新的线索。
“性”相近，“效”相远
——免疫治疗难题亟待破局
近年来，免疫治疗成为肿瘤领域发展最为迅猛，疗效最为确切的新疗法，已成为肿瘤治疗的重要手段。研发最早并且也是最成熟的CTLA-4及PD-1抑制剂，在非小细胞肺癌及黑色素瘤领域已成为一线治疗药物。然而PD-1抑制剂在不同人群、不同瘤种，不同个体中，疗效差异巨大，甚至作用机制相似的PD-1抑制剂在同样的患者群中也可能表现出“性”相近，“效”相远的治疗结局。
以黑色素瘤领域目前我国仅有的两项单臂临床注册研究为例。KEYNOTE-151研究和POLARIS-01研究是在中国人群恶性黑色素瘤二线/二线及以上患者中开展的临床研究，二者虽不是“头对头”研究，但由于开展的时间接近、由同一专家牵头、多个参与中心重叠和纳入患者分期相似，“肩并肩”两相比较，仍然具有临床参考价值。KEYNOTE-151研究和POLARIS-01研究结果中的客观缓解率（ORR）分别为16.7%和17.3%，然而，在中位缓解持续时间（mDOR）和中位总生存期（mOS）指标上则相去甚远，POLARIS-01研究mDOR为25.6个月，mOS长达22.23个月，而KEYNOTE-151研究则分别为8.4个月和12.1个月。
无独有偶，评估PD-1抑制剂用于尿路上皮癌二线及以上患者治疗的POLARIS-03研究和BGB-A317-204研究结果同样表现出较大差异。在PD-L1表达阳性的患者中，POLARIS-03研究结果显示PD-1抑制剂治疗ORR高达41.7%，mOS为35.6个月，而在BGB-A317-204研究中，ORR和mOS为23.1%和9.8个月。
面对同样的“考卷”，不同PD-1抑制剂的“成绩单”大相径庭。如果能够厘清这种现象背后的原因，似乎就能打开免疫治疗的又一扇“通关之门”。
抑制PD-1/PD-L1信号通路
——让肿瘤细胞“无所遁形”
图 1 PD-1抑制通路示意图
破解免疫治疗的“谜题”，要从“作用机制”入手，而“故事”的开端，要从肿瘤细胞的免疫逃逸说起。肿瘤细胞由正常细胞发生基因突变产生，并产生肿瘤特异性抗原，其被抗原呈递细胞（APC）识别、捕获并呈递给T细胞。T细胞活化需要APC与T细胞表面的共刺激分子相互作用。负调控共刺激分子通常也被称为免疫检查点，主要用于限制免疫系统的过度激活，而PD-1即为最重要的免疫检查点之一，在肿瘤微环境中，肿瘤细胞和肿瘤相关APC表达PD-L1，与PD-1结合后可诱导T细胞凋亡、失能、耗竭，进而抑制T细胞功能，实现肿瘤免疫逃逸。由此可见，PD-1是与肿瘤细胞免疫逃逸相关的最重要的分子之一，激活PD-1/PD-L1信号通路有利于肿瘤细胞的免疫逃逸。
从结构上看，PD-1胞内部分由2个酪氨酸残基构成，1个是靠近N端的免疫受体酪氨酸抑制基序（ITIM），另1个是靠近C端的免疫受体酪氨酸依赖的转换基序（ITSM）；其中，ITIM上的酪氨酸可恢复细胞质段的磷酸化，从而拮抗抗原受体；而ITSM参与PD-1的负性调控。细胞外部分则是由IgV样结构域组成，该结构域能与配体结合，进而抑制T细胞的活化。当细胞表面的PD-1与配体偶联后，导致PD-1胞质区的ITSM结构域中的酪氨酸发生磷酸化，募集并激活胞内的蛋白酪氨酸磷酸酶2（SHP-2），促进下游的TCR/CD3复合体和ZAP70分子发生去磷酸化，进而抑制磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）等的活化，抑制下游通路中AKT、ERK等的激活，从而进一步诱导CD8+ T细胞和CD4+ T细胞处于失活状态，抑制相关细胞因子分泌和T淋巴细胞增殖，起到免疫负调控作用（图1）。
阻断PD-1与PD-L1结合
——复原T细胞“必要”但不“充分”
在PD-1/PD-L1信号通路在肿瘤免疫逃逸过程中的上述机制被揭示后，人们在很长时间内认为：只有肿瘤细胞PD-L1与PD-1结合时，才会产生免疫逃逸，而只要阻断PD-L1与PD-1的结合，即可阻断PD-1通路对T细胞的抑制作用，恢复T细胞杀伤肿瘤的功能。因此，PD-1抑制剂对PD-1与PD-L1结合的阻断作用成为最初的关注焦点。然而，临床实践显示，各类PD-1抑制剂阻断效果的差异与临床疗效的差距并不匹配，这提示我们，要恢复T细胞对肿瘤细胞的杀伤作用，仅通过阻断PD-1与PD-L1结合还远远不够。那么问题到底出在哪里？
事实上，已经发表的基础研究结果给我们提供了一系列线索。首先，T细胞杀伤功能的丧失可能并不仅仅源于被抑制，在肿瘤特异性抗原的持续刺激下，T细胞PD-1表达会逐渐上调，最终将导致T细胞随之发生耗竭或者“耐药”。2020年，发表在《自然》（Nature）上的最新研究则进一步明确：尽管PD-1抑制剂有效地阻断了配体激活的信号转导，但它无法抑制T细胞内PD-1自身持续的信号转导。换言之，PD-1蛋白存在时，即对T细胞产生抑制作用（图2）。
图2 阻断受体与配体结合，也无法解除PD-1对T细胞的抑制作用
至此，我们似乎可以得出不同PD-1抑制剂临床表现差异的背后原因，即PD-1抑制剂的疗效不仅取决于抑制PD-L1与PD-1结合的作用，还取决于其能否下调T细胞PD-1表达，恢复其正常活性的能力。截至目前，已有研究证实PD-1抑制剂中的纳武利尤单抗、帕博利珠单抗和特瑞普利单抗存在内吞作用，可诱导T细胞膜表面PD-1表达下调。因此，对PD-L1与PD-1结合的抑制作用，以及诱导T细胞PD-1内吞的效应，均是构成PD-1抑制剂疗效的组成部分。
肿瘤免疫治疗的前路光明但曲折，随着其背后作用机制的脉络逐渐清晰，占据更多机制优势的PD-1抑制剂无疑未来会走得更稳、更远。
转自中国医学论坛报今日肿瘤